Agentes mutagênicos: como funcionam, tipos e exemplos - Ciência - 2023

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o agentes mutagênicos, Também chamados de mutagênicos, são moléculas de diferentes naturezas que causam alterações nas bases que fazem parte das cadeias de DNA. 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. Na verdade, é a fonte de variação que permite a mudança evolutiva.

O que é uma mutação?

Antes de entrar no assunto dos mutagênicos, é necessário explicar o que é uma mutação. Em genética, uma mutação é uma mudança permanente e hereditária na sequência de nucleotídeos da molécula do material genético: o DNA.

Todas as informações necessárias para o desenvolvimento e controle de um organismo residem em seus genes - que estão fisicamente localizados nos cromossomos. Os cromossomos são constituídos por uma longa molécula de DNA.

As mutações geralmente afetam a função de um gene e ele pode perder ou alterar sua função.

Uma vez que 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.

As mutações podem ocorrer em diferentes escalas nos organismos. Mutações pontuais afetam uma única base no DNA, enquanto mutações em larga escala podem afetar regiões inteiras de um cromossomo.

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. Na verdade, existem mutações que não alteram a sequência das proteínas. Se o leitor quiser entender melhor o motivo desse fato, pode ler sobre a degeneração do código genético.

Na verdade, à luz da evolução biológica, a condição sine qua non para a mudança nas populações ocorrer é a existência de variação. Esta variação surge por dois mecanismos principais: mutação e recombinação.

Assim, no contexto da evolução darwiniana, é necessário que existam variantes na população - e que essas variantes estejam associadas a uma maior aptidão biológica.

Como surgem as mutações?

As mutações podem surgir espontaneamente ou podem ser induzidas. A instabilidade química intrínseca das bases nitrogenadas pode resultar em mutações, mas em uma frequência muito baixa.

Uma causa comum de mutações pontuais espontâneas é a desaminação de citosina em uracila na dupla hélice do DNA. O processo de replicação desta fita 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 totalmente perfeita. Erros na replicação do DNA também levam a mutações espontâneas.

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

Esses fatores são mutagênicos. Vamos agora descrever a classificação desses agentes, como eles agem e suas consequências 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 causar alterações na molécula de DNA.

Mutagênicos químicos

Os mutagênicos de natureza química incluem as seguintes classes de produtos químicos: acridinas, nitrosaminas, epóxidos, entre outros. Há uma subclassificação para esses agentes em:

Bases análogas

Moléculas que apresentam semelhança estrutural com bases nitrogenadas têm a capacidade de induzir mutações; entre os mais comuns estão l 5-bromouracil e 2-aminopurina.

Agentes que reagem com material genético

O ácido nitroso, a hidroxilamina e vários agentes alquilantes reagem diretamente nas bases que constituem o DNA e podem mudar de purina para pirimidina e vice-versa.

Agentes de interaquecimento

Há uma série de moléculas como as acridinas, o brometo de etídio (muito utilizado em laboratórios de biologia molecular) e a proflavina, que possuem estrutura molecular plana e conseguem entrar na fita 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 são físicos. Nesta categoria, encontramos os diferentes tipos de radiação que afetam o DNA.

Mutagênicos biológicos

Finalmente, temos os mutantes biológicos. Eles são organismos que podem induzir mutações (incluindo anormalidades no nível do cromossomo) em vírus e outros microorganismos.

Como funcionam?: Tipos de mutações causadas por agentes mutagênicos

A presença de agentes mutagênicos causa alterações nas bases do DNA. Se o resultado envolver a troca de uma base purica ou pirimidínica por outra de mesma natureza química, falamos de transição.

Em contraste, 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 base

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

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

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

Incorporação de bases análogas

A incorporação de moléculas que se assemelham a bases pode interromper o padrão de pareamento 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 as bases do DNA. Por exemplo, o ácido nitroso converte a adenina em uma molécula semelhante, hipoxantina, por meio de uma reação de desaminação oxidativa. Essa nova molécula se emparelha com a citosina (e não com a timina, como a adenina normalmente faria).

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

Um códon de parada pode aparecer mais cedo e a tradução para prematuramente, afetando a proteína.

Adição ou exclusão de base

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

Por agentes intercalantes

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

No momento da replicação, essa deformação na molécula leva à deleção (ou seja, à 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 de DNA será afetada, e a proteína será totalmente diferente.

Esses tipos de mutações são chamados mudança de quadro ou mudanças na composição dos trigêmeos.

Radiação ultravioleta

A radiação ultravioleta é um agente mutagênico e 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 terrestre.

A molécula de DNA absorve radiação e ocorre a formação de dímeros de pirimidina. Ou seja, as bases pirimidinas estão ligadas por meio de ligações covalentes.

As timas adjacentes na fita de DNA podem se juntar para formar dímeros de timina. Essas estruturas também afetam o processo de replicação.

Em alguns organismos, como as bactérias, esses dímeros podem ser reparados graças à presença de uma enzima reparadora chamada fotoliase. Esta enzima usa luz visível para reconverter dímeros em duas bases separadas.

No entanto, o reparo por excisão 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 consequência é a geração de dímeros de timina, que podem causar câncer de pele.

Referências

Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015).Biologia celular essencial. Garland Science.
Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2000). A célula: abordagem molecular. Sinauer Associates.
Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Convite para biologia. Macmillan.
Karp, G. (2009). Biologia celular e molecular: conceitos e experimentos. John Wiley & Sons.
Lodish, H., Berk, A., Darnell, J. E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P.,… & Matsudaira, P. (2008).Biologia celular molecular. Macmillan.
Singer, B., & Kusmierek, J. T. (1982). Mutagênese química.Revisão anual de bioquímica, 51(1), 655-691.
Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Bioquímica. Panamerican Medical Ed.