LA BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA. LA GENÉTICA.

Transcripción

1 LA BASE MOLECULAR DE LA HERENCIA. LA GENÉTICA. 1. Introducción. 2. GENÉTICA MOLECULAR: 2.1. El ADN como portador de la información genética Replicación o Autoduplicación: - Experimento de Meselson y Stahl. - Mecanismo de replicación: Etapas. - Replicación en eucariotas. - Corrección de errores Expresión del mensaje genético: A) Transcripción. - El proceso de transcripción: En Procariotas. En Eucariotas. - El código genético. B) Traducción (=Síntesis de proteínas). - Etapas: Iniciación-Elongación-Finalización. - Regulación de la expresión génica Alteraciones del material genético: Las Mutaciones. - Tipos. - Agentes mutagénicos. - Consecuencias. 3. GENÉTICA MENDELIANA Conceptos básicos de genética Los experimentos de Gregor Mendel Las leyes de Mendel: formulación actual Ejemplos La Teoría Cromosómica de la Herencia: Ligamiento y Recombinación La determinación del sexo Genética Humana: Herencia autosómica: los grupos sanguíneos y factor Rh Herencia ligada al sexo: Daltonismo y Hemofilia Herencia influida por el sexo: La calvicie. 4. PROBLEMAS DE GENÉTICA. oooooooooooooooooooooooooooooo - 1 -

2 1. INTRODUCCIÓN. Hoy sabemos que la molécula que contiene la información de las características biológicas de los seres vivos es el ADN. Sin embargo, la demostración de este hecho sólo fue posible gracias a los experimentos llevados a cabo por un numeroso grupo de investigadores durante la primera mitad del siglo XX. Por entonces ya se sabía que los genes están en los cromosomas, y que éstos están formados por ADN y proteínas. También se sabía que la molécula portadora debía reunir una serie de requisitos: Químicamente estable. Con capacidad autorreplicativa, para así formar copias que pasaran a las células hijas durante el proceso de división celular, asegurando así la pervivencia de la información biológica. Esa información debía transmitirse de una generación a otra, para que las características biológicas pasaran a la descendencia. A pesar de su estabilidad, debería poseer la capacidad de experimentar cambios que permitieran la aparición de cierta variabilidad, para así poder explicar la evolución de los seres vivos. En 1869, Friedrich Miescher creía que eran las proteínas (y no el ADN) las portadoras de la información genética. El descubrimiento de que los cromosomas se dividían y transmitían durante la división celular, permitió comprobar que ambos componentes cromosómicos (ADN y proteínas) cumplían los requisitos citados. 2. GENÉTICA MOLECULAR 2.1. EL ADN COMO PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. La confirmación de que los genes se encuentran en el ADN y no en las proteínas se debió a distintos tipos de experimentos. Los más importantes fueron los llevados a cabo por: A) Frederich Griffith. En 1928, este médico y genetista británico ( ) investigó varias cepas de la bacteria causante de la neumonía en humanos (Streptococcus neumoniae). Al aplicarlas sobre ratones (sobre los que es letal) observó que había dos cepas distintas: una virulenta (=capaz de causar la aparición y desarrollo de una determinada enfermedad infecciosa) a la que denominó cepa S (S, smooth=liso) que provocaba la muerte, y otra no virulenta a la que llamó cepa R (R, rough=rugoso). Ambas cepas se diferenciaban en que las cepas S presentaban una cápsula de polisacáridos que formaban una capa mucosa que protege a las bacterias de los fagocitos del huésped, mientras que las cepas R carecían de dicha capa

3 Si inyectaba bacterias no virulentas vivas (R) junto con bacterias virulentas muertas (S), comprobaba que los ratones morían y, además, contenían bacterias S vivas. Dedujo que las bacterias S virulentas muertas podían transmitir un factor transformante a las bacterias R, convirtiéndolas en patógenas. La presencia de este factor daba lugar a que las bacterias R vivas pudieran sintetizar la cápsula polisacárida convirtiéndose así en bacterias virulentas S. B) Avery-McLeod-McCarthy. En 1944, al investigar las transformaciones bacterianas observadas por Griffith, demostraron que solo los extractos de bacterias S muertas que contenían ADN eran capaces de producir dicha transformación. Además, comprobaron que cuando se añadían enzimas que destruían el ADN sobre cepas virulentas, esta capacidad de transformación desaparecía. Con todo ello llegaron a la conclusión de que es el ADN y no las proteínas, la molécula portadora de la información biológica (en este caso, contendría los genes que codificaban para la cubierta mucosa polisacarídica de las bacterias S, y que después pasarían a formar parte del genoma de las bacterias R). C) Alfred Hershey y Martha Chase. La prueba definitiva fue obtenida en 1952 por A. Hershey y M. Chase, quienes demostraron de forma concluyente que era el ADN y no una proteína, el material genético del bacteriófago T2. Reprodujeron este virus, cuyos aminoácidos cisteína y metionina de la cápsida contenían azufre radiactivo S 35, en bacterias y obtuvieron virus con cápsidas proteicas radiactivas. Realizaron otro cultivo de virus marcados con fósforo radiactivo P 32, obteniendo virus con este isótopo en su ADN

4 Se comprobó que aparecía marcaje radiactivo en el interior o en la superficie bacteriana. Más tarde se vio que los virus procedentes del cultivo originalmente marcado con P 32 estaban también marcados; sin embargo, esto no ocurría en ninguno de los virus obtenidos tras la reproducción de los virus marcados con S 35. De ello se dedujo que el material genético reproducible es el ADN y no las proteínas. Al año siguiente, James Watson y Francis Crick elaboraron conjuntamente su famoso modelo de doble hélice para explicar la estructura secundaria de la molécula de ADN. No siempre es el ADN la molécula portadora de la información genética. En algunos virus es el ARN el que desempeña esta función. Por otro lado, se cree que el ARN constituyó el material genético de los primeros organismos vivos que aparecieron en la Tierra, siendo reemplazado posteriormente por el ADN, más estable REPLICACIÓN O AUTODUPLICACIÓN DEL ADN. El ADN portador de la información genética debe transmitirse fielmente a cada una de las células hijas tras la división celular; por tanto, antes de producirse ésta, es imprescindible que el ADN pueda formar réplicas exactas de sí mismo para poder disponer de dos copias iguales. Este proceso se denomina replicación o autoduplicación, y resulta fundamental para que todas las células de un organismo mantengan la misma identidad. Se propusieron numerosas hipótesis para explicar este proceso, siendo las más importantes: Hipótesis Semiconservativa. Fue formulada por Watson y Crick en Según ésta cada hebra sirve de molde para que se forme una hebra nueva, mediante la complementariedad de bases, quedando al final dos dobles hélices formadas por una hebra antigua (molde) y una hebra nueva (copia). Hipótesis Conservativa. Tras la duplicación quedarían las dos hebras antiguas juntas y, por otro, las dos hebras nuevas formando una doble hélice. Hipótesis Dispersiva. Según esta hipótesis, las hebras resultantes estarían formadas por fragmentos en doble hélice de ADN antiguo y ADN recién sintetizado

