Tema 12.- Alteraciones del material genético: Mutaciones génicas, genómicas y cromosómicas.

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1 Tema 12.- Alteraciones del material genético: Mutaciones génicas, genómicas y cromosómicas. 5. ALTERACIONES DEL MATERIAL GENÉTICO: MUTACIONES. Editex página 263 Las mutaciones son alteraciones al azar del material genético, es decir del ADN (o ARN en algunos virus), de los cromosomas o del cariotipo. Normalmente son perjudiciales para el individuo, y por lo general son recesivas y permanecen ocultas. Aunque suelen ser negativas para el individuo, las mutaciones tienen un aspecto positivo para la especie ya que aportan variabilidad a la población, lo que facilita su supervivencia en un medio ambiente cambiante. Las distintas variedades de un determinado gen surgidas por mutación del gen original, se denominan alelos. Ejemplos: CARÁCTER ALELOS Color semilla guisante A (amarillo)/ a (verde) Sistema ABO I A (grupo A)/ I B (grupo B)/ i (grupo 0) Forma del pelo R (rizado) /r (liso). Las mutaciones se pueden clasificar atendiendo a distintos criterios: pág.278 * Según su origen las mutaciones pueden ser: - Naturales o espontáneas, es decir producidas por causas naturales, como errores en la replicación del ADN o en la meiosis. - Inducidas, que son aquellas provocadas artificialmente por la presencia en el medio de radiaciones, sustancias químicas u otros agentes mutagénicos (=mutágenos). * Según las células afectadas: - Mutaciones germinales, que afectan a las células germinales (a partir de las que se originan los gametos) o a los gametos. Son heredables, es decir se transmitirán a la descendencia y sobre ellas actuará la selección natural. - Mutaciones somáticas, que son las que sufren las células somáticas (=no sexuales) y, por tanto, las que procedan de ellas por mitosis. Se extinguen por lo general con el individuo, a menos que se trate de un organismo con reproducción asexual. * Según la extensión del material genético afectado se distinguen los siguientes tipos de mutaciones: 1

2 - Mutaciones génicas (=mutaciones puntuales). Son cambios en la secuencia de nucleótidos de un gen determinado. - Mutaciones cromosómicas (=cromosómicas estructurales). Son cambios en la disposición de los genes de un cromosoma, pero no afectan a la secuencia de nucleótidos del gen. - Mutaciones genómicas (o cromosómicas numéricas). Alteran, aumentando o disminuyendo, el número de cromosomas típico de la especie MUTACIONES GÉNICAS. Página 264 Las mutaciones génicas son aquellas que producen alteraciones en la secuencia de nucleótidos de un gen determinado. Existen varios TIPOS: a) Sustitución de bases. Que son cambios de una base por otra distinta. Las sustituciones provocan la alteración de un único triplete y, por tanto, salvo que indiquen un triplete de parada, o un aminoácido del centro activo de una enzima, no suelen tener grandes efectos sobre la proteína codificada, pues afectan a un único aminoácido y la proteína seguirá pudiendo realizar la misma función. Se distinguen dos tipos de sustitución de bases: Por Transición: sustitución de una base púrica por otra o una pirimidínica por otra. 2

3 Por Transversión: sustitución de una base púrica por pirimidínica o viceversa. b) Deleción génica. Es la pérdida de nucleótidos de un gen determinado. c) Adición génica. Es la incorporación de nucleótidos en la secuencia del gen. Como el mensaje genético se traduce de triplete en triplete, las deleciones y las adiciones (salvo que se compensen entre sí) producen un corrimiento en el orden de lectura del mensaje genético alterando todos los tripletes siguientes. Sus consecuencias suelen ser muy graves ya que pueden alterar la secuencia de aminoácidos de la proteína codificada a partir del punto donde se produjo la mutación. 3

4 El ADN dañado por los agentes mutágenos, o con errores de replicación, puede ser reparado mediante diversos mecanismos; el más utilizado por las células emplea unas enzimas llamadas endonucleasas que eliminan los trozos dañados y reponen secuencias correctas. Gracias a estos mecanismos los errores son del orden de 1 por cada 10 9 nucleótidos replicados. Este error heredable puede suponer una desventaja para unos pocos individuos pero permite una variabilidad en la descendencia que hace posible la supervivencia de la especie frente a posteriores cambios en el medio. (Página 310) Aproximadamente, un 20% de las mutaciones génicas que se producen son por sustitución de bases y un 80% por adición y deleción MUTACIONES CROMOSÓMICAS (=cromosómicas estructurales) Página 266 Son cambios en la estructura del cromosoma, es decir en la disposición de los genes de un cromosoma. El ORIGEN de las mutaciones cromosómicas está en la rotura y reunión de fragmentos de cromosomas. Se pueden agrupar en dos TIPOS: a) Deleción cromosómica: Es la pérdida de un fragmento de un cromosoma, con un número variable de genes. Las deleciones son perjudiciales o letales para el individuo. En la especie humana, una deleción particular en el cromosoma 5 provoca el síndrome "cri du chat" (grito de gato) que se caracteriza por 4

