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MUTACIONES
MUTACIONES
 Gen:
fragmento de ADN o ARN en virus con información
para una proteína o para ARN..
 Mutación: cambios al azar o provocados por agentes
mutagénicos en el material genético celular, no dirigidos y
de efectos imprevistos.
 Tienen probabilidad baja en organismos superiores y
mayor en los inferiores como las bacterias y los virus.
TIPOS DE MUTACIONES
SEGÚN LAS CÉLULAS
AFECTADAS
SEGÚN LA EXTENSIÓN DEL
MATERIAL GENÉTICO AFECTADO
GERMINALES
SOMÁTICAS
Afectan a
gametos o células
madre.
Se transmiten a la
descendencia.
Sobre ellas actúa
la selección
natural.
Afectan a células
somáticas.
Afectan al
individuo.
No son
heredables.
No juegan papel
en la evolución.
CROMOSÓMICAS
Afectan a la
disposición de genes
en el cromosoma.
GÉNICAS
GENÓMICAS
Provocan
cambios en la
secuencia de
nucleótidos
de un gen.
Alteran el número
de cromosomas
típico de la
especie.
SEGÚN SU ORIGEN
SEGÚN SU EFECTO
AL AZAR
PERJUDICIALES
NEUTRAS
BENEFICIOSAS
PROVOCADAS POR
AGENTES
MUTAGÉNICOS
TIPOS DE MUTACIONES POR SU EFECTO
Nocivas, la mayoría, pues un cambio al azar de cualquier información
siempre lleva a una información "sin sentido" o defectuosa para el
individuo que la tiene.
Neutras, sin efecto.
Beneficiosas para el individuo y para la especie si se transmite a su
descendencia (las menos).
POR SU EXTENSIÓN
SUSTITUCION BASES
GENICAS
DELECCIÓN BASES
ADICION BASES
DELECCIÓN CROMOSOMICA
DUPLICACIÓN CROMOSÓMICA
MUTACIONES
INVERSIÓN CROMOSÓMICA
TRANSLOCACIÓN CROMOSÓMICA
CROMOSÓMICAS (aberraciones
cromosómicas)
TRIPLOIDÍA
EUPLOIDÍA
TRETRAPLOIDÍA
POLIPLOIDÍA
GENÓMICAS
NULISÓMICA
ANEUPLOIDÍA
MONOSÓMICA
TRISÓMICO
CAUSAS
Las mutaciones génicas o puntuales, son debidas a errores que se producen
durante la duplicación del ADN. Pueden producirse por 3 causas:
 por errores de lectura durante la replicación del ADN,
 por lesiones fortuitas, como, por ejemplo, la rotura del enlace que une una
base nitrogenada a la desoxirribosa, o
 por transposiciones (cambios de posición) de ciertos segmentos del gen.
ERRORES DE LECTURA
Pueden aparecer durante la replicación del ADN y pueden deberse a dos
causas:
• Cambios tautoméricos
Cada base nitrogenada puede presentarse en dos formas diferentes
denominadas formas tautoméricas o tautómeros, una es la normal y la otra la
rara. Ambas formas están en equilibrio, y espontáneamente se pasa de la una
a la otra, lo que se denomina cambio tautomérico. Esto, si sucede durante la
replicación, implica mutaciones, ya que cambia la base complementaria en la
nueva hebra de ADN. Por ejemplo la forma normal de la G se complementa
con la C, mientras que la forma rara de G, es decir, su forma tautomérica, lo
hace con la T, La A con T y la forma rara de la T con G.
La A, C en su forma normal son amino (NH2) y en su forma tautómera imino
(=NH).
La G,T en su forma normal están en forma ceto (=o) y en su forma
tautómera en enol (OH)
A-T A*-C
T-A T*-G
C-G C*-A
G-C G*-T
•Cambios de fase
Son deslizamiento de la hebra que se está formando sobre la
hebra molde, de forma que quedan bucles al volverse a
emparejar. El crecimiento sigue y la diferencia queda fijada,
originándose así la mutación.
LESIONES FORTUITAS
Son alteraciones de la estructura de uno o de varios nucleótidos, que
aparecen de forma natural. Las más frecuentes son:
• Despurinización
Pérdida de purinas por rotura del enlace entre éstas y las desoxirribosas. Se
dan unas 5.000 a 10.000 por día en cada célula humana.
• Desaminación
Pérdida de grupos amino en las bases nitrogenadas, que entonces se
emparejan con una distinta de la normal. Se producen unas 100 por genoma y
día.