5 EL EXPERIMENTO DE MESELSON Y STAHL En 1957, Mathew Meselson y Franklin Stahl idearon un experimento para confirmar la validez de la hipótesis semiconservativa. Para ello prepararon un cultivo de Escherichia coli en un medio donde la única fuente de nitrógeno era un isótopo pesado de este elemento, el 15 N, por lo que este elemento se incorporó a las moléculas de ADN sintetizadas por las bacterias. Así se mantuvo durante varias generaciones (14) para garantizar que todo el ADN sólo contenía 15 N. Más tarde se extrajo ADN y se centrifugó en un medio que contenía una disolución de cloruro de cesio (CsCl). Tras la centrifugación se observó una banda en el tubo de ensayo que correspondía a la posición del ADN con 15 N, comprobándose que dicha banda estaba en un lugar distinto al que ocupaba la banda de ADN en el que tenía el isótopo de nitrógeno normal ( 14 N). Posteriormente realizaron un cultivo de bacterias que sólo tenían 15 N en un medio en el que sólo existía 14 N como fuente de nitrógeno. Así las mantuvieron hasta que se produjera la duplicación del ADN (una media hora); ahora volvieron a realizar otra centrifugación del ADN replicado, observando que la banda que se había originado de ADN ocupaba una posición intermedia entre la del ADN con 14 N y ADN con 15 N. Si el cultivo se hacía durante dos generaciones aparecían dos bandas distintas: una igual a la anterior y otra en la posición del ADN con 14 N. Tras estos experimentos se demostró que la replicación del ADN se realiza de forma semiconservativa (=cada hebra sirve de molde para sintetizar dos nuevas hebras). Si las bacterias se dejaban en 14 N durante dos divisiones, aparecían dos bandas de ADN en el tubo de la centrífuga, uno híbrido y otro ligero. Si se dejaban durante tres divisiones, la proporción de ADN híbrido ( 14 N- 15 N) era más pequeña. Esto descartaba la hipótesis dispersiva y confirmaba la semiconservativa. EL MECANISMO DE REPLICACIÓN DEL ADN La precisión con la que se realiza implica un mecanismo complejo para asegurar la obtención de dos copias idénticas (en el ser humano se ha calculado que se realizan del orden de unas mil billones de divisiones celulares a partir del cigoto, con las consiguientes replicaciones previas del ADN, sabiendo que cada molécula de ADN está formada por unos millones de pares de bases). El proceso se estudió en los organismos procariotas, pero se comprobó que en eucariotas es similar, aunque con algunas diferencias. Se pueden diferencian tres etapas: a) Etapa de Iniciación. b) Etapa de Elongación. c) Etapa de Finalización

6 ETAPA DE INICIACIÓN La replicación comienza en ciertas zonas del ADN donde existen unas secuencias determinadas de nucleótidos, denominadas orígen de la replicación, que actúan como señales del inicio del proceso. Éste se inicia con la intervención de una enzima helicasa, que se encarga de separar las dos hebras, mediante la ruptura de los puentes de hidrógeno que unen a ambas hebras. Esta ruptura y separación genera tensiones en ambas hebras, que son eliminadas por la intervención de las topoisomerasas (que actúan cortando una de las hebras topoisomerasa I- o las dos hebras topoisomerasa II o girasa-). Una vez separadas las dos hebras, permanecen así gracias a las proteínas estabilizadoras de cadena sencilla (SSB); ahora se inicia la formación de la horquilla de replicación ETAPA DE ELONGACIÓN Además de las enzimas anteriores, también intervienen las ARN-polimerasas y las ADN-polimerasas. En primer lugar, una ARN-polimerasa, llamada primasa, sintetiza un fragmento corto de ARN formado por unos nucleótidos, llamado primer, que va a actuar como cebador (=ARN cebador). Ahora la ADN-polimerasa III, partiendo del cebador, empieza a sintetizar una hebra de ADN en sentido 5 3, a partir de los nucleótidos trifosfato, ya que sólo puede añadir nucleótidos sobre el extremo 3 libre de una cadena polinucleotídica previa. A medida que la doble hélice del ADN original se va separando (similar a una cremallera que se abre), se forma la llamada burbuja de replicación, donde va a ir actuando la ADN polimerasa III. Existe una burbuja en cada extremo, ya que el proceso es bidireccional (=avanza en ambas direcciones). Dado que la ADN polimerasa III recorre el ADN molde en sentido 3 5, la síntesis de una de las hebras es continua, ya que, a medida que se abre la doble hélice, esta enzima va avanzando y añadiendo nuevos nucleótidos a la hebra en formación, que recibe el nombre de hebra conductora

7 Sin embargo, como la otra hebra es complementaria, la ADN polimerasa III debería recorrerla en sentido 5 3, añadiendo nucleótidos a la hebra en formación en sentido 3 5, lo cual no es posible. La síntesis, en este caso, es discontinua y se produce en segmentos separados. Esta hebra se denomina hebra retardada, pues su síntesis es más lenta que la de la hebra conductora. Los segmentos de ADN sintetizados de este modo se denominan fragmentos de Okazaki, y constan de unos nucleótidos. Cada fragmento requiere de un ARN cebador (=primer) para iniciar la síntesis de una secuencia de nucleótidos. Posteriormente, tras la eliminación de los ARN cebadores por la ADN polimerasa I (gracias a su acción exonucleasa rompe enlaces fosfodiéster a partir de un extremo nucleotídico libre-), los fragmentos de Okazaki se van uniendo gracias a la acción de las enzimas ligasas. La ADN polimerasa I gracias a su acción polimerasa puede ir rellenando el hueco dejado por cada ARN cebador. ETAPA DE FINALIZACIÓN Al acabar el proceso, cada hebra recién sintetizada y la que ha servido de patrón, aparecen enrolladas formando una doble hélice. REPLICACIÓN DEL ADN EN EUCARIOTAS En eucariotas el proceso es muy similar, aunque presenta algunas diferencias: 1. El ADN eucariótico presenta histonas, formando unas estructuras denominadas nucleosomas. Durante la replicación, la hebra que sirve de molde a la hebra conductora se queda con las histonas, y ambas se unen a los octámeros antiguos, mientras que la hebra retardada y la que le sirve de patrón se enrollan juntas sobre nuevos octámeros que llegan a los lugares de replicación. 2. La longitud del ADN eucariótico es mucho mayor que la del ADN procariótico (unas cincuenta veces); además el proceso en eucariotas es también más lento (seguramente debido a la presencia de las histonas)

