Tema 5 (I): Mutacions gèniques, cromosòmiques i reparació del DNA (GE) (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Microbiología - 1º curso
Asignatura Genètica
Año del apunte 2016
Páginas 6
Fecha de subida 21/03/2016
Descargas 59
Subido por

Vista previa del texto

TEMA   5:   Mutacions   gèniques,   cromosòmiques   i   reparació  del  DNA  (I)     Una   mutació   és   un   canvi   en   la   informació   genètica,   que   s’hereta.   No   es   consideren   mutacions   les   modificacions   químiques   dels   nucleòtids,   aquestes   només   seran   una   alteració.   Moltes   mutacions   parteixen   d’una   alteració.   Per   tant,   una   mutació   només   seran   aquells   canvis   que   produeixin   un   canvi   de   la   seqüència  de  nucleòtids  del  DNA.     1.  Classificació  de  les  mutacions  del  DNA   1)  Segons  el  tipus  de  cèl·lules  afectades:   -­Somàtica:  aquella  que  es  produeix  en  les  cèl·lules  somàtiques.  Provoca   un  canvi  de  fenotip  d’aquella  cèl·lula,  i  afectarà  a  totes  les  cèl·lules  que   derivin   d’aquesta.   El   grau   d’afectació   d’una   mutació   somàtica   dependrà   del   moment   en   el   desenvolupament   de   l’individu   s’ha   produït.   Si   es   produeix   durant   el   desenvolupament   embrionari,   tindrà   un   abast   molt   gran,   però   si   es   produeix   durant   l’estat   adult   pràcticament   només   afectarà   a   la   cèl·lula   i   les   que   derivin   d’aquesta.   Mai   afectarà   a   la   descendència.     -­Germinal:  aquella  que  es  produeix  en  les  cèl·lules  germinals  (sexuals).   Pot  ser  que  es  traspassi  a  la  descendència.         2)  Segons  el  tipus  de  mutació,  o  grau  d’efecte  genòmic:   -­Cromosòmica:   les   podem   observar   perquè   provoquen   canvis   en   el   nombre  o  estructura  dels  cromosomes.     -­Gènica:   aquells   canvis   que   no   podem   analitzar   observant   els   cromosomes,  només  es  pot  observar  si  seqüenciem  el  DNA.  Alteracions   d’una  o  poques  bases.       3)  Segons  com  es  produeix  el  tipus  de  mutació  (l’origen):   -­Espontània:   no   podem   identificar   un   origen   extern   a   la   cèl·lula,   sorgeixen  durant  el  cicle  vital  i  normal  d’una  cèl·lula.     -­Induïda:   quan   hi   ha   un   agent   extern   que   provoca   alteracions   en   la   seqüència  de  DNA,  que  posteriorment  es  convertiran  en  una  mutació,  ja   que  el  canvi  de  seqüència  de  DNA  s’acaba  fixant.       2.  Mutacions  gèniques   2.1  Tipus   A)  Substitució  de  base:   -­Transició:  és  el  canvi  d’una  purina  (A,G)  per  una  purina  (A,G);;  o  d’una   pirimidina  (C,T)  per  una  pirimidina  (C,T).     -­Transversió:  canvi  d’una  purina  per  una  pirimidina  o  viceversa.       B)  Inserció:  inserció  d’una  base  extra  en  la  seqüència.     C)  Deleció:  perduda  d’una  base  en  la  seqüència.           2.2  Efectes  d’aquestes  mutacions  per  a  gens  que  codifiquen  per  a  un  polipèptid     A)  En  mutacions  per  substitució  de  base   -­Mutació   sinònima,   hi   ha   un   canvi   de   base   però   no   canvia   l’aminoàcid   que   estava  codificat  pel  codó  no  mutat,  per  tant,  no  afecta  a  la  seqüència  d’aa  ni  a   la  funció  del  polipèptid.       -­Mutació  de  canvi  de  sentit,  aquella  substitució  de  base  que  produeix  el  canvi   del  aminoàcid  correcte  per  un  altre.  Provocà  el  canvi  del  polipèptid.     -­Conservadora:  si  el  nou  aa  afegit  per  la  mutació  és  químicament  similar   al  inicial  (sense  mutació).       -­No   conservadora:   si   el   nou   aa   afegit   per   la   mutació   té   unes   característiques  totalment  diferents  al  inicial  (sense  mutació).       -­Mutació   sense   sentit,   canvis   de   bases   que   provoquen   l’aparició   d’un   codó   STOP   allà   on   es   traduïa   un   aa.   Té   sobretot   especial   afectació   si   es   troba   a   l’inici  de  la  seqüència,  ja  que  allà  on  es  produeixi  la  mutació  tot  el  que  quedi  per   darrera  no  es  llegirà.       B)  Mutacions  per  inserció  o  deleció  d’una  base   -­Mutacions   Indel,   es   produeix   una   inserció   o   una   deleció   d’una   base.   Provoquen  un  canvi  en  la  pauta  de  lectura:  frameshift.  Això  provoca  el  canvi  de   tots  els  aminoàcids  que  estiguin  darrera  de  la  mutació,  i  per  tant,  la  seqüència   d’aa   serà   completament   diferent   a   la   inicial.   Es   forma   un   polipèptid   totalment   diferent.       2.3  L’origen  de  la  mutacions   2.3.1   Mutacions   espontànies:   durant   el   cicle   vital   normal   de   les   cèl·lules   els   processos  que  poden  generar  mutacions  són:     1)  Errors  espontanis  durant  la  replicació.   -­Canvis  tautomèrics  (substitució  de  base  comuna  per  base  alternativa).   Fa   referència   a   que   en   les   cèl·lules   existeixen   dos   tipus   de   bases   nitrogenades:   el   tipus   predominant,   el   qual   s’utilitza   normalment,   i   les   formes  tautomèriques  o  alternatives  que  són  molècules  semblants  a  les   bases  comunes  però  amb  propietats  diferents  i  es  poden  aparellar  amb   altres   bases   que   no   siguin   la   complementaria   (EX:   GàC;;   CtàT).   Aquesta   alteració   es   pot   reparar,   però   si   no   es   repara,   en   la   segona   ronda  de  replicació  s’acabarà  fixant  i  provocarà  una  mutació.       -­Aparellament  incorrecte  durant  la  replicació  (substitució  de  bases)  degut   a  un  error  de  la  DNA  polimerasa  que  provocarà  una  alteració  i  que  no  es   corregeix  s’acabarà  fixant  i  formant  una  mutació.       -­Alineament  incorrecte  durant  la  replicació  (indel).  Durant  la  replicació  es   poden   produir   diverses   insercions   o   delecions   de   bases   perquè   es   desplaça   una   de   les   dos   cadenes   (motlle   o   sintetitzada).   Això   succeeix   quan   s’estan   replicant   seqüències   repetides:   seqüències   especificques   denominades   microsatèlits   (repeticions   d’un   o   més   nucleòtids).   EX:   ACTGCTCTCTCTCTCTCT....   -­Si  es  produeix  un  desplaçament  de  la  seqüència  motlle,  la  base   extra   forma   un   bucle,   s’estabilitza   gràcies   a   les   seqüències   repetides,  i  es  produeix  una  deleció  aquell  parell  de  bases.     -­Si   es   produeix   un   desplaçament   de   la   seqüència   recent   sintetitzada,   la   base   extra   forma   un   bucle,   s’estabilitza   gràcies   a   les  seqüències  repetides,  i  es  produeix  una  inserció  d’un  parell  de   bases.       2)  Lesions  espontànies  del  DNA.     -­Despurinacions:   trencament   de   l’enllaç   glicosídic   entre   el   sucre   i   la   base,  i  per  tant,  s’elimina  la  base  nitrogenada.  En  la  seqüència  de  bases   del   DNA,   trobem   un   lloc   apurínic   (sense   base).   No   provoca   canvis   en   l’estructura   global   del   DNA,   però   pot   provocar   mutacions   durant   la   replicació.   Si   s’utilitza   com   a   motlle   la   cadena   no   alterada,   es   produirà   una   correcta   replicació   del   DNA,   però   si   s’utilitza   la   cadena   on   hi   ha   el   lloc   apurínic,   durant   les   diverses   replicacions   s’incorporarà   un   nucleòtid   amb  una  base  nitrogenada  (normalment  una  A)  que  pot  ser  que  no  sigui   la   correcta,   i   per   tant,   aquesta   alteració   s’acabarà   fixant   com   una   mutació  (canvi  de  base).       -­Desaminacions:   pèrdua   del   grup   amino.   Això   pot   provocar   que   les   bases   canviïn   com   es   el   cas   de   la   citosina   que   si   es   desamina   es   converteix  en  un  uracil;;  i  també  la  5-­Metilcitosina  que  si  es  desamina  es   converteix   en   una   timina.   Aquestes   alteracions   si   no   es   corregeixen   s’acabaran  fixant,  formant  una  mutació.       -­Dany  per  oxidació:  radicals  hidroxils,  superòxids,  peròxid  de  hidrogen.     2.3.2  Mutacions  induïdes  per  agents  externs   Estan   produïdes   per   agents   mutagènics   (mutàgens)   que   incrementen   la   tassa   de  mutació  espontània.       1)  Agents  químics:   -­Anàlegs   de   bases:   compostos   que   són   molt   similars   a   les   bases   nitrogenades.  Quan  les  cèl·lules  creixen  i  es  repliquen  en  contacte  amb   aquestes   substàncies,   les   incorporen   en   la   molècula   del   DNA   i   això   genera  aparellaments  incorrectes.       •   5-­bromuracil   és   anàleg   a   la   timina.   Les   cèl·lules   que   l’han   incorporat,   utilitzen   a   aquest   per   aparellar-­se   amb   la   adenina   (en   comptes   de   la   timina)   però   a   més   també   s’aparella  amb  la  guanina  (aparellament  incorrecte).     •   2-­aminopurina   és   anàleg   a   la   adenina.   Les   cèl·lules   que   l’han  incorporat,  utilitzen  a  aquesta  per  aparellar-­se  amb  la   timina   (en   comptes   de   l’adenina)   però   a   més   també   s’aparella  amb  la  citosina  (aparellament  incorrecte).           -­Agents   intercalants:   són   molècules   planes   que   s’intercalen   en   la   doble   hèlix  del  DNA  entre  els  parells  de  bases,  i  provoquen  una  distorsió  de  la   molècula   de   DNA,   de   tal   forma   que   quan   es   produeix   la   replicació   aquests  agents  provoquen  delecions  i  insercions  d’una  base;;  que  com  a   resultat  acaben  canviant  la  pauta  de  lectura  de  la  seqüència,  i  per  tant,   formen  un  polipèptid  completament  diferent.       -­Altres   agents   químics,   que   modifiquen   químicament   les   bases   de   diferents  formes  (alquilacions,  desaminacions,  hidroxilacions...)  generant   alteracions   en   forma   d’aparellaments   incorrectes,   que   si   no   es   corregeixen  donaran  lloc  a  mutacions.       •   Òxid  nitrós:  provoca  una  desaminació.     •   EMS  (etil  metà  sulfonat):  provoca  una  alquilació.   •   Hidroxilamina:  provoca  una  hidroxilació.       2)  Agents  físics:  radiació.   -­Radiació  no  ionitzant  (llum  UV)   Distorsiona   la   configuració   del   DNA   i   provoquen   enllaços   entre   les   bases.   Freqüentment   es   produeix   l’anomenat   dímer   de   timina:   quan   hi   ha   en   la   seqüència   de   DNA   dues   timines   consecutives,   es   produeix   un   enllaç   covalent   entre   elles   que   uneix   les   bases   nitrogenades.   Això   provoca  una  distorsió  de  la  cadena  (fa  com  un  “bulto”)  que  impedeix  que   la  DNA  polimerasa  pugui  avançar.  Es  produeix  doncs  una  paralització  de   la   transcripció   i   porta   a   la   cèl·lula   fins   a   la   mort.   Per   això   la   llum   UV   s’utilitza  com  a  agent  esterilitzant  perquè  mata  les  bactèries  bloquejant  la   seva  replicació.     -­Radiació  ionitzant   Provoca  trencaments  cromosòmics,  a  nivell  de  simple  o  doble  cadena  de   DNA.   En   dosis   molt   altes,   els   mecanismes   de   reparació   no   poden   reparar  aquests  trencaments  i  provoca  la  mort  cel·lular.       3.  Mecanismes  de  reparació  del  DNA   Totes  les  cèl·lules  (procariotes  i  eucariotes)  contenen  mecanismes  per  reparar   les  alteracions  i  lesions  del  DNA.       