Tema 20.- Cambios intragénicos

Clasificación de las mutaciones •Mutaciones naturales o espontáneas: Son las que se producen en condiciones normales de crecimiento y del ambiente. Representan la base de la evolución. •Mutaciones inducidas: Son las mutaciones provocadas artificialmente por algún agente exógeno generalmente conocido llamado agente mutágeno.

Entre los agentes mutágenos encontramos: •Agentes físicos: •Radiaciones ionizantes: Como los rayos ultravioleta, los rayos X, partículas alfa, beta y gamma de fuentes radiactivas como el radio, uranio, cobalto, rayos cósmicos que aumentan con la disminución de la capa de ozono. •Choque térmico. •Ultrasonidos de altísima energía. •Centrifugación masiva.

•Agentes químicos: Análogos de bases de ácidos nucleicos como la 5-bromouracilo, alcaloides como la cafeína, agentes que atacan al ADN (formalina), ácido nitroso, agentes alquilantes como el gas mostaza, colorantes de acridina (proflavina, acridina), carcinógenos (benzopireno), sulfato de cobre, ácido bórico, ácido fórmico, colchicina, uretano, drogas como el LSD, nicotina, edulcorantes como el ciclamato, peróxidos como el agua oxigenada y otros muchos más.

•Agentes biológicos: Virus, bacterias.

Efectos de las mutaciones Ninguno de los agentes mutágenos produce mutaciones específicas. Entre los efectos de las mutaciones encontramos: •Efectos Nocivos: Son especialmente peligrosas en los gametos, cigotos o células de un embrión del que pueden surgir individuos u órganos anómalos.

•Beneficiosos: Las mutaciones pueden inducir cambios que adaptan los seres vivos al medio ambiente. Una sustitución de un nucleótido en la secuencia del ADN puede pasar desapercibida, pero también puede producir alteraciones importantes en la función biológica de una proteína. Las mutaciones nuevas tienen mayor probabilidad de ser perjudiciales que beneficiosas en los organismos, y esto se debe a que son eventos aleatorios con respecto a la adaptación, es decir, el que ocurra o no una mutación particular es independiente de las consecuencias que puedan tener en sus portadores.

Mutaciones y polimorfismos Las mutaciones pueden considerarse patológicas o anormales, Los polimorfismos son variaciones normales en la secuencia del ADN entre unos individuos a otros y que superan el uno por ciento en la población, por lo que no puede considerarse patológico. La mayoría de los polimorfismos proceden de mutaciones silentes y de recombinaciones genéticas.

Las tasas de mutación han sido medidas en una gran variedad de organismos. En humanos y en organismos pluricelulares, una mutación ocurre entre 1 de cada 100.000 gametos o 1 de cada 1.000.000. Es decir 10-5 a 10-6. A pesar de que la incidencia de las mutaciones es relativamente grande en relación con el número de organismos de cada especie, la evolución no depende ni mucho menos de las mutaciones que surgen en cada generación, sino de la acumulación de toda la variabilidad durante la evolución de las especies.

Mutaciones génicas o moleculares Son las mutaciones que ocurren al alterar la secuencia de nucleótidos del ADN. Entre las mutaciones puntuales podemos distinguir: •Mutación por sustitución de bases: Se producen al cambiar la posición de un nucleótido por otro, por ejemplo, donde debería haber un nucleótido de citosina, se inserta uno de timina. •Mutación por pérdida de nucleótidos o deleción: En la secuencia de nucleótidos se pierde uno y no se sustituye por nada. •Mutación por inserción de nuevos nucleótidos: Dentro de la secuencia del ADN se introducen nucleótidos que no deberían estar

Sustitución Molécula de ADN: ATG CAT TCA CAT TCA TAC AAA ACT ATG Proteína sintetizada: Met-His-Ser-His-Ser-Tir-Lys-Thr met C Pro La sustitución T por C en esta secuencia de nucleótidos resulta en un cambio Serina por Prolina en la cadena de aminoácidos

Introducción de una señal de terminación Molécula de ADN: ATG CAT TCA CAT TCA TAC AAA ACT ATG Proteína sintetizada: Met-His-Ser-His-Ser-Tir-Lys-Thr met A FIN La sustitución C por A en esta secuencia de nucleótidos da lugar a una proteína truncada o más corta de lo normal

Deleción Molécula de ADN: ATG CAT TCA CAT TCA TAC AAA ACT ATG Proteína sintetizada: Met-His-Ser-His-Ser-Tir-Lys-Thr met CAC ATT CAA TTA AAA CTA TG His Ile Gln Leu Lys Leu La deleción de una T da lugar a un cambio completo de la secuencia de aminoácidos

REPARACIÓN DEL ADN

La reparación del ADN es un proceso constante en la célula, esencial para su supervivencia ya que protege al genoma de daños y mutaciones dañinas. En las células humanas tanto las reacciones metabólicas normales como factores ambientales pueden causar daños, alcanzando las 500.000 lesiones de moléculas por célula al día. Estas lesiones causan daños estructurales a la molécula de ADN, y pueden alterar de forma drástica la forma de las células de leer la información codificada en sus genes.

