Evolución - biología evolutiva

Mutaciones

mutación genética, mutación molecular o mutación puntual a los cambios que alteran la secuencia de nucleótidos del ADN. No confundir con unamutación génica que se refiere a una mutación dentro de un gen. Estas mutaciones en la secuencia del ADN pueden llevar a la sustitución de aminoácidos en las proteínasresultantes. Un cambio en un solo aminoácido puede no ser importante si es conservativo y ocurre fuera del sitio activo de la proteína. De lo contrario puede tener consecuencias severas, como por ejemplo:

• La sustitución de valina por ácido glutámico en la posición 6 de la cadena polipéptidica de la beta-globina da lugar a la enfermedad anemia falciforme en individuos homocigóticos debido a que la cadena modificada tiene tendencia a cristalizar a bajas concentraciones de oxígeno.
• Las proteínas del colágeno constituyen una familia de moléculas estructuralmente relacionadas que son vitales para la integridad de muchos tejidos, incluidos los huesos y la piel. La molécula madura del colágeno está compuesta por 3 cadenas polipeptídicas unidas en una triple hélice. Las cadenas se asocian primero por su extremo C-terminal y luego se enroscan hacia el extremo N-terminal. Para lograr este plegado, las cadenas de colágeno tienen una estructura repetitiva de 3 aminoácidos: glicina - X - Y (X es generalmente prolina y Y puede ser cualquiera de un gran rango de aminoácidos). Una mutación puntual que cambie un solo aminoácido puede distorsionar la asociación de las cadenas por su extremo C-terminal evitando la formación de la triple hélice, lo que puede tener consecuencias severas. Una cadena mutante puede evitar la formación de la triple hélice, aún cuando haya 2 monómeros de tipo salvaje. Al no tratarse de una enzima, la pequeña cantidad de colágeno funcional producido no puede ser regulada. La consecuencia puede ser la condición dominante letal osteogénesis imperfecta.

Entre las mutaciones genéticas podemos distinguir distintos factores:

• Mutación silenciosa o sinónima: no se produce ningún cambio de aminoácido.(molécula orgánica)

Mutaciones puntuales por sustitución de bases: Transiciones y Transversiones

• Mutación por sustitución de bases: 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.

Si los cambios dan lugar a un nuevo aminoácido, será una mutación no sinónima, pero si la mutación es neutra habrá ninguna ventaja selectiva.

• 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:
  • Mutación por pérdida o deleción de nucleótidos: En la secuencia de nucleótidos se pierde uno y la cadena se acorta en una unidad.
  • 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.

• Mutaciones en los sitios de corte y empalme (Splicing)

Las mutaciones de corrimiento del marco de lectura también pueden surgir por mutaciones que interfieren con el splicing del ARN mensajero. El comienzo y final de cada intrón en un gen están definidos por secuencias conservadas de ADN. Si un nucleótido muta en una de las posiciones altamente conservada, el sitio no funcionará más, con las consecuencias predecibles para el ARNm maduro y la proteína codificada. Hay muchos ejemplos de estas mutaciones, por ejemplo, algunas mutaciones en el gen de la beta globina en la betatalasemia son causadas por mutaciones de los sitios de splicing.

Mutación de ADN.

http://bioinformatica.uab.es/genomica/swf/mutacion.htm

ALTERACIONES EN LA INFORMACIÓN GENÉTICA: CONSECUENCIAS E IMPLICACIONES EN LA ADAPTACIÓN     Y EVOLUCIÓN DE LAS ESPECIES. SELECCIÓN NATURAL.

La información genética está protegida para no sufrir cambios que impidan su correcta expresión. Sin embargo, puede darse el caso de que se produzcan alteraciones en la información que den lugar a proteínas no funcionales

MUTACIONES GENÉTICAS Son las alteraciones que suceden en la información genética de los seres vivos.

Por ejemplo, la anemia falciforme se debe a la existencia de unos glóbulos rojos cuya hemoglobina difiere en un solo aminoácido de la hemoglobina normal. Cuando se produce una mutación durante la formación de los gametos, la alteración se transmitirá a las siguientes generaciones. Las mutaciones fueron descritas por primera vez en 1901 por uno de los redescubridores de Mendel, el botánico alemán Hugo De Vries.
Las mutaciones se deben a múltiples causas, tales como:
 

• Errores en la replicación que permitan que se cambien unos nucleótidos por otros o, incluso, que   desaparezcan o se intercalen nucleótidos.

• Errores en la meiosis que alteren la estructura física de los cromosomas o su número.

