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Secuencia Didáctica 2: Mutaciones, ingeniería genética y biotecnología.
1. Mutaciones
A) Tipos se mutaciones
B) Efecto de las mutaciones en los organismos
2. Genética y salud humana
A) Tipos de enfermedades genéticas
B) Malformaciones
3. Historia e importancia de la Genética
4. Biotecnología
I) MUTACIONES
El material genético de cualquier ser vivo formado por ADN puede sufrir diversos tipos de alteraciones y a
diferentes niveles (molecular, estructural o numérico); a todas ellas se denominan mutaciones. Éstas pueden ser
beneficiosas para el individuo que la posee, perjudiciales (llegando a ser letales) o neutras.
Según el tipo de célula que se vea afectada, se distinguen las mutaciones germinales, si afectan a las células
reproductoras, con lo que se transmitirá a los descendientes (en los organismos unicelulares todas son germinales); y
las mutaciones somáticas si la alteración ocurre en células no reproductoras, pudiendo ocasionar enfermedades
(como un cáncer).
Según como sea la alteración del material genético se diferencian tres grupos de mutaciones: génicas, cromosómicas
y genómicas.
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Molecular (génicas o puntuales): Son mutaciones a nivel molecular y afectan la constitución química de los
genes, es decir a la bases o “letras” del DNA.
2. Cromosómico: El cambio afecta a un segmento de cromosoma (de mayor tamaño que un gen), por tanto a
su estructura. Estas mutaciones pueden ocurrir porque grandes fragmentos se pierden (Delección), se
duplican, cambian de lugar dentro del cromosoma.
3. Genómico: Afecta al conjunto del genoma, aumentando el número de juegos cromosómicos (poliploidía) o
reduciéndolo a una sola serie (haploidía o monoploidía) o bien afecta al número de cromosomas
individualmente (por defecto o por exceso), como la trisomía 21 o Síndrome de Down.
1.-MUTACIONES GÉNICAS O PUNTUALES (moleculares)
Afectan la constitución química de los genes (bases nitrogenadas).
Son cambios moleculares en el interior de un gen, pueden ser de muy diverso tipo (alteraciones en la secuencia de
nucleótidos, roturas en las cadenas o enlaces de más).
Las más comunes consisten en un cambio de una base nitrogenada por otra (sustitución), la ausencia de una base
(delección) y la adición de una base de más (inserción). Las dos últimas mutaciones provocan un corrimiento del
punto de lectura, con lo cual la proteína que se va a formar sería muy distinta. Entre las mutaciones genéticas
podemos distinguir:
Sustitución. Donde debería haber un nucleótido se inserta otro. Por ejemplo, en lugar de la citosina se instala una
timina. Se producen al cambiar en una posición un par de bases por otro (son las bases nitrogenadas las que
distinguen los nucleótidos de una cadena). Distinguimos dos tipos que se producen por diferentes mecanismos
bioquímicos:
Mutaciones transicionales o simplemente transiciones, cuando un par de bases es sustituido por su
alternativa del mismo tipo. Las dos bases púricas son adenina (A) y guanina (G), y las dos Pirimídicas son
citosina (C) y timina (T). La sustitución de un par AT, por ejemplo, por un par GC, sería una transición.
Mutaciones transversionales o transversiones, cuando un par de bases es sustituida por otra del otro tipo. Por
ejemplo, la sustitución del par AT por TA o por CG.
Mutaciones de corrimiento, cuando se añaden o se quitan pares de nucleótidos alterándose la longitud de la
cadena. Si se añaden o quitan pares en un número que no sea múltiplo de tres (es decir si no se trata de un número
exacto de codones), las consecuencias son especialmente graves, porque a partir de ese punto, y no sólo en él, toda
la información queda alterada. Hay dos casos:
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Mutación por pérdida o deleción de nucleótidos: En la secuencia de nucleótidos se pierde uno y la cadena se
acorta en una unidad. Le hace falta una base nitrogenada a la secuencia de los aminoácidos en una
proteína.
Mutación por inserción de nuevos nucleótidos: Dentro de la secuencia del ADN se introducen nucleótidos
adicionales, interpuestos entre los que ya había, alargándose correspondientemente la cadena. Además
pueden dar lugar a mutaciones sin sentido si se introduce un codón de terminación. Existe una base
nitrogenada adicionada a las ya existentes en una secuencia de aminoácidos. Si los cambios dan lugar a un
nuevo aminoácido, será una mutación no sinónima, pero si la mutación es neutra habrá ninguna ventaja
selectiva.
