Teórico Práctico N°5 Archivo

Cátedra de Genética General y Aplicada FCA-UNCuyo
2016
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TEORICO-PRÁCTICO N° 5
Temas: Mutaciones génicas. Alelo y locus. Mutaciones cromosómicas estructurales. Mutaciones
espontáneas. Detección.
Objetivo general: Conocer los tipos de mutaciones y entender sus implicancias en los seres vivos
y en la evolución.
Objetivos específicos:
1. Entender la importancia de las mutaciones espontáneas e inducidas.
2. Conocer las bases moleculares de las mutaciones y los sistemas de reparación.
3. Caracterizar los tipos de variaciones estructurales en cromosomas y sus consecuencias.
MUTACIÓN
Hemos visto que el material hereditario posee una composición química y estructura que
permiten cumplir con su función de replicarse y contener y expresar información. El sistema de
replicación de la información debe tener una altísima fidelidad que asegure la conservación
(invariancia). Pero junto con esa altísima capacidad de conservar, es necesaria la existencia de una
pequeñísima proporción de cambio que posibilite la evolución. A esos cambios en el ADN se les denomina
mutación.
De Vries (1901) definió como mutación a todo cambio heredable en el material hereditario que
no se puede explicar mediante segregación o recombinación.
La mutación, a partir del conocimiento de las bases moleculares del material hereditario
(Watson y Crick, 1953), se considera como cualquier cambio en la secuencia de nucleótidos
del ADN.
La mutación es la fuente primaria de variabilidad genética y por lo tanto es
indispensable para que se produzca el hecho evolutivo. Una vez producida la variación genética por
mutación, la recombinación (fuente secundaria de la variabilidad genética) explota dicha variación
para aumentar su espectro; sobre la que pueden actuar diversos mecanismos generando el proceso
evolutivo.
Es fundamental antes de atribuir cualquier característica nueva a un suceso mutacional,
descartar la posibilidad de que sea debida a segregación o recombinación.
Los cambios genéticos del material hereditario detectados en el nivel:
a- molecular, son llamados micromutaciones o mutaciones génicas y cuando se
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producen en un nucleótido, mutaciones puntuales.
b- cromosómico: son considerados macromutaciones.
Los cambios cromosómicos se pueden dar por:
b.1- variaciones cromosómicas estructurales, que afectan el reordenamiento
de los genes (inversión y translocación), perdiendo grandes secuencias de nucleótidos
(deleción), ganando grandes secuencias de nucleótidos (duplicación). Son las también
llamadas aberraciones cromosómicas.
b.2- variaciones cromosómicas numéricas, llamadas en general poliploidía.
Pueden afectar un cromosoma y hasta un juego completo de ellos.
Podemos estudiar las mutaciones en distintos niveles:
a- molecular: a través de la secuenciación de ADN y otras técnicas moleculares.
b- citológico: observación de cromosomas (bandeo, configuraciones especiales durante
la división, recuento).
c- individuo, a través de su expresión fenotípica.
Las mutaciones se pueden producir en células somáticas y en células germinales. Si se producen
en células somáticas, en vegetales, se pueden transmitir a la progenie a través de: cultivo in vitro,
multiplicación agámica (injerto, estaca, etc.).
Si la mutación se produce en las células germinales se transmite si las células sexuales que
han sufrido la mutación participan en la fecundación.
La mutación es un proceso azaroso que puede ocurrir en cualquier célula y en cualquier
momento. Si bien podemos predecir la frecuencia de su aparición, no es posible predecir en qué
lugar preciso ocurrirá.
La mayoría de las mutaciones son recesivas. En los organismos diploides, una determinada
mutación puede producirse en un locus de uno de los cromosomas homólogos, permaneciendo en el
otro cromosoma el alelo normal. Además, dicha mutación puede producirse en diferentes tejidos y
de acuerdo a esto será su acción en el individuo. En caso de que la mutación sea dominante y se
produzca en un meristema o un tejido en crecimiento, todas las células derivadas de ésta presentarán
la mutación y por lo tanto se pondrá de manifiesto en dicho tejido u órgano derivado. Si la mutación
es recesiva (y se produce en uno solo de los cromosomas homólogos) no se manifestará. En caso de
que una mutación recesiva afecte un tejido germinal, algunas gametas serán portadoras y se pondrá
de manifiesto en la cigota si se conjuga con otra gameta portadora de la misma mutación.
Generalmente las mutaciones (recesivas o dominantes) son deletéreas, es decir, se manifiestan
causando la muerte del organismo o de la gameta, de acuerdo a la fase en que actúa.
Las mutaciones pueden producirse en forma espontánea como consecuencia de una propiedad
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inherente al gen de cambiar a otra forma alélica, o inducida mediante la aplicación ex profeso de
agentes físicos o químicos mutagénicos.
Mutación: su carácter preadaptativo
En el lenguaje diario muchas veces se oye decir que tal antibiótico generó resistencia en
determinada bacteria; que el tratamiento continuado con un insecticida origina individuos resistentes
al mismo, etc. Esto significa aceptar que la mutación tiene un carácter postadaptativo y refleja una
concepción Lamarkiana acerca del origen de la misma.
