MUTACIONES. POR EL TIPO DE ALTERACION QUE PORVOCAN EN EL MATERIAL GENETICO O EL NIVEL AL QUE SE PRODUCEN POR EL TIPO DE CELULAS A LAS QUE AFECTAN

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1 MUTACIONES. 1. INTRODUCCIÓN Aunque la replicación del ADN es muy precisa, no es perfecta. Muy rara vez se producen errores, y cuando estos ocurren el ADN contiene uno o más nucleótidos cambiados. Un error de este tipo que recibe el nombre de mutación, puede tener en cualquier zona del ADN. Las mutaciones fueron descritas por primera vez en 1901 por uno de los redescubridores de Mendel, el botánico holandés Hugo de Vries. Si esto se produce en la secuencia de nucleótidos que codifica un polipéptido particular, este puede presentar un aminoácido cambiado en la cadena polipeptídica. Esta modificación puede alterar seriamente las propiedades de la proteína resultante. Cuando se produce una mutación durante la formación de los gametos, esta se transmitirá a las siguientes generaciones, por tanto afecta a la línea germinal. Si es una mutación somática sólo afectara a la línea celular de ese tejido u órgano. La mayoría de las mutaciones son perjudiciales para el organismo que las porta. La exposición a rayos X con fines médicos, los materiales radiactivos y las mutaciones producidas por compuestos químicos son responsables de su aumento. Por lo general, las mutaciones son recesivas, sus efectos perjudiciales no se manifiestan a menos que dos de ellos coincidan para dar lugar a una situación homocigótica. POR EL TIPO DE ALTERACION QUE PORVOCAN EN EL MATERIAL GENETICO O EL NIVEL AL QUE SE PRODUCEN MUTACIONES GÉNICAS ALTERACIONES CROMOSOMICAS POR EL TIPO DE CELULAS A LAS QUE AFECTAN SOMÁTICAS GERMINALES O GAMÉTICAS TIPOS DE MUTACIONES LETALES TERATOLÓGICAS POR LA VIABILIDAD DEL MUTANTE NEUTRAS O INOCUAS PATOLÓGICAS ESPONTÁNEAS POR SU ORIGEN INDUCIDAS

2 POR EL TIPO DE ALTERACION QUE PORVOCAN EN EL MATERIAL GENETICO O EL NIVEL AL QUE SE PRODUCEN MUTACIONES GÉNICAS. Son verdaderas mutaciones, por que se produce un cambio en la estructura del ADN. A pesar de todos los sistemas destinados a prevenir y corregir los posibles errores, se producen las mutaciones puntuales, que son el cambio de las bases de un par en el ADN, un cambio en la base nitrogenada puede alterar la estructura completa de la proteína. Tirosina Arginina Metionina AUG GCU UAC Tirosina Glutamina Metionina AUG GUU UAC Si observamos este fragmento de ADN en el que la citosina ha sido sustituida por uracilo Vemos como cambia el aminoácido que sintetiza, el cual puede influir en la estructura de la proteína. Aunque se cambie un nucleótido por otro, supondrá una alteración en la secuencia de un gen, que se traduce posteriormente en una modificación de la secuencia de aminoácidos y podrá repercutir en la funcionalidad de la proteína. Las mutaciones pueden producirse en regiones de exones ( pero solo afectar a la tercera base nitrogenada de un codon) o intrones o cualquier secuencia no esencial del ADN y no cambiar el aminoácido que producen, a este tipo de aminoácidos se les denomina mutaciones silenciosas Si se produce en una región exónica que a su vez cambie el aminoácido que sintetiza, o afecta al codon de inicio o de terminación (STOP), puede suponer una grave alteración, también puede afectar al promotor o a cualquier secuencia reguladora y así variar la expresión de un gen. Clasificación de las mutaciones génicas - Sustitución: Cambio de una base nitrogenada por otra. Según las bases que se intercambian se clasifican en : -transicionales o transiciones; Una base púrica por otra púrica (A G) ó una pirimidínica por otra pirimidínica (C T) - transversionales o transversiones: Una base púrica se cambia por otra pirimidínica (Tó C G ó A) Flechas Verdes transversiones Flechas moradas transiciones En este caso según la base nitrogenada a la que afecta puede producir o no cambio de aminoácido.(degeneración del código genético) Adiciones o inserciones: Se introduce una nueva base nitrogenada que produce un corrimiento de lectura. 5 AAAGCTAGT 3 5 AAATGCTAGT3 - Deleciones: Perdida de una base nitrogenada, produce corrimiento de lectura.