2.- MUTACIONES CROMOSÓMICAS: son modificaciones en la estructura de los cromosomas, afectando al orden o
al número de los genes dentro de un cromosoma. Pueden ser:
a) Translocaciones, homólogas (entre cromosomas homólogos) o heterólogas (entre dos cromosomas no homólogos),
consisten en el cambio de lugar de un segmento de cromosoma.
Algunos tipos de translocaciones producen abortos tempranos.
También se pueden formar portadores de Trisomías como la del 21 (síndrome de Down); al translocarse todo el
cromosoma 21 a otro cromosoma como el 14 (14/21), los gametos de esa persona llevarán el cromosoma translocado
más uno normal, por lo que al fecundarse con el gameto contrario, el producto resultante tendrá tres cromosomas
21.
b) Inversiones, un segmento de cromosoma se rompe, gira 180º y se suelda.
c) Deleciones, pérdida de un segmento de cromosoma.
d) Duplicaciones, un segmento de cromosoma se repite.
Las dos primeras alteran el orden de los genes, mientras que las dos últimas modifican el número de genes de un
cromosoma.
Isocromosomas. Estos se forman cuando el centrómero, en lugar de dividirse longitudinalmente, lo hace en forma
transversal
3.- MUTACIONES GENÓMICAS: son alteraciones en el número normal de cromosomas de las células de una
especie. Suelen ocurrir durante la meiosis al no producirse correctamente la separación de los cromosomas o de las
cromátidas. Se diferencian dos clases (euploidias y aneuploidias):
+ Euploidia.
Afecta al conjunto del genoma, aumentando el número de juegos cromosómicos (poliploidia) o reduciéndolo a una
sola serie (haploidía o monoploidía).
La poliploidia es más frecuente en vegetales que en animales y la monoploidía se da en insectos sociales (zánganos).
Los organismos poliploides generalmente son más grandes y vigorosos, y frecuentemente presentan gigantismo.
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Monosomias: Se le llama monosomía cuando un cromosoma es eliminado de la carga genética de algún individuo,
el individuo quedaría con 45 cromosomas.
XX XX X XX
Nulosimias: Se da cuando hay pérdida de los dos cromosomas homólogos correspondientes a un par, el individuo
quedaría con 44 cromosomas
XX XX XX ___ XX
Trisomias: Se da cuando se presentan tres cromosomas en lugar del par habitual
XX XX XXX XX
Tetrasomias: Es la ganancia de 2 cromosomas homólogos donde el individuo posee 48 cromosomas.
XX XX XXXX XX XX
Pentasomias: Se produce con la ganancia de 5 cromosomas.
XX XX XX XXXXX XX
+ Aneuploidia
Afecta al número de cromosomas individualmente (por defecto o por exceso). Como ejemplo tenemos la trisomía
del par 21 que origina la enfermedad conocida como síndrome de Down (mongolismo). Un caso de monosomía es el
síndrome de Turner, las personas, de sexo femenino, sólo tienen un cromosoma X, en lugar de los dos habituales; son
estériles y con los caracteres sexuales poco desarrollados.
La trisomía del cromosoma 21 produce el síndrome de Down (47, XX + 21 ó 47, XY + 21). Los afectados tienen retardo
mental en diferente grado, corazón defectuoso, baja estatura, párpados rasgados, boca pequeña, lengua salida,
cráneo ancho y marcha lenta. Las mujeres son fértiles y los transmiten al 50% de su progenie; los hombres son
estériles.
Los cromosomas sexuales también pueden afectarse por una trisomía.
Los individuos afectados por el síndrome de Klinefelter (47, XXY) son varones estériles con rasgos femeninos y retraso
mental. Son fértiles, altos y de conducta controversial. Sus células tienen un número anormal de cuerpos de Barr.
En el síndrome triequis o metahembras (47, XXX) son mujeres fértiles de apariencia normal pero con tendencia al
retardo mental.
En la polisomía XYY (47, XYY) Los afectados presentan estatura elevada, acné, un tamaño mayor de dientes,
conducta agresiva y la Espermatogénesis puede o no estar alterada.
La falta de un cromosoma produce una monosomía conocida como el síndrome de Turner (45, X) que ocurre en
mujeres quiénes desarrollan baja estatura, dobleces característicos en el cuello y retardo mental moderado. En la
pubertad no menstrúan ni desarrollan caracteres sexuales secundarios.