Alteracions  espontànies  –  mecanismes  de  reparació  =  Taxa  espontània  de  mutació     *Si  hi  ha  induccions  per  agents  mutàgens,  la  freqüència  o  taxa  espontània  de   mutació  augmenta.       Alteracions  espontànies  +  Induccions  mutàgens  –  mecanismes  de  reparació  =  Taxa  de  mutació       *Si  no  hi  ha  inducció  per  mutàgens,  però  hi  ha  una  deficiència  en  la  reparació,   com  a  resultat  s’obtindrà  un  increment  de  la  taxa  de  mutació  espontània.     Quan   els   sistemes   de   reparació   estan   alterats,   o   hi   ha   una   inducció   molt   alta   per   mutàgens,   es   provocaran   diverses   mutacions   que   poden   comportar   a:   L’alteració   del   cicle   cel·lular,   o   la   mort   cel·lular   (degut   a   la   inhibició   de   la   transcripció,  replicació  o  segregació  cromosòmica)  o  càncer.       3.1  Mecanismes  de  reparació     A)  Reparació  directa   Es   detecta   la   lesió,   es   repara,   i   no   es   provoca   distorsió   ni   eliminació   dels   nucleòtids.  No  reemplaça  els  nucleòtids  alterats,  sinó  que  els  retorna  a  la  seva   estructura  correcta.       •   DNA  fotoliasa:  es  un  enzim  present  únicament  en  bactèries  i  eucariotes   molt  simples  que  identifica  i  corregeix  els  dímers  de  timina  generats  per   la  llum  UV.  Necessita  la  llum  solar  per  actuar  (fotoreactivació).     •   Transferases   de   grups   alquil,   són   enzims   que   reconeixen   i   eliminen   els   grups   alquil   generats   per   mutàgens.   Estan   presents   en   tots   els   organismes.       B)  Reparació  per  escissió   S’elimina  la  base  danyada  o  un  fragment  d’una  cadena  de  DNA,  i  després  es   resintetitza   correctament.   Són   sistemes   de   reparació   que   reemplacen   nucleòtids   alterats   i   són   dependents   d’homologia   (com   que   eliminen   un   fragment,  depenen  de  l’altre  cadena  per  tornar  a  sintetitzar  allò  incorrecte).       -­Reparació  per  escissió  de  bases  (BER:  base  escission  repair).   S’encarrega   de   corregir   les   bases   modificades.   La   DNA   glicosilasa   detecta   la   base   danyada   i   elimina   la   base   danyada.   Després   una   AP   endonucleasa   traurà   el   sucre   i   permetrà   que   una   DNA   polimerasa   afegeixi   el   nucleòtid   amb   la   base   correcta.   Posteriorment   actuarà   una   DNA  ligasa  per  unir  els  fragments  mitjançant  enllaços  fosfodièsters.       -­Reparació  per  escissió  de  nucleòtids  (NER:  nucleotid  escission  repair).   Corregeix   els   errors   que   distorsionen   el   DNA,   com   per   exemple   el   bloqueig   de   la   replicació   degut   als   dímers   de   timina.   Estan   presents   en   eucariotes  i  procariotes.     Un  complex  enzimàtic  reconeix  la  distorsió  del  DNA  i  s’associa  a  aquella   zona,  provocant  que  les  dues  cadenes  de  DNA  e  separin.  Llavors  actuen   unes   proteïnes   d’unió   a   les   cadenes   simples   estabilitzant   la   cadena   danyada,  i  un  enzim  talla  aquesta  pels  dos  costats  i  l’elimina.  Queda,  per   tant,   la   molècula   de   DNA   amb   una   zona   de   simple   cadena   on   actuarà   una  DNA  polimerasa  sintetitzant  de  nou  el  fragment,  i  finalment  actuarà   una  DNA  lligasa  per  a  unir  els  fragments.       -­Reparació  d’errors  d’aparellament  (MMR:  mismatch  repair).   Aquests   errors   es   produeixen   durant   la   replicació   quan   s’incorpora   una   base  que  no  és  complementària  a  la  base  de  la  cadena  motlle.  