UNIDAD 5
REPARACION DEL MATERIAL GENETICO.
La reparación del ADN dañado es vital para
mantener la integridad del diseño genético. Cuando estos procesos de reparación se desequilibran, las células pueden
funcionar mal, morir o volverse cancerosas, por lo
que es muy importante saber cómo los "mecánicos del ADN" hacen su
trabajo.
Una de las fuentes de
variabilidad genética que han hecho posible la evolución es la mutación o
cualquier cambio heredable en la secuencia de nucleótidos del material genético
(ADN) de un organismo. Las mutaciones suponen la alteración del genotipo, o
constitución genética del individuo, y en ocasiones también del fenotipo que
son características externas del individuo. Las mutaciones ocurren al azar. La mutación es la fuente primaria de variabilidad genética en las
poblaciones, mientras que la recombinación al
crear nuevas combinaciones a partir de las generadas por la mutación, es la
fuente secundaria de variabilidad genética. Se puede
definir la mutación como cualquier cambio en el material genético, heredable y
detectable, no atribuible a segregación o recombinación que se trasmite a las
células hijas e incluso a la siguiente generación, dando lugar a células o
individuos mutantes. La tendencia actual es restringir el uso del término m. a
los procesos que resultan de una alteración directa del contenido del gen sin
relación con cambios cromosómicos observables, llamándose entonces mutación
génica o puntual,
CLASIFICACION DE LOS TIPOS DE
LESION EN EL ADN.
LESIONES ESPONTANEAS
Son los errores que aparecen de manera natural en los
procesos de copia del ADN o en el trascurso de la vida celular de un organismo.
Se consideran alteraciones o lesiones todos aquellos procesos en los que el DNA
es sustrato de la reacción y no molde.
LESIONES INDUCIDAS
Existen
muchos puntos de un gen donde la mutación es más frecuente se llama puntos
calientes, al genotipo silvestre o salvaje se le utiliza como patrón y en el
que se produce la variación se le llama mutante. Una estirpe mutante puede
cambiar a otra y luego volver a la inicial, a esto se le llama regresión. Los
mutantes se inducen con mutágenos que
son de varios tipos y cada uno induce Una mutación distinta, aunque suele ser
al azar.
FIJACION DE LA LESION (MUTACIÓN)
La mutación es la fuente primaria de
variabilidad genética en las poblaciones, mientras que la recombinación al crear nuevas
combinaciones a partir de las generadas por la mutación, es la fuente
secundaria de variabilidad genética.
MUTACIÓN
SOMÁTICA
Afecta a las células somáticas del
individuo. Como consecuencia aparecen individuos mosaico que poseen dos líneas celulares diferentes 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.
MUTACIONES EN
LA LÍNEA GERMINAL.
Afectan a las células productoras de
gametos apareciendo gametos con mutaciones. Estas mutaciones se transmiten a la
siguiente generación y tienen una mayor importancia desde el punto de vista
evolutivo.
MUTACIONES GENÓMICAS.
Reciben este nombre los cambios que afectan al
número de cromosomas de un individuo. Estos cambios pueden ser por defecto,
como es la monosomía, en la que se pierde uno de los dos cromosomas de una
pareja; un ejemplo es el síndrome de Turner en el hombre: individuos que sólo
presentan un cromosoma X y se desarrollan como hembras estériles manifestando
disgénesis gonadal femenina. Un cambio por exceso es, p. ej., la trisomía, en
la que un cromosoma está en triple dosis; es el caso de uno de los tipos de mongolismo
o síndrome de Down en el hombre, originado por la presencia de tres cromosomas
21.
MUTACIONES GÉNICAS O PUNTUALES.
Según la Genética clásica se pueden definir como
un cambio en el gen que no supone pérdida de material hereditario
˜ Transiciones:
son las mutaciones que ocasionan la sustitucion
de una purina por una purina o una pirimidina por una pirimidina.
˜ Transversiones:
ocurre cuando una pirimidina es sustituida por una purina y viceversa.
˜ Mutaciones
de cambio de fase: ocurre cuando hay una deleccion de una base, lo que ocasiona
que el cuadro de lectura del DNA cambie, esto conlleva a proteinas muy
modificadas.
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Tipos de mutaciones génicas
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Resultados y ejemplos
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En el ADN
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En el ADN
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Transiciones
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Pu→Pu o Pi→Pi: AT→GC, GC→AT, CG→TA y TA→CG
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Transversiones
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Pu→Pi o Pi→Pu: AT→CG, AT→TA, GC→TA, GC→CG, TA→GC,
TA→AT, CG→AT y CG→GC
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En la proteína
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En la proteína
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Mutación
silenciosa
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Tripletes que codifican para el mismo aminoácido:
AAG(arg)→CGG(arg)
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Mutación
neutra
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Tripletes que codifican para aminoácidos
equivalentes distintos. AAA(lys)→AGA(arg). Ambos son aminoácidos básicos
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Mutación
cambio de sentido
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Aparece un nuevo triplete que codifica para un
aminoácido de distinto tipo. La proteína pierde su función.
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Mutación
sin sentido
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Aparece un triplete de terminación o FIN:
CAG(gln)→UAG(FIN)
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Mutación
cambio de fase o pauta de lectura
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Adición o deleción de un único par de nucleótidos
o de varios pares de nucleótidos, siempre que no sean múltiplo de tres.
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MUTACIONES CROMOSÓMICