Agentes Mutagênicos

Agentes Mutagênicos – Definição

Um mutagênico é definido como um agente que causa alterações irreversíveis e hereditárias (mutações) no material genético celular, ácido desoxirribonucléico (DNA).

Em uma linguagem simples, podemos dizer que os mutagênicos são os agentes que danificam nosso material genético, geralmente o DNA, e resultam em anormalidades genéticas – herdadas ou não.

Mutagênicos são os agentes conhecidos que causam mutações físicas, químicas ou biológicas ao alterar o genótipo ou a expressão do gene que resulta em anormalidade genética.

As mutações causadas por quaisquer agentes são conhecidas como mutagênicos.

Os agentes naturais ou artificiais que alteram a estrutura ou a sequência de um gene ou DNA são conhecidos como mutagênicos.

Agentes Mutagênicos – O que é

O DNA é um material genético – uma cadeia polinucleotídica composta pela longa cadeia de A, T, G e C. O pedaço funcional do DNA – um gene codifica uma proteína específica.

Se a sequência de um nucleotídeo dentro de um gene for alterada, a proteína não poderá ser formada ou a proteína perderá a função.

Qualquer coisa que cause mutações é conhecida como mutagênicos.

Qualquer coisa que cause uma mutação (uma mudança no DNA de uma célula). Mudanças no DNA causadas por agentes mutagênicos podem prejudicar as células e causar certas doenças, como o câncer.

Exemplos de Agentes Mutagênicos incluem substâncias radioativas, raios-x, radiação ultravioleta e certos produtos químicos.

No entanto, nem todas as mutações surgem devido a mutágenos, algumas mutações surgem espontaneamente por erros de replicação, hidrólise ou erros de recombinação.

Em genética, as alterações induzidas por mutagênios são conhecidas como mutação. As mutações são categorizadas em duas categorias mais amplas; mutações genéticas e mutações cromossômicas.

Além disso, entenderemos como diferentes agentes químicos, físicos ou biológicos afetam nosso DNA ou material genético, alterando as sequências de bases ou a expressão de um determinado gene.

A causa comum de qualquer mutagênico é o crescimento descontrolado do câncer de células.

Inserção, deleção, duplicação, translocação, inversão são alguns dos tipos comuns de mutações genéticas que ocorrem espontaneamente na natureza, enquanto trissomia, monossomia e anormalidades cromossômicas numéricas são algumas das anormalidades cromossômicas.

Quem assistiu filmes do Godzilla, aquele imenso monstro que surge do mar e destrói as cidades – principalmente de Tóquio –  talvez se lembre como ele foi criado. Godzilla, um ser ficcional, surgiu graças a mutações ocorridas em seu código genético, por meio da radiação originada de testes atômicos.

Por Mutações Gênicas se compreendem mudanças repentinas nos genes, ou seja, quando um gene sofre uma mudança estrutural.

Embora Godzilla seja uma ficção, há diversos agentes mutagênicos, que são agentes capazes de criar mutações nos genes, ocasionando mudanças no material genético.

Estes agentes mutagênicos podem ser de origem física, química ou biológica.

No caso dos agentes físicos, temos a temperatura e radiação. No caso da temperatura, ao haver uma variação, por exemplo, de 10ºC, há uma taxa duplicada de mutação. Também há radiações ionizantes, como os raios X, alfa, beta e gama, que atuam na mudança da valência química. Há ainda as radiações excitantes, que aumentam o nível de energia do átomo, deixando-o menos estável. Um exemplo é a luz ultravioleta, que é um agente capaz de causar mutações gênicas.

Por sua vez, também temos os agentes mutagênicos de natureza química. São várias substâncias existentes, as quais podem gerar mudanças estruturais nos genes.

Uma delas é bastante conhecida: a cafeína, que é um derivado da purina. Esta substância é amplamente utilizada pelo ser humano, estando presente em diversos alimentos, como café, refrigerantes e chás.

Como é derivado da purina, estudos apontaram que várias substâncias desta natureza são capazes de quebrar cromossomos de plantas e bactérias.

Já os agentes mutagênicos biológicos compreendem organismos capazes de inocular parte de seu código genético em seus hospedeiros. Como exemplo, temos os vírus e bactérias.

Quando estes microrganismos inoculam seu código genético em seus hospedeiros, o mesmo pode se integrar ao DNA e, por conta disso, ocorrer mutações originadas por falhas genéticas.

Mutagênico: Tipos e Efeito

Agentes físicos

Radiação
Calor

Agentes químicos

Analógicos de base
Agentes alquilantes
Agentes intercalantes
Íons de metal

Agentes biológicos

Vírus
Bactérias
Transposons

Agentes físicos

Radiação:

As radiações são o primeiro agente mutagênico relatado em 1920. Raios UV, raios X, raios alfa, nêutrons e outras radiações ionizantes e não ionizantes são mutagênicas.