3 Según sea el efecto causado, estas mutaciones se clasifican a su vez en : o Neutras o silenciosas: El cambio de base no origina una cambio en la lectura del mensaje o Con sentido erróneo: El cambio de una base origina un cambio de un aminoácido en una proteína. o Sin sentido: El cambio de base origina una proteína más corta. El cambio de base origina un triplete sin sentido (STOP) y la cadena de la proteína se termina. o Por cambio de pauta de lectura o corrimiento de lectura: Por adiciones o delecciones, cambian todos los aminoácidos producidos a partir del lugar donde se haya producido la mutación CONCEPTOS RELACIONADOS CON LAS MUTACIONES GÉNICAS Gen silvestre: El gen original que no ha mutado Gen mutado: El gen que ha variado Tasa de mutación (TM): Se concibe de forma distinta según sean organismos unicelulares o pluricelulares. Número de mutaciones En organismos unicelulares: TM División celular Número De Mutaciones En organismos superiores: TM Gameto MUTACIONES CROMOSÓMICAS Las alteraciones o mutaciones cromosómicas afectan a los cromosomas. En general hablamos de reorganizaciones cromosómicas. Existen dos tipos según afecten a fragmentos de cromosomas o a series cromosómicas completas: Alteraciones estructurales y alteraciones numéricas. ALTERACIONES NUMÉRICAS Son alteraciones que afectan a la dotación cromosómica del individuo, es decir los organismos que las presentan tienen en sus células un número distinto de cromosomas al que es propio de su especie. Este tipo de alteraciones suele producirse por una separación anormal de los cromosomas durante la meiosis, lo cual puede afectar a series cromosómicas completas (individuos 3n, 4n etc.) o a una sola pareja de homólogos. Tipos: o Euploidias: Es cuando se produce en la meiosis un fallo en la separación de un grupo completo de cromosomas; de tal manera que se origina un gameto con el doble del número normal de cromosomas, el descendiente tendrá tres grupos de cromosomas homólogos en vez de los dos habituales. Si se unen dos gametos con el doble del número normal de cromosomas, el descendiente estará dotado de cuatro grupos de homólogos. Los organismos con grupos adicionales de cromosomas reciben el nombre de poliploides. Se han observado poliploides fiables y fértiles casi exclusivamente en organismos hermafroditas, como la mayoría de las plantas con flores y algunos invertebrados. Por lo general, las plantas poliploides son mayores y más robustas que sus antecesores diploides. Así tenemos variedades gigantes de fresones, tomates, trigo., que existen en el mercado, tiene este origen. Algunas veces se originan fetos poliploides en la raza humana, pero fallecen en una fase precoz del desarrollo fetal y se produce un aborto. Así encontramos organismos, monoploides, triploides, tetraploides etc.

4 o Aneuploidia: Es cuando en la meiosis se produce un fallo en la separación de una pareja de cromosomas. Esto puede originar gametos (y por lo tanto cigotos) con cromosomas de más y otros donde faltan uno o más cromosomas. En el hombre, existen varios síndromes provocados por la no separación de una pareja de cromosomas homólogos durante la meiosis, con lo cual permanecen unidos y se desplazan juntos a un mismo gameto provocando lo que se denomina trisomía, es decir un individuo con un cromosoma triplicado. Los individuos con trisomias pueden llegar a sufrir incapacidades graves. Esquema de las trisomias más frecuentes en autososmas y en cromosomas sexuales. Alteraciones en los autososmas Síndrome Tipo de Características y síntomas de la mutación mutación De Dawn Trisomia del 21 Retraso mental, ojos oblicuos, piel rugosa, crecimiento retardado De Edwars Trisomia del 18 Anomalías en la forma de la cabeza, boca pequeña, mentón huido, lesiones cardiacas. De Patau Trisomia del 13 o del 15 Labio leporino, lesiones cardiacas, polidactilia Alteraciones en los cromosomas sexuales Síndrome Tipo de mutación De 44 Klinefelter autosomas + XXY Del duplo 44 Y autosomas + XYY De Turner 44 autosomas + X De triple X 44 autosomas + XXX Características y síntomas de la mutación Escaso desarrollo de las gónadas, aspecto eunocoide. Elevada estatura, personalidad infantil, bajo coeficiente intelectual, tendencia a la agresividad y al comportamiento antisocial. Aspecto hombruno, atrofia de ovarios, enanismo. Infantilismo y escaso desarrollo de las mamas y los genitales externos.