Esta idea fue desterrada mediante distintos experimentos, entre ellos el de la PLACA
RÉPLICA, utilizando bacterias con y sin medios selectivo.
Las bacterias crecen en colonias
sobre medio normal
Se prepara una superficie de
terciopelo con un mango, que se
presiona ligeramente sobre la
placa que se desea replicar.
El terciopelo se hace contactar suavemente sobre placas que contienen tetraciclina. Las
bacterias adheridas al terciopelo se depositarán sobre las placas, pero sólo crecerán las que
sean resistentes al antibiótico.
El hecho de que las colonias replicadas supervivientes coincidan en todas las placas,
demuestra que la mutación de resistencia existía ya en la placa original.
Modelo de la placa réplica extraída de Puertas, 1999.
Lo que en realidad sucede es que en las poblaciones (ej: bacterias, insectos, hombre, etc.)
existe variabilidad genética (mutantes sensibles y resistentes) sobre la que actúan diversos factores
ambientales. En el caso de antibióticos o insecticidas, por ej., la aplicación de éstos eliminará a los
individuos sensibles, favoreciendo la reproducción de los individuos mutantes resistentes que al
principio estaban en baja proporción.
Las mutaciones no se originan por una adaptación al ambiente, sino como consecuencia de
errores no reparados.
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Tasa de mutación
La tasa o frecuencia promedio con que aparecen las mutaciones espontáneas es baja,
alrededor de 10-6 y 10-11 por ronda de duplicación del ADN.
¿A qué denominamos tasa de mutación? A la probabilidad con que se da una determinada
mutación por entidad biológica (virus, bacteria, hombre, etc.) por generación (período para que se
complete un ciclo reproductivo).
Las tasas de mutaciones varían con los organismos y genes considerados.
La siguiente tabla presenta las tasas de mutación espontánea en distintos organismos.
Organismo
Bacteriófago (T2)
Escherichia coli
Salmonella typhimuriun
Diplococcus neumoniae
Neurospora crass
Drosophila melanogaster
Maiz, Zea mays
Ratón, Mus musculus
Hombre, Homo sapiens
Tipo de mutación
Inhibición de lisis
Resistencia a estreptomicina
Resistencia treonina
Resistencia a penicilina
Adenina (independencia)
Cuerpo amarillo
Cuerpo pardo
shr (semillas arrugadas)
su (azucarado)
p (ojo rosa)
ictiosis
idiocia infantil amaurótica
Daltonismo total
Albinismo
Hemofilia
Frecuencia
*
0,001
0,00004
0,41
0,01
0,0008-0,0129
12
3
0,12
0,24
0,85
1,1
1,1
2,9
2,8
2-3,2
x 10 –5 * por gameto en organismos superiores
Se observa que los microorganismos presentan tasas muy pequeñas si las comparamos con los
organismos superiores, pero si consideramos como generación al ciclo de división celular
probablemente todos los organismos presentan tasas similares.
La perpetuación del material genético de generación en generación depende de las tasas bajas
de mutación. Tasas elevadas en las líneas germinales destruirían la especie, en las células somáticas
al individuo.
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En algunas secuencias del cromosoma hay una mayor frecuencia de mutaciones, son los
denominados “puntos calientes” o “hotspots”, y en otras la frecuencia es menor, los “puntos fríos”.
Una de las secuencias propensas a sufrir cambios son repeticiones cortas de dos, tres y cuatro
nucleótidos que reciben el nombre de microsatélites.
Diversas causas pueden producir un cambio en las tasas de mutación, aumentando su
frecuencia:
- incremento de temperatura extremas, radiaciones ionizantes o no ionizantes y agentes químicos
mutágenos,
- edad (envejecimiento celular),
- genes mutadores (aquellos que incrementan la frecuencia en otros genes).
Cambios genéticos a nivel molecular
Los cambios del material hereditario a nivel molecular pueden producirse por la sustitución
de nucleótidos, duplicación o inserción de nucleótidos, por pérdida o deleción, transposición o
inversión de una secuencia de nucleótidos.
AGT CTA GGA TCA
TCA GAT CCT AGT
secuencia original
GGT CTA GGA TCA
CCA GAT CCT AGT
sustitución
AGT CTA CTA GGA TCA
TCA GAT GAT CCT AGT
duplicación
AGT CTA GGA CTC A
TCA GAT CCT GAG T
inserción o adición
AGT CTA TCA
TCA GAT AGT
deleción: lugar donde se produjo está simbolizado con una barra.
AGT CTA GGA TCA
secuencia original: flechas indican segmento que se transpone y la barra
lugar de la transposición.
TCA GAT CCT AGT
AGT CT GAT AGCA
transposición: con negritas se indica el segmento ya transpuesto.
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TCA GA CTA TCGT
AGT
CTA GGA TCA
TCA
GAT CCT
secuencia original: flechas indican los giros que se producen en una
secuencia de nucleótidos de ADN.