Normalmente, a radiação danifica diretamente o DNA ou a estrutura de nucleotídeos, que podem ser letais ou subletais. A radiação eletromagnética também é um dos conhecidos mutágenos que causam mutações letais ou subletais (Matar o organismo/célula ou alterar a função da célula ou proteína ou gene).

Um dos tipos mais comuns de radion – a radiação iodada produz os radicais livres que danificam, nem mesmo o DNA, mas também proteínas e lipídios presentes em uma célula.

As células que se dividem rapidamente são um alvo principal para as radiações ionizantes como os raios X, no entanto, a gravidade do dano depende da dose da radiação.

A radiação provoca ligações cruzadas de DNA ou proteína, quebra cromossômica, quebra de fita ou perda de cromossomos, também, em nível molecular, induz a deleção de bases ou quebras de fita de DNA.

Radiação de raios X:

Os raios X são um dos tipos mais comuns de radiação ionizante usados em muitas das práticas médicas para diversos fins. No entanto, a dose para isso é muito moderada.

É ainda usado em práticas de esterilização para destruir microrganismos.

No nível molecular, a dose letal de raios-X (350-500 rems) quebra as ligações fosfodiéster entre o DNA e, portanto, resulta na quebra da fita.

Ele cria a quebra de múltiplas fitas e resulta na deleção da porção de um DNA. Se a quebra do fio ocorrer em ambos os fios, ela se tornará letal para a célula.

Raios UV:

A luz ultravioleta é um tipo de radiação não ionizante de menor energia, utilizada no processo de esterilização e descontaminação durante a cultura de células e experimentos microbiológicos.

O DNA e a proteína absorvem luz ultravioleta de 260 e 280 nm (milimícron ou milimicro, é uma unidade de medida), respectivamente.

As principais causas da radiação ultravioleta são: deleção de base, quebra de fita, reticulação e geração de dímeros de nucleotídeos.

A luz ultravioleta pode ser classificada em três categorias diferentes:

UV-A: alcance quase visível (320 nm) causa dímeros de pirimidina.
UV-B: (290-320 nm) emitida pela luz solar. Esses raios ultravioleta são altamente letais para o nosso DNA.
UV-C: (180-290 nm) uma das formas de UV que mais consome energia, que é extremamente letal.

As mutações induzidas por UV são a formação de dímeros, como os dímeros de timina-timina e de timina-citosina. Os DImers também bloqueiam a replicação e a tradução. Se não for reparado, pode causar sérios problemas de saúde.

A formação da dimerização da pirimidina causa distorção na estrutura do DNA e evita a formação da bifurcação de replicação durante a replicação.

Calor:

O calor é outro mutagênico que provoca mutações em nosso DNA. quando aquecemos o DNA, acima de um certo grau (> 95 ° C), o DNA se torna desnaturado – dois DNA de fita simples são gerados a partir do dsDNA. Além disso, o calor extremo também danifica o DNA e quebra as ligações fosfodiéster.

Mutagênicos químicos:

Os produtos químicos são realmente perigosos para o mundo inteiro. O primeiro efeito mutagênico da mostarda nitrogenada foi relatado por charlotte Auerbach em 1942.

Analógicos de base:

Os análogos de base são produtos químicos semelhantes às bases de DNA-purina e pirimidinas ou estruturalmente assemelham-se às bases de DNA.

Bromouracil e aminopurina são dois análogos de bases comuns incorporados ao DNA – em vez de bases normais, durante o processo de replicação.

O 5-bromouracil são moléculas sintetizadas artificialmente – um análogo de base utilizado na pesquisa genética que é incorporado no DNA no lugar da timina. Em vez do grupo metil da timina, o bromouracil contém o grupo Br – muito parecido com a timina.

Ele se emparelha com a adenina como com a timina e produz a mutação.

O mecanismo de ação do 5-BU é bastante interessante. Durante a replicação, em vez de timina, ele gera a guanina que emparelha com a citosina.

Assim, o par de bases TA é substituído pelo par de bases GC no final da replicação e isso acontece por causa da mudança tautomérica de 5-BU da forma ‘enol’ para ‘ceto’.

Aminopurinas:

Outro análogo de base é AP ou aminopurina que é semelhante à adenina e pode emparelhar com T ou C, embora o emparelhamento com C seja menos frequente.

Também pode causar a transição de AT para GC ou GC para AT durante a replicação.

Agentes alquilantes:

Etilnitrosoureia, gás mostarda e cloreto de vinila são agentes alquilantes comuns que adicionam grupo alquil ao DNA e o danificam.

Os agentes induzem erros de pareamento de bases aumentando a ionização e produzem lacunas na fita de DNA.

As bases de purinas alquiladas são removidas pelo fenômeno denominado depurinação, embora a depurinação não seja mutagênica e possa ser reparada pela via de reparo do DNA.

Agentes alquilantes comuns:

Metilhidrazina
Temozolomida
Dacarbazina
Busulfan
Tio-TEPA
Carmustina
lomustina
Sulfato de dimetil
Sulfato de etil etano

Quando nitritos (conservantes de alimentos) adicionados à carne defumada, formam nitrosaminas como mutagênicos que podem quebrar o DNA ou criar ligações cruzadas de DNA.