Las mutaciones pueden ser espontáneas (se producen en la naturaleza) o ser inducidas por el hombre (al pretender
obtener mutantes con algún fin). Los agentes capaces de producir mutaciones pueden ser:
a) Físicos: radicaciones ionizantes (rayos X, radiación a,b y g de la desintegración radiactiva) y radiaciones
no ionizantes (rayos ultravioletas: UVA y UVB).
b) Químicos: diversas sustancias con poder mutagénico: ácido nitroso, agentes alquilantes (añaden grupos
metilo o etilo a las bases como el metasulfonato de etilo), benzopireno (presente en el humo del tabaco),
análogos de bases (5-bromouracilo), colorantes (naranja de acridina), etc.
B) EFECTO DE LAS MUTACIONES EN LOS ORGANISMOS.
Los cambios del ADN pueden clasificarse atendiendo a su efecto en el individuo en:
1) silenciosos o neutros cuando no suponen ni ventaja ni inconveniente,
2) patogénicos cuando causan o incrementan el riesgo de aparición de una enfermedad,
3) letales si ocasionan la muerte ya sea en etapa temprana o a mayor plazo, y
4) ventajosos cuando suponen alguna ventaja para el individuo o la especie.
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A veces, coloquialmente se utiliza el término mutación como sinónimo de “mutación patogénica”, y el término
polimorfismo como sinónimo de “mutación neutra”, pero estrictamente, desde el punto de vista químico, mutación
es tan sólo cualquier cambio en el ADN ya sea neutro o patogénico. La gran mayoría de cambios son neutros.
Básicamente, los cambios patogénicos y las enfermedades producidas por ellos pueden clasificarse, dependiendo del
tipo de cromosoma en el que se encuentra la alteración y atendiendo a la forma en cómo se transmiten a través de
las generaciones, en autosómicos dominantes, autosómicos recesivos, ligados al cromosoma X y del ADN
mitocondrial.
En ocasiones la identificación de un patrón de herencia claro se ve dificultado por la existencia de factores que
modifican la expresión de las alteraciones moleculares. Pero incluso teniendo en cuenta estos factores modificadores,
existen otras muchas enfermedades hereditarias que no siguen ninguno de los patrones básicos de herencia. Muchas
de estas enfermedades se conocen con el nombre de complejas o multifactoriales. Finalmente hay que considerar
también a las enfermedades génicas adquiridas tales como el cáncer, que suelen ser el resultado de la acumulación
de mutaciones somáticas.
II) GENÉTICA Y SALUD HUMANA.
La genética desempeña un papel cada vez más importante en la práctica de la medicina clínica. La genética
médica, que en el pasado se limitaba a enfermedades relativamente infrecuentes tratadas sólo por unos pocos
especialistas, se está convirtiendo en un componente esencial para comprender la mayoría de las enfermedades.
Entre estas enfermedades no sólo se incluyen las pediátricas, sino también enfermedades frecuentes del adulto,
como las cardiopatías, la diabetes, muchos tipos de cánceres y diversas alteraciones psiquiátricas. Dado que los
genes influyen en todos los componentes del cuerpo humano, las enfermedades genéticas tienen relación con todas
las especialidades médicas. En la actualidad, los profesionales de la salud deben conocer la genética médica.
La genética médica incluye cualquier aplicación de la genética en la práctica médica. Abarca los estudios de la
herencia de las enfermedades familiares, la localización específica de los genes de las enfermedades en los
cromosomas (mapeo), el análisis de los mecanismos moleculares mediante los cuales los genes causan la enfermedad
y el diagnóstico y el tratamiento de las enfermedades genéticas. Como consecuencia del rápido progreso de la
genética molecular, se ha iniciado recientemente la terapia génica, la inserción de genes normales con la finalidad
de corregir las enfermedades genéticas. La genética médica también incluye el consejo genético, que implica la
comunicación a los pacientes y a sus familias de la información relativa a los riesgos, el pronóstico y el tratamiento.
Causas de las enfermedades genéticas:
1. Genes trasmitidos de padres a hijos.
2. Anomalías en el número o en la estructura de los cromosomas.
3. Trastornos debidos a la combinación de factores genéticos y ambientales.
4. Exposición a medicamentos tóxicos, radiaciones, virus o bacterias durante el embarazo.
Personas de riesgo:
1. Las parejas que han tenido un hijo con alguna enfermedad hereditaria.
2. Las personas que padecen una enfermedad genética y quieren tener hijos.
3. Las mujeres que presentan dificultades repetidas para culminar sus embarazos.
4. Las mujeres mayores de 35 años y los hombres mayores de 50 años.
5. Las personas que tienen antecedentes familiares de enfermedades hereditarias.
6. Las parejas consanguíneas.
7. Las personas que han estado en contacto con agentes capaces de producir mutaciones (radiaciones,
sustancias químicas, etc.).
