Agentes mutagênicos: como eles agem, tipos e exemplos

Os agentes mutagénicos, mutagénicos também conhecidos, são moléculas de uma natureza diferente que causam alterações na base de , como parte da cadeia de ADN . Dessa forma, a presença desses agentes amplifica a taxa de mutação no material genético. Eles são classificados em mutagênicos físicos, químicos e biológicos.

A mutagênese é um evento onipresente em entidades biológicas e não se traduz necessariamente em mudanças negativas. De fato, é a fonte de variação que permite a mudança evolutiva.

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O DNA pode ser danificado pela luz UV.
Fonte: trabalho derivado: Mouagip () DNA_UV_mutation.gif: NASA / David HerringEsta imagem vetorial não especificada em W3C foi criada com o Adobe Illustrator. [Domínio público]

O que é uma mutação?

Antes de entrar na questão dos mutagênicos, é necessário explicar o que é uma mutação. Na genética, uma mutação é uma mudança permanente e herdável na sequência de nucleotídeos na molécula de material genético: DNA.

Toda a informação necessária para o desenvolvimento e controle de um organismo reside em seus genes – que estão localizados fisicamente nos cromossomos. Os cromossomos são compostos de uma longa molécula de DNA.

Geralmente, as mutações afetam a função de um gene e podem perder ou modificar sua função.

Como uma mudança na sequência do DNA afeta todas as cópias das proteínas, certas mutações podem ser extremamente tóxicas para a célula ou para o corpo em geral.

Mutações podem ocorrer em diferentes escalas nos organismos. As mutaes pontuais que afectam de uma única base no ADN, enquanto que mutações escala maior pode afectar regiões inteiras de um cromossoma.

As mutações são sempre letais?

É incorreto pensar que a mutação sempre leva à geração de doenças ou condições patológicas para o organismo que a carrega. De fato, existem mutações que não alteram a sequência de proteínas. Se o leitor deseja entender melhor a razão desse fato, ele pode ler sobre a degeneração do código genético .

De fato, à luz da evolução biológica, a condição sine qua non para a mudança nas populações é a existência de variação. Essa variação surge através de dois mecanismos principais: mutação e recombinação.

Assim, no contexto da evolução darwiniana, é necessário que haja variantes na população – e que essas variantes tenham uma maior adequação biológica associada .

Como surgem as mutações?

Mutações podem surgir espontaneamente ou podem ser induzidas. A instabilidade química intrínseca das bases de nitrogênio pode resultar em mutações, mas com uma frequência muito baixa.

Uma causa comum de mutações pontuais espontâneas é a desaminação da citosina em uracilo na dupla hélice do DNA. O processo de replicação dessa cadeia leva a uma filha mutante, onde o par GC original foi substituído por um par AT.

Embora a replicação do DNA seja um evento que ocorre com uma precisão surpreendente, ela não é perfeita na sua totalidade. Erros na replicação do DNA também levam ao aparecimento de mutações espontâneas.

Além disso, a exposição natural de um organismo a certos fatores ambientais leva ao aparecimento de mutações. Entre esses fatores, temos radiação ultravioleta, radiação ionizante, vários produtos químicos, entre outros.

Esses fatores são mutagênicos. A seguir, descreveremos a classificação desses agentes, como eles agem e suas conseqüências na célula.

Tipos de agentes mutagênicos

Os agentes que causam mutações no material genético são de natureza muito diversa. Primeiro, exploraremos a classificação dos mutagênicos e daremos exemplos de cada tipo, depois explicaremos as diferentes maneiras pelas quais os mutagênicos podem produzir alterações na molécula de DNA.

Mutagênicos químicos

Mutagênicos de natureza química incluem as seguintes classes químicas: acridinas, nitrosaminas, epóxidos, entre outras. Há uma subclassificação para esses agentes em:

Bases análogas

Moléculas que exibem semelhança estrutural com bases de nitrogênio têm a capacidade de induzir mutações; Entre os mais comuns estão 5-bromouracil e 2-aminopurina.

Agentes que reagem com o material genético

Ácido nitroso, hidroxilamina e uma série de agentes alquilantes reagem diretamente nas bases que formam o DNA e podem mudar de purina para pirimidina e vice-versa.

Agentes Intercalentes

Existem várias moléculas como acridinas, brometo de etídio (amplamente utilizado em laboratórios de biologia molecular) e proflavina, que possuem uma estrutura molecular plana e conseguem entrar na cadeia de DNA.

Reações oxidativas

O metabolismo normal da célula tem como produto secundário uma série de espécies reativas de oxigênio que danificam as estruturas celulares e também o material genético.

