TEMA 16: ALTERACIONES DEL MATERIAL GENÉTICO

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1 TEMA 16: ALTERACIONES DEL MATERIAL GENÉTICO

2 INDICE 1. LAS MUTACIONES 2. MUTACIONES GÉNICAS 2.1. CLASES DE MUTACIONES GÉNICAS CAUSAS DE LAS MUTACIONES GÉNICAS SISTEMA DE REPARACIÓN DE LAS MUTACIONES GÉNICAS. 3. MUTACIONES CROMOSÓMICAS 3.1. ALTERACIONES DEL NÚMERO DE GENES ALTERACIONES DEL ORDEN DE LOS GENES. 4. MUTACIONES GENÓMICAS 4.1. EUPLOIDÍAS 4.2. ANEUPLOIDÍAS. 5. AGENTES MUTAGÉNICO 6. CONSECUENCIAS DE LAS MUTACIONES 6.1. MUTACIONES Y EVOLUCIÓN 6.2. MUTACIONES Y ENFERMEDADES HEREDITARIAS MUTACIONES Y CÁNCER.

3 1. LAS MUTACIONES Hugo de Vries (1901) (botánico holandés) à 1º en usar el término mutación à cambios inesperados en descendencia de una planta. (tamaños distintos). Hoy en día: MUTACIÓN: alteración al azar del material genético. Cambios se traducen en secuencia de aminoácidos, por tanto mutación puede afectar a la supervivencia del organismo. Tipos de mutaciones: Según célula afectada: Somáticas: no se transmiten a descendencia. Germinales: sí se transmiten a descendencia. Según la causa: Naturales o espontáneas. Inducidas: agentes mutagénicos. Según los efectos: Beneficiosa. Perjudicial. Neutra. Según alteración provocada: Génicas: Secuencia de nucleótidos. Cromosómica: secuencia de genes. Genómicas: cambio en número de cromosomas.

4 2. MUTACIONES GÉNICAS Mutaciones en sentido estricto (si afectan a intrón o parte no esencial del ADNà sin consecuencias à mutación silenciosa) 2.1. CLASES DE MUTACIONES GÉNICAS POR SUSTITUCIONES DE BASES 20% de mutaciones génicas. Transición: base púrica(a/g) base púrica o base pirimidínica (T/C) base pirimidínica. Transversión: base púrica ßàbase pirimidínica. Si sólo afecta a un nucléotido à 1 triplete se ve afectado. Como el código genético está degenerado, no tiene porqué afectar a la proteína sintetizada. Si afecta a un aa que no sea del centro activo de una enzima puede no tener consecuencias graves. A veces puede producirse una proteína mejor que la original à mutación beneficiosa. TRANSVERSIÓN

5 2. MUTACIONES GÉNICAS 2.1. CLASES DE MUTACIONES GÉNICAS POR PÉRDIDA O INSERCIÓN DE BASES Son deleciones o adiciones. A partir del punto en el que ocurre à varían todos los tripletes à son más graves. Aproximadamente 80% de mutaciones génicas.

6 2. MUTACIONES GÉNICAS 2.2. CAUSAS DE LAS MUTACIONES GÉNICAS Errores de lectura durante la replicación y lesiones fortuitas. ERRORES EN LECTURA Cometidos por la ADN polimerasa: Tautomerías de las bases. Cada base tiene 2 formas tautoméricas o tautómeros, una normal y otra rara. (en equilibrio). Paso de uno a otro à cambio tautomérico. Se se coge la forma rara, habrá errores en el emparejamiento.

7 2. MUTACIONES GÉNICAS 2.2. CAUSAS DE LAS MUTACIONES GÉNICAS FORMA RARA T G C A EMPAREJA G T A C

8 2. MUTACIONES GÉNICAS 2.2. CAUSAS DE LAS MUTACIONES GÉNICAS ERRORES EN LECTURA Cambios en fase: deslizamiento de una hebra sobre la otra (cq de las dos) à quedan bucles. Suelen dar lugar a adiciones (son más frecuentes en secuencias repetidas).