8 3. El número de burbujas de replicación es muy numeroso en eucariotas. A lo largo del cromosoma se van a distribuir de forma irregular, por lo que habrá regiones con muchas burbujas y regiones con muy pocas. Todas se activan de forma coordinada. Cada unidad de replicación se denomina replicón y va a producir la síntesis de fragmentos de unos 100 nucleótidos. La necesidad de numerosos puntos de replicación es evidente, pues de lo contrario se necesitarían varios meses para que todo el proceso se llevara a cabo. 4. Los fragmentos de Okazaki son más pequeños ( nucleótidos) y el proceso de replicación se lleva a término durante la fase S de la interfase, que dura unas 6-8 horas. 5. En eucariotas el número de ADN polimerasas que intervienen es mayor, 5. Por otro lado, los cromosomas eucarióticos son lineales y presentan en sus extremos unas regiones denominadas telómeros, formadas por secuencias repetitivas del tipo TTAGGGTTAGGGTTA Cuando se replica el ADN lineal, los extremos 5 de los telómeros no pueden ser replicados. Esta imposibilidad da lugar a que el telómero se vaya acortando en cada ciclo de replicación que sucede en la fase S de la interfase. Este acortamiento de los telómeros con la edad está relacionado con el envejecimiento y la muerte programada celular (=apoptosis). El acortamiento de los telómeros puede ser neutralizado en algunas células, como las células madre y las células cancerosas, gracias a la acción de una enzima llamada telomerasa, que las convierte en células inmortales. La telomerasa es una ribonucleoproteína que actúa como transcriptasa inversa, ya que contiene una hebra de ARN con la secuencia apropiada para actuar como molde para la síntesis de la secuencia telomérica de ADN, que se le añade a los extremos 3 de cada cromosoma para evitar su acortamiento en cada proceso de replicación. CORRECCIÓN DE ERRORES La replicación no concluye hasta que se comprueba que la copia de la secuencia sintetizada es la correcta. El ADN es la única molécula capaz de efectuar una reparación de sí misma. La replicación del ADN es un proceso más complejo que la transcripción, por la necesidad de mantener la fidelidad de la copia; por ello intervienen más de cincuenta proteínas diferentes agrupadas en un complejo multienzimático denominado replisoma. La enzima principal de este complejo es la ADN pol-iii

9 La ADN pol-iii no une nucleótidos que no sean los complementarios, aunque a veces se producen errores; en este caso son las nucleasas las enzimas encargadas de eliminar el nucleótido mal colocado y situar el correcto. Por ello, el número de errores es muy bajo. Se estima que se produce 1 error cada bases incorporadas. Aunque no hay que olvidar el elevadísimo número de nucleótidos que hay que colocar. Por eso existe un mecanismo post-replicativo de corrección en el que participan varias enzimas: a) Endonucleasas. Detectan errores y cortan la cadena errónea. b) Exonucleasas. Eliminan el fragmento incorrecto. c) ADN polimerasas. Sintetizan el fragmento correcto tras quitar al erróneo (esta acción la realizan las ADN pol-i). d) ADN ligasas. Unen el nuevo segmento al resto de la cadena. Tras estas correcciones, la tasa de error desciende hasta 1 por cada bases incorporadas. Para que las moléculas puedan detectar los errores es necesario que éstas puedan diferenciar la cadena nueva de la antigua. Esto se consigue mediante la metilación de las adeninas, proceso que ocurre pasado un cierto tiempo. Así, las adeninas pertenecientes a la hebra recién sintetizada no están aún metiladas y las de la hebra antigua sí, lo que permite que las enzimas reparadoras la identifiquen. A pesar de los mecanismos correctores de errores, la fidelidad en la replicación no es absoluta, lo cual no es necesariamente negativo, ya que si los errores no tienen consecuencias sobre la viabilidad de las células (o de los individuos) que las poseen, se convierten en fuente de variabilidad genética, imprescindible para el desarrollo de los procesos evolutivos EXPRESIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO. Hoy se sabe que la información genética de la célula es la causa de la síntesis de proteínas específicas, entre ellas las enzimas, responsables de las características estructurales y funcionales del organismo. En 1902, cuando aún se ignoraba que el ADN fuera la molécula portadora de la información biológica, el médico inglés Archibald Garrod descubrió que una enfermedad metabólica, la alcaptonuria (enfermedad que se caracteriza por padecer artritis y ennegrecimiento de los cartílagos y de la orina, cuando ésta entra en contacto con el aire) era causada por una anomalía de tipo hereditario. En la década de 1940, George Beadle, al estudiar mutantes para el color de los ojos en la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), elaboró una hipótesis según la cual las variaciones que aparecían se debían a cambios en distintas enzimas de una determinada ruta sintética de pigmentos. En 1942, junto con Edward Tatum, Beadle realizó después otros experimentos con el moho rojo del pan, Neurospora crassa, para comprobar este hecho. Sometió este moho a la acción de rayos X para inducir en él mutaciones; así obtuvieron mutantes que presentaban alteraciones en las enzimas que participan en la síntesis del aminoácido arginina. A partir de sus resultados dedujeron que la síntesis de arginina debía de seguir la siguiente ruta metabólica: - 9 -