En consecuencia, el proceso de reparación del ADN debe estar constantemente operativo, para corregir rápidamente cualquier daño en la estructura de ADN. A medida que la célula envejece, la tasa de reparaciones de ADN decrece hasta que no puede mantener el ritmo de los daños al ADN. La célula pasa a uno de estos destinos: 1. Un estado irreversible de inactividad, llamado senescencia. 2. Muerte celular programada, llamado apoptosis. 3. Carcinogénesis, o formación de cáncer.

Daño del ADN mitocondrial y nuclear Cuando la célula necesita expresar la información genética codificada en el ADNn la región cromosómica que lo contiene es desempaquetada, se expresan los genes contenidos, y la región es empaquetada de nuevo a su forma original de reposo. El ADN mitocontrial (ADNmt) aparece dentro de los orgánulos llamados mitocondrias, en las que se encuentran múltiples copias. Dentro de la mitocondria, las formas de oxígeno libre o radicales libres, subproductos de la metabólisis constante de adenosín trifosfato (ATP) en la fosforilación oxidativa, generan un ambiente altamente oxidante que se sabe que daña el ADNmt.

REPARACIÓN DEL DAÑO EN EL ADN: El daño del ADN altera la configuración espacial de la hélice, y estas alteraciones pueden ser detectadas por la célula. Una vez localizado el daño, las moléculas específicas de reparación de ADN se unen a la zona o cerca de ella, induciendo a otras moléculas a unírseles y formar un complejo que permite la reparación del daño.

El tipo de moléculas movilizadas para entrar a formar parte de este mecanismo de reparación depende de: 1. El tipo de ADN dañado. 2. Si la célula ha entrado en un estado de senescencia. 3. La fase del ciclo celular en que se encuentra la célula.

La reparación del ADN se produce: I.- Reparación por daños en una sola cadena a) Reversión directa del daño: Ej. La fotorreactivación b) Mecanismos de reparación: Por escisión de bases Por escisión de nucleótidos Reparación acoplada a la transcripción c) Reparación de errores que corrige daños en la replicación y en la recombinación II.- Reparación en la doble cadena: a) unión de terminales no homólogos y b) reparación recombinacional o recombinación de homólogos.

Daños en cadena simple Cuando sólo una de las dos hebras de un cromosoma tiene un defecto, la otra cadena puede utilizarse como plantilla para guiar la corrección de la cadena dañada. Para reparar el daño de una de las dos hebras de ADN hay numerosos mecanismos que pueden funcionar para reparar el ADN.

Incluyen: Reversión directa del daño mediante varios mecanismos especializados en invertir daños específicos. Por ejemplo, la metil-guanina-metil-transferasa (MGMT) elimina específicamente grupos metilo de la guanina, y la fotoliasa en bacterias rompe el enlace químico creado por la luz UV entre bases adyacentes de timidina.

Reparación reversa del daño: O6-metilguanina: La DNA metiltransferasa es el producto proteico del gen ada.

Reparación reversa del daño: Reparación de los dímeros de timina Reparación reversa del daño: Reparación de los dímeros de timina. La fotoliasa rompe el enlace químico creado por la luz UV entre bases adyacentes de timidina.

Fotorreactivación

2. Mecanismos de reparación por escisión que eliminan el nucleótido dañado por un nucleótido no dañado complementario al que se encuentra en la cadena complementaria. Se incluyen: A. Reparación por escisión de bases (BER), que repara el daño sobre un solo nucleótido causado por oxidación, alquilación, hidrólisis o desaminación,

B. Reparación por escisión de nucleótido, (NER), que repara el daño que afecta a cadenas de 2 a 30 nucleótidos. Incluyen daños que deforman gravemente la hélice, como la dimerización de la timina causada por la luz UV, así como roturas de una sola cadena. Una forma especializada de NER es la llamada reparación acoplada a la transcripción (TCR) que coloca enzimas reparadoras NER de alta prioridad sobre genes que están siendo transcritos activamente.

Reparación por escisión

Reparación por escisión

C. Reparación de errores (MMR), que corrige errores de la replicación y recombinación de ADN que originan nucleótidos desapareados tras la replicación del ADN.

Roturas de la doble cadena Un tipo de daño del ADN especialmente peligroso sobre células en división es una rotura en ambas cadenas de la doble hélice. Hay dos mecanismos de reparación de este daño, generalmente conocidos como a) unión de terminales no homólogos y b) reparación recombinacional o recombinación de homólogos.

a) La unión de terminales no homólogos (NHEJ) une los dos puntos terminales de la rotura sin utilizar una secuencia molde. Aún así a menudo se pierden secuencias de ADN en este proceso, y este tipo de reparación puede ser mutagénico. El NHEJ puede producirse en todos los estadíos del ciclo celular, pero en las células de mamíferos es el principal mecanismo hasta que la replicación del DNA permite la reparación recombinacional para utilizar la cromátida homóloga como molde.

Reparación por recombinación

b) La reparación recombinacional necesita de la presencia de una secuencia idéntica o casi idéntica para utilizarla como molde de reparación de la rotura. La maquinaria enzimática responsable de este proceso de reparación es muy similar a la maquinaria que cataliza el entrecruzamiento cromosómico en las células germinales durante la meiosis. El mecanismo de reparación recombinacional ocurre fundamentalmente durante las fases del ciclo celular en que el ADN se está replicando o ha finalizado su replicación. Ello permite que un cromosoma dañado sea reparado utilizando la nueva cromátida hermana como molde, es decir, una copia idéntica que además está bien emparejada con la región dañada.