Introdução à Genética
Mecanismos de mutações espontâneas
colônias resistentes (Figura 16.7). Se as mutações houvessem ocorrido após a exposição aos agentes seletivos, os padrões em relação a cada placa teriam sido tão aleatórios quanto as próprias mutações. Os eventos de mutação devem ter ocorrido antes da exposição ao agente seletivo. Novamente, esses resultados confirmam que a mutação está ocorrendo aleatoriamente o tempo todo, em vez de em resposta a um agente seletivo.
CONCEITO-CHAVE A mutação é um processo aleatório. Qualquer alelo em qualquer célula pode sofrer
mutação em qualquer ocasião.
Mecanismos de mutações espontâneas
As mutações espontâneas têm origem a partir de uma diversidade de fontes. Uma fonte é o processo de replicação do DNA. Embora a replicação do DNA seja um processo notavelmente preciso, são produzidos erros na cópia de milhões e até mesmo bilhões de pares de bases em um genoma. As mutações espontâneas também surgem em parte porque o DNA é uma molécula muito frágil e o próprio ambiente celular pode danificá-lo. Conforme descrito no
Capítulo 15, as mutações podem ser causadas até mesmo pela inserção de um elemento de transposição de outro local do genoma. Neste capítulo, enfocamos as mutações que não são causadas por elementos de transposição.
Erros na replicação do DNA. Pode resultar um erro na replicação do DNA quando um par incorreto de nucleotídios (digamos, A-C) é formado na síntese de DNA, levando a uma substituição de bases que pode ser uma transição ou uma transversão. Outros erros podem adicionar ou subtrair pares de bases, de modo que é criada uma mudança de matriz de leitura.
FIGURA 16.6 O plaqueamento em réplica revela colônias mutantes em uma placa máster por meio do seu comportamento em placas-réplica seletivas.
FIGURA 16.7 Os padrões idênticos nas réplicas demonstram que as colônias resistentes são da placa máster.
Transições. Você viu, no Capítulo 7, que cada uma das bases no DNA pode estar presente em uma de diversas formas tautoméricas, que podem parear com a base errada. Malpareamentos também podem resultar quando uma das bases se torna ionizada. Esse tipo de pareamento incorreto pode ocorrer mais frequentemente do que os malpareamentos decorrentes de tautomerização. Esses erros com frequência são corrigidos pela função de revisão (edição) da
DNA pol III bacteriana (ver Figura 7.18). Se a revisão não ocorrer, todos os malpareamentos descritos até então levam a mutações de transição, nas quais uma purina substitui uma purina ou uma pirimidina substitui uma pirimidina
(ver Figura 16.2). Outros sistemas de reparo (descritos posteriormente neste capítulo) corrigem muitas das bases malpareadas que escapam à correção pela função de edição da polimerase.
Transversões. Em mutações por transversão, uma pirimidina substitui uma
purina ou vice-versa (ver Figura 16.2). A criação de uma transversão por um erro de replicação necessitaria, em algum ponto no curso da replicação, o pareamento errôneo de uma purina com uma purina ou de uma pirimidina com uma pirimidina. Embora as dimensões da dupla-hélice de DNA tornem tais malpareamentos energeticamente desfavoráveis, agora sabemos, a partir de estudos de difração de raios X, que podem ser formados pares G-A, bem como outros pares de purinas com purinas.
Mudanças de matriz de leitura. Os erros de replicação também podem levar a
mudanças de matriz de leitura. Relembre, do Capítulo 9, que as referidas mutações resultam em proteínas muito alteradas.
Determinados tipos de erros de replicação podem levar a mutações indel –
ou seja, inserções ou deleções de um ou mais pares de bases, que produzem mudanças de matriz de leitura quando adicionam ou subtraem uma quantidade de bases não divisível por três (o tamanho de um códon) nas regiões
codificadoras de proteína. O modelo predominante (Figura 16.8) propõe que as mutações indel surgem quando alças nas regiões unifilamentares são estabilizadas por “pareamento deslocado” (slipped) de sequências repetidas no curso da replicação. Esse mecanismo por vezes é denominado replicação deslocada.
Lesões espontâneas. Além dos erros de replicação, lesões espontâneas, danos no DNA de ocorrência natural, podem gerar mutações. Duas das lesões espontâneas mais frequentes resultam da depurinação e desaminação.
A depurinação, a mais comum das duas, é a perda de uma base purina. A
depurinação consiste na interrupção da ligação glicosídica entre a base e a desoxirribose e a subsequente perda de uma guanina ou adenina do DNA. O arcabouço do DNA permanece intacto.
Uma célula de mamífero perde de modo espontâneo aproximadamente 10.000 purinas de seu DNA em um período de ciclo celular de 20 horas a 37°C. Se essas lesões persistissem, elas resultariam em um dano genético significativo, tendo em vista que, na replicação, os sítios apurínicos resultantes não conseguem especificar uma base complementar à purina original. Entretanto, conforme veremos posteriormente no capítulo, sistemas de reparo eficientes removem os sítios apurínicos. Sob determinadas condições (descritas posteriormente), uma base pode ser inserida através de um sítio apurínico; essa inserção com frequência resultará em uma mutação.
A desaminação da citosina produz uracila.
Os resíduos de uracila não reparados irão parear-se com adenina na replicação, resultando na conversão de um par G · C em um par A · T (uma transição G · C → A · T).
Bases danificadas de modo oxidativo representam um terceiro tipo de lesão
espontânea que gera mutações. Espécies ativas de oxigênio, tais como radicais superóxido (O2 · –), peróxido de hidrogênio (H2O2) e radicais hidroxila (· OH), são subprodutos do metabolismo aeróbico normal. Elas podem causar danos oxidativos ao DNA, bem como nos precursores do DNA (como GTP), resultando em mutação. As mutações por danos oxidativos foram implicadas