5 ALTERACIONES ESTRUCTURALES. Afectan a un segmento del cromosoma, produciendo un cambio del orden lineal de los genes en los cromosomas. Pueden ser de cuatro tipos: Deleciones: Se elimina un segmento de ADN.Si la deleción es muy grande, los organismos que la llevan no suelen ser viables. Duplicaciones: Un segmento de ADN aparece duplicada por una adición del mismo cromosoma o de otro homólogo. Inversiones: Se produce una reordenación de las secuencias cromosómicas a consecuencia de la aparición de dos rupturas y ensamblaje del fragmento con un giro de 180º respecto a la posición normal. Las inversiones provocan alteraciones de los mecanismos de apareamiento de los cromosomas en la meiosis, y en muchos casos disminuyen mucho la fertilidad de los organismos. Translocaciones: Se originan como consecuencia del intercambio de fragmentos de cromosomas no homólogos, homólogos o en el mismo cromosoma. CÉLULAS A LAS QUE AFECTAN; Somáticas: se producen en el individuo en cualquier lugar del cuerpo menos en gametos y no se transmiten a la descendencia, no se heredan, ya que las células somáticas pueden ser sustituidas por otras o mueren cuando lo hace el individuo. Tienen mayor transcendencia si afectan al cigoto o al embrión puesto que afectara a todo el organismo. Germinales son las que afectan a los gametos o a las células madre de los gametos (ovogonias y espermatogonias). En este caso si son hereditarias. VIABILIDAD DEL MUTANTE Las mutaciones en general son perjudiciales para el individuo, si bien pueden resultar beneficiosas para el conjunto de la especie y son el principal motor de la evolución. Letales: es decir producen la muerte en el nacimiento. Patológicas al provocar enfermedades. Teratológicas producen malformaciones en el embrión. Neutras o inócuas es decir no producen efectos evidentes.

6 POR SU ORIGEN Por su origen son importantes las que se producen de forma natural ALGUNAS se pueden inducir en laboratorio y así saber cómo es su manifestación. Las mutaciones pueden ser: Espontáneas: sin la intervención de agentes externos. Inducidas: Por agente mutágenos. MUTACIONES ESPONTANEAS Causas de las mutaciones Errores de lectura: Ocurren en la duplicación del ADN. Debido que existen formas anormales de las bases parecidas a las normales que provocan un emparejamiento erróneo. Por ejemplo la guanina cambia su forma normal y la forma anómala empareja con Timina. Cambios químicos: como: Desaminaciones: Perdida e grupos aminos. Por ejemplo la citosina por desaminación cambia a uracilo. Metilaciones: Adición de grupos amino. Despurinaciones: Perdida de una base púrica por rotura del enlace de la base con la pentosa. Formación de dímeros de timina: Dos timinas que se encuentran una a continuación de otra forman una sola base nitrogenada. Transposiciones: Cambios de sitio de fragmentos de ADN (Elementos transponibles, transposones o genes saltarines), que pueden ser de muy pequeño tamaño y tienen en sus extremos unas secuencias especiales llamadas secuencias de inserción y por tanto si se incluyen dentro de un gen altera el orden de lectura, pero si son mayores pueden alcanzar varios genes entonces producen alteraciones cromosómicas. Para producirse la escisión del transposón se necesita la enzima transposasa, el hueco que dejan en el cromosoma se rellena mediante síntesis de ADN que es copia de su cromosoma homólogo. Existen además retrotransposones que son copia del elemento transponible mientras que el original permanece en su sitio, se produce mediante una retrotranscriptasa o transcriptasa inversa. No se escinden ni se desplazan directamente sino a través de ARN m ; Las secuencias génicas se transcriben y dan lugar a moléculas de ARN, luego la retrotranscriptasa utiliza este ARN como molde y sintetiza una doble hélice de ADN idéntica al retrotransposon original que puede insertarse en otro sitio del genoma. MUTACIONES INDUCIDAS son producidas mediante agente mutágenos Agentes mutágenos: Pueden ser de dos tipos: Físicos o químicos Agentes mutágenos físicos: Fluctuaciones térmicas de temperatura. En humanos por encontrarse a 37º se producen diariamente despurinizaciones ; ruptura del enlace N-glucosídico entre las bases púricas y desoxirribosa. También por la misma causa se producen desaminaciones espontáneas (+ de 100 cada día), perdidas de grupos amino.