10 Sustrato Ornitina Citrulina Arginina Proteínas Más adelante confirmaron que los diferentes mutantes carecían de determinadas enzimas y que, en cada uno, aumentaba mucho uno de los componentes de la vía de la arginina, es decir, la falta de una enzima bloquea el metabolismo en la sustancia sobre la que actúa. Así, los mutantes podrían vivir si se añadía al medio la sustancia que no podían sintetizar, o cualquiera de las sustancias derivadas de ésta, puesto que sí que tenían las otras enzimas. Esto llevó a la conclusión de que al alterar la secuencia de nucleótidos de un gen, se provocaba la deficiencia de una enzima, y así se estableció el paralelismo entre genes y enzimas y la teoría un gen-un enzima. La secuencia anterior se podría explicar de la siguiente manera: Gen 1 Gen 2 Gen 3 Enzima 1 Enzima 2 Enzima 3 Sustrato Ornitina Citrulina Arginina Proteínas Más adelante esta hipótesis fue ampliada, ya que el gen podía codificar una proteína cualquiera, no necesariamente enzimática, aunque estas últimas son las que tienen efectos fisiológicos más notables. Además, como algunas proteínas tienen más de una cadena polipeptídica, resultaba más apropiado decir que cada gen codifica solo una cadena polipeptídica. Quedaba claro que la expresión del mensaje genético consiste en la síntesis de proteínas específicas. Sin embargo, aún no se conocía el mecanismo por el cual se llevaba a cabo esta síntesis. Los avances en bioquímica y el descubrimiento de los distintos tipos de ARN permitieron a Francis Crick enunciar en 1970 el dogma central de la biología molecular, hoy completamente demostrado: Estudios posteriores permitieron realizar alguna modificación a la propuesta de F. Crick, ya que hay algunos virus (retrovirus) que poseen ARN como material genético y cuando se introducen en una célula son capaces de sintetizar ADN usando como molde su ARN; para ello les resulta imprescindible la enzima denominada transcriptasa inversa o retrotranscriptasa

11 LA TRANSCRIPCIÓN Este proceso consiste en copiar una parte del mensaje genético desde su forma original (ADN) a otra (ARN) que se puede utilizar directamente para su síntesis de proteínas específicas. De esta manera se va a formar una cadena de ARN cuya secuencia de bases nitrogenadas es la misma que la de una de las hebras de la doble hélice de ADN. La síntesis de ARN se produce gracias a la acción de la ARN polimerasa ADN dependiente, que presenta las siguientes características: Une nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster siempre en dirección 5 3. Utiliza nucleótidos trifosfato. Necesita una molécula de ADN como molde o patrón para poder establecer la secuencia específica de bases de ARN. Esta especificidad se consigue gracias a la complementariedad que existe entre los desoxirribonucleótidos y los ribonucleótidos (A-U y G-C). Se fija a regiones específicas del ADN (regiones o genes promotores) para comenzar su acción a partir de ese punto. El proceso, en líneas generales, es el mismo en todas las células, aunque con algunas diferencias entre procariotas y eucariotas. La velocidad de transcripción es elevada y los errores cometidos son más numerosos que los que ocurren en la replicación del ADN, aunque se puede tolerar, ya que no se transmiten a la descendencia. El proceso de transcripción consta de cuatro etapas: iniciación, elongación, terminación y maduración. A) TRANSCRIPCIÓN EN CÉLULAS PROCARIOTAS. Existe una única ARN polimerasa, formada por dos subunidades α, una β y una β. Para reconocer la región promotora del ADN (donde se fijará y empezará la transcripción) es necesario que se una al llamado factor σ (factor sigma); una vez fijado a él estará en condiciones de poder reconocer a la región promotora (se trata de una región rica en bases A y T). Una vez fijada la ARN polimerasa, el factor sigma se libera, para poder ser utilizado por otras polimerasas. Esta ARN polimerasa produce el desenrollamiento de una vuelta de la doble hélice; a continuación comienza la actividad sintetizadora del ARN (en sentido 5 3 ), que recorre la cadena de ADN (=hebra molde) en sentido

12 La formación de la cadena de ARN finaliza cuando la polimerasa llega a una zona del ADN llamada señal de finalización, que posee una secuencia con muchas G y C. en esta etapa participa otra proteína denominada factor ρ (factor rho), capaz de reconocer dicha secuencia de finalización. La transcripción es necesaria para obtener los tres tipos de ARN. En el caso del ARN m, la cadena formada se puede utilizar directamente para la síntesis proteica. Sin embargo, los ARN transcritos que originarán los ARN t y ARN r requieren un proceso adicional de maduración para ser funcionales. B) TRANSCRIPCIÓN EN CÉLULAS EUCARIOTAS Es más complejo que en procariotas, ya que intervienen más factores proteicos y existen hasta tres ARN polimerasas diferentes: ARN pol-i: Transcribe la información correspondiente a los ARN ribosómicos (menos el 5S). ARN pol-ii: Transcribe los genes origen de los ARN mensajeros. ARN pol-iii: Es responsable de la producción de los ARN de transferencia, del ARN ribosómico 5 S y realiza la transcripción de los genes que llevan la información para las histonas. También se produce la transcripción de los genes presentes en las mitocondrias y cloroplastos mediante una polimerasa con solo una subunidad. Cuando el proceso de transcripción está en marcha y ya se han unido los primeros 30 ribonucleótidos, se añade al extremo 5 una caperuza formada por 7-metilguanosina trifosfato, la cual permitirá la identificación de este extremo en el proceso de traducción posterior. Al igual que en los procariotas, también existe una secuencia en el ADN (TTATTT) que indica el final de la transcripción. A continuación sobre el extremo 3 del ARN formado se van a añadir unos 200 ribonucleótidos de adenina (=cola poli-a) gracias a una poli-apolimerasa, que al parecer interviene en los procesos de maduración y transporte del ARN fuera del núcleo

13 El proceso de maduración del ARN Una característica de la transcripción en eucariotas es que es preciso un proceso de maduración. Como sabemos, en células eucariotas los genes constan de fragmentos con sentido (exones) y fragmentos sin sentido (intrones) que serán posteriormente cortados y eliminados. En este proceso van a intervenir las ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (RNPpn), conocidas también como espliceosomas. Están formadas por una parte proteica y por ARN. Éste posee secuencias complementarias a las que se encuentran en los extremos de los intrones, por lo que pueden aparearse con ellas y provocar su extracción. Tras ésta, los exones se van a unir entre sí gracias a las enzimas ligasas, obteniéndose así un ARN definitivo que se traducirá en una proteína