AGT
AGT TCC TAG TCA
TCA AGG ATC AGT
inversión: el cambio de posición los nucleótidos es originado por dos
giros de 180°, uno para invertir la secuencia y otro para invertir la
polaridad de las cadenas de ADN.
Los cambios genéticos a nivel molecular pueden originarse por:
1) errores en la replicación del ADN,
2) lesiones del ADN por causas ambientales y
3) elementos genéticos transponibles.
1) Errores en la replicación
Hay errores durante la replicación del ADN que pueden darse a través de:
Sustitución de una base purina por otra purina o pirimidina por otra pirimidina (transiciones) o de una
base purina por otra pirimidina (transversiones), otros que producen cambios en el marco de lectura de
los codones por inserción o deleción de bases originando proteínas muy modificadas o truncas.
1.1) Sustitución por tautomería: las bases nitrogenadas se encuentran habitualmente en su
forma cetónica y con menos frecuencia aparecen en su forma tautomérica enólica o imino (formas
inestables). Las formas tautoméricas de las bases nitrogenadas (A*, T*, G* y C*) muestran relaciones
de apareamiento distintas: A*-C, T*-G, G*-T y C*-A. El cambio de la forma normal cetónica a la
forma enólica produce errores en el apareamiento de las bases nitrogenadas, que pueden ser
detectados por la función correctora de pruebas de la ADN polimerasa III, pero cuando no es así se
produce una mutación (sustitución de un par de bases).
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1.2) Las mutaciones de cambio de fase o marco de lectura: se trata de inserciones o deleciones de
uno o muy pocos nucleótidos. Estas mutaciones se producen con frecuencia en regiones con
secuencias repetidas. En las regiones con secuencias repetidas, por ejemplo, AAAAAAAAAAA..., o
por ejemplo, ATATATATATATATAT...., durante la replicación se puede producir el
deslizamiento de una de las dos hélices (la hélice molde o la de nueva síntesis) dando lugar a lo que
se llama el "apareamiento erróneo deslizado". El deslizamiento de la hélice de nueva síntesis da lugar a
una adición, mientras que el deslizamiento de la hélice molde origina una deleción.
1.3) Deleciones y duplicaciones grandes de regiones relativamente grandes también se han
detectado con bastante frecuencia en regiones con secuencias repetidas. Se cree que estas mutaciones
podrían producirse por un "apareamiento erróneo, deslizado" o bien por “sobrecruzamiento desigual”.
A continuación se presenta una secuencia de ARN, los correspondientes aminoácidos de una
proteína silvestre, y el efecto producido por la inserción y deleción en la proteína mutada.
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2) Lesiones en el ADN
Las lesiones en el ADN son consecuencia de factores ambientales como radiaciones, mutágenos
(agentes químicos que incrementan la tasa de mutación) y el agua.
2.1) Los daños por hidrólisis:
Despurinización: rotura del enlace glucosídico entre la base nitrogenada y el azúcar al que está
unida con pérdida de una Adenina (A) o de una Guanina (G). Como consecuencia aparecen sedes
Apurínicas. Existe un sistema de reparación de este tipo de lesiones en el ADN.
Desaminación: consiste en la pérdida de grupos amino. La Citosina (C) por desaminación se
convierte en Uracilo (U) y el Uracilo empareja con Adenina (A) produciéndose transiciones. El
Uracilo (U) no forma parte del ADN, existiendo una enzima llamada glucosidasa de uracilo encargada
de detectar la presencia de (U) en el ADN y retirarlo. Al retirar el Uracilo (U) se produce una sede
apirimidínica.
El ADN de los vertebrados frecuentemente contiene 5-metil citosina en lugar de Citosina como
consecuencia de la acción de la enzima metiltransferasa. Esta base modificada tiene un importante
papel en el silenciamiento transcripcional. La 5-metil citosina por desaminación se convierte en
Timina (T). La Timina (T) es una base normal en el ADN y no se retira, por tanto estos errores no se
reparan.
Las Citosinas metiladas se pueden considerar “puntos calientes”.
2.2) Daños por alquilación y oxidación
Alquilación: el ADN es vulnerable al daño por Alquilación o transferencia de grupos metilo o
etilo a sitios reactivos de las bases y en la columna de fosfatos de la cadena de ADN. Entre las
sustancias alquilantes se encuentra la Nitrosaminas y el N-nitrosoguanidina (de laboratorio). Un
ejemplo de sitio muy reactivo es el oxígeno del C6 de la Guanina que al mutilarse se aparea con
Timina y en la próxima ronda de duplicación se produce la sustitución de GC por TA.