9 2. MUTACIONES GÉNICAS 2.2. CAUSAS DE LAS MUTACIONES GÉNICAS LESIONES FORTUITAS Alteraciones de estructura de uno o varios nucleótidos de forma natural: Despurinización: pérdida de bases púricas (A, G) por rotura de desoxirribosas. Desaminación: pérdida de grupo amino à emparejamiento incorrecto. Dímeros de timina: se polimerizan 2 T contiguas (normalmente provocado por rayos UV)à distorsionan conformación ADN à inhiben replicación.

10 2. MUTACIONES GÉNICAS 2.3. SISTEMAS DE REPARACIÓN DE LAS MUTACIONES GÉNICAS. ADN polimerasa à actividad exonucleasas à disminuye errores durante replicación. Antes de añadir nuevo nucleótido comprueba si el anterior es correcto. A pesar de esto, comete errores, por lo que existen sistemas de reparación- Sistema de reparación por escisión del ADN: 1º Endonucleasa detecta errorà corta a ambos lados. 2º Exonucleasa: elimina nucleótidos del segmento cortado. 3º ADN poli I: sintetiza segmento de forma correcta. Detecta hebra nueva pq la A aún no está metilada. 4º Ligasa: une extremos. Sistema de reparación sin escisión del ADN: Enzimas fotorreacticas (se activan con luz) rompen enlaces de dímeros de timina.

11 2. MUTACIONES GÉNICAS 2.3. SISTEMAS DE REPARACIÓN DE LAS MUTACIONES GÉNICAS. Sistema SOS: Puede iniciarse replicación sin que mecanismos de reparación hayan terminado de corregir hebra patrón. La replicación quedaría paralizada. Existe un sistema enzimático (enzimas correctoras del sistema SOS)à elimina bloqueo del proceso replicativo introduciendo nucleótidos al azar.

12 3. MUTACIONES CROMOSÓMICAS Cambios en estructura del cromosoma à detectable al microscopio. Afectan al nº de genes o al orden. Origenà rotura de cromosomas. Espontáneo. Condiciones ambientales. Agentes mutagénicos. Trasposones o genes saltarines: regiones e ADN que se desplazan de un cromosoma a otro o dentro del mismo cromosomas.

13 3. MUTACIONES CROMOSÓMICAS 3.1. ALTERACIONES DEL NÚMERO DE GENES. DEFICIENCIAS O DELECIONES Pérdida de fragmento cromosoma(xt de genes) Extremo: deficiencia. Otro lugar: deleción. Si en fragmento existen muchos genes à consecuencias patológicas o incluso letales. Pe: deleción cromosoma 5 à cri du chat : microcefalia, retraso mental.

14 3. MUTACIONES CROMOSÓMICAS 3.1. ALTERACIONES DEL NÚMERO DE GENES. DUPLICACIONES Repetición de un segmento en el mismo cromosoma o en otro no homólogo. Importancia evolutiva: aumenta nº de genes à pueden aparecer nuevos genes en mutaciones posteriores, sin perder los originales.

15 3. MUTACIONES CROMOSÓMICAS 3.2. ALTERACIONES EN EL ORDEN DE LOS GENES No son perjudiciales para quien las padece, pero produce gametos anormales à descendencia con déficit o exceso de genes. INVERSIONES Segmento cromosómico cambia de sentido dentro del cromosoma. Rotura y rotación de 180º. Si se incluye le centrómeroà inversión pericéntrica. Si no se incluye el centrómero à inversión paracéntrica.

16 3. MUTACIONES CROMOSÓMICAS 3.2. ALTERACIONES EN EL ORDEN DE LOS GENES TRASLOCACIÓN Cambio de posición, trasladándose a otro lugar, del mismo cromosoma, al homólogo o a otro cualquiera. Si se produce de un cromosoma al otro homólogo à recíproca. Si pasa a otro cromosoma à transposición.