• Dímero de timina
Enlace entre dos timinas contiguas. Generalmente provocado por los rayos
ultravioleta de la radiación solar.
TRANSPOSICIONES
Son cambios de lugar espontáneos de determinados segmentos de ADN, los
denominados elementos genéticos transponibles. Éstos pueden ser menores
que un gen (como las llamadas secuencias de inserción), un gen, o un grupo
de genes (como los denominados transposones). Las transposiciones pueden
producir mutaciones génicas si el elemento genético transpuesto se sitúa
dentro de un gen o mutaciones cromosómicas si pasa a un lugar donde no
hay un gen, ya sea dentro del mismo cromosoma o incluso a otro cromosoma.
SISTEMAS DE REPARACIÓN
Estos sistemas revisan constantemente el ADN recién sintetizado y
arreglan las lesiones. Existen 3 sistemas de reparación:
•Reparación con escisión del ADN
Este proceso se inicia con una endonucleasa, que detecta el error y
produce dos cortes a ambos lados del error. Luego actúa una enzima
exonucleasa que elimina todos los nucleótidos del segmento cortado.
A continuación la ADN polimerasa I sintetiza el segmento de forma
correcta, y finalmente una ADN-ligasa une su extremo final.
• Reparación sin escisión del ADN
Se conocen mecanismos directos de reversión de las lesiones. Por
ejemplo, el caso de las enzimas fotorreactivas, unas enzimas que se
activan con la luz y que son capaces de romper los enlaces entre dos
pirimidinas contiguas eliminando los dímeros de timina.
• Sistema SOS
Si por la acción prolongada de un agente mutágeno importante se
produce un número elevado de faltas o alteraciones de bases
nitrogenadas en la hebra patrón, puede ser que se inicie la duplicación
del ADN sin que los mecanismos de reparación hayan acabado de
arreglarlas. Como la ADN-polimerasa sólo reconoce A, T, C y G, la
duplicación quedaría paralizada. Para evitarlo existe un sistema
enzimático denominado enzimas correctoras del sistema SOS que
elimina este bloqueo pero a expensas de introducir una base
complementaria al azar y por ello muy probablemente errónea. Se evita
el bloqueo de la replicación pero se originan células hijas con muchas
mutaciones. Así pues, es el sistema SOS el que permite que las
alteraciones originadas por esos agentes mutágenos acaben dando
células con mutaciones. Si estas afectan al control de la división celular,
pueden ser el origen de las células cancerosas.
Delección: Delección en el cromosoma 5 de humanos: síndrome
del “grito del gato” niños que emiten sonidos semejantes a los
maullidos de un gato y presentan microcefalia, retraso mental
acusado y generalmente no llegan a adultos.
Delección en el brazo largo del cromosoma 13 , cáncer de retina.
Las delecciones provocan efectos fenotípicos que suelen ser
deletéreos, mortales.
Duplicación: permiten aumentar el material genético y gracias a
posteriores mutaciones, pueden determinar la aparición de nuevos
genes durante el proceso evolutivo, como los genes de la
hemoblobina.
Inversiones: No suelen conllevar perjuicios para el individuo, pero si
para sus descendientes si durante la meiosis se produce
entrcruzamiento dentro de la inversión.
Translocación: se denomina recíproca cuando se produce por
intercambio de segmentos entre dos cromosomas no homólogos.
Las translocaciones no suelen perjudicar al individuo que la ha sufrido
pero si a su descendencia, ya que pueden heredar un cromosoma
incompleto o con duplicaciones.
Ejemplos: síndrome de Down : translocación no recíproca entre el
cromosoma 14 y 21.
La leucemia mieloide crónica , que aumenta la producción de glóbulos
blancos en la medula ósea , se debe a una translocación recíproca entre
el cromosoma 9 y el 22.
Cri du chat
Mutaciones
Genómicas
Poliploidía
Aneuploidía
Cromosómicas
Translocación
recíproca
robertsoniana
Entrecruzamiento
desigual
Deleción
El nombre de esta enfermedad genética deriva del grito lastimoso más o menos continuo de los niños afectados durante los primeros
meses de vida. La apariencia en esta época es de una cara redondeada con ojos muy anchos. Se caracteriza también por pliegues
epicantales de los párpados, que cubren los extremos interiores de los ojos, orejas de inserción baja, y un desarrollo anormal de la
glotis y la laringe. A menudo presentan malformaciones gastrointestinales y el ritmo de crecimiento es lento, pero sobre todo
presentan un severo retraso mental. No obstante, la condición no es letal.
