Tema 12 - La mutación (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Genética
Año del apunte 2014
Páginas 9
Fecha de subida 22/10/2014
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Apuntes de las clases de Genética de Antonio Barbadilla

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Tema 12. La mutación PARTE AÑADIDA, BARBI AL IGUAL DICE ALGO DE ESTO QUE ESTARIA BIEN COMO INTRODUCCIÓN El DNA es una molécula sumamente estable que se replica con una precisión asombrosa, pero pueden ocurrir cambios en su estructura y errores en su replicación. Una mutación se define como un cambio heredado en la información genética; los descendientes pueden ser células o individuos.
Las mutaciones son tanto protectoras de la vida como causas de gran sufrimiento. Por un lado, son a fuente de la variación genética, la materia prima de la evolución. Por otro, muchas mutaciones poseen efectos perjudiciales, y son fuente de muchas enfermedades y trastornos humanos.
Gran parte del estudio de la genética se centra en la forma en la que se heredan las variantes producidas por una mutación; los cruzamientos genéticos carecerían de sentido si todos los individuos de una especie fueran homocigotas idénticos para los mismos alelos. Las mutaciones siempre son útiles para probar procesos biológicos fundamentales. A menudo, encontrar o crear mutaciones que afectan diferentes componentes de un sistema biológico y estudiar sus efectos puede conducir a la comprensión del sistema.
AQUÍ EMPIEZA THAT BARBI SAYS En los organismos multicelulares podemos distinguir entre dos grandes categorías de mutaciones: las mutaciones que denominamos somáticas y las de la línea germinal. A su vez estas pueden ser espontáneas o inducidas.
Mutación espontánea: puede deberse a replicación errónea del DNA o bien a daños producidos por ciertas sustancias químicas o radiaciones. Componente inevitable y espontáneo de las mutaciones.
Mutación inducida: provocada intencionadamente por la acción de algunos agentes denominados mutágenos, que incrementan la tasa a la que se producen las mutaciones.
Mutación somática: producida sobre el tejido somático de un organismo. Afecta al fenotipo del individuo que no se transmite a la descendencia.
Mutación germinal: producida sobre el tejido reproductor. Si el gameto se forma a partir de la zona mutante del tejido germinal, se transmite a la descendencia.
Mutación aleatoria: mutaciones que aparecen sin motivo alguno como causa de alguna alteración. Esta mutación no indica siempre evolución positiva ya que puede resultar tanto perjudicial como beneficiosa.
Mutación dirigida: un organismo tiene un sensor que de alguna manera genera mutaciones en caso de necesitarlo el individuo. Ex: lamarckismo (las mutaciones se producen en función de las necesidades del organismo).
Test de fluctuación El origen de los cambios espontáneos y hereditarios ha sido siempre un tema de gran interés.
Una de las primeras preguntas que se hicieron los investigadores genéticos fue preguntarse si ocurrían las mutaciones espontáneas en respuesta a los estímulos externos o son variantes presentes a baja frecuencia en la mayoría de las poblaciones. Un sistema experimental ideal para tratar esta importante cuestión fue el análisis en bacterias de mutaciones que confieren resistencia a agentes ambientales específicos, normalmente no tolerados por las células de tipo salvaje.
Este experimento, denominado test de fluctuación, realizado en 1943 por Luria y Delbrück fue especialmente influyente en nuestra concepción sobre la naturaleza de lasmutaciones, no sólo en las bacterias, sino en los organismos en general. En ese momento se sabía que, si la bacteria E. coli se sembraba en una placa con un medio nutritivo en presencia del fago T1, los fagos enseguida infectaban y mataban la bacteria. Sin embargo, raras pero regularmente, se veían colonias resistentes al ataque del fago. Estas colonias eran estables y por lo tanto parecían ser mutantes auténticos. Sin embargo, no se sabía si estos mutantes se producían espontáneamente y aleatoriamente en el tiempo o si era la presencia del fago la que inducía un cambio fisiológico que causaba la resistencia.
Luria razonó que, si las mutaciones se producían espontáneamente, entonces se podría esperar que las mutaciones ocurrieran en momentos distintos y en cultivos diferentes. En este caso, el número de colonias resistentes por cultivo mostraría una alta variación (ellos utilizaron el termino fluctuación).