14 En cuanto a los ARN t sintetizados por la ARN pol-iii, se produce la modificación de algunas bases nitrogenadas para formar las que son características de estas moléculas (dihidrouracilo, pseudouracilo, dimetilguanina ). También se añade el triplete CCA en el extremo 3. La formación de los ARN r es compleja. La región del ADN que codifica para estos ARN se denomina organizador nucleolar. Por acción de la ARN pol-i se sintetiza el ARN nucleolar 45 S, el cual se fragmenta originando ARN 28S+18S+5 8S. Todos ellos, unidos al ARN r 5S sintetizado por la ARN pol-iii y a varias proteínas, formarán las subunidades ribosómicas. Todo este proceso ocurre en el nucléolo. Los intrones no existen en procariontes y no se sabe qué función cumplen en los eucariontes. Lo que sí se sabe es que, a veces, un mismo gen puede madurar de diferentes maneras, dependiendo de cómo se eliminen los intrones. De este modo, a partir de un solo gen se pueden obtener diferentes proteínas. Actualmente se piensa que los genes del primitivo antecesor común a procariotas y eucariotas debían de tener intrones. Las bacterias los habrían perdido por selección natural, pues para ellas es crucial dividirse rápidamente. Se habrían conservado en las eucariotas porque presentan ventajas evolutivas. Las levaduras, que son eucariotas con un modo de vida similar al de muchas bacterias, no presentan intrones; sin embargo, las mitocondrias, que se cree descienden de bacterias endosimbiontes, sí tienen intrones en su ADN, pues no están sometidas a la misma presión. EL CÓDIGO GENÉTICO Una vez obtenida una copia del mensaje genético en forma de cadena de ARNm, ésta dirige la síntesis de proteínas en los ribosomas. Para ello, estos orgánulos interpretan la secuencia concreta de nucleótidos existente en la molécula de ARNm como la información necesaria para la unión de los aminoácidos precisos para constituir la proteína específica. El código genético es, en definitiva, la clave que permite la traducción del mensaje genético a su forma funcional, las proteínas. Se trata, pues, de la relación que existe entre la secuencia de nucleótidos del ARN m y la secuencia de aminoácidos que forman una proteína. Consiste, pues, en una equivalencia entre dos polímeros específicos. Uno de ellos, el ARN, tiene dispuestas sus bases nitrogenadas en una secuencia concreta que contiene la información que determina el orden en que han de engancharse los sucesivos aminoácidos que forman la cadena polipeptídica. Por tanto, los ARNm con secuencias de bases nitrogenadas distintas llevan información para la síntesis de proteínas diferentes. Como sólo hay cuatro bases nitrogenadas distintas, las señales codificadoras para los 20 aminoácidos proteicos deben estar constituidas por más de una base. Si cada señal estuviera formada por dos bases nitrogenadas, sólo codificarían 4 2 = 16 aminoácidos, por la que aún quedarían aminoácidos sin codificar

15 Por tanto, cada señal que codifica para un aminoácido está constituida por tres bases nitrogenadas consecutivas (un triplete), es decir, 4 3 = 64 tripletes de bases distintas. George Gamow, creador de la teoría del big-bang sobre el origen del universo, fue el primero en formular este razonamiento teórico. Los tripletes de bases del ARNm reciben el nombre de codones. Los tripletes del ADN correspondientes, que hallan sido transcritos, se denominan codógenos. Existen 61 codones codificadores de aminoácidos y 3 (UAA, UAG y UGA, llamados sin sentido) que señalan el final del mensaje y no especifican ningún aminoácido. Hay también un codón (AUG) que, además de codificar para el aminoácido metionina, es la señal de comienzo. Este código genético presenta unas características que ayudan al cumplimiento de su función: - Está formado por una secuencia lineal de bases nitrogenadas; hecho que resulta evidente una vez conocida la estructura de los ácidos nucleicos. - Es unidireccional. El mensaje se lee en un único sentido, desde el codón de iniciación hasta el de terminación. Entre los sucesivos codones no hay espacios ni separaciones de ningún tipo, ya que entre el tercer nucleótido y el siguiente existe la misma separación que entre el segundo y el tercero de un mismo triplete. - Es universal. El código es compartido por todos los organismos conocidos, incluyendo los virus; así, por ejemplo, el codón UUG codifica para el aminoácido leucina tanto en los procariontes como en los eucariontes, lo mismo que ocurre con todos los codones. Este hecho es una prueba más a favor del origen de todos los seres vivos a partir de un precursor común. Debido a esta universalidad, los ribosomas de una célula pueden traducir cualquier ARN m sea cual sea su procedencia. De esta forma, un organismo puede sintetizar proteínas que no le son propias, siempre que se le introduzca el mensaje genético correspondiente

16 Gracias a la genética molecular, recientemente se ha descubierto que esta universalidad tiene excepciones: concretamente, las mitocondrias, en algunos protistas ciliados, en micoplasmas y algunos protozoos, como Tetrahymena, utilizan un código genético ligeramente diferente. - Es degenerado. Este término indica que la mayor parte de los aminoácidos, a excepción de la metionina y el triptófano, están codificados por más de un codón. Los distintos codones que codifican para un mismo aminoácido se denominan codones sinónimos; esto supone una ventaja, ya que en el caso de que se produzcan cambios en algún nucleótido, es decir, que haya mutaciones, no se tiene por qué alterar el orden de los aminoácidos que forman una proteína. - No presenta imperfección. Ningún codón codifica más de un aminoácido; lo contrario conllevaría problemas considerables, pues a partir de un gen se sintetizarían proteínas diferentes. - No es ambiguo. Pues cada codón o triplete siempre tiene el mismo significado. - Todas las combinaciones de bases tienen sentido. Se leen en el ARN m de izquierda a derecha, en sentido 5' 3 - Carece de solapamiento. Los tripletes de bases se hallan dispuestos de manera lineal y continua, sin que entre ellos existan comas ni espacios y sin que compartan ninguna base nitrogenada. Su lectura se hace en un solo sentido (5' 3'), desde el codón que indica el comienzo de la proteína hasta el que indica su final. Sin embargo, existe la posibilidad de que un mismo ARN m contenga varios codones de iniciación. Esto significaría que se podrían realizar varias fases de lectura y se sintetizaría más de un polipéptido. LA TRADUCCIÓN Una vez transcrito el ADN, la molécula de ARN m formada contiene la información necesaria para la síntesis de la proteína correspondiente. El proceso de biosíntesis de proteínas recibe el nombre de traducción, ya que se utilizan otros mecanismos químicos diferentes para pasar de una secuencia específica de nucleótidos a una secuencia específica de aminoácidos