Mutagênicos Físicos

O segundo tipo de agentes mutagênicos é físico. Nesta categoria, encontramos os diferentes tipos de radiação que afetam o DNA.

Mutagênicos biológicos

Finalmente, temos mutantes biológicos. São organismos que podem induzir mutações (incluindo anormalidades no nível dos cromossomos) em vírus e outros microorganismos.

Como eles agem: tipos de mutações causadas por agentes mutagênicos

A presença de agentes mutagênicos causa alterações nas bases do DNA. Se o resultado envolve a alteração de uma base de púrico ou pirimidina por uma da mesma natureza química, estamos falando de uma transição.

Por outro lado, se a mudança ocorre entre bases de diferentes tipos (uma purina por uma pirimidina ou o oposto), chamamos o processo de transversão. Transições podem ocorrer para os seguintes eventos:

Tautomerização de bases

Em química, o termo isômero é usado para descrever a propriedade de moléculas com a mesma fórmula molecular de apresentar diferentes estruturas químicas. Os tautômeros são isômeros que diferem apenas do par na posição de um grupo funcional e, entre as duas formas, existe um equilíbrio químico.

Um tipo de tautomería é o ceto-enol, onde a migração de um hidrogênio ocorre e alterna entre as duas formas. Também há alterações entre a forma imino e amino. Graças à sua composição química, as bases de DNA experimentam esse fenômeno.

Por exemplo, a adenina é normalmente encontrada como amino e emparelhada – normalmente – com a timina. No entanto, quando está em seu imino isômero (muito raro), emparelha-se com uma base incorreta: citosina.

Incorporação de bases análogas

A incorporação de moléculas que se assemelham a bases pode dificultar o padrão de emparelhamento de bases. Por exemplo, a incorporação de 5-bromouracil (em vez de timina) se comporta como citosina e leva à substituição de um par AT por um par CG.

Ação direta nas bases

A ação direta de certos mutagênicos pode afetar diretamente a base do DNA. Por exemplo, o ácido nitroso converte adenina em uma molécula semelhante, hipoxantina, por meio de uma reação de desaminação oxidativa. Essa nova molécula é combinada com citosina (e não com timina, como a adenina normalmente faria).

A alteração também pode ocorrer na citosina e, como produto da desaminação, o uracil é obtido. A substituição de uma única base no DNA tem conseqüências diretas nos processos de transcrição e tradução da sequência peptídica.

Um códon de terminação pode aparecer com antecedência e a tradução é interrompida prematuramente, afetando a proteína.

Adição ou exclusão de bases

Alguns mutagênicos, como agentes intercalantes (acridina, entre outros) e radiação ultravioleta, têm a capacidade de modificar a cadeia nucleotídica.

Por agentes intercalantes

Como mencionado, os agentes intercalentes são moléculas planas e têm a capacidade de intercalar (daí o nome) entre as bases da fita, distorcendo-a.

No momento da replicação, essa deformação na molécula leva à deleção (isto é, perda) ou inserção de bases. Quando o DNA perde bases ou novas são adicionadas, o quadro de leitura aberto é afetado.

Lembre-se de que o código genético envolve a leitura de três nucleotídeos que codificam um aminoácido. Se adicionarmos ou removermos nucleotídeos (em um número que não seja 3), toda a leitura do DNA será afetada e a proteína será totalmente diferente.

Esses tipos de mutações são chamados de deslocamento de quadro ou alterações na composição dos trigêmeos.

Radiação ultravioleta

A radiação ultravioleta é um agente mutagênico e é um componente não ionizante normal da luz solar comum. No entanto, o componente com a maior taxa mutagênica é capturado pela camada de ozônio da atmosfera da Terra.

A molécula de DNA absorve a radiação e ocorre a formação de dímeros de pirimidina. Ou seja, as bases de pirimidina são unidas por ligações covalentes .

A timina adjacente na cadeia de DNA pode ser ligada para formar dímeros de timina. Essas estruturas também afetam o processo de replicação.

Em alguns organismos, como bactérias , esses dímeros podem ser reparados graças à presença de uma enzima de reparo chamada fotólise. Essa enzima usa luz visível para converter os dímeros em duas bases separadas.

No entanto, o reparo por clivagem de nucleotídeos não se restringe a erros causados ​​pela luz. O mecanismo de reparo é extenso e pode reparar danos causados ​​por vários fatores.

Quando os humanos nos expõem excessivamente ao sol, nossas células recebem quantidades excessivas de radiação ultravioleta. A conseqüência é a geração de dímeros de timina e pode causar câncer de pele.

Referências

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