• Modificaciones químicas en el DNA debido a la acción de ciertas sustancias químicas, radiaciones UV, rayos X, etc., a los que denominamos AGENTES MUTAGÉNICOS.

Según la cantidad de DNA afectado, se diferencian tres tipos de mutaciones:
 

• Mutaciones GÉNICAS: Son aquellas que sólo afectan a nucleótidos aislados, bien porque se cambia  uno por otro, porque se añade o se pierde un nucleótido. El cambio de un nucleótido por otro puede dar lugar a que la proteína siga siendo funcional y la mutación pase desapercibida, pero si se añade o elimina algún nucleótido, la alteración puede ser tan grande que la proteína no sea funcional, provocando una enfermedad genética o, incluso, la muerte.

• Mutaciones CROMOSÓMICAS: Son mutaciones que afectan a la integridad de los cromosomas y, por tanto, a la información que llevan. Suelen deberse a problemas durante el sobrecruzamiento llevado a cabo para la recombinación genética. Según cómo se produzca hay varios tipos:

- Deleción: Se pierde un fragmento de cromosoma, por lo que se pierde información.
- Duplicación: Se duplica un fragmento de cromosoma. No hay pérdida de información.
- Adición: Se incorpora al cromosoma un grupo de nucleótidos, con lo que tampoco hay pérdida de información.
- Translocación: Un fragmento de un cromosoma se une a otro cromosoma diferente con lo que puede darse el caso de tampoco se vea afectada la información. Algunos casos de síndrome de Down son translocaciones en vez de aneuploidías.
- Inversión: Se da cuando un fragmento de un cromosoma invierte su sentido, con lo cual no podrá ser leído en el orden correcto, aunque si en el inverso.          

• Mutaciones GENÓMICAS: Son aquellas que afectan al GENOMA, es decir, al número de cromosomas, bien porque se gane alguno o porque se pierda. Suelen ser debidas a problemas durante la meiosis. Cuando se pierden o ganan cromosmas aislados hablamos de ANEUPLOIDÍA: si se pierde un cromosoma se denomina MONOSOMÍA (porque sólo queda uno en el par), si se gana uno se denomina TRISOMÍA (porque hay tres cromosomas en vez de un par), como sucede con la Trisomía del par 21, el "mongolismo" o síndrome de Down. Cuando se aumenta un número genómico entero se le da el nombre de POLIPLOIDÍA: TRIPLOIDÍA, tres juegos, TETRAPLOIDÍA, cuatro juegos, etc. Estas mutaciones suelen ser perjudiciales en los animales, pero en las plantas pueden ser base de especiación a partir de individuos poliploides.

Según el efecto que producen existen:

• Mutaciones LETALES: Las que provocan la muerte de aquél que las padece.

• Mutaciones SILENCIOSAS: Aquellas que afectan a partes del DNA que no llevan información para fabricar proteínas.

• Mutaciones SIN SENTIDO: Son mutaciones en las que un codón normal se cambia por un codón de terminación, con lo que la proteína no se termina.

• Mutaciones RECESIVAS: Sólo se manifiestan si aparecen en homocigosis. Suelen ser la mayoría y sólo se manifiestan a partir de cruces consanguíneos.

Si no existieran mutaciones, todos los individuos de la misma especie tendrían siempre los mismos genes en los mismos lugares de sus cromosomas, es decir, los cromosomas homólogos serían idénticos entre sí y a la vez idénticos a los de otros individuos de su especie. Sin embargo, las mutaciones son la principal fuente de variabilidad genética, la que hace que en un mismo lugar de dos cromosomas homólogos, lo que llamamos un LOCUS, puedan existir dos secuencias de DNA ligeramente diferentes que, a lo mejor al expresarse no dan diferencias fenotípicas, pero puede suceder que sí. A estas dos formas moleculares de un mismo gen resultantes de una mutación les damos el nombre de ALELOS:

En un mismo locus (misma región de dos cromosomas homólogos) siempre hay el mismo gen, pero puede haber alelos diferentes.

La aparición de cambios en la información puede ser inocua, puede ser letal o puede ser beneficiosa si aporta al individuo alguna característica que antes no poseía y que le hace estar mejor adaptado a su medio. En este caso, este individuo será capaz de dejar más descendientes a la siguiente generación, es decir, se va a producir una selección de sus alelos para que pasen a la siguiente generación, es a lo que llamamos SELECCIÓN NATURAL.