7 Radiaciones ultravioleta procedentes del sol. Dentro de la radiación ultravioleta podemos distinguir dos tipos. La radiación UVA Entre 320 y 420 nm ( menos energética) La radiación UVB Entre 290 y 320 nm (más energética) Los rayos UVB absorbidos por el ADN, especialmente de las células de la piel provocan formación de enlaces covalentes entre dos bases pirimidínicas sucesivas de la misma cadena lo que da lugar a dímeros de timina y de citosina, como consecuencia de ello se rompen los puentes de hidrógeno que mantenían unidas sus correspondientes bases complementarias y la doble helice del ADN se desorganiza alrededor de los dímeros. Los rayos UVA no son absorbidos directamente por el ADN pero incrementan la producción de radicales libres derivados del oxígeno, compuestos altamente reactivos y capaces de inducir lesiones en el ADN. En ambos casos, las mutaciones que provocan pueden originar cáncer de piel. Radiaciones ionizantes. Son radiaciones de longitudes de onda muy corta y por ello altamente energéticas, como los rayos X y las radiaciones de los reactores nucleares, pueden provocar la rotura de sus cadenas o la modificación química de sus componentes. Entre las mutaciones que pueden provocar las radiaciones ionizantes son las siguientes: Mutaciones letales: se producen al romperse los cromosomas y produce la muerte del individuo. Mutaciones carcinógenas: provocan la aparición de algún tipo de cáncer. Mutaciones teratógenas si la radiación afecta a una mujer embarazada se pueden producir mutaciones en el ADN del feto, pues sus células se encuentran en mitosis. Radiación corpuscular: partículas y Se emiten en los procesos de desintegración de isótopos radiactivos, y sus efectos sobre el ADN son similares a los producidos por radiaciones o los rayos X. Los casos más graves de exposición a este tipo de radiaciones se deben a los accidentes en las centrales nucleares ( como en Chernobil, Fukushima) que generan una lluvia de elementos radiactivos, algunos de los cuales se incorporan a los tejidos de los organismos a través de las cadenas tróficas ( verdura, carne, lecheetc.), Y causan mutaciones que pueden desencadenar la aparición de tumores cancerígenos. También están expuestos a la radiación corpuscular, aunque con una intensidad mucho menor, los trabajadores de las minas de hierro, radio, y uranio ya que en todas ellas se emite un gas radón, un gas natural que se produce por la desintegración del radio. Mutágenos quimicos Para detectar el poder mutágeno de de estas sustancias se utiliza la prueba o test de Ames que mide la cantidad de bacterias mutadas que surgen tras la exposición a un mutágeno, ya que pueden crecer en medios de cultivo que antes de la mutación no podían hacerlo. Causas que desencadenan la mutación Mutágenos que remplazan una base en el ADN (análogos de base) 5 Bromo uracilo Mutágenos intercalantes: Benzopireno, presente en los alquitranes y el humo del tabaco, produce una sustancia altamente reactiva que se intercala entre los pares de bases y establece puentes mediante enlaces covalentes entre las dos hebras de ADN provoca delecciones o adicciones durante la replicación. Colorantes de acridina tambien provoca delecciones o adicciones durante la replicación. Mutágenos que transforman bases : Ácido nitroso provoca la desaminación de la citosina que se transforma en uracilo. Mutágenos que alteran las bases :Los agentes alquilantes ( dimetilnitrosamina, gas mostaza, introducen grupos alquilo en las bases del ADN