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Oxidación: el ADN también está sujeto al ataque de agentes oxidantes muy reactivos como los
radicales superóxido, peróxido de hidrógeno (H2O2) e hidroxilo (OH). Estos radicales libres son
originados por muchas sustancias químicas durante el metabolismo aeróbico y por radiaciones
ionizantes. La Guanina por oxidación con radicales libres se convierte en 8-oxo-Guanina que es
mutagénico, en ocasiones en lugar de aparearse con la Citosina lo hace con la Adenina y genera
sustituciones de GC a TA en una segunda ronda de replicación, siendo es el origen de muchos
cánceres en humanos, de ahí la recomendación de una dieta rica en alimentos que contengan agentes
antioxidantes, que son capaces de sustraer radicales libres, disminuyendo el daño del ADN.
2.3) Daños causados por análogos de bases o agentes intercalantes
Existen compuestos que sustituyen las bases normales, denominados análogos de base y otros
que se intercalan entre ellas, llamados agentes intercalantes que provocan errores durante la
duplicación. Entre los análogos de bases, 5-brouracilo es un tautómero de la timina que provoca un
apareamiento incorrecto con la guanina.
Los agentes intercalantes como la proflavina, acridina y el etidio provocan la eliminación o
adición de un par bases o de varios pares de bases. Traen consecuencias profundas porque provocan
un corrimiento del marco de lectura.
2.4) Daños por agentes físicos
Radiaciones no ionizantes: son los rayos ultravioleta (UV); éstos son absorbidos por las bases
nitrogenadas del ADN y causan la formación de puentes entre las bases pirimidínicas (citosina y
timina) adyacentes en una misma cadena (dímeros). La formación de dímeros impide el
apareamiento con las bases de la cadena complementaria y detienen a la ADN-polimerasa durante la
replicación. Tienen alta eficacia en la producción de mutaciones en microorganismos, granos de
polen y en tejidos blandos, por su escasa penetración.
Radiaciones ionizantes: son los rayos X, rayos gama, partículas α y β. Producen daños directos
(roturas físicas en la cadena de ADN, o eliminación de segmentos) o indirectos a través de iones
producidos en el medio que activan la formación de radicales libres (superóxido, peróxido de
hidrógeno e hidroxilo). Estos daños causan efectos genéticos, citogenéticos y fisiológicos como la
detención de la actividad mitótica, aberraciones cromosómicas, aglutinación de cromosomas.
Estas radiaciones tienen mayor penetración en los tejidos que los rayos UV, por lo que
pueden utilizarse por ejemplo en tejidos leñosos como estacas.
[Existen factores propios del material a tratar y externos a él que influyen en la eficacia de las radiaciones ionizantes. Entre
los primeros: a) el tipo de tejido, a mayor actividad mitótica mayor sensibilidad, como en el caso de meristemas, mientras
que troncos y órganos de sostén son muy resistentes; b) el número de cromosomas, a mayor número menor sensibilidad; c)
genotipos menos o más resistentes a la acción de las radiaciones, relacionados con la presencia o no de genes reparadores.
Entre los factores externos: a) las temperaturas extremas, altas o bajas, por un tiempo prolongado tienen un efecto protector,
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mientras que la mayor sensibilidad está entre 15º a 20º C; b) el contenido de agua tiene un importante papel en la acción
indirecta de la radiaciones, ya que facilita el transporte y la formación de radicales libres; c) el oxígeno por su acción
oxidante.]
Choques térmicos: en tejidos con elevada multiplicación celular, tienen un efecto de detención
de la división produciendo aumento en el número de cromosomas (poliploides).
3) Elementos genéticos transponibles o transposones.
Son secuencias de ADN que tienen la capacidad de transponerse o saltar de un sector a otro
del genoma, dejando una copia antes de saltar, en algunos tipos, o saltando sin dejar copia. La
transposición es una forma de recombinación génica.
La estructura de los transposones simples presenta secuencias invertidas que flanquean una
secuencia donde está codificada la o las enzimas requeridas para la transposición (las transposasas).
En algunos casos, como por ejemplo en las bacterias, además de los genes de enzimas que le brindan
la capacidad de saltar, existen otras secuencias que le confieren resistencias a diversos antibióticos y a
estos elementos se los llama transposones compuestos.
A los transposones los podemos encontrar en cromosomas bacterianos, en plásmidos y en
cromosomas eucarióticos.
Cuando se mueven los transposones presentan escasa selectividad en el genoma, en
consecuencia pueden insertarse dentro de un gen y suprimir completamente su función, como
también dentro de una región reguladora y producir cambios en la expresión del gen.
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Estas supresiones de las funciones y cambios de expresión llevaron a descubrir a estos
elementos móviles. Barbara Mc. Clintock enunció y defendió por primera vez en 1951 la
existencia de secuencias móviles en el maíz. Fue totalmente incomprendida por la comunidad
científica de su época, que apoyaban la hipótesis de un genoma estático. El avance de la
Genética molecular le dio la razón. En reconocimiento la comunidad científica internacional le
otorgó el premio Nobel en el año 1983.
Los elementos transponibles son en muchos organismos la fuente más importante de
mutaciones. En el genoma de los vegetales son muy abundantes, más del 50 % del genoma del maíz
está formado por ellos, en la vid varias de las mutaciones observadas dentro de clones son de este
origen.