5 microcefalia, retraso mental profundo y detención del crecimiento. El nombre alude al tipo de llanto particular de los bebés con este síndrome. b) Duplicación cromosómica: Es la repetición de un segmento del cromosoma. Las duplicaciones permiten aumentar el material genético y, gracias a posteriores mutaciones, pueden determinar la aparición de nuevos genes durante el proceso evolutivo. c) Inversión: Se produce cuando un cromosoma se rompe y uno de los fragmentos gira 180 grados para volver a unirse en posición invertida, es decir una inversión es el cambio de sentido de un fragmento en el cromosoma. Las inversiones no suelen ser perjudiciales para el individuo, pero sí para sus descendientes si durante la meiosis se produce un entrecruzamiento dentro de la inversión. d) Translocación: En este tipo de mutación un fragmento de un cromosoma se encuentra situado en otro cromosoma homólogo o no. Las traslocaciones no suelen ser perjudiciales para el individuo pero sí para sus descendientes, ya que pueden heredar un cromosoma incompleto o con duplicaciones. Ejemplo: en el ser humano, la translocación entre los cromosomas 21 y 14, de origen al 5% de los casos de síndrome de Down. 5

6 5.3. MUTACIONES GENÓMICAS (=cromosómicas numéricas) Página 267 Son alteraciones en el número de los cromosomas propios de la especie. Pueden ser de dos TIPOS: euploidías y aneuploidías. a) Euploidía: Cuando la mutación afecta al número de juegos completos de cromosomas con relación al número normal de cromosomas de la especie. Se clasifican en: - Monoploidías o haploidías, si las células presentan un solo juego (n) de cromosomas. Son muy raras en la naturaleza. - Poliploidías, si las células presentan más de dos juegos; pudiendo ser: triploides (3n), tetraploides (4n), etc. Es más frecuente en plantas que en animales. En los vegetales los poliploides suelen tener mayor tamaño por lo que resultan muy interesantes para la producción agrícola de manera que se provoca la poliploidía artificialmente mediante sustancias químicas como la colchicina, que impide la formación del huso metafísico en la primera división meiótica permitiendo así la aparición de gametos 2n. ORIGEN de las euploidías: Si durante la meiosis se produce en algunas células la no disyunción de todos los cromosomas homólogos se originarán dos gametos con 2n cromosomas y dos gametos sin cromosomas (0). La unión de estos gametos entre sí o con gametos n, puede producir zigotos haploides, triploides o tetraploides (n+0, n+2n, 2n+2n). En las plantas pueden conseguirse tetraploides, experimentalmente por tratamientos con colchicina. 6

7 b) Aneuploidias: Se caracterizan porque los individuos afectados presentan algún cromosoma de más o de menos respecto a su dotación normal. Pueden afectar a los autosomas o a los heterocromosomas (=cromosomas sexuales). Los tipos más frecuentes son: - Monosomías: si falta uno de los cromosomas de la pareja de homólogos. Por ejemplo el síndrome de Turner, en el que las mujeres en lugar de tener dos cromosomas X, sólo tienen uno (mujeres X0). - Trisomías: si se tienen tres cromosomas en lugar de los dos normales. Ejemplos: el síndrome de Down o trisomía del cromosoma 21 que origina personas con retraso mental, cuerpo corto, dedos cortos y gruesos, lengua hinchada y un pliegue en el párpado parecido al de las razas mongólicas; el síndrome de Klinefelter (trisomía XXY) que da lugar a hombres estériles y retraso mental; el síndrome triple X (trisomía XXX) que son mujeres con órganos genitales atrofiados, fertilidad limitada y bajo coeficiente mental; el síndrome de duplo Y (trisomía XYY) que origina hombres con retraso mental, altos y violentos. Muchas de las aneuploidías tienen su ORIGEN en una separación errónea de las cromátidas durante la gametogénesis, más frecuente cuanto mayor es la edad de la madre. Y tienen más importancia evolutiva que las euploidías ya que pueden provocar la aparición de nuevas especies. 7

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9 6. AGENTES MUTÁGENOS Página 263 Un agente mutágeno o mutagénico es todo factor capaz de aumentar la frecuencia de mutación natural. Existen diversos factores, tanto físicos como químicos, capaces de actuar como agentes mutágenos. En realidad, actuarán como agentes mutágenos todos aquellos agentes capaces de alterar el material genético y en particular, aquellos que alteren la secuencia del ADN. Los principales agentes mutágenos son: 1) Agentes físicos, como las radiaciones de diverso tipo entre las que cabe destacar los rayos ultravioleta (UV), los rayos X, los rayos gamma y las radiaciones alfa y beta. 2) Agentes químicos, que son sustancias químicas que reaccionan con el ADN alterándolo, como por ejemplo el ácido nitroso (HNO 2 ) desamina bases nitrogenadas, la nicotina, el gas mostaza, etc. 3) Agentes biológicos. Algunos agentes biológicos aumentan la frecuencia de mutaciones como algunos tipos de virus animales, denominados oncovirus, que son capaces de desarrollar cáncer, por ejemplo el virus del herpes genital está implicado en la aparición del cáncer de cuello de útero. También se ha visto que la bacteria Helicobacter pilori causante de úlceras gástricas, puede estar implicada en la aparición de cáncer de estómago. Por último, destacar los transposones que son segmentos móviles de ADN que pueden cambiar de lugar, variando su posición dentro del cromosoma, y afectando a la expresión de los genes. Los transposones se han encontrado en todo tipo de organismos (virus, maíz, insectos ) se piensa incluso que los virus mutagénicos (oncovirus) podrían realizar esta acción al llevar en su genoma transposones tomados previamente de una célula infectada que incorporarían a la nueva célula infectada. 7. LA MUTACIÓN COMO FUENTE DE VARIABILIDAD GENÉTICA. IMPLICACIONES DE LAS MUTACIONES EN LA EVOLUCIÓN Y APARICIÓN DE NUEVAS ESPECIES. Estudiar sólo la página