8 MUTACIONES Y EVOLUCIÓN Todos los seres vivos participan desde hace años en un gran juego: La ruleta de la evolución Las reglas de este juego son: Fidelidad, variabilidad y selección. El genoma de una especie pasa casi intacto de generación en generación, gracias a lo cual las especies se perpetuán y siguen existiendo, pero aunque hay mecanismos que controlan el proceso de replicación del ADN a veces se producen fallos que son el origen de la variabilidad genética, estos cambios son el origen de la diversificación de organismos. Cualquier cambio genético que tienda a aumentar la capacidad de reproducción de un organismo se mantendrá de generación en generación, sin embargo aquellos individuos que no posean este cambio cuando lleguen a la edad reproductora producirán menos descendientes. Por tanto los individuos con mejoras genéticas según las condiciones ambientales del momento producirán más descendientes que los individuos peor adaptados y transmitirán sus caracteres a la siguiente generación, es decir se generará una selección natural. La evolución se considera como el proceso de cambio que conduce a la formación de nuevas especies y a la adquisición de niveles superiores de organización. Teoría sintética o Neodarwinismo: Formulada por Dobzhansky, nos dice que la evolución es un proceso gradual casi imperceptible que afecta a la población en su conjunto, aunque opera sobre los individuos que la componen. Está teoría toma del Darwinismo que la evolución es el resultado de la selección natural sobre la variabilidad genética. La variabilidad genética de las poblaciones es producida por las mutaciones y la recombinación de los genes en la reproducción sexual, siendo amos procesos aleatorios. Las mutaciones son las responsables de la aparición de los distintos alelos de cada gen en la población. La población contiene un conjunto común de genes (acervo génico). Muchos de estos genes estarán en todos los individuos de esa especie, pero otros se encontraran solo en determinados individuos. Si la combinación de genes (genotipo) es favorable, esos genes se presentarían en mayor proporción en las siguientes generaciones (aumenta su frecuencia estadística), sin embargo si no lo es, su contribución al conjunto de genes de la población será inferior o se eliminara. Por eso hablamos de ventajas selectivas de unos individuos frente a otros. La contribución al conjunto de genes (acervo génico) de las generaciones futuras se conoce como eficacia biológica. Si esta sustitución de unos alelos por otros más aptos, afecta a un elevado número de genes, la población podrá acabar teniendo una constitución genética muy diferente a la original, hasta el punto que los individuos integrantes de esa población no puedan cruzarse entre si o no tener descendencia fértil. En este momento habría nacido una nueva especie. (Definición de especie: conjunto de individuos que poseen genes comunes, y que son capaces de reproducirse entre sí teniendo una descendencia fértil) Además de las mutaciones y la recombinación existen otros mecanismos que permiten la fabricación de nuevos genes: - Duplicación de genes con translocaciones a otros cromosomas. Esto se produciría mediante los transposones. - Retrotranscripción: síntesis de copias de ADN a partir de ARN por acción de la transcriptasa inversa. Estas nuevas secuencias se integrarían en el ADN en forma de genes sin intrones. Estos serian los pseudogenes. El Neodarwinismo experimenta hoy innovaciones gracias a la genética molecular (estudio y evolución de los genes) y a la Paleontología ( interpreta el registro fósil)

9 En el Neodarwinismo se acepta que la evolución no siempre s gradual sino que en ocasiones se producen saltos de un modo irregular, y así las nuevas especies pueden aparecer porque se producen modificaciones profundas en algunas ocasiones. Desde el punto de vista molecular se pueden considerar dos tipos de mutaciones: - Micromutaciones: pequeños cambios en el ADN que se irían acumulando y que finalmente producirían el cambio que originará una nueva especie. - Macromutaciones: De las que se tiene poco conocimiento. Pero permiten explicar los cambios bruscos en las especies.