Ambos científicos diseñaron su test de fluctuación de la siguiente manera. Inocularon 20 pequeños cultivos, cada uno con unas pocas células, y se incubaron hasta tener 108 células por mililitro. Al mismo tiempo, un cultivo mucho más grande también se inoculó en incubó hasta tener el mismo número de células por mililitro. Los 20 cultivos individuales y las 20 muestras del mismo tamaño del cultivo grande se sembraron en presencia del fago. Los 20 cultivos individuales mostraron una alta variación en el número de colonias resistentes (11 placas no tenían colonias resistentes, y el resto presentaban tan solo 1 colonia resistente). Las 20 muestras del cultivo grande mostraron mucha menor variación de placa a placa. Si los fagos estuvieran induciendo mutaciones no habría razones que explicaran por qué la fluctuación debería de ser mayor en los cultivos individuales, ya que todos estaban expuestos de manera similar a los fagos.
La mejor explicación era que las mutaciones ocurrían aleatoriamente en el tiempo: las mutaciones tempranas deban números más altos de células resistentes porque las células mutantes tenían tiempo para producir muchos descendientes resistentes. Las mutaciones tardías, por otro lado, producían menos células resistentes.
Este resultado llevó al actual paradigma de la mutación; es decir, en virus, bacterias o eucariotas la mutación puede ocurrir en cualquier célula, en cualquier momento y al azar.
Este elegante análisis sugiere que las células resistentes se seleccionan por agentes ambientales (en el caso del experimento eran fagos), y no que estos son los causantes.
Bacterias cultivadas en un cultivo de fago que paraliza y mata la bacteria. Se encuentran colonias de bacterias que resisten al fago. Se siembra el cultivo y se observa las colonias resistentes.
Paralelamente, se preparan varios cultivos más pequeños, que se siembran a su vez en placas.
Se observa que el número de células resistentes en A es homogéneo. En B es heterogéneo: fluctúa mucho el número en función del cultivo (o bien poco número de resistentes o bien mucha cantidad).
Si la mutación es aleatoria, se puede producir en cualquier momento durante las 17 generaciones. Si es fisiológica o adaptativa, se produce finalmente (al entrar en contacto con el fago). La proporción será equivalente de bacterias resistentes (distribución homogénea).
Si es aleatoria, se puede producir en cualquier momento (heterogénea). Hay mucha fluctuación entre placas.
Si la mutación es evolutiva, se ve el mismo resultado en A y en B. El test es una prueba a favor de que las mutaciones se producen aleatoriamente en cualquier punto del desarrollo del individuo.
Tasas y frecuencias de mutación espontáneas Frecuencia - Por gen, gameto o replicación varía en función de este. Fluctúa mucho entre 10-4 y 10-8.
- Por nucleótido. Un mutante por cada 10-8 a 10-9 nucleótidos. Muy baja.
Nuevas estimas hablan de entre 10 y 15 mutaciones por genoma haploide y generación: tasa de 2,3 · 10-8 por pb.
Ejemplo de la célula.
Frecuencia de mutación: mutantes / total de células = 2/8 = ¼ Tasa de mutación: número de mutaciones producidas / total de divisiones celulares = 1/7 Número de divisiones: número de células finales – 1 Mutaciones puntuales del DNA • Inserción: adición de pares de bases.
• Delección: perdida de pares de bases.
• • Transición: modificación de un nucleótido. Cambio de base de mismo tipo.
Transversión: modificación de un nucleótido. Cambio de base de distinto tipo.
o Mutación sinónima. Aunque la base cambia el aa que codifica es el mismo o Missense mutation (conservativa). Aunque cambia el aa que codifica pero químicamente es similar al original.
o Missense mutation (no conservativa). Esta vez el cambio de aa.
o Nosense mutatuon (sin sentido). El cambio de la base provoca un codón de STOP lo que provoca que la proteína se deja de sintetizar antes de hora y es no funcional.
• Indel: Significa inserción o deleccion. Provocan desplazamiento del marco de lectura.
o Inserción de base: produce un nuevo nucleótido.
o Delección de base: elimina un nucleótido.
Base molecular de la mutación espontánea • Son aquellas que se dan durante la replicación sin mecanismos que induzcan a ellas.
- Las formas tautomericas, producen transiciones. Las formas tautomericas son moléculas con el mismos átomos con diferentes disposición. Vemos como formas tautoméricas de las bases nitrogenadas (forma imino de la citosina, forma enol de la timina) lo que da un emparejamiento erróneo de bases. Se trata de un equilibrio dinámico químico en el que las bases van modificándose entre sus formas ceto las alteradas.
Base nitrogenada normal Adenina enol Timina imino Citosina enol Guanina imino Forma rara de la BN Adenina imino (A*) Timina enol (T*) Citosina imino (C*) Guanina enol (G*) Un desplazamiento tautomérico genera una mutación en alguna progenie después de la replicación de DNA. (a) en el ejemplo de arriba, un residuo de guanina sufre un cambio tautomérico a su forma rara enol (G*) durante la replicación. (b) En su forma enol, la guanina empareja con la timina. (c y d) En la siguiente replicación, el residuo de guanina vuelve a su forma ceto más estable. La timina incorporada frente a la forma enol de la guanina (como veíamos en b) dirige la incorporación de adenina en la siguiente replicación, (tal y como vemos en c y d). El resultado neto es una mutación G·C A·T.