17 Este importante proceso se realiza en los ribosomas. Estos orgánulos están formados por varios tipos de ARN r y proteínas y, además, presentan gran dinamismo lo que les permite realizar correctamente todo el proceso en sus distintas etapas. Los ribosomas bacterianos están formados por un 65% de ARN r y un 35% de proteínas (70 S). Los ribosomas eucarióticos son más grandes y complejos (80 S). El proceso es casi idéntico tanto en procariotas como en eucariotas, aunque en éstas presenta algunas particularidades que se mencionarán más adelante. El proceso de traducción que se describe ahora se refiere a organismos procariotas. -ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS- Antes de que se inicie el proceso, los aminoácidos que van a participar en él deben activarse ; para ello cada uno se va a unir a una molécula de ARN t específica, gracias a la enzima aminoacil-arn t sintetasa, para lo cual es necesario el gasto energético obtenido por la hidrólisis del ATP, que pasa a AMP y dos grupos fosfato. De esta manera, el aminoácido va a quedar unido por su extremo carboxilo al extremo 3 del ARN t. Las moléculas de ARN t tienen cuatro brazos: brazo D, brazo T, brazo aceptor de aminoácidos y brazo anticodón. El extremo 3 siempre lleva la secuencia CCA, y el aminoácido siempre se une a la Adenina. El brazo anticodón llevará un triplete de bases específico (=anticodón) de cada ARN t, siendo su función la de unirse al codón correspondiente en el ARN m. Ahora, una vez activados los aminoácidos por la formación de los aminoacil-arn t, comienza la síntesis propiamente dicha, que se lleva a cabo en tres fases: Iniciación, Elongación y Terminación. 1. INICIACIÓN El ARN m se va a unir a los ribosomas, cuyas dos subunidades deberán acoplarse. Este proceso necesita de unas moléculas o factores de iniciación. El mecanismo es este: El ARN m se une por su extremo 5 a la subunidad menor del ribosoma, gracias al factor de iniciación 3 (IF-3). Ahora se produce la fijación del primer aminoacil-arn t gracias a los puentes de hidrógeno que se establecen entre las bases del anticodón y las del codón del ARN m. El primer codón o codón de iniciación siempre es 5 AUG 3 y, por tanto, su anticodón será el UAC. El primer aminoácido unido a este primer ARN t es la formilmetionina, por lo que todas las cadenas proteicas deberían empezar por él, pero no es así porque es eliminado. Ahora se produce el acoplamiento de la subunidad mayor del ribosoma, para lo que se necesita otro factor de iniciación, el IF-1, así como la presencia de iones Mg

18 Así se forma el complejo de iniciación. El fragmento de ARN m cubierto por el ribosoma corresponde a seis nucleótidos (es decir, dos codones). Sobre el primero de ellos, AUG, ya se encuentra el aminoacil-arn t correspondiente, el en lugar llamado sitio P (de peptidil, ya que es el lugar donde está el ARN t que lleva unida la cadena peptídica en formación). La zona donde está el segundo codón es el sitio A (de aminoacil, ya que es donde se acoplará cada nuevo aminoacil-arn t ). Todo este proceso requiere energía, que se obtiene por la hidrólisis de GTP, que se degrada a GDP y P. 2. ELONGACIÓN O ALARGAMIENTO Se va sintetizando la cadena peptídica por la unión de los sucesivos aminoácidos, que se van situando en el ribosoma transportados por sus correspondientes ARN t ; para ello el ribosoma se desplaza a lo largo de la cadena de ARN m. Podemos diferenciar las siguientes etapas: a) Unión de un aminoacil-arn t al sitio A. Esto ocurrirá siempre que el anticodon del ARN t sea complementario al codón del ARN m que se encuentra allí. Se necesita aporte energético por parte del GTP así como dos factores de elongación: EF-Ts y EF-Tu. b) Formación del enlace peptídico. Una vez anclados los dos aminoacil-arn t en sus lugares correspondientes (P y A), se va a producir la unión entre los dos aminoácidos gracias a la acción de la peptidiltransferasa, que está en la subunidad mayor del ribosoma. Al unirse el primer aminoácido (formilmetionina) al segundo, se desprende de su ARN t, el cual sale del ribosoma. Se forma así un dipéptido que permanece unido al ARN t que está en el sitio A. c) Traslocación del dipéptido al sitio P. Ahora se produce un desplazamiento del ribosoma sobre el ARN m en sentido 5 3. Así, el segundo codón con el ARN t fijado sobre él, pasa al sitio P, quedando libre el sitio A, que será ocupado por el tercer codón del ARN m. Sobre éste se fija un nuevo aminoacil-arn t, con la participación de otro factor de elongación, EF-G

19 3. TERMINACIÓN Existen tres codones de terminación en el ARN m, UAA-UAG y UGA, para los que no hay ARN t con los correspondientes anticodones. Por ello, cuando el ribosoma llega a uno de ellos, no se sitúa ningún aminoacil-arn t en el sitio A y la cadena peptídica se acaba. En esta fase intervienen dos factores de terminación: R1F para los codones UAA y UAG, y R2F para los codones UAA y UGA. Al situarse sobre el sitio A, estos factores hacen que la enzima peptidiltransferasa libere el péptido formado del ARN t al que está unido. Se necesita energía, que la aporta una molécula de GTP. Como consecuencia del proceso de traducción se liberan: La cadena proteica, que ha ido adquiriendo durante el proceso estructura secundaria y terciaria característica. Las dos subunidades ribosómicas por separado. El ARN m, que puede volver a ser utilizado, aunque generalmente es destruido inmediatamente después o, incluso, mientras es leído. El proceso es muy rápido (hasta 1400 aa/minuto). Las cadenas de ARN m pueden ser leídas por más de un ribosoma, generándose una estructura denominada polisoma o polirribosoma, lo cual supone un gran ahorro tanto energético como de tiempo. La traducción en eucariotas Se encuentran las siguientes diferencias con respecto al proceso llevado a cabo en procariotas: El lugar de transcripción (núcleo) y el de traducción (citoplasma) son distintos y están separados por una membrana (membrana nuclear). En procariotas ocurren ambos en el citosol de la célula