Los elementos transponibles tienen la capacidad de limitar el efecto perjudicial sobre la célula
huésped controlando la cantidad de copias en el genoma e insertándose con preferencia en regiones
cromosómicas que no son dañinas para la célula huésped.
Sistemas que evitan errores en el ADN y que reparan los ya producidos
En la mayoría de los casos los cambios en las secuencias de ADN pueden ser evitados y
en caso de ocurrir pueden ser reparados.
Las células han desarrollado mecanismos complejos para identificar y reparar el daño
antes de que bloquee la duplicación o cause una mutación. Las células no soportarían mucho
tiempo sin estos mecanismos.
1- Sistemas que evitan los errores antes que ocurran
Superóxido dismutasa: esta enzima convierte los radicales superóxido en peróxido de
hidrógeno.
Catalasa: convierte el peróxido de hidrógeno en agua.
2- Sistemas de reparación del ADN
2.1- Fotorreactivación: sistema de reparación directa de los daños producidos por la luz UV. La
enzima Fotoliasa reconoce en la oscuridad los dímeros de Timina y se une a ellos, y cuando se
expone a la luz (mediante un fotón) deshace el dímero.
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2.2- Reparación por escisión: utiliza la cadena no dañada como plantilla para reparar los
errores.
De una base: existen enzimas que reconocen y eliminan bases dañadas y posteriormente
otras enzimas reparan los sitios apurínicos o apirimidínicos (AP).
De varios nucleótidos: existen enzimas que reconocen la distorsión de la doble hélice de
ADN y posteriormente producen una desnaturalización de la hélice para crear una burbuja
monocatenaria alrededor de la lesión; luego se produce un corte de varios nucléotidos alrededor
de la lesión y se rellena tomando como la plantilla la cadena no dañada.
Detección de la mutagenicidad de sustancias químicas a través del test de Ames
Dada la gran cantidad de mutágenos químicos conocidos y los que se generan con los avances
tecnológicos, como así también el conocimiento de que muchos de ellos tienen actividad carcinógena
en los animales y el hombre, se hace necesario establecer pruebas para su detección.
Bruce Ames de la Universidad de California ideó una prueba sencilla para detectar si una
sustancia química es carcinogénica en animales, basándose en la propiedad mutagénica que tienen la
mayoría de los agentes que originan tumores. Aunque no necesariamente todo agente que es
mutagénico es cancerígeno.
La prueba se basa en la capacidad de un producto químico de causar mutaciones en una
bacteria, Salmonella typhimurium. Utiliza una cepa de esta bacteria que es mutante para la biosíntesis
de histidina (his-), como consecuencia no se desarrolla, ni prolifera en medios sólidos carentes de este
aminoácido.
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Si las bacterias son tratadas con una sustancia química mutagénica (la sustancia a probar)
algunas de ellas se revertirán y podrán desarrollarse en el medio sólido. Cuanto más mutagénico sea
un producto químico mayor será la proporción de colonias que restablecerá la capacidad de
proliferar y formar otras nuevas que serán his+.
Como algunas sustancias químicas se convierten en mutagénicas, cuando son metabolizadas
en el hígado en animales y el hombre; en la prueba de Ames se tratan los posibles mutágenos con
una mezcla de enzimas hepáticas. De las sustancias que son mutágenos en la prueba de Ames
posteriormente se busca su efecto cancerígeno en animales.
La mutación y el hombre (Lectura opcional)
A veces, el hombre induce mutaciones en diversos organismos con fines experimentales, ya sea para estudios o
para aplicaciones en su provecho. Sin embargo, en otras ocasiones, la mutagénesis se induce por la acción de
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agentes físicos o químicos producidos y/o utilizados por los procesos tecnológicos que utilizamos diariamente.
Desde el punto de vista de su utilización se pueden agrupar los mutágenos como: pesticidas, productos
industriales, aditivos de la alimentación y fármacos y drogas.
Pesticidas.
Este grupo incluye los herbicidas, fungicidas, insecticidas, acaricidas, esterilizantes de semillas, fumigantes y
quimioesterilizantes. La distribución de estos productos se hace en forma de gránulos, polvo, spray, de manera que
el hombre está expuesto a los mismos, ya sea ingiriendo los residuos tóxicos, ya sea por contacto directo durante su
manejo. Por Ej.
Hidracida maleica. Herbicida, fungicida, inhibidor y regulador del crecimiento. Mutágeno en Drosophila,
carcinógeno, produce inhibición mitótica y aberración cromosómica en plantas.
Captan: Fungicida. Teratógeno en embrión de pollo y mutágeno en Escheríchia coli y cultivos celulares in vitro.
DDT: Uno de los primeros insecticidas sintéticos muy utilizado en su momento. Ha mostrado su
mutagenicidaden ratas y células humanas in vitro.
Aramite: Acaricida no sistémico. Carcinógeno en ratas y perros; mutágeno en Drosophila.
DDVP: Insecticida, fumigante y helmíntico en veterinaria. Produce alteraciones cromosómicas en Vicia faba y
mutágeno en E. coli.