El síndrome se debe a una pérdida sustancial del brazo corto del cromosoma 5.
Esta mutación se comporta como dominante, de modo que basta que uno de los dos cromosomas 5 presente la delección para que el
individuo manifieste los síntomas.
Origen de las mutaciones cromosómicas estructurales
Todos los cambios estructurales que se producen en los cromosomas pueden
explicarse por la rotura y reunión de sus fragmentos. Podemos considerar 4
casos posibles, los dos primeros se refieren a un solo cromosoma y los dos
últimos a parejas de cromosomas.
1er caso. Las roturas están en el mismo brazo cromosómico y afectan a
un solo cromosoma. Al producirse la rotura los fragmentos pueden reunirse de
dos formas distintas, una da lugar a una inversión paracéntrica y otra a una
deleción más un fragmento acéntrico que se pierde.
2º caso. Las roturas están en distinto brazo cromosómico pero en el
mismo cromosoma. La reunión de los fragmentos después de la rotura puede
realizarse también de dos formas distintas, una produce una inversión
pericéntrica y otra produce un fragmento acéntrico que se pierde y un
cromosoma circular (delección).
3ercaso. Las roturas están en distinto brazo cromosómico y afectan a dos
cromosomas homólogos. Después de la rotura la reunión de los fragmentos
produce los siguientes resultados: o una duplicación más una deleción o un
cromosoma dicéntrico (en el que se aprecia una duplicación y una deleción
simultáneamente) más un fragmento acéntrico que se pierde.
4º caso. Las roturas están en distinto brazo cromosómico y
afectan a dos cromosomas no homólogos. Después de la rotura son
posibles dos soluciones para soldar los fragmentos: la primera da
lugar a otros dos cromosomas con fragmentos intercambiados en los
que se ha producido una translocación recíproca y la segunda da
lugar a un cromosoma dicéntrico que es inestable, más un fragmento
acéntrico inviable. Se ha producido en conjunto una deleción.
•Origen de las euploidias La no disyunción en la
meiosis de todos los cromosomas homólogos, seguida
de la fecundación entre los gametos resultantes, puede
producir cigotos haploides o triploides. La formación de
gametos diploides puede producirse por fallos en la
meiosis, esto dará lugar durante la fecundación a
cigotos triploides o tetraploides. En las plantas pueden
conseguirse
tetraploides
experimentalmente
por
tratamientos con colchicina.
•Efectos fenotípicos. En general las anomalías de los
euploides son menores que en los aneuploides en los
que los efectos fenotípicos son mayores al no
mantenerse las dosis relativas de genes.
Síndrome de Patau
Mutaciones
Trisomía (47, +13)
Genómicas
Poliploidía
Aneuploidía
Existen otras trisomías autosómicas con las que puede llegar a nacer el niño y vivir durante unos pocos meses. Es el caso de la
trisomía del par 13 (47, +13) o síndrome de Patau (1/12000, sólo el 5% vive 1 año, 1 sólo caso llegó a los 33 años), y la trisomía del
par 18 (47, +18), o síndrome de Edwards.
Síndrome de Edwards
Mutaciones
Genómicas
Poliploidía
Aneuploidía
Trisomía (47, +18)
Síndrome de Klinefelter
Mutaciones
Sin entradas
Genómicas
Poliploidía
Aneuploidía
Lampiños
Principales características
de (47, XXY)
Poco vello
Hombros estrechos
Desarrollo de
pechos
Patrón de vello
púbico
femenino
Pequeño
tamaño
testicular
Caderas
anchas
Largos brazos
y piernas
Las trisomías de los cromosomas XY dan lugar a capacidades de supervivencia muy superiores a las trisomías autosómicas, ya que
en general los individuos alcanzan la edad adulta sin graves problemas. Son tres las combinaciones posibles, XXY (Síndrome de
Klinefelter, 47, XXY), XYY (47, XYY) y XXX (47, XXX).
Síndrome de Turner
Mutaciones
Genómicas
Poliploidía
Aneuploidía
Cariotipo de
(45, X)
La aneuploidía es el aumento o disminución en número de unos pocos cromosomas. Si se trata de un sólo cromosoma por aumento
será trisomía (el individuo tiene 47 cromosomas en lugar de 46) y por decremento monosomía (el individuo tiene 45 cromosomas).