17 4. MUTACIONES GENÓMICAS Alteración nº cromosomas por exceso o por defecto. Se detectan mediante el cariotipo Causa: segregación anómala de cromosomas o cromátidas durante la meiosis ( 1 célula se queda sin cromosoma/cromátida y la otra se lleva 2) 4.1. EUPLOIDÍAS. Alteración en nº normal de dotaciones cromosómicas o juegos cromosómicas. Monoploidía: 1 sola dotación cromosómica, ies, 1 sólo cromosoma de cada par. (n). En naturaleza muy complicado, aunque si existe en algunas spp vegetales. Poliploidías: más de 2 juegos cromosómicos. (3n: triplodidía, 4n: tetraploidía). Más frecuente en spp vegetales que en animales (no suele ser viables). En vegetalesà aumento de tamaño de hojas, frutos, flores, por lo que se produce artificialmente para cultivos. Se usa la colchicina (impide formación de huso acromático) à no se separan cromosomas à gametos 2n à unión con otros =3n, 4n. Autoploidía: dotación cromosómica de =spp. Aloploidía: dotación cromosómica de distinta spp.

18 4. MUTACIONES GENÓMICAS 4.2. ANEUPLOIDÍA Presenta algún cromosoma de más o de menos. Nulisomía: (2n 2) à faltan una pareja de cromosomas. Efectos letales. Monosomía (2n -1) à falta un cromosoma de una determinada pareja. Trisomía (2n +1) à 1 pareja de cromosomas tiene 3 en vez de 2. Tetrasomía (2n + 2) à 1 pareja de cromosomas tiene 4 en vez de 2. Son más tolerables las que afectan a cromosomas pequeños o a cromosomas sexuales.

19 5. AGENTES MUTAGÉNICOS Factores (F, Q o B) que aumentan la frecuencia de mutación de una especie. Daña el ADN AGENTES MUTAGÉNICOS FÍSICOS. RADIACIONES IONIZANTES Radiación electromagnética de baja longitud de onda y por tanto mucha energía à pérdida de electrones en átomos de ADN à se forman iones muy reactivos. Pe: rayos X, gamma, partículas alfa y beta (explosiones nucleares). Pueden llegar a romper enlaces fosfodiéster à rotura de cromosomas. Tb pueden modificar las BN à formas tautoméricas o rotura /pérdida de algunas BN -à mutación génica. Consecuencias en función de intensidad y tiempo de exposición. Efectos son acumulativos. Dosis altas à RIP organismo. Dosis medias: mutaciones à tumor.

20 5. AGENTES MUTAGÉNICOS 5.1. AGENTES MUTAGÉNICOS FÍSICOS. RADIACIONES IONIZANTES Dosis altas à RIP organismo. Dosis medias: mutaciones à tumor. Pe: leucemia + frec en personas expuestos a radiaciones ionizantes (Hiroshima, médicos radiólogos, Marie Curie, ) Puede afectar al feto à no radiografías a mujeres embarazadas. Radioterapia: células en división son + sensibles (tumores). En células sanas que están en división tb se ven afectadas, de ahí los efectos secundarios: caída de pelo por destrucción de bulbo piloso, disminución de glóbulos rojos, disminución de leucocitos.

21 5. AGENTES MUTAGÉNICOS 5.1. AGENTES MUTAGÉNICOS FÍSICOS. RADIACIONES NO IONIZANTES Fundamentalmente radiación UV à no producen ionizaciones. Provocan paso de electrones a niveles energéticos más elevados à forman enlaces covalentes entre bases ( dímeros de timina) o formas tautoméricas.

22 5. AGENTES MUTAGÉNICOS 5.2. AGENTES MUTAGÉNICOS QUÍMICOS. Inducen tres tipos de alteraciones. MODIFICACIÓN DE BASES NITROGENADAS Ácido nitroso: desaminación de BN. (C en U / A en hipoxantina)à en replicación se incorporan BN erróneas: U con A. Hipoxantina con C. Agentes alquilantes: gas mostaza y etilmetanosultato à añaden grupos alquilo (metilo o etilo) à se altera la replicación. G alquilada = 6-O-metilguanina à se aparea con T.

