Apuntes 1.2 - Telesforo Zabala

BLOQUE III: ¿DÓNDE ESTÁ LA INFORMACIÓN DE LOS SERES VIVOS? ¿CÓMO SE EXPRESA Y SE TRANSMITE?
COLEGIO ECOS
2º BACHILLERTO
1.2.-
Alteraciones de la información genética.
1.2.1.-
Concepto de mutación.
A pesar de la gran fidelidad con la que se transmite el ADN de
generación en generación, en ocasiones puede sufrir cambios que pueden ser
transmitidos a la descendencia.
El término mutación fue introducido por Hugo de Vries. En la
actualidad las mutaciones son cambios o variaciones en la secuencia de
bases nitrogenadas del ADN, que se traducen, a su vez, en cambios en la
secuencia de los aminoácidos que constituyen la proteína correspondiente.
De esta forma, la proteína codificada por ese ADN puede cambiar su
función biológica o no actuar de forma correcta. Por tanto, estaríamos
hablando de alteraciones genéticas.
Puesto que los cambios en el material genético se traducen en
cambios en las proteínas, las mutaciones pueden afectar a las posibilidades
de supervivencia del organismo. Las hay que son perjudiciales – llegando a
producir la muerte del organismo -; otras son beneficiosas – aumentan la
probabilidad de supervivencia del organismo -; neutras – no producen ni
beneficios ni perjuicios significativos -.
Las mutaciones se pueden clasificar atendiendo a diversos
criterios:
Criterio
Células afectadas
Causa
Efectos
Tipo de expresión
genética
Alteración
provocada
1.2.2.Genética
Tipos de mutaciones
Somáticas (no se transmiten a la descendencia).
Germinales (se transmiten a la descendencia).
Naturales o espontáneas.
Inducidas por agentes mutágenos.
Neutras.
Beneficiosas.
Perjudiciales: letales, subletales y patológicas.
Dominantes (respecto al alelo normal no mutado).
Recesivas (respecto al alelo normal no mutado).
Génicas (afectan a la secuencia nucleotídica de un
gen).
Cromosómicas (se altera la estructura de los
cromosomas).
Genómicas (cambia el número de cromosomas).
Causas de las mutaciones.
Genética molecular y mendeliana
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Gran parte de las mutaciones se producen de manera
espontánea, es decir, por causas naturales, como errores que pueden
ocurrir en la replicación o en la meiosis – crossing-over –, o por cambios
químicos espontáneos en el ADN. En la especie humana, se estima que la
tasa de mutación espontánea es de una cada cien mil a un millón de
gametos.
Otras mutaciones son causadas por la presencia en el medio de
agentes físicos, químicos o biológicos que puedan afectar a la estructura del
ADN. Estas mutaciones son inducidas, y los agentes que las desencadenan
son agentes mutagénicos.
Mutaciones génicas.
Son las que alteran la secuencia de nucleótidos de
un solo gen, por lo que también se denominan puntuales.
Ejemplos de mutaciones génicas son el albinismo y la
anemia falciforme. Aparecen fundamentalmente por dos
causas: errores no corregidos producidos durante la
replicación del ADN (espontáneas), y por la acción de
determinados agentes físicos o químicos (inducidas). Se
distinguen varios tipos:

Mutaciones por sustitución de una base por
otra distinta. Se dividen en dos grupos:
transiciones (si se sustituye una base púrica por
otra púrica o bien una pirimidínica por otra
pirimidínica) transversiones (si la sustitución es
de una base púrica por otra pirimidínica, o
viceversa).
Al afectar un solo triplete y teniendo en cuenta que el código
genético es degenerado, el triplete afectado puede sustituirse por
otro que codifique al mismo aminoácido, de tal forma que la
mutación no afectaría al individuo y sería una mutación silenciosa.
Genética
Genética molecular y mendeliana
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Por otra parte, puede que el nuevo triplete codifique otro
aminoácido distinto, y por lo tanto se podría codificar una proteína
diferente con efectos perjudiciales o beneficiosos para el individuo.

Mutaciones por pérdida e inserción de bases. Se denomina
inserciones o deleciones si consisten en la adición o en la pérdida de
algún nucleótido en la molécula de ADN, respectivamente. A partir
del punto dónde se produce la mutación varían todos los tripletes de
bases, por ello se dice que estas mutaciones provocan un
corrimiento de la pauta de lectura. Son más graves que las
anteriores ya que el mensaje codificado será totalmente distinto.

