Mutaciones

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• Distinguir entre los términos 'mutación' y 'recombinación',

• Identificar los diversos tipos de mutación

• Describir como las mutaciones son causadas  

• Conocer algunos ejemplos del efecto de las mutaciones a nivel genoma y organismo

Hugo De Vries

Hugo De Vries (genetista alemán) en 1902 trabajando sobre la "hierba del asno" (Oenothera glazioviana) describió en ella fenómenos de herencia mendeliana, sin embargo de tanto en tanto aparecía una característica que no estaba ni en los padres ni en los antecesores de las plantas, dedujo de ello que estas características surgían por un cambio el factor que determinaba el carácter (gen) y que este cambio se transmitía a la progenie como cualquier otro carácter hereditario. A este cambio lo denominó mutación y a los organismos que la mostraban mutantes, los alelos salvajes son los que están presentes en la mayoría de los individuos  y dan el fenotipo esperado.

http://linnaeus.nrm.se/flora/di/onagra/oenot/oenogla.html

Ni las leyes de Mendel ni el concepto de mutación fueron conocidos por Darwin, pero resulta claro que la combinación de características de los padres da resultados sobre los cuales puede actuar el proceso evolutivo y que las mutaciones (si bien raras) son una fuente constante de variaciones que posibilitan la evolución.

• Los diversos alelos existen porque cualquier gen está sometido a mutaciones, que ocurren cuando un gen cambia a una nueva forma estable y hereditaria. 

• Las mutaciones son procesos aleatorios. 

• Los alelos mutantes y salvajes residen en el mismo locus y se heredan de acuerdo a la genética mendeliana.

Mutación

Hoy dia se define a las mutaciones como cualquier cambio en la secuencia de nucleótidos de una región del genoma.

Los cambios pueden ser a diferentes niveles:

• A nivel de genes: mutaciones génicas o puntuales: se reemplaza un nucleótido por otro.

• A nivel de cromosomas: 

  • cambio en un segmento de un cromosoma, 

  • un cromosoma entero 

  • o inclusive un set completo de cromosomas

Mutación puntual: analicemos un ejemplo clave: la anemia falciforme. En esta enfermedad la hemoglobina, que es la proteína que forma los glóbulos rojos, es defectuosa. 

Imagen de glóbulos rojos normales y falciformes, foto tomada de 
http://www.cc.nih.gov/ccc/ccnews/nov99 (c) Drs. Noguchi, Rodgers y Schechter

La Hemoglobina normal contiene Ac. Glutámico en una posición determinada; la hemoglobina falciforme tiene Valina en esa misma posición. La diferencia proviene de un cambio en el momento de la trascripción donde una adenina se cambia por un uracilo. Recordemos parte del código genético para comprender que cambió en los codones del ARNm

Este mínimo cambio de una base, cambia el aminoácido y es suficiente para provoar la enfermedad.

Código genético completo:

Efecto de las mutaciones

• Mutaciones silentes o silenciosas: cuando el cambio de la secuencia de nucleótidos no afecta el funcionamiento del genoma. Son las que ocurren en el ADN intergénico o en las regiones no-codificantes; o sea casi el 98,5% del genoma humano puede mutar sin ningún efecto significativo.

• Mutaciones puntuales en regiones codificantes tienen alguno de estos 4 efectos:

  • Cambio sinónimo: el nuevo codón (producto de la mutación) especifica el mismo aminoácido ----- recordar que el código genético es REDUNDANTE. Esto es casi una mutación silente, ya que se sisntetiza la misma proteína

  • Cambio NO-sinónimo: la mutación altera el codón y esto cambia el aminoácido;  su efecto depende de cual es el aminoácido que cambió y su posicipn en la proteína. 

  • Mutación sin sentido:  corvierte un codón de aminoácido en un codón de terminación. El efecto en la proteína depende de cuantos aminoácidos perdió con el corte prematuro, normalmente es drástico.

  • Inverso a lo anterior: un codón de terminación se convierte a uno que especifica aminoácidos y la cadena de polipéptidos tiene mayor extensión. La mayoría de las proteínas pueden funcionar con una extensión breve de su cadena.

• Deleciones e inserciones también tienen efecto variable en el funcionamiento de los genes. 

  • Si el número de bases eliminadas o insertadas es 3 o múltiplo de 3, uno o mas codones son removidos o agregados, con la consiguiente pérdida o ganancia de aminoácidos. Los efectos a nivel proteína ya vimos que son variables.

  • Si en número no es 3 o múltiplo se llama mutación por corrimiento del marco de lectura, lo que da un polipéptido completaente distinto.

Una mutación puede causar efectos distintos en el funcionamiento de las proteínas:

• Pérdida de función, reduce o anula la actividad de una proteína. Generalmente son mutaciones recesivas, y en los heterocigotas el segundo cromosoma lleva la versión no-mutada del gen y produce suficiente proteína para compensar el efecto de la mutación.

• Ganancia de funciones son menos comunes, pero son dominantes. También pueden ser que se sobreexpresen los genes de control del ciclo celular, éste se descontrolará y resultara en un tejido canceroso.

Causas

• Espontáneas: errores de la ADN polimerasa durante la replicación del ADN. 

• Inducidas por agentes mutagénicos: estos agentes reaccionan con el ADN causando un cambio estructural que afecta una de las hebras de la doble hélice. Puedesn ser agentes químicos o físicos. Entre los principales agentes se encuentra la radiación UV de 260 nm, radiaciones ionizantes, residuos industriales y el calor.

Mutaciones somáticas o germinales?

• SOMÁTICA: Si la mutación ocurre en una célula que desarrolla un tejido somático, dará origen a una población de células mutantes idénticas. Las células idénticas  de una población originada por mitosis a partir de una sola célula progenitora se denominan clones. 
  Si la mutación es dominante se expresará en el fenotipo de aquellos organismos diploides. Si es recesiva no se expresará ya que quedará enmascarada por el alelo salvaje (dominante), una segunda mutación puede crear una mutación homocigota recesiva, pero es un evento raro.

  • ¿Son heredables?: por definición NO SE HEREDAN, ya que las células somáticas son aquellas que no origina progenie. Sin embargo hay que recordar que porciones de plantas (con mutaciones somáticas) pueden originar nuevos individuos con su eventual línea germinal. Ver enlace.

  • Consecuencias en un organismo multicelular: un ejemplo de mutaciones somáticas son las células que origina el cancer. Cuando ciertos genes (proto-oncogenes)  sufren una mutación las células inician una secuencia descontrolada de divisiones celulares resultando en una masa de células denominada tumor.

• MUTACIÓN DE LA LÍNEA GERMINAL: si la mutación se produce en una de las células sexuales inevitablemente pasará a la descendencia (en tanto ésta participe de la fecundación). Un fenotipo completamente normal puede tener células mutantes en su línea germinal y solo se detectará en su descendencia.
  Casos especiales: recuerde que algunas mutaciones pueden afectar al cromosoma X y este se encuentra inactivado al azar el las hembras de mamíferos, por lo que pueden no expresar el fenotipo. Ej: hemofilia ligada al cromosoma X.