23 5. AGENTES MUTAGÉNICOS 5.2. AGENTES MUTAGÉNICOS QUÍMICOS. SUSTITUCIÓN DE UNA BASE POR OTRA SUSTANCIA ANÁLOGA Emparejamiento erróneos durante replicación 5-bromouracilo se incorpora en lugar de la T. 2-aminopurina se incorpora en lugar de la A. Estos análogos se emplean como fármacos antitumorales y antivíricos à evitan correcta replicación del ADN. AZT: azidotimina. Tratamiento de SIDA.

24 5. AGENTES MUTAGÉNICOS 5.2. AGENTES MUTAGÉNICOS QUÍMICOS. INSERCIÓN DE CIERTAS MOLÉCULAS EN CADENA DE ADN Pe: proflavina y acridina (colorantes) à se pueden intercalar entre BN de cadena de ADNà exceso de nucleótidos en hebra nueva à a partir de ese punto tripletes alterados à cambia mensaje genético.

25 5. AGENTES MUTAGÉNICOS 5.3. AGENTES MUTAGÉNICOS BIOLÓGICOS. Aumentan frecuencia de mutación génica. Virus (retrovirus, adenovirus o virus de hepatitis B humana) à cambio en expresión en genes. También pueden llevar en su genoma transposones de célula previamente infectada. Trasposones: causan activación/inactivación al insertarse de genes estructurales o reguladores.

26 6. CONSECUENCIAS DE LAS MUTACIONES 6.1. MUTACIÓN Y EVOLUCIÓN Cambios en material genéticos à motor de la evolución. Recordad Darwin/Neodarwinismo: varibilidad + selección natural Reproducción asexual: mutaciones à variabilidad. Reproducción sexual: recombinación génica + mutaciones à variabilidad.

27 6. CONSECUENCIAS DE LAS MUTACIONES 6.2. MUTACIONES Y ENFERMEDADES HEREDITARIAS ENFERMEDADES GENÉTICAS + de 500 enfermedades por alteración de un gen. Alelo mutante recesivo: anemia falciforme, hemofilia, albinismo, fenilcetonuria (no se procesa la fenilalanina (aa) à se acumula en sangreà espasmos, alteración producción melanina, retraso, ) Alelo mutante dominante: corea de Huntington (alteraciones en movimiento y psicológicas. Mutación de gen que codifica la hungtintina (proteína) à RIP neuronas en algunas áreas. ) o acondroplasia. Tb enfermedades por cambios en estructura de cromosomas o alteraciones genéticas por alteración en nº de cromosomas. Existen por combinación de alteración de varios genes y factores ambientales: cáncer, artritis reumatoide o esclerosis múltiple.

28 6. CONSECUENCIAS DE LAS MUTACIONES 6.2. MUTACIONES Y ENFERMEDADES HEREDITARIAS DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES GENÉTICAS Consejo genético: árbol genealógico y estudios genéticos. Estudios de recién nacidos: análisis de sangre (prueba del talón) Estudios de diagnóstico prenatal: Ecografías: malformaciones. Amniocentesis: líquido amnióticoà células fetales. Biopsia corial: células del corión. Funiculocentesos o cordocentesis: sangre cordón umbilical.

29 6. CONSECUENCIAS DE LAS MUTACIONES 6.3. MUTACIONES Y CÁNCER. Multiplicación rápida de células alteradas = tumor. Benigno: localizado sin destruir tejidos. Maligno: creciemient rápido y destrucción de otros tejidos à cáncer. Pueden migrar las células e invadir otros tejidos à metástasis. Paso de célula normal a cancerosa: defectos en genes que regulan la división celular: Protooncogenes: genes normales que codifican proteínas implicadas en mecanismos de control de crecimiento y proliferación celular. Mutación de éstos à oncogenes. Genes supresores de tumores o antioncogenes: codifican proteína inhibidoras de división celular. Mutación de éstos à estimulación proliferación celular. Probablemente para desarrollo de un tumor à combinación de mutacioes en ambos. Origen vírico: virus oncogénicos. Transforman células al insertar su genoma alterando mecanismos de crecimiento y división celular. ACT: 1, 2, 4, 6, 9, 10, 11, 15.