Mutaciones por cambios de lugar de algunos segmentos del ADN
(transposiciones). El desplazamiento de secuencias de la cadena
nucleotídica provoca la aparición de nuevos tripletes, lo que
modificará el mensaje genético.
Mutaciones genómicas.
Son variaciones en el número normal de cromosomas de una especie.
Generalmente se producen por una segregación anómala de los cromosomas
o de las cromátidas durante la meiosis.
Genética
Genética molecular y mendeliana
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Producen siempre graves alteraciones, pues cada cromosoma es
portador de un elevado número de genes. Las más tolerables son las que
afectan a cromosomas pequeños. Se distinguen dos tipos:


Euploidías. Se trata de una alteración en el número de juegos
cromosómicos1. Se pueden clasificar por el número de cromosomas
que se tengan en:

Monoploidías: únicamente solo existe un juego cromosómico
completo, es decir, n cromosomas.

Poliploidías: consiste en la existencia de más de dos juegos
cromosómicos. Pueden ser triploides (3n cromosomas),
tetraploides (4n cromosomas),..., en general, poliploides.
Aneuploidías. No existe alteración del número de juegos
cromosómicos completos. Solamente falta o sobra algún cromosoma.
Se producen por la fusión de un gameto normal (n cromosomas) con
otro que posee (n – 1), (n + 1) o (n + 2) cromosomas. Las más
tolerables son las que afectan a cromosomas pequeños o a los
cromosomas sexuales. Por ejemplo la trisomía en el par cromosómico
21 de los humanos, ocasiona el Síndrome de Down.
Éstas se denominan monosomías, si falta un cromosoma de una
determinas pareja, trisomías, un cromosoma se encuentra por
triplicado, tetrasomías, si existen cuatro ejemplares de un
cromosoma determinado, etc.
Mutaciones cromosómicas.
Provocan cambios en la estructura de los cromosomas. La secuencia de
bases nitrogenadas de los genes no está alterada, pero existen cambios en
el número de genes o en su disposición lineal en los cromosomas.
1
Juego cromosómico: conjunto formado por un cromosoma de cada tipo.
Genética
Genética molecular y mendeliana
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La mayoría de los seres pluricelulares son diploides, por lo que
normalmente, aunque uno de los cromosomas tenga una mutación, tendrán
otro cromosoma normal. Así, cuando estos cromosomas, homólogos, pero no
idénticos, se aparean en la meiosis, los cromosomas resultantes adoptan
morfologías características que permiten detectar la mutación.
Se diferencian dos tipos de mutaciones cromosómicas:
o
o
Alteraciones por la existencia de un número incorrecto de
genes. Tienen lugar por un fallo en el apareamiento meiótico que
puede producir un sobrecruzamiento erróneo, quedando un
cromosoma con un fragmento extra y el otro con un déficit.

Deficiencias o delecciones. Consisten en la pérdida de un
segmento cromosómico y, por tanto, de los genes en él
contenidos, ya sea en el extremo (deficiencia) o en otro lugar
(delección).

Duplicaciones o repeticiones. Aparece un segmento cromosómico
más de una vez, en el mismo cromosoma o en otro. Poseen una
enorme importancia desde el punto de vista evolutivo.
Alteraciones en el orden de los genes. Se distinguen dos tipos:

Inversiones. Son segmentos cromosómicos que han girado 180º,
con lo que su secuencia queda invertida con respecto a la del
resto del cromosoma. Si el fragmento invertido incluye el
centrómero, la inversión se denomina pericéntrica, y en caso
contrario, paracéntrica.

Translocaciones. Un fragmento cromosómico cambia de posición,
trasladándose a otro lugar del mismo cromosoma, a su homólogo
o a otro cualquiera. Si la translocación se produce de un
cromosoma a otro y de éste al primero se denomina recíproca; si
el segmento simplemente pasa a situarse en otro cromosoma se
llama transposición.
Agentes mutagénicos.
Genética
Genética molecular y mendeliana
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Son aquellos agentes físicos, químicos o biológicos que aumentan la tasa
de mutación espontánea de una especie. Todos ellos actúan porque dañan el
ADN o alteran su estructura.



Genética
Agentes mutagénicos físicos. Por excelencia son las radiaciones,
que se dividen en:

Radiaciones ionizantes. Son radiaciones de longitud de onda
muy corta y, por tanto, muy energéticas, que provocan la
ionización de los átomos de las sustancias que atraviesan. Entre
estas radiaciones se encuentran los rayos X y rayos γ. Pueden
causar mutaciones cromosómicas y mutaciones puntuales.

Radiaciones no ionizantes. Son, fundamentalmente, las
radiaciones ultravioleta (UV). Provocan la formación de un
enlace covalente entre dos bases pirimidínicas que se hallen
contiguas, dando origen a dímeros de citosina o dímeros de
timina, originando con ello una mutación génica del tipo de las
transiciones.
Agentes mutagénicos químicos. Numerosas sustancias tienen acción
mutagénica. Sus efectos suelen ser más retardados. Podemos
distinguir:

Ácido nitroso. Produce la desaminación de las bases
nitrogenadas y así, por ejemplo, transforma la citosina en
uracilo. Al replicarse el ADN se incorporan bases incorrectas.

Agentes alquilantes. Actúan sobre las bases nitrogenadas
añadiendo grupos etilo o metilo, con lo que se altera la
replicación del ADN.

Sustancias análogas a las bases nitrogenadas. Pueden
sustituir a las bases nitrogenadas del ADN y provocar
transiciones. Por ejemplo, el 5-bromouracilo puede incorporarse
en lugar de la timina. Provocan errores en la replicación.

Sustancias intercalantes. Algunas sustancias se pueden
intercalar entre las bases nitrogenadas de una cadena de ADN,
dando origen a inserciones o delecciones de un solo par de
bases. El benzopireno, presente en el humo del tabaco, provoca
mutaciones al intercalarse entre las dos cadenas del ADN y
unirlas covalentemente.
Agentes mutagénicos biológicos. Algunos agentes biológicos
aumentan la frecuencia de mutación génica. Destacan entre ellos
Genética molecular y mendeliana
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ciertos virus que pueden producir cambios en la expresión de
algunos genes y los transposones2.
1.2.3.-
Consecuencias de las mutaciones.
1.2.3.1.- Consecuencias evolutivas.
Los cambios producidos en el material genético
constituyen el motor de la evolución de las especies. Los
principales agentes de variabilidad genética son:
 La recombinación genética, resultado del intercambio de
fragmentos de ADN entre los cromosomas homólogos que tiene
lugar en la profase I de meiosis. Proporciona variabilidad
genética debido a que se produce un intercambio de información
genética entre cada par de cromosomas homólogos. Así,
aparecen nuevas combinaciones de genes paternos y maternos.
 Segregación cromosómica. Los cromosomas maternos y
paternos se combinan de forma aleatoria en cada gameto. Se
van a separar los cromosomas homólogos y las cromátidas,
respectivamente, al azar.
 Las mutaciones, permiten la aparición de genes que antes no
existían, por lo cual las posibilidades biológicas se amplían
enormemente.
Si el gen mutado proporciona algún beneficio a los individuos
que lo llevan, irá sustituyendo paulatinamente al gen original en
la población, ya que la proporción de los individuos portadores
irá aumentando. Se produce así una evolución molecular que se
reflejará en las características biológicas de los individuos. Sin
embargo, existen mutaciones que implican una peor adaptación,
y sus portadores irán desapareciendo de la población.
La evolución se produce de una manera gradual como
consecuencia de pequeños cambios que van surgiendo en la
población, con lo que el proceso para que aparezca una nueva
especie es muy largo.
Las mutaciones, aunque muy necesarias, no son suficientes
para explicar el proceso evolutivo.
1.2.3.2.- Efectos perjudiciales.
No hay que olvidar, que la mayoría de las mutaciones
son negativas.
2
Transposones: segmentos móviles de ADN que pueden cambiar de posición, trasladándose a otro lugar distinto
dentro del mismo cromosoma o incluso a otro cromosoma.
Genética
Genética molecular y mendeliana
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El cáncer es causado por un proceso de división
celular sin control que provoca una multiplicación rápida y
desorganizada de las células que conduce a la destrucción del
tejido afectado, e incluso, a la invasión de otros órganos
(metástasis).
Hoy en día se sabe que existe una notable relación
entre determinados cambios en el material genético y la
aparición de células cancerosas, ya que con frecuencia se
observa en ellas la presencia de alteraciones cromosómicas:
delecciones, translocaciones, etc. Además ciertos agentes
mutagénicos, virus y productos químicos, también son
cancerígenos.
El conocimiento de los genes cuyas mutaciones dan
origen al cáncer ha sido posible gracias al estudio de los
mecanismos que controlan la proliferación de las células
tumorales. Estos genes se clasifican en:

Protooncogenes. Son genes normales presentes en todas las
células. Están implicados en los mecanismos de control del
crecimiento y de la proliferación celular, siendo capaces de
inducir este último proceso. Frecuentemente se encuentran
reprimidos. La mutación de uno solo de los dos alelos es
suficiente para alterar su función y transformarlo en un
oncogén capaz de dar origen a un cáncer.

Genes supresores de tumores. Son de dos tipos: los que
controlan negativamente la proliferación celular y los que
están implicados en los procesos de diferenciación celular.
Se encuentran, frecuentemente, reprimidos.

Genes de reparación del ADN. Son los que tienen como
misión impedir la acumulación de mutaciones en el ADN, y
deben estar activados.
Las mutaciones, como bien se puede comprobar, se
encuentran estrechamente relacionadas con las
enfermedades hereditarias.
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Genética molecular y mendeliana
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