Tipos de enfermedades genéticas.
Se calcula que cada ser humano posee aproximadamente entre 30,000 – 40,000 genes diferentes. Las alteraciones
de estos genes, o de sus combinaciones, pueden producir trastornos genéticos, que se clasifican en varios grupos
principales:
1). Trastornos cromosómicos, en los que los cromosomas completos o amplios fragmentos de los mismos se pierden, se
duplican o se alteran de algún otro modo. En estos trastornos se incluyen enfermedades como síndrome de Down y
el síndrome de Turner.
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2). Trastornos en los que se altera un único gen a menudo denominadas “mendelianos” o trastornos monogénicos.
Ejemplos bien conocidos son la fibrosis quística, la hemofilia y la drepanocitosis.
3). Trastornos multifactoriales, debidos a un grupo relativamente pequeño de enfermedades causadas por la
alteración del pequeño cromosoma citoplasmático mitocondrial.
Las enfermedades hereditarias o también llamadas anomalías genéticas son aquellas enfermedades producidas por
la trasmisión hereditaria de genes, dominantes o recesivos, algunas se manifiestan ya desde el nacimiento del niño,
pero otras se van desarrollando a lo largo de la infancia o la edad adulta.
Pero en este tipo de anomalías no solo actúa la herencia sino también tiene un papel muy importante el ambiente,
como la dieta alimenticia o el estilo de vida.
Algunas enfermedades genéticas frecuentes
* Cáncer: Enfermedad cuyas causas no pueden ser atribuidas a una sola razón, pero parte de los variados tipos de
cáncer tiene su origen en ciertos genes llamados ONCOGENES, que desencadenan la independización de algunas
células que empiezan a dividirse y a utilizar recursos y espacios de células sanas, llegando a destruir los órganos que
afectan, pudiendo, además, extenderse a otros órganos (METÁSTASIS).
* Enfermedad de Alzheimer: Provoca la degeneración del sistema nervioso central a nivel del encéfalo, lo cual
origina la pérdida de diversas capacidades humanas, desde la memoria, hasta las funciones motoras y sensitivas.
* Distrofia de Duchenne: Enfermedad progresiva que provoca la degeneración de la musculatura esquelética.
* Hipercolesterolemia: Aumento de los niveles de colesterol en sangre, responsable de la formación de placas
arteriales, trombos, etc.
* Enfermedad de Tay-Sachs: Enfermedad metabólica que impide el desarrollo del sistema nervioso.
* Trisomía del 21: Conocida como Síndrome de Down o mongolismo, se caracteriza por serios problemas físicos,
incluyendo trastornos cardíacos y retraso mental.
* Hemofilia: Incapacidad de coagular la sangre.
¿Qué son los trastornos de un único gen?
También se conocen como trastornos hereditarios mendelianos, debido al primer trabajo en genética de Gregor
Mendel. En estos trastornos, un solo gen es responsable de un defecto o anomalía. Los trastornos de un único gen
normalmente tienen mayores riesgos de ser heredados y pueden ser:
Dominante - se produce una anomalía cuando sólo uno de los genes de uno de los padres es anormal. Si el padre
tiene el trastorno, el bebé tiene un 50 por ciento de posibilidades de heredarlo. Ejemplos incluyen lo siguiente:
 Acondroplasia - desarrollo imperfecto de los huesos que causa el enanismo.
 Síndrome de Marfan - trastorno del tejido conectivo que provoca extremidades largas y defectos cardíacos.
Recesivo - sólo se produce una anomalía cuando ambos padres tienen genes anormales. Si ambos padres son
portadores, el bebé tiene un 25 por ciento de posibilidades de tener el trastorno. Ejemplos incluyen lo siguiente:
 Fibrosis quísticas - trastorno glandular que produce exceso de mucus en los pulmones y problemas en la
función pancreática y la absorción de los alimentos.
 Anemia drepanocítica - trastorno que produce glóbulos rojos anormales.
 Enfermedad de Tay Sachs - trastorno autosómico recesivo hereditario que produce la degeneración
progresiva del sistema nervioso central, con resultados fatales (normalmente alrededor de los 5 años de
edad).
Trastorno ligado al cromosoma X
El trastorno está determinado por los genes del cromosoma X.