Com  que   les  dues  bases  estan  correctes,  no  es  pot  saber  de  primeres  quina  és  la   col·locada  de  manera  errònia,  i  per  això  aquest  mecanisme  comporta  un   reconeixement  de  la  cadena  que  s’està  sintetitzant,  ja  que  l’error  està  en   la   cadena   que   s’està   sintetitzant   (la   base   de   la   cadena   motlle   és   correcta).  Es  produeix  en  bactèries  i  eucariotes.       En  bactèries  (i  en  eucariotes  també  però  d’una  altra  manera)  després  de   la   replicació   les   cadenes   sempre   es   metilen,   i   per   tant,   durant   la   replicació,   tindrem   només   metilada   la   cadena   motlle   (la   cadena   recent   sintetitzada   encara   no   ha   tingut   temps).   Aquests   punts   on   només   està   metilada   la   cadena   motlle   (regions   hemimetilades),   són   els   utilitzats   pel   sistema   per   a   reconèixer   la   cadena   motlle   i   per   tant   tindrà   la   base   correcta,  i  la  cadena  recent  sintetitzada  que  tindrà  la  base  incorrecta.         En   el   procés   participa   una   proteïna   MutS   que   reconeix   l’aparellament   incorrecte   del   DNA.   Després   MutH   reconeix   la   regió   hemimetilada   més   pròxima   a   l’aparellament   incorrecte.   Finalment   MutL   uneix   a   les   altres   Mut,  i  que  conduirà  a  MutH  (que  té  capacitat  per  eliminar  nucleòtids)  fins   a   MutS.   Pel   camí   MutH   anirà   eliminant   tota   la   seqüència   entre   la   regió   hemimetilada  fins  l’error,  però  només  de  la  cadena  recent  sintetitzada.  I   així,  posteriorment  una  DNA  polimerasa  podrà  tornar  a  sintetitzar  aquella   regió  i  la  DNA  lipasa  fusionarà  els  fragments.       C)  Reparació  propensa  a  error  o  Sistema  SOS   Funciona   durant   la   replicació.   Si   un   DNA   té   una   lesió   que   evita   replicar-­se   el   sistema   SOS   actuarà   per   evitar   que   es   paralitzi   la   replicació   i   per   tant,   que   la   cèl·lula   mori.   Aquest   sistema   existeix   en   bactèries,   i   evita   el   bloqueig   de   la   replicació   però   mitjançant   la   adició   de   bases   no   específiques   (es   tendeix   a   l’error).  Tot  i  que  es  repliqui  alguna  cosa  que  sigui  diferent  a  la  inicial,  és  més   factible  això,  que  no  morir.  Permet  doncs  la  supervivència  de  la  cèl·lula.       Durant  la  replicació  del  DNA,  on  actua  la  DNA  polimerasa  III  fins  que  arriba  a   un  punt  on  el  DNA  està  danyat.  Llavors  aquesta  s’atura  i  es  substitueix  per  la   DNA   polimerasa   V   (molt   més   permissiva   ja   que   actua   indistintament   de   l’altre   cadena,   no   dependent   d’homologia)   que   continua   la   síntesi   del   DNA   incorporant   nucleòtids   amb   bases   no   específiques.   Un   cop   ha   passat   el   punt   crític  de  dany,  es  tornarà  a  produir  una  substitució  de  la  DNA  polimerasa  V  per   la  III  que  continuarà  amb  el  procés  de  replicació  normal.         D)  Reparació  de  ruptures  de  doble  cadena   •   Reparació   per   unió   d’extrems:   empalmen   les   dues   molècules   de   DNA   pels   extrems   on   s’han   trencat.   Però   normalment   no   es   produeix   un   tall   net,   sinó   que   en   els   dos   extrems   per   on   es   trenca   queden   alguns   radicals   o   molècules   que   s’hauran   d’acabar   eliminant   per   a   permetre   la   unió   entre   ells.   Això   provoca   doncs   pèrdua   de   certa   informació,   i   pot   comportar  a  error  (hi  ha  deleció).     •   Reparació  per  recombinació:  és  una  reparació  molt  exacta,  lliure  d’error   que   es   basa   en   la   recombinació.   (Mateix   procés   que   durant   la   recombinació  en  la  meiosi).               [acasals]  Més  apunts  a:  https://unybook.com/perfil/acasals   ...