TEM: Quimioesterilizante de la mosca doméstica y de los frutales (usado también en la manufacturación de
productos resinosos y en el acabado del rayón e impermeabilización del celofán). Mutágeno y productor de
aberraciones cromosómicas en Drosophila, ratón, cultivos de leucocitos humanos, etc.
Organomercuriales: fungicidas y esterilizantes de semillas. Mutágenos y productores de anomalías
cromosómicas.
Oxido de etileno y óxido de propileno: Fumigantes y esterilizadores gaseosos. Acción mutagénica en
Drosophila, Neuróspora y cebada, induciendo aberraciones cromosómicas en plantas.
Productos industriales.
Entre los más importantes desde el punto de vista mutagénico podemos citar:
Formaldehido: Muy utilizado él o sus polímeros en la fabricación de resinas sintéticas y en la industria textil y
del papel (también en la agricultura como desinfectante de semillas y fungicida). Detectado en el humo del tabaco
y automóviles. Su mutagenicidad ha sido demostrada en Drosophila, Neurospora y E. coli.
Acetaldehido: Utilizado como disolvente en las industrias del caucho, curtido de pieles y papel. Producto
intermedio en los procesos de obtención de muchos productos químicos (ácido acético, alcohol butílico, acetato de
celulosa, resinas de acetato de vinilo, etc.). Detectado también en el humo del tabaco y del automóvil. Mutágeno
en Drosophila.
Alimentos y aditivos de la alimentación.
Cafeína: Se ingiere directamente en bebidas de tan amplia difusión como el café, el té y el mate, así como en las
llamadas *bebidas blandas, particularmente las “colas” elaboradas con el fruto del árbol Cola acuyizinata.
Además, la cafeína es un componente muy utilizado en fármacos para combatir el mareo, analgésicos,
estimulantes, vasodilatadores. Existe controversia respecto a su poder mutagénico, pues en unos organismos actúa
con más intensidad que en otros.
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Sacarina: Edulcorante sustitutivo del azúcar en muchas dietas alimenticias, resultó mutagénico en pruebas con
Salmonella.
Ciclamato y ciclohexilamina: De amplia utilización como edulcorantes. A raíz del descubrimiento de que los
ciclamatos producían tumores de vejiga en ratas alimentadas con dichos aditivos, se prohibió su uso en muchos
países. Experimentalmente inducen roturas cromosómicas tanto en células vegetales como animales y humanas.
Ácido etilendiaminotetraacético (EDTA): Por su acción antioxidante se utilizan para conservación de alimentos
que contienen grasas y aceites, tales como la mayonesa, margarina, etc. Asimismo mantienen el aroma y el color
de los vegetales. Produce anomalías cromosómicas.
Isotiocianato de alilo: Producto natural muy común en plantas del género Brassica. Aditivo de salsas picantes,
aromáticas, mostazas sintéticas, etc., y conservador de carne. Es mutagénico y produce también alteraciones
cromosómicas.
Nitritos y ácido nitroso: El nitrito sódico es muy utilizado para conservar la carne, el pescado y el queso. El
ácido nitroso es un poderoso mutágeno, actuando por desaminación de la adenina y la citosina.
Aflatoxinas: Metabolitos tóxicos producidos por algunas razas específicas de determinados hongos (por ejemplo,
Aspergillus flavus, Penicillium puberulum) que pueden aparecer sobre determinados frutos secos (maní) de
alimentación humana y piensos para animales. Son carcinógenos poderosos.
Fármacos y drogas.
Hidroxiurea: Antineoplásico, leucemia crónica y aguda.
Uretano: Sedante, antiespasmódico, leucernia.,Ditranol: Psoriasis y otras dermatosis crónicas.
Miracil D: Esquistosomiasis.
Bromuro de etidio: Tripanocida.
Hidrato de cloral: Hipnótico y sedante.
8-hidroxiquinoleína: Antibacteriano y fungistático.
Fenil butazona: Analgésico, antipirético y antinflamatorio.
Negram: Bacteriostático del tracto urinario.
Mertiolato: Antiséptico tópico.
LSD (dictilamida del ácido lisérgico): Alucinógeno para el tratamiento experimental de enfermedades mentales.
Colchicina: Gota aguda y artritis sarcoide crónica.
Peróxido de hidrógeno: Antiséptico tópico, dentífricos, lociones sanitarias.
Clorpromazina: Sedante y tranquilizante.
Fenotiazinas: Siquiatría, náuseas y vómitos.
VARIACIONES CROMOSÓMICAS ESTRUCTURALES
Ya hemos mencionado que cada especie se caracteriza por su cariotipo. Como regla general
tenemos que diferentes individuos de la misma especie tienen el mismo número de cromosomas y los
cromosomas homólogos tienen el mismo número y orden de los genes.