Los principales afectados y quienes tienen el trastorno son los hombres. Las hijas de hombres que sufren el trastorno
son portadoras del rasgo y tienen una posibilidad cada dos de transferirlo a sus hijos. Los hijos varones de las mujeres
portadoras tienen una posibilidad cada dos de tener el trastorno. Ejemplos incluyen lo siguiente:
 Distrofia muscular de Duchenne - enfermedad de debilidad y desgaste muscular.
 Hemofilia - trastorno hemorrágico causado por bajos niveles, o ausencia, de una proteína de la sangre que
es esencial para la coagulación.
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¿Qué son los problemas multifactoriales?
Algunos defectos congénitos no siguen el patrón de un único gen ni de anomalía cromosómica sino que se deben a
varios problemas, o al efecto combinado de los genes y el ambiente. Es difícil predecir la herencia de anomalías
causadas por factores múltiples. Algunos ejemplos son los defectos cardíacos, el labio leporino o el paladar hendido y
los defectos del tubo neural (defectos en la columna o en el cerebro).
¿Qué son los problemas teratogénicos?
Se sabe que ciertas substancias producen anomalías en los bebés. Muchos defectos congénitos se producen cuando el
feto es expuesto a teratógenos (substancias que causan anomalías) durante el primer trimestre del embarazo,
cuando los órganos están en formación. Algunos teratógenos conocidos, entre otros, son los siguientes:
Algunos medicamentos (consulte siempre a su médico antes de tomar cualquier medicamento durante el
embarazo)
 El alcohol
 Exposición a altos niveles de radiación
 El plomo
 Determinadas infecciones (como la rubéola).
Congénito. Se refiere a una condición que está presente al nacer. Esto puede o no ser genético. Por ejemplo un niño
con infección congénita por citomegalovirus, portador de pie equino al nacer o un niño con síndrome de Down,
todos nacen con un problema congénito pero sólo el S. de Down es genético y ninguna de estas condiciones es
habitualmente hereditaria.
Hereditario. Indica condiciones que se transmiten de padres a hijos. Estas condiciones son siempre genéticas, pero no
todas las condiciones genéticas son hereditarias. Un ejemplo clásico lo constituye la hemofilia, trastorno de
coagulación, transmitida por la madre a sus hijos. Características que aparecen con frecuencia dentro de una
familia se denominan familiares y pueden ser genéticas o no genéticas. Las condiciones hereditarias son familiares.
Investiga la información que te permita completar el siguiente cuadro sobre enfermedades genéticas.
Enfermedad
Descripción de los síntomas Causa
Prevención
o síndrome
Patrón hereditario
Cromosoma o gen
Enfermedad de
Huntington
Diabetes tipo 2
Fibrosis quística
Síndrome de Turner
Hipercolesterolemia
Familiar
Poliquistosis renal
del adulto
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GUÍA DE ACTIVIDADES DEL TEMA “MUTACIONES”
1.- Diseña un organizador gráfico que contenga la definición de mutación, diferencias entre mutaciones
somáticas y germinales y grupos de mutaciones según la alteración del material genético.
2.- Diseña y contesta tres cuadros sinópticos o un organizador gráfico en los que expliques los tres tipos de
mutaciones y sus grupos de acuerdo al material genético que se ve alterado.
3.- Contesten el siguiente cuestionario referente al tema: “Genética y salud humana”
a. ¿Cuáles son algunas de las enfermedades estudiadas, además de las pediátricas, por la genética
médica?
b. ¿Qué estudios abarca esta ciencia?
c. Explica en qué consisten las siguientes causas de las enfermedades genéticas:
 Trastornos cromosómicos.
 Trastornos de un único gen
 Trastornos multifactoriales.
d. ¿Qué son las enfermedades hereditarias?
e. ¿Cómo se expresan los trastornos provocados por un único gen cuando es dominante o recesivo?
f. ¿Quiénes salen afectados por los trastornos ligados al cromosoma X?
g. ¿Qué son los teratógenos y algunos ejemplos?
h. ¿Qué diferencias hay entre trastornos congénitos y hereditarios?
4.- Completa el cuadro de la página 7 relacionado con las características de algunas enfermedades
genéticas. Consulta en internet o libros de Biología.
5.- Diseñen en equipo una cartulina con la información necesaria para dar a conocer las características de
algunos síndromes.
DOWN, PATAU, KLINEFELTER, TURNER, SUPERHEMBRA (XXX), EDWARDS, CRI DU CHAT,
ANGELMAN, WILLIAMAS, BARTH.
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