En general las monosomías son letales, de modo que la mayor parte de los embriones se pierden muy precozmente. Sin embargo,
esto es aplicable a los cromosomas autosómicos y al cromosoma Y, pero no al cromosoma X. Cuando llegan a nacer las afectadas, la
monosomía del cromosoma X (Síndrome de Turner, codificada como 45, X) da lugar a mujeres que alcanzan la vida adulta con una
calidad de vida aceptable, aunque presentan aspecto infantil, algunos problemas en los ovarios, con infertilidad y a veces problemas
en la aorta.
Causas de las mutaciones genómicas:
•Fusión céntrica: unión de dos cromosomas no homólogos con
pérdida del centrómero de uno de ellos. Se piensa que este origen lo
tenga el cromosoma 2
de humanos formado a partir de dos
cromosomas de primate.
•Fisión céntrica: escisión de un cromosoma en dos.
•Segregación errónea durante la meiosis: distribución errónea de las
cromátidas homólogas entre las células hijas durante la meiosis. A una
célula irán las dos cromátidas y a otra ninguna.
AGENTES MUTÁGENOS.
FÍSICOS:
1. Radiaciones no ionizantes, radiaciones ultravioleta, más energéticas
que la luz . Se forman dímeros de timina y se producen cambios
tautoméricos.
2. Radiaciones ionizantes: rayos X, ϒ y emisión de partículas, β,α. Son
más energéticas que las ultravioleta. Se producen formas tautoméricas,
se rompen los anillos de las bases nitrogenadas y se rompen los enlaces
fosfodiéster., con la consiguiente ruputra del ADN y por tanto de los
cromosomas.
QUÍMICOS: provocan tres tipos de alteraciones
1. Modificaciones de las bases nitrogenadas:
• El ácido nitroso las desamina
• La hidroxilamina añade grupos OH
2. Sustituciones de una base por otra análoga.
• Sustitución de timina por 5 bromouracilo
• Sustitución de adenina por 2- aminopurina.
3. Intercalación de moléculas como la acridina, entre los pares de bases
del ADN, al duplicarse pueden aparecer inserciones o delecciones de un
par de bases con el consiguiente movimiento en el orden de lectura.
OTROS FACTORES MUTÁGENOS SON : GENES QUE PROVOCAN UN
AUMENTO EN LA FRECUENCIA DE MUTACIÓN DE OTROS GENES.
MUTACIÓN Y EVOLUCIÓN.
La evolución biológica es el proceso de transformación de unas especies
en otras mediante una serie de variaciones que se han ido sucediendo
generación tras generación a lo largo de millones de años.
Darwin propuso que el proceso evolutivo se basa en tres factores:
 excesivo número de descendientes
Variabilidad de la descendencia
Selección natural.
La teoría neodarwinista o sintética fue propuesta por Dobzhansky y May
y ya basada en conocimientos de genética que Darwin aún no tenía,
permitieron explicar las causas de la variabilidad genética observada entre
los individuos de una especie. Esta variabilidad se debe en los organismos
de reproducción asexual a las mutaciones y en individuos con
reproducción sexual a las mutaciones y la recombinación genética
que se produce en la meiosis.
La mutación desde un punto de vista cualitativo es más importante que la
recombinación, ya que esta origina agrupaciones distintas de genes, pero
la mutación puede dar lugar a nuevos genes. La mutación permite que si
un gen A muta y aparece un gen a y aporta una ventaja , la selección
aumentará su frecuencia y la especie evolucionará.
La separación entre los miembros de una población impide el
intercambio genético entre los mismos, esto, produce cada vez más
diferenciación al necesitar adaptarse a ambientes distintos. Cuando
con el tiempo, las diferencias impiden la reproducción entre los
miembros de esos grupos, decimos que se trata de especies distintas
EVIDENCIAS DE LA EVOLUCIÓN.
1. Pruebas de anatomía comparada
Órganos homólogos: similar
estructura distinta función
Órganos análogos: misma función ,
distinta estructura.
2. Pruebas paleontólogicas
4. Pruebas de la embriología
5. Pruebas bioquímicas
CÁNCER: CAUSAS GENÉTICAS Y AMBIENTALES
El cáncer se produce cuando un grupo de células no responde a
los controles de proliferación y diferenciación celulares y se reproduce
aceleradamente. La masa de células que resulta, daña los tejidos
limítrofes e incluso puede fraccionarse, emigrar hacia otros puntos
utilizando el sistema circulatorio y establecer colonias en otros órganos;
proceso que denominamos metástasis. A estos grupos de células en
continua mitosis descontrolada se les denomina tumores. Si el tumor
está muy localizado y no crece indefinidamente, decimos que se trata
de un tumor benigno. Si no tiene sus límites bien definidos y crece
invadiendo y destruyendo los tejidos vecinos, decimos que es un tumor
maligno o cáncer maligno.