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Sin embargo hay veces en que se producen, ya sea natural o artificialmente, variaciones
cromosómicas, también denominadas aberraciones cromosómicas. Este tipo de variaciones o
mutaciones que afectan la estructura ya sea en cuanto al número de genes (deleciones y
duplicaciones) o a la localización o ubicación de los genes (inversiones y translocaciones).
Las mutaciones cromosómicas pueden detectarse a través de observaciones microscópicas
de los cromosomas en mitosis o meiosis y en ocasiones por el fenotipo de los individuos
afectados.
DELECIONES O DEFICIENCIAS
La deleción o deficiencia es la pérdida de un segmento del cromosoma. En este cambio
estructural la aberración puede presentarse en los individuos en homocigosis o heterocigosis (los dos
cromosomas homólogos presentan la deleción o sólo uno de ellos, respectivamente) y de esto
depende el grado de afección que produzca. La deleción en homocigosis suele ser letal para el
individuo portador, si se presenta en heterocigosis, el efecto será más o menos deletéreo dependiendo
de la importancia de los genes presentes en el segmento perdido.
A través de las técnicas citológicas de bandeo es factible efectuar cariotipos con bandeo de
cromosomas. Estas técnicas permiten detectar los distintos tipos de variaciones cromosómicas
estructurales. Si la deleción es muy grande, es visible al microscopio óptico ya que el cromosoma
presenta menor tamaño del normal sin necesidad de técnicas citológicas especiales.
En individuos heterocigotas para una deleción, la observación al microscopio de células
durante la profase meiótica (paquinema) se detecta la deleción por la formación de bucles o lazos
en el anormal apareamiento.
Como ya mencionamos, otra forma de detectar las deleciones es por el fenotipo de los
individuos portadores. En la especie humana, en nacidos vivos, la deleción más frecuente y
estudiada es la conocida como síndrome de "Grito de gato". Esta mutación consiste en una
deficiencia del brazo corto del cromosoma 5, que produce un retraso mental y finalmente la muerte
del individuo.
Dada la letalidad y el desequilibrio orgánico y cromosómico que producen las deleciones, la
selección natural tiende a eliminarlas.
DUPLICACIONES
Una duplicación es la variación cromosómica estructural donde un segmento cromosómico
está presente más de una vez.
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Las duplicaciones no suelen ser deletéreas. Son una fuente de nuevo material genético y base para
nuevos cambios evolutivos. Muchas de las familias génicas con un origen evolutivo común tienen su
origen en las duplicaciones. Este es el origen de las familias que codifican para histonas,
hemoglobinas, etc.
Una duplicación muy bien estudiada es la mutación Bar en Drosophila melanogaster. Se
detecta fenotípicamente porque los individuos mutantes poseen ojos con menos facetas y más
estrechos que los individuos normales. El carácter Bar tiene una herencia dominante y ligada al sexo.
Es una duplicación de una región del cromosoma X. Cuando se produce un sobrecruzamiento
desigual se obtienen cromosomas con tres veces esta región, los individuos portadores muestran un
ojo más estrecho y con menos facetas que los Bar.
INVERSIONES
Las inversiones son cambios de sentido de segmentos cromosómicos en ciento ochenta grados
(180º). No hay cambio en el número de genes dentro del cromosoma, pero sí en su orden. Si la
secuencia de genes las representamos por A B C D E F, la inversión del segmento B C D produce
un cromosoma con la secuencia A D C B E F.
La posición del centrómero es importante ya que de acuerdo a si está incluido o no en la
inversión se presentan dos casos bien diferentes:
a- Inversión paracéntrica: si no incluye el centrómero.
b- Inversión pericéntrica: si está incluido el centrómero.
Cuando la inversión se encuentra en uno de los cromosomas homólogos, es decir que es
heterocigota para la inversión o heterocigota estructural, para estar totalmente apareados en paquinema
de profase meiótica, forman un bucle o rizo característico.
Si en las inversiones paracéntricas se produce un sobrecruzamiento en la zona de la
inversión, puede observarse durante la primera anafase meiótica: un fragmento cromosómico y la
formación de un puente cromosómico. El fragmento es acéntrico y no puede migrar a ningún polo,
hecho por el cual se pierde.
En las inversiones pericéntricas no se forma ni el fragmento acéntrico ni el puente.
En los núcleos de las células resultantes de la segunda división meiótica, dos tendrán
deficiencias y duplicaciones en la información genética y no serán viables. En las células fértiles una
tendrá un cromosoma con el orden normal de genes y en la otra esta información estará invertida.
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Como consecuencia, hay una reducción en la fertilidad del 50%.
Esquema de una inversión paracéntrica en heterocigosis durante la meiosis:
En la inversión pericéntrica, los centrómeros están incluidos en la región invertida. Los
cromosomas con la inversión en heterocigosis, se separan en anafase I sin la aparición de puente
alguno. Sin embargo, el sobrecruzamiento dentro del bucle de la inversión trae como consecuencias
la formación de dos células no viables puesto que poseen deficiencias y duplicaciones de la
información genética.
Esquema de una inversión pericéntrica en heterocigosis durante la meiosis:
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Las inversiones tienen gran importancia evolutiva. La inversión no suprime el
sobrecruzamiento en la zona invertida, pero al no ser fértiles las gametas recombinantes, los
genes que se encuentran en el segmento invertido se transmiten siempre juntos y en ese orden,
como un grupo de ligamiento o un supergen.
TRANSLOCACIONES
Las translocaciones recíprocas implican el intercambio de bloques de genes entre dos
cromosomas no homólogos.
Las translocaciones pueden detectarse citológicamente porque el heterocigoto estructural
forma un cuadrivalente (asociación de 4 cromosomas) en la profase meiótica. A veces también se
pueden detectar por producirse cambios en el tamaño de los cromosomas si los segmentos
intercambiados son de distinta longitud.
La segregación, en la primera anafase meiótica puede ocurrir de tres formas diferentes. Se
pueden formar seis tipos de gametas, de las cuales sólo algunas tienen toda la información. Las otras
tienen duplicaciones y deficiencias que las hacen no viables.
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En Oenothera muricata los individuos son heterocigotos estructurales permanentes ya que todos
los cromosomas tienen translocaciones múltiples. En la meiosis de estos individuos se forma un
único multivalente y sólo se forman dos tipos de gametos viables. Esto sucede porque como
consecuencia de las translocaciones múltiples se han formado dos grupos de cromosomas
(Complejos C y Complejos R). En cada grupo, cada cromosoma tiene los extremos homólogos a los
cromosomas del otro grupo. La zona central no aparea nunca al ser muy pequeña o no tener
homólogo en el otro complejo.
Al igual que las inversiones, las translocaciones tienen gran importancia evolutiva.
TRANSLOCACIONES ROBERTSONIANAS
En animales, los tipos de translocaciones más frecuentes son las fusiones y fisiones céntricas,
también denominadas translocaciones Robertsonianas.
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Fusión céntrica: Los brazos de dos cromosomas acrocéntricos se fusionan para originar un
cromosoma.
Fisión céntrica: Proceso inverso al anterior, un cromosoma metacéntrico origina dos
cromosomas acrocéntricos.
Actividades:
1.
A partir de la siguiente secuencia de ADN: 5’… ATA AGT CCG TTA ….3’
Cómo quedaría la secuencia y qué efecto tendría en la proteína sintetizada, si en el codón
subrayado se produce:
Mutación
Duplicación de la
segunda base del
codón:
Sustitución en la
2°base por C:
Transversión en la
primera base del
codón:
Transición en la 3°
base del codón:
Hebra de ADN mutada – ConsecuenciaARN- Aminoácidos
Proteína
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2.
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Indique V (verdadero) y F (falso) para las siguientes afirmaciones y justifique las
falsas.
__ La tasa de mutación hace referencia a la frecuencia con que un organismo sufre una
mutación específica en un gen determinado por cada división celular.
__ Las mutaciones son mayoritariamente deletéreas y recesivas.
__ Existen zonas en el genoma donde es más frecuente que se produzcan mutaciones,
llamadas “puntos calientes”.
__ En D. melanogaster las mutaciones de forma de los ojos de la mosca se deben a deleciones
de copias del gen.
__ La activación de transposones pueden generar fenotipos de mosaicos en los granos de
maíz.
__ Los transposones procariotas pueden incluir genes que le confieran resistencia a un
antibiótico.
__ Las aberraciones cromosómicas siempre producen cambios en el cariotipo.
__ Los dímeros de timina son mutaciones causadas por errores en la replicación.
__Cuando se exponen semillas a agentes mutagénicos químicos como el EMS o azida sódica,
puedo predecir qué mutaciones resultarán.
3.
Identifique las partes en los siguientes esquemas:
4.
Explique en qué se basa la prueba de Ames y los pasos necesarios para llevarla a cabo.
5.
Mencione un sistema biológico que evita que sustancias reactivas (peróxidos) dañen el
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ADN genómico; y un sistema de reparación una vez que se ha producido el daño.
6.
¿Con qué técnica pueden identificarse la existencia de:
a)
aberraciones cromosómicas durante la división celular?
b)
una mutación de punto?
7.
En individuos diploides que presentan, en heterocigosis, inversiones cromosómicas
con el siguiente cromosoma normal:
AB.CDEFGH
a) Realice esquemas que representen las configuraciones que se pueden observar durante
paquinema (profase meiótica) para una inversión:
*Paracéntrica (cromosoma invertido: A B . C G F E D H)
*Pericéntrica (cromosoma invertido: A F E D C . B G H)
b)
i.
ii.
iii.
8.
En la inversión pericéntrica, suponga que se produce un sobrecruzamiento en
la zona de inversión.
Indique qué tipos de gametas se producen.
Explique qué consecuencias tiene para el individuo que se produzcan esos
tipos de gametas.
¿Por qué se dice que la existencia de una inversión anula la recombinación
genética?
De acuerdo al apunte provisto, diga en qué tejidos pueden usarse las radiaciones ionizantes y
en qué tejidos las radiaciones no ionizantes.