La Selección Natural actúa sobre los fenotipos de los individuos, permitiendo que los fenotipos mejor adaptados prosperen y dejen más descendientes (dejen más alelos a la siguiente generación), a la vez que los fenotipos peor adaptados tienden a desaparecer.

 mutación sin sentido (nonsense) es un tipo de mutación puntual en una secuencia de ADN que provoca la aparición de un codón de terminaciónprematuro, llamado también codón sinsentido, en el ARNm transcripto, lo cual conduce a su vez a la producción de un producto proteico truncado, incompleto y por lo general no funcional. Se diferencia de las mutaciones con cambio de sentido o contrasentido, en que, en estas últimas, la mutación puntual provoca el cambio de un aminoácido por otro. Algunas de las enfermedades genéticas más graves tales como la talasemia o la distrofia muscular de Duchenne son producidas por mutaciones sinsentido.

Un ejemplo simple

     ADN: 5' - ATG ACT CAC CGA GCG CGA AGC TGA - 3'
          3' - TAC TGA GTG GCT CGC GCT TCG ACT - 5'
    ARNm: 5' - AUG ACU CAC CGA GCG CGA AGC UGA - 3'
Proteína:      Met Thr His Arg Ala Arg Ser Stop (codón de terminación)

Supóngase que se introduce una mutación en el cuarto triplete en la secuencia de ADN (CGA), provocando que la citosina sea reemplazada por una timina, conduciendo a la aparición de un codón (TGA) en la secuencia de ADN. Ya que al ser transcripto el codón TGA se convierte n UGA, el trasncripto resultante y el producto proteico serían:

     ADN: 5' - ATG ACT CAC TGA GCG CGA AGC TGA - 3'
          3' - TAC TGA GTG ACT CGC GCT TCG ACT - 5'
    ARNm: 5' - AUG ACU CAC UGA GCG CGU AGC UGA - 3'
Proteína:      Met Thr His Stop

Los restantes codones del ARNm no son traducidos a aminoácidos debido a que el codón de terminación prematuro produce la liberación del producto proteico, y el desarme del complejo ribosomal. Esto provoca la aparición de una proteína truncada, que muchas veces es incapaz de cumplir las funciones de la proteína normal.

Degradación de ARNm mediada por secuencias sin sentido

A pesar de la tendencia que sería esperable de aquellas secuencias de ARNm con codones de terminación prematuros produjeran con frecuencia productos polipeptídicos truncados, en realidad esto no ocurre con frecuencia in vivo. Muchos organismos, incluyendo a humanos y especies inferiores tales como las levadurasemplean un mecanismo de degradación de ARNm mediada por secuencias sin sentido, el cual degrada aquellos ARNm que contienen mutaciones sin sentido antes de que sean traducidas a proteínas no funcionales.

Patologías asociadas con mutaciones sin sentido

Una selección de mutaciones notables, organizadas en una tabla de código genético estándar.¹ Las mutaciones sin sentido están marcadas por flechas rojas.

Las mutaciones sin sentido pueden causar una enfermedad genética al dañar el gen responsable de la producción de una proteína determinada, por ejemplo la distrofina en la distrofia muscular de Duchenne. Sin embargo, la misma enfermedad (el mismo fenotipo) puede ser causado por otros tipos de daño en el mismo gen. Entre las enfermedades que se sabe que puede haber mutaciones sin sentido implicadas se encuentran:

• Fibrosis quística (causada por la mutación G542X en el gen regulador de conductancia transmembrana de la fibrosis quística).

• Distrofia muscular de Duchenne (distrofina)

• Beta talasemia (β-globina)

• Síndrome de Hurler

Una droga experimental conocida como PTC124 podría ser útil en el tratamiento de algunos casos de estas enfermedades arriba mencionadas (esto es, en los casos provocados por mutaciones sin sentido). La PTC124 fue fichada para entrar en las fases finales de ensayo clínico en 2007.

Mutación somática , en genética, se denomina a aquella mutación que afecta a las células somáticas del individuo. Como consecuencia aparecen individuos mosaico que poseen dos líneas celulares diferentes con distinto genotipo. Una vez que una célula sufre una mutación, todas las células que derivan de ella por divisiones mitóticas heredarán la mutación. Un individuo mosaico originado por una mutación somática posee un grupo de células con un genotipo diferente al resto, cuanto antes se haya dado la mutación en el desarrollo del individuo mayor será la proporción de células con distinto genotipo. En el supuesto de que la mutación se hubiera dado después de la primera división del cigoto (en estado de dos células), la mitad de las células del individuo adulto tendrían un genotipo y la otra mitad otro distinto. Las mutaciones que afectan solamente a las células de la línea somática no se transmiten a la siguiente generación. Se puede conocer el origen y el pasado de las células de los organismos multicelulares al analizar las mutaciones somáticas presentes en dichas células.