20 Los ARN m son más estables que en procariotas. Los ARN m son monocistrónicos, es decir, cada uno de ellos solo contiene información para una proteína. Los procarióticos suelen ser policistrónicos. El extremo 5 de los ARN m tiene metilguanosinatrifosfato para poder ser identificada por los ribosomas. Los ribosomas tienen ARN r diferentes y su coeficiente de sedimentación es ligeramente diferente (80 S en eucariotas y 70 S en procariotas). El primer ARN t no lleva formilmetionina, sino metionina. Este primer ARN t se une antes a la subunidad menor que al ARN m, a diferencia de lo que pasa en procariotas. Los factores de iniciación y el EF-1 difieren de los de los procariotas ALTERACIONES DEL MATERIAL GENÉTICO: LAS MUTACIONES En 1901, Hugo de Vries acuñó el término mutación para referirse a los cambios repentinos aparecidos en individuos de la especie vegetal Oenothera lamarckiana, en la que estaba trabajando. Sin embargo, no fue hasta 1943 cuando se empezaron los verdaderos estudios sobre mutaciones, gracias a Salvador Luria y Max Delbrück. El material genético, tanto de células como de virus, puede sufrir alteraciones al azar, las cuales, normalmente, comportan deficiencias que pueden llegar a ser letales (=cáncer). Estos cambios en el material genético reciben el nombre de mutaciones. Las mutaciones son una fuente de variación para la población, es decir, hace que existan diferencias entre los individuos que la forman. Así, cuando las condiciones ambientales cambian, es posible que individuos con alguna mutación determinada se vean favorecidos y tengan una mayor probabilidad de sobrevivir que otros. En esto consiste la Selección natural. Las mutaciones, como fuente de variabilidad genética, permiten la evolución de las especies. TIPOS DE MUTACIONES Las mutaciones se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios: células afectadas, efectos, causa, etc. Todos ellos quedan reflejados en el siguiente cuadro: CRITERIO CÉLULA AFECTADA CAUSA EFECTOS TIPO DE MUTACIÓN Somáticas. No se transmiten a la descendencia. Germinales. Sí se transmiten a la descendencia. Naturales o espontáneas. Inducidas por agentes mutágenos. Neutras. Beneficiosas. Perjudiciales: Letales: Producen la muerte, al menos del 90% de la población. Sub-letales: Mueren menos del 10% de los individuos que las poseen. Patológicas: Producen alguna enfermedad

21 TIPO DE EXPRESIÓN GENÉTICA Dominantes: Respecto al alelo normal no mutado, que será recesivo. Recesivas: Respecto al alelo normal no mutado, que será dominante. ALTERACIÓN GENÉTICA PROVOCADA Génicas: Afectan a la secuencia de nucleótidos de un gen. Genómicas: Afecta al número de cromosomas. Cromosómicas: Altera la integridad de la estructura del cromosoma. Veamos con más detalle éstas últimas: a) MUTACIONES GÉNICAS (=PUNTUALES) Son las mutaciones propiamente dichas. Consisten en cambios químicos del ADN, por lo que resulta imposible observarlas al microscopio, por eso también se denominan mutaciones puntuales. Van a afectar a la secuencia nucleotídica de un gen, y pueden provocar cambios en un par de bases (microlesiones) o en un segmento génico completo (macrolesiones). Aparecen debidas a dos causas principalmente: Por errores no corregidos producidos durante el proceso de replicación del ADN. Por la acción de determinados agentes físicos o químicos (=agentes mutagénicos). Podemos distinguir varios tipos de mutaciones génicas: MUTACIONES POR SUSTITUCIÓN DE UNA BASE POR OTRA DISTINTA Constituyen el 20% de las mutaciones génicas espontáneas. Éstas, a su vez, pueden ser: - Transiciones. Son sustituciones de una base púrica o pirimidínica por otra del mismo tipo. - Transversiones. Cuando se produce la sustitución de una base púrica por una pirimidínica, o a la inversa. Este tipo de mutaciones provocan la alteración de un único triplete del gen afectado. En ocasiones, el triplete afectado codifica el mismo aminoácido o un aminoácido distinto que el triplete sin afectar, pero que no altera la función de la proteína, con lo que la mutación no tendrá consecuencias perjudiciales. En otras ocasiones, puede afectar al aminoácido del centro activo del enzima, por lo que sí tendrá un efecto perjudicial. Todas estas sustituciones son posibles porque se producen cambios en la posición de algunos átomos de hidrógeno, originando formas tautoméricas, diferentes a las originales pero con la misma distribución espacial (=isómeros), con lo que se van a producir apareamientos erróneos en la doble hélice y, por consiguiente, errores durante el proceso de replicación del ADN

22 MUTACIONES POR PÉRDIDA (=DELECIÓN) O INSERCIÓN DE BASES Son más graves que las anteriores, ya que a partir del punto en el que se han perdido o añadido las bases, todos los tripletes estarán cambiados y, por tanto, el mensaje genético será diferente. Se originan por un emparejamiento defectuoso durante el proceso de replicación entre la hebra molde y la que se está sintetizando, o cuando ciertos compuestos (como la acridina) se intercalan entre las cadenas de nucleótidos. En definitiva, las consecuencias son graves y constituyen el 80% de las mutaciones génicas espontáneas. MUTACIONES POR VARIACIONES DE LUGAR DE ALGUNOS SEGMENTOS DEL ADN (= TRANSPOSICIONES) Se producen como consecuencia del desplazamiento de secuencias de ADN, lo que implica la aparición de nuevos tripletes y, por tanto, la modificación del mensaje genético. La reparación de errores cometidos durantes la replicación se lleva a cabo gracias a la corrección de errores que realiza la ADN-polimerasa, gracias a la actividad exonucleasa de la misma. Esta enzima, antes de añadir un nucleótido, comprueba si el que se ha añadido anteriormente es el correcto. Si no lo es, lo retira y lo sustituye por el correcto. b) MUTACIONES CROMOSÓMICAS Son las que provocan cambios en la estructura interna de los cromosomas, es decir, afectan a la secuencia de los genes dentro del cromosoma. Debido a esto, sí son detectables al microscopio. La secuencia nucleotídica no se altera pero sí lo hace el número de genes que forman el cromosoma o el orden que guardan dentro del mismo. Según esto, podemos distinguir: Alteraciones por la existencia de un número incorrecto de genes. Se producen por un fallo ocurrido durante el apareamiento meiótico, que puede producir un sobrecruzamiento erróneo, quedando un cromosoma con un fragmento extra y el otro con una falta de éste. Los gametos resultantes, tras la fecundación, originarán diversas anomalías, como las siguientes: - Deficiencias y Deleciones. Consisten en la pérdida de un fragmento de cromosoma, bien en el extremo (=deficiencia) o en otro lugar (=deleción). - Duplicaciones. Existe un segmento de cromosoma repetido, por lo que existe un exceso de genes. Este hecho puede tener una gran importancia evolutiva, debido a que sobre el fragmento duplicado se pueden realizar otras mutaciones, con lo que pueden aparecer nuevos genes sin que se modifiquen los antiguos. Alteraciones en el orden de los genes. No perjudican a los individuos que los portan, aunque causan la producción de gametos anormales, originando una descendencia con déficit o exceso de genes. Se distinguen dos tipos: 1. Inversiones. Los genes de un determinado fragmento cromosómico aparecen invertidos. Si el fragmento invertido incluye el centrómero, la inversión se denomina pericéntrica, si no lo incluye se denomina paracéntrica