La transformación de una célula normal en cancerosa, está
relacionada con el genotipo de cada individuo y con ciertos factores
ambientales que alteran su ADN, como son las costumbres alimenticias,
ciertos virus y la exposición o contacto con agentes cancerígenos (o
mutágenos).
Las células cancerosas se diferencian de las normales , en que se
dividen a gran velocidad, poseen proteínas de membrana diferentes y
tendencia a invadir los tejidos próximos.
Células tumorales
CAUSAS GÉNICAS
Dentro del genoma existen una serie de genes encargados del control de la
proliferación y muerte de las células. Estos genes codifican información para diversos
tipos de proteínas desde receptores de factores de crecimiento, a proteínas que
controlan el ciclo celular, o factores de transcripción que regulan la expresión de otros
genes. La alteración de estos mecanismos de control es la responsable de que una
célula prolifere desordenadamente y se transforme en célula cancerosa. Generalmente
esta transformación requiere la alteración de varios de estos mecanismos de control.
Atendiendo a todo esto podemos concluir en los siguientes conceptos:
•Protooncogenes: Son los genes normales que están implicados en el crecimiento y
diferenciación celular.
•Antioncogenes o genes supresores: Genes normales que inhiben la proliferación
descontrolada de las células.
•Oncogenes: Son las versiones alteradas (mutadas) de los protooncogenes o de los
antioncogenes, cuya presencia en una célula le confiere características neoplásicas o
cancerosas.
Los oncogenes pueden actuar por tres vías principales:
•Adquisición de genes alterados. Consiguen alterar a la célula y hacerla
proliferar desordenadamente.
•Pérdida de antioncogenes. Estos genes inhiben las mitosis descontroladas de
las célula, son de carácter dominante y por lo tanto deben perderse las dos
copias del gen en cuestión para que se transforme la célula normal en
cancerosa. Es el caso del p53, el antioncogen más importante de todos los
detectados hasta el momento, está mutado en el 50% de los tumores humanos.
•Bloqueo de la apoptosis (o muerte celular programada). Esto puede ocurrir
por presencia de un gen que inhiba este proceso o por pérdida de cualquiera de
los genes que se encargan de inducir este proceso, que es natural y espontáneo
cuando algo va mal en la célula o simplemente cuando envejece.
CÁNCER PRODUCIDO POR VIRUS
En animales de laboratorio se conocen numerosos virus que pueden
provocar cánceres, son los virus oncogénicos. Estos virus poseen uno o más
genes, que también llamamos oncogenes, que son capaces de inducir la
transformación de células normales en cancerosas. El ejemplo más conocido
es el del sarcoma de Rous de los pollos, el virus oncogénico de este tipo de
sarcoma posee el oncogen src. Este virus es muy conocido porque fue en su
material genético donde se descubrió la retrotranscriptasa o transcriptasa
inversa, enzima que poseen algunos virus con ARN que cataliza la formación
de cadenas de ADN utilizando al ARN como molde.
CÁNCER PRODUCIDO POR SUSTANCIAS QUÍMICAS O POR
RADIACIONES
En los humanos, la mayoría de los cánceres, excepto algunos
tipos de cáncer de hígado y de leucemia, no están relacionados con
virus, sino con ciertos agentes físicos o químicos que denominamos
agentes cancerígenos que se supone producen la transformación de los
protooncogenes y/o antioncogenes en oncogenes. Básicamente son los
mismos agentes mutágenos que ya estudiamos, es decir, agentes que
aumentan la mutabilidad de los genes.
La capacidad de producir cáncer de ciertos agentes químicos y físicos
se conoció por vía epidemiológica hace ya algunos años:
•En 1775, un médico inglés atribuyó la alta incidencia de cáncer de
escroto en los deshollinadores londinenses, al hollín. Hoy sabemos que
el hollín, como toda sustancia carbonizada, es un agente cancerígeno.
•A principios del siglo XX se establece claramente la relación que existe
entre el cáncer y las radiaciones, muchos investigadores pioneros en el
estudio de la naturaleza de las radiaciones y los elementos radiactivos
murieron víctimas de procesos cancerosos (Marie Curie y su hija entre
otros).
•De todos es conocido el efecto cancerígeno del tabaco, no solo
respecto al cáncer de pulmón, sino que también está directamente
relacionado con otros tipos de cánceres como: laringe, estómago, etc.