- • Alineamiento incorrecto de la secuencia cuando hay muchos nucleótidos repetidos.
Muchas veces cuantas tienes tantas bases repetidas aumenta la probabilidad de que algunas bases queden colgadas del modo que no tendríamos una copia original de la cadena dando cadenas hijas con delecciones. Al haber un fragmento que es muy repetitivo por repetición de nucleótidos al unir las cadenas de DNA a veces se generan como loops que se asemejan a delecciones ya que ese fragmento de cadena no es replicado ni transcrito.
Lesiones espontaneas del DNA. además de los errores de replicación, las lesiones espontaneas, que són daños que se producen en el DNA de forma natural, también pueden causar mutaciones.
- Despurinación (pérdida enlace glucosídico azúcar). Es la perdida de una base purínica. Consiste en la eliminación del enlace glucosídico entre la base y la desoxirribosa y la consiguiente pérdida de un residuo de guanina o adenina del DNA.
- Desaminacion (perdida del grupo amino). De la citosina nos da un grupo uracilo.
- Daño por oxidación: radicales hidroxilos, superoxido, peróxido de nitrógeno.
Algunas especies activas del oxígeno, como los radicales superóxido, el peróxido de hidrogeno y los radicales hidroxilo; se generan como subproductos del metabolismo normal aerobio. Todas ellas pueden causar daños oxidativos en el DNA, así como en sus precursores (como el GTP), que dan lugar a mutaciones. Estas mutaciones se han relacionado con varias enfermedades humanas.
Mutaciones inducidas por agentes químicos Análogos de bases. Substancias parecidas que se aparean a la base nitrogenada complementaria dando emparejamientos incorrectos.
Mutaciones inducidas por agentes físicos Radiaciones no ionizantes: A veces cuando dos bases de timina se encuentran consecutivas si incide sobre ellas luz ultraviolada (UV), se producen uniones covalentes entre ambas bases y se encuentran más próximas en el espacio formando un dimero de timina. Esto puede provocar que al leer las bases se salte una de esas timinas contando a ambas como una sola base, provocando un error de lectura por emparejamiento erróneo.
Radiaciones ionizantes: estas provocan roturas cromosómicas de la doble cadena de DNA (con efectos letales) y roturas del enlace n-glucosidico que da apareamientos incorrectos.
Mecanismos de reparación del DNA La célula cuando ve alterado el DNA tiene sus mecanismos de reparación. Cuando tenemos una alteración del DNA si no se repara acaban produciendo mutación y se puede heredar. A veces los mecanismos reparadores no son suficientes y la alteración se trasmite a las siguientes generaciones celulares que acaban en mutación.
• Reparación directa o DNA fotoliasa revierte dimerización • o Transferasas Reparación por escisión Mutación del cáncer El cáncer es una consecuencia fenotípica de las mutaciones somáticas. De hecho no es una única mutación sino acumulación de ellas. El cáncer es un crecimiento incontrolado de un clon celular.
No puedes evitar un organismo, siempre hay una tendencia a la desorganización y genéticamente son mutaciones que hacen que es sistema no reacciones a los mecanismos de control del crecimiento. Así tenemos una metástasis que es una célula con capacidad proliferadora voraz que se alimenta y crece a través de las células a su alrededor. Se puede ver como la metástasis es una selección natural para ver cuál es más agresiva y cual es capaz de controlar el sistema o acabar con el organismo.
Causas genéticas Tres tipos de genes: • Oncogenes: promueven proliferación celular (protooncogén).
evolutivamente y suelen ser dominantes. Patrón autosómico dominante.
Muy conservados • Genes supresores de tumores (TS): Inhiben la proliferación celular. Patrón autosómico recesivo. (P53, el guardián del genoma – se expresa ante la falta de oxígeno, toxicidad ambiental, daños DNA) • Genes mutadores: genes que aumentan la tasa de mutación del conjunto del genoma Metáfora del autobús (INUTIL) Tenemos un autobús de niños, vas conduciéndolo y controlas el organismo. Y en un momento determinado sueltas el acelerador pero el autobús sigue acelerando. O cuando vas a frenar falla el freno. A causa de un daño al conjunto del bus/organismo. Si, algo así dijo Barbi.
•Acelerador = protooncogén •Freno = TS genes •Saboteador = genes mutadores ...