23 2. Translocaciones. Un fragmento cromosómico cambia de posición, trasladándose a otro lugar del mismo cromosoma, a su homólogo o a otro cromosoma cualquiera. Si la translocación se produce de un cromosoma a otro no homólogo (lo más frecuente) y de éste al primero, se denomina translocación recíproca; si el fragmento simplemente se sitúa en otro cromosoma diferente sin que exista reciprocidad, se denomina transposición. Las mutaciones cromosómicas se pueden detectar mediante bandeo cromosómico, que consiste en teñir los cromosomas con determinadas tinciones que hacen que aparezca un patrón de bandas transversales. Comparando el patrón de bandas de un cromosoma con el patrón conocido de dicho cromosoma, es posible detectar si se ha producido alguna modificación. También es posible detectarlas estudiando como se emparejan los cromosomas homólogos durante la meiosis: - Las deleciones y duplicaciones dan lugar a la formación de bucles (afectan a una sola hebra de la doble hélice) y terminaciones escalonadas. - Las inversiones provocan la aparición de asas de inversión (afectan a las dos cadenas de la doble hélice) - Las translocaciones dan lugar a formas en cruz cuando afectan a cromosomas homólogos, o a anillos si ha habido una translocación múltiple. c) MUTACIONES GENÓMICAS O NUMÉRICAS Son las que afectan al número de cromosomas propio de una especie, ya sea por exceso o por defecto. Por eso se pueden detectar fácilmente al estudiar el cariotipo del individuo. Producen siempre alteraciones graves en los individuos que las padecen. Las causas parecen estar relacionadas con una separación anormal de los cromosomas o de las cromátidas durante la división meiótica. Se distinguen dos tipos: Aneuploidías y Euploidías

24 ANEUPLOIDÍAS No existe alteración del número de juegos cromosómicos completos, solamente falta o sobra algún cromosoma. Se distinguen varios tipos: a) Nulisomías (2n-2): Falta una pareja de cromosomas homólogos. Esta alteración tiene efectos letales. b) Monosomías (2n-1): Falta un solo cromosoma. c) Trisomías (2n+1): Existe un cromosoma de más. d) Tetrasomías (2n+2): Existen cuatro ejemplares del mismo cromosoma. Las aneuploidías se producen mediante la fusión de un gameto normal (n cromosomas) con otro que posee n+1, n-1 o n+2 cromosomas. Las alteraciones más tolerables son las que afectan a cromosomas pequeños o a los sexuales. EUPLOIDÍAS Se trata de una alteración en el número de juegos cromosómicos (=conjunto formado por un cromosoma de cada tipo, por lo que los individuos normales tendrán en sus células somáticas dos de ellos). Pueden ser: a) Monoploidías (=Haploidía). Únicamente existe un juego cromosómico completo, es decir, n cromosomas. Esta es la situación habitual en algunas fases de los ciclos vitales de los seres vivos (ej. gametos). b) Poliploidías. La anomalía consiste en la existencia de más de dos juegos cromosómicos. Pueden ser triploidías (3n cromosomas), tetraploidías (4n cromosomas), etc. Estas mutaciones originan un aumento del tamaño celular, que puede ir acompañada de un aumento del tamaño corporal (muy frecuente en vegetales, de hecho el 47% de las plantas angiospermas usadas para consumo humano lo son). En animales, a pesar del aumento del tamaño las células no se produce un significativo aumento de los órganos internos, alterando la funcionalidad de éstos. Podemos distinguir dos modalidades de poliploidía: - Autopoliploidía. Cuando todos los juegos cromosómicos proceden de la misma especie. - Alopoliploidía. Cuando los juegos cromosómicos proceden de dos especies diferentes

25 El empleo de colchicina (una sustancia extraída del azafrán), inhibe la formación de los husos acromáticos durante la división. Como consecuencia, los cromosomas no migran a los polos celulares y permanecen juntos en una única célula; así, a partir de una célula 2n se pueden obtener células 4n y gametos 2n, cuya unión originará individuos 4n (tetraploides). AGENTES MUTAGÉNICOS Son factores que aumentan sensiblemente la frecuencia de mutación en los seres vivos. Actúan alterando o dañando la composición y la estructura del ADN. Los podemos clasificar en tres grupos: físicos, químicos y biológicos. 1. Agentes Mutagénicos Físicos. Los más importantes son las radiaciones, que podemos clasificarlas en no ionizantes e ionizantes Radiaciones No Ionizantes. Son los rayos ultravioleta (UV), un tipo de radiación electromagnética, como la luz, pero de menor longitud de onda ( nm), por tanto son más energéticas que la luz. Al absorber la luz ultravioleta el ADN celular, provoca la formación de enlaces covalentes entre bases pirimidínicas contiguas, de modo que se forman dímeros de timina. - Radiaciones Ionizantes. Son radiaciones electromagnéticas de longitud de onda inferior a los UV, tales como los rayos X y los rayos gamma (γ), las partículas α y las β, así como los neutrones emitidos durante el proceso. Van a provocar la pérdida de electrones en algunos átomos de ADN, que quedan en forma de iones muy reactivos. Rompen los anillo de las bases nitrogenadas, e incluso los enlaces fosfodiéster, con la consiguiente ruptura del ADN y, por tanto, de los cromosomas. Los efectos de las radiaciones ionizantes sobre los organismos pueden ser: - Fisiológicos: Pueden producir cambios enzimáticos que alteren el metabolismo. - Citogenéticos: Provocan alteraciones en la propia estructura de los cromosomas. - Genéticos: Producidos por ionizaciones directas sobre la molécula de ADN, originando radicales libres muy reactivos, que provocaran mutaciones en el ADN. 2. Agentes Mutagénicos Químicos. Numerosas sustancias químicas presentan acciones mutagénicas (hidrocarburos policíclicos, aminas aromáticas, agentes alquilantes, pesticidas, etc.). A diferencia de las radiaciones, los efectos son más retardados. Los cambios que pueden provocar son de tres tipos: