GENÉTICA: MUTACIÓN Y REPARACIÓN DEL DNA (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Microbiología - 1º curso
Asignatura Genética
Año del apunte 2016
Páginas 8
Fecha de subida 19/03/2016
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MUTACIÓN GÉNICAS, CROMOSÓMICAS Y REPARACIÓN DEL DNA Mutación: cambio del a secuencia del DNA y se hereda en generaciones posteriores. Ex: la metilación de una guanina no es una mutación porque no cambia la secuencia del DNA, es una alteración que puede afectar o no al apareamiento de las bases, a veces las mutaciones vienen precedidas de una anterior alteración. En definitiva una alteración no es una mutación sino provoca un cambio en la secuencia del DNA Clasificación Obedecen a varios criterios: - Somáticas o germinales - si es génica o cromosómica - inducida o espontanea. Después la reparación del DNA obedece los criterios siguientes: - Directa - Por escisión - Reparación de doble cadena del DNA. MUTACIÓN SOMÁTICA VS MUTACIÓN CÉLULAS DE CÉLULAS GERMINALES Mutación somática: mutación que se da en células somáticas, provoca un cambio fenotípico que afectará a todas las células hijas que vengan, si la alteración se da en el desarrollo embrionario podrá afectar a un órganos o varios, si es en estado adulto solo será aquella células y a las que provengan allí, nunca afectara a las descendencia porque no afecta a las células germinales. Una mutación en las células germinales afectara a todos los individuos que vengan de su descendencia. MUTACIÓN CROMOSÓMICA VS GÉNICAS Cromosómicas: aquellas que podemos ver porque cambia la estructura o numero de los cromosomas ex: rotura de doble cadena del DNA del cromosoma, cambio en el numero de cromosomas Génicas: cambios que no se pueden ver en los cromosomas solo si secuenciamos el DNA, por ejemplo: cambio o supresión de bases. MUTACIÓN ESPONTANEA VS MUTACIÓN INDUCIDA Espontáneas: no reconocemos un origen externo que provoque la mutación, la mutación surge en el metabolismo normal o ciclo biológico de la célula Inducidas: cuando hay un agente (mutágenos) que provoca alteraciones en la secuencia del DNA que posteriormente se da una mutación del DNA, provocando un cambio de la secuencia del DNA. 1 MUTACIONES GÉNICAS Alteración de una o pocas bases son mutaciones puntuales: 1. Sustitución de base: hay dos tipos transiciones: cambio de una purina por otra purina o una pirimidina por otra pirimidina, ejemplo: un par A-T cambia a G-C y la transversión cambio de una purina a una pirimidina o viceversa (hay 8 transversiones posibles). De transiciones solo hay 4 posibilidades diferentes 2. Inserción: en una secuencia sin ningún motivo aparente se nos inserta una base 3. Delación: perdida de una par de bases de la secuencia del DNA, también puede ser de una sola base. Efecto que tienen las mutaciones en genes que codifican un polipéptido - Mutación sinónima: cambio de base pero no cambia el a.á que codifica a ese codón, no afecta ni a la función ni a la estructura del polipéptido, ejemplo, si cambia la 3r base de un codón el cual podría no afectar - Mutación de cambio de sentido: sustitución de base que provoca que haya una sustitución de a.á, nos cambia el a.á y por lo tanto la secuencia de la proteína, puede ser conservadora o no conservadora: si el a.á es químicamente parecido al anterior (conservadora), si no son químicamente parecidos (no conservadora) - Mutación sin sentido: nos genera un codón stop por el cambio de una base, tiene importantes efectos modificando la secuencia, ja que la longitud puede ser acortada y por lo tanto la proteína no seria funcional - Mutación Indel (inserción o delación): provocan un cambio del marco de lectura, denominado un frameshift, cambia toda la lectura del RNAm por un desplazamiento o por la reducción de la cadena, dando lugar una secuencia de a.á completamente diferente a la secuencia funcional, son devastadoras. Pasa lo mismo en delaciones y inserciones. ORIGEN MUTACIONES GÉNICAS ORIGEN ESPONTÁNEO - Errores espontáneos durante la replicación, principalmente cambios de bases, incorporación de formas tautoméricas, apareamientos o alineaciones incorrectas durante la replicación - Lesiones espontáneas de DNA, despurinación, desanimación o daño por oxidación: radicales hidroxilo, superóxido o peróxido de hidrógeno que son alteraciones que pueden provocar una mutación, posterior. 2 ERRORES ESPONTANEOS DURANTE LA REPLICACION - Cambios tautoméricos: existen dos tipos de bases: la predominante y la tautomerica, son formas alternativas que pueden cambiar sus propiedades físico químicas, provocando errores durante el apareamiento. Su incorporación podría dar mutaciones a lo largo de las rondas de replicación, se puede corregir por la actividad de las DNA polimerasas exonucleasas 5’-3’ o por mecanismo de regulación sino es reparado provocaría mutaciones o alteraciones. Ex: Incorporación de una guanina tautomerica la cual esta aparea con la timina y no con la citosina, la transcripción generara dos copias una bien y otra incorrecta que tiene el apareamiento incorrecto, se puede reparar, pero si no se repara la siguiente ronda de replicación se fijaran esos cambios dando una mutación (parece