Agentes intercalantes:

Nosso brometo de EtBr-etídio usado durante a eletroforese em gel de agarose é um dos agentes intercalantes. Outros agentes intercalantes como proflavina, laranja de acridina ou daunorrubicina operados pelo mesmo mecanismo como o EtBr.

As moléculas se intercalam entre as bases do DNA e interrompem sua estrutura. Se for incorporado durante a replicação, pode causar mutação de frameshift. Também pode bloquear a transcrição.

Os agentes intercalantes causam exclusão ou inserção e interrompem a estrutura do DNA.

Íons metálicos:

Os íons metálicos também são perigosos para o nosso DNA, pois atuam de várias maneiras diferentes. Níquel, cromo, cobalto, cádmio, arsênio, cromo e ferro são alguns dos íons metálicos comuns que causam mutações.

Os íons metálicos atuam produzindo ROS (espécies reativas de oxigênio), dificultando a via de reparo do DNA, causando hipermetilação do DNA ou podendo danificar diretamente o DNA.

Outros mutagênicos químicos: ROS – espécies reativas de oxigênio, benzeno, borracha sintética e produtos de borracha, azida sódica, aminas aromáticas, alcalóides, desaminantes e PAH (hidrocarbonetos policíclicos aromáticos) são outros mutagênicos que criam diferentes mutações.

Agentes biológicos:

Vírus, bactérias e transposon (sequência de DNA não codificante) são mutagênicos biológicos.

Vírus: Todos nós sabemos direito sobre o HIV! Agente causador da AIDS. Os vírus são mutagênicos comuns que conhecemos bem e criam problemas letais para a saúde.

Os vírus inserem seu DNA em nosso genoma e interrompem a função normal do DNA ou dos genes. Depois de inserir o DNA, o DNA é replicado, transcrito e traduz a proteína viral em vez da nossa própria proteína.

Forma-se uma partícula viral madura em uma célula.

Bactérias: algumas bactérias também são perigosas para o nosso DNA – causam inflamação. Provoca danos ao DNA e quebra do DNA.

Transposons: Mutágenos biológicos menos conhecidos são os transposons. Os transposons são sequências de DNA não codificantes, que saltam de um lugar para outro no genoma e influenciam a função dos genes.

Ao contrário do DNA viral, os transposons são o nosso próprio DNA, que se acredita serem originados dos retrovírus. Cobrimos uma série inteira sobre transposons e elementos transponíveis.

Efeito dos mutagênicos:

Os mutagênicos são genotóxicos – prejudiciais ao nosso DNA de muitas maneiras, alguns afetam diretamente o DNA, outros indiretamente. E, portanto, o efeito exato de cada mutagênico ainda é desconhecido para nós.

No nível cromossômico, os mutagênicos podem alterar a estrutura ou o número de cromossomos. Como deleção, duplicação, inserção, translocação, monossomia e não disjunção são algumas das anormalidades cromossômicas produzidas por agentes mutagênicos.

Os mutagênicos também afetam ou desregulam o processo molecular central do dogma – replicação, transcrição e tradução. No nível molecular, os mutagênicos criam diferentes mutações genéticas que resultam em perda de função, função alterada ou proteína não funcional.

Ele também altera o códon, exclui bases, altera bases, quebra as ligações de hidrogênio ou fosfodiéster e altera a expressão do gene.

Alguns mutagênicos desregulam a proliferação celular e o processo de morte celular e, portanto, causam câncer, chamados de carcinógenos.

Os mutagênicos biológicos tornam o processo de reparo ou síntese de DNA mais lento.

Alguns dos tipos comuns de mutagênicos com base em seus efeitos são listados aqui:

Teratógenos: os teratógenos são a classe dos mutagênicos que causam malformações congênitas. Raios-X, valproato e toxoplasma são teratógenos físicos, químicos e biológicos comuns, respectivamente.
Carcinógenos: Os carcinógenos são a classe de mutagênicos que induz a formação de tumores e, portanto, causam câncer. Uma grande variedade de agentes são classificados como cancerígenos. Raios-X/raios ultravioleta, aflatoxinas e retrovírus são carcinógenos físicos, químicos e biológicos comuns, respectivamente.
Clastogens: Os clastogens são a classe de mutagênicos responsáveis pela quebra, deleção, duplicação e rearranjos cromossômicos. Raios ultravioleta, bleomicinas e vírus HIV são tipos comuns de clastogênios físicos, químicos e biológicos, respectivamente.

Outros mutagênicos não específicos: outros mutagênicos não classificados são responsáveis por danos ao DNA e não funcionamento da via de reparo do DNA. Raios-X/calor, inúmeros e toxoplasma são vários mutagênicos inespecíficos.

Fonte: Juliano Schiavo/geneticeducation.co.in/i.pinimg.com/www.sciencedirect.com/www.cancer.gov/www-naweb.iaea.org