un par A-T donde antes había un par G-C). El resultado final seria una sustitución de bases. - Durante la replicación puede haber casos de Indel: esto ocurre cuando se están replicando secuencias repetidas, llamadas micro satélites (secuencias repetitivas de una misma base, también puede ser secuencia repetidas de dos nucleótidos), esas secuencia tienen un problema a la hora de replicarse porque pueden haber inserciones o delaciones ja que se puede producirse un desplazamiento de una de las dos cadenas (puede ser la molde o no), provocando que haya una inserción de una base en una de la cadena que se esta sintetizando o en la siguiente ronda de replicación. Si son dinucleótidos puede haber una delación ja que hay en un punto de la cadena hay una omisión del dinucleótido que provoca que en siguientes rondas de replicación este dinucleótido no este y por lo tanto haya una delación de pares de nucleótidos . 3 LESIONES ESPONATÁNEAS No son mutaciones como las anteriores, sino modificaciones de las bases las cuales pueden provocar mutaciones - Despurinación: se elimina la base nitrogenada de un nucleótido, se rompe el enlace N-glicosídico entre el azúcar y la base, la estructura del DNA queda intacta, se genera un sitio apurinico o aprimidinico, no hay distorsión de la cadena del DNA, provocará un problema a la hora de replicarse, la polimerasa seguirá actuando y frecuentemente pone una adenina pero podría poner cualquier base, esto lo que genera es una mutación ja que un par G-C nos cambia a un par T-A, varia la secuencia del DNA. - Desaminación: bases que contienen un grupo amino lo pierden provocando la generación de una nueva base de citosina a uracilo o de 5-metilcitosina a timina provocara una mutación ja que la secuencia del DNA ha sido modificada. MUTACIONES INDUCIDAS Por agentes que causan lesiones o cambios en las basas, estos agentes se llaman múgatenos e incrementan la tasa de mutación espontánea Los agentes pueden ser químicos: - Análogos de bases: parecidos a esas bases, si viven un medio rico en esos análogos la incorporaran en esas secuencia o sustancias que modifican las bases del DNA - Físicos: radiación que puede ser ionizante o no ionizante AGENTES QUÍMICOS 5- bromouracilo: análogo a la timina si las células viven en ambientes ricos a este la célula lo incorporara es provoca que se aparea a la guanina 2-aminopurina: análogo a la adenina se aparea con la timina o la citosina Estos dos compuestos provocan errores en el apareamiento de base. Los siguientes provocan modificaciones que pueden ser: desaminacions o hidroxilaciones, generando apareamientos incorrectos a causa de modificar químicamente las bases. El óxido nitroso que es un agente químico que provoca la desanimación dela citosina generando 4 así un uracilo. Por el contrario la hidroxilamina provoca una hidroxilación provocando que la citosina se apareje con la adenina. El EMS provoca una alquilación en la guanina provocando que esta se una a la timina. AGENETE INERTCALANTE Muchos tintes para teñir el DNA o otras sustancias son agentes intercalantes. Estos se intercalen en la doble hélice entre pares de bases provocando una distorsión en la estructura del DNA, esto provoca que en las rondas de replicación haya frequentemente delaciones de bases pudiendo causar mutaciones. Ejemplo seria la proflavina, el bromuro de etidio, la dioxina… El resultado final mayoritariamente son adiciones o delaciones en la primera base causando un cambio de pauta de lectura durante la traducción. AGENTES FISICOS - Radiación UV no ionizante, provoca daños en el DNA que si se da en dosis elevadas son lesiones importantes, provoca que haya una dimerización de taminias que están contiguas, por enlaces covalentes, provoca una distorsión de la molécula del DNA provocando que la DNA polimerasa no pueda actuar y por lo tanto la célula tenga que entrar en apoptosis, por esto la radicación UV se utiliza como esterilizante. - Radiación ionizante: es muy penetrante provoca roturas de simple o doble cadena y en dosis altas es fatal para la célula, esto se utiliza a veces en técnicas para tratar el cáncer, es la radioterapia. MECANISMOS DE REPARACION DEL DNA Todas las células eucariotas y procariotas tienen mecanismos para reparar esas alteraciones espontaneas, esto dará lugar a la frecuencia espontanea de mutación Alteraciones espontaneas + mecanismos de reparación = frecuencia espontanea de mutación - Si hay inducción de mutaciones la frecuencia de alteración del DNA es mayor, los sistemas de reparación actúan igualmente pero estos se pueden saturar si las alteraciones son muy importante y de gran cantidad provocando que la frecuencia de mutación aumente considerablemente. - Si hay una alteración espontanea pero hay una deficiencia en los mecanismos de reparación hay un aumento en la frecuencia de la mutación. La deficiencia de reparación puede conllevar muchas enfermedades manifestando fenotipos muy graves para la salud del organismos. Los mecanismo de reparación bajan la frecuencia de mutación, si fallan pueden haber graves fenotipos como el xeroderma pigmentosum (son sensibles a la luz a la luz UV, no pudiendo reparar los dímeros de timina, provocando melanomas …). 5 Todos los errores espontáneos o alteraciones inducidas en el DNA existen diversos mecanismo de reparación altamente conservados que los reparan, muchos son redundantes ja que hay varios que pueden repara una misma alteración por si falla alguno, si fallan estos mecanismos hay graves consecuencias pudiendo cambiar el ciclo celular, provocando la apoptosis o la aparición de cáncer a causa de no reparar estas lesiones o mutaciones. El cáncer es raro que sea hereditario lo mas normal es que sea de células somáticas i mayoritariamente viene dado por mutaciones que provocan el descontrol de la división de estas células. REPARACION DIRECTA: DNA-fotoliasa: enzima que reconoce los dímeros de timina especifica de bacterias, procariotas i algún eucariota simple, no están en eucariotas superiores, se une a los dímeros de timina, para funcionar necesita luz, cundo ha reconocido el dímero de timina los puede revertir y romper los enlaces covalentes que unen el dímero de timina. Transferasa: alteraciones que se deben a la metilación de las bases, están en toda la escala evolutiva, elimina las metilaciones, eliminando por tanto lesiones espontáneas que pueden provocar una mutación, (las metilaciones pueden venir de factores químicos como el MMS) Se detecta la lesión y se repara directamente va siempre por emparejamiento de bases Por escisión: se elimina la base o bases dañadas y se re sintetiza el DNA. Hay 3 tipos: - Reparación por escisión de bases, BER: puede darse por una oxidación en la base, desmitilaciones… Cuando lo detecta esta se elimina la base, no se rompe la estructura del DNA al principio, se crea un sitio apurinico o apirimidicnico (se elimina la base). A partir de aquí se rompe la cadena, rompiendo el enlace fofosdiester y una DNA polimerasa rellenara el hueco y otra ligasa volverá hacer el enlace fosfodiester uniendo de nuevo la cadena. 6 - NER, reparación por escisión de nucleótidos: corrige los errores voluminosos que distorsionan el DNA por ejemplo los dímeros de timina.. Similar al anterior, reconoce la secuencias dañadas una vez reconocidas se elimina un fragmento que abarca la lesión y a partir de hay actuará la DNA polimerasa rellenando el hueco y la liasa que unirá y fijara los extremos. - MMR, reparación de emparejamientos erróneos: aquí no hay lesión, son errores durante la replicación cuando se incorpora una base no complementaria, es un sistema acoplado a la replicación, el error se encuentra y se comete en la cadena que se esta sintetizando y no en la cadena molde, el mecanismo requiere el reconocimiento de la cadena recién sintetizada, en bacterias existe un mecanismo de metilación que tiente lugar en secuencia GATC, después de la replicación se han de metilar las cadena, hay regiones entonces que son ametiladas en la cadena que se esta sintetizando esto les sirve para reconocer la cadena recién sintetizada. A partir de aquí, tenemos la proteínas mutadas que reconoce el apareamiento erróneo, la proteína MutL conecta con la proteína MutH que reconoce la secuencia metilada con MutS que reconoce el error en el emparejamiento de las bases a partir de aquí se elimina una secuencia que abarca la base mal incorporada y una polimerasa y una ligasa volverán a sintetizar el fragmento de DNA y lo unirán con de nuevo. 7 SISTEMA SOS: Es un mecanismo en procariotas, también función durante la replicación de DNA que esta dañado, permite continuar la replicación aunque haya errores o daños que provocan que las DNA polimerasas no puedan seguir replicando a medida que avanzan por la horquilla de replicación, es un sistema que tiende a errores aunque puede la células seguir viviendo. En el molde donde hay una lesión provoca que la DNA polimerasa III se ature, se sustituirá por la DNA polimerasa V y esta puede seguir sintetizando aunque haya errores una vez pasado el punto crítico se sustituirá la DNA polimerasa V por la III y continuara entonces la replicación. En esos puntos críticos donde se encuentran los errores o lesiones en el DNA la polimerasa V frecuentemente pondrá cualquier nucleótido en la cadena que se esta sintetizando provocando así mutaciones por eso decimos que es un sistema que tiende a errores. REPARACION DE ROTURAS DE DOBLE CADENA - Unión de los extremos: normalmente no son roturas limpias, lo más frecuente es que dejen extremos de simple cadena, con una actividad exonucleasa se eliminan los extremos de simple cadenas y se empalman por ligasas, pero esto es propenso a error porque eliminamos nucleótidos habrá delaciones en los puntos de uniones, que pueden ser importantes ja que pueden ser secuencias de genes. - Recombinación: se produce rotura de doble cadena, se formaran extremos de simple cadena 3’ para la invasión de las cadenas complementarias pudiendo reparar los errores, a partir de aquí por complementariedad se aparejan las bases, a continuación un giro de 180 produce una estructura en forma de cruz y gracias a enzimas se producirá un corte que dará lugar a DNA recombinado y reparado se da normalmente durante la replicación del DNA a veces se dan durante interfase, es un mecanismo de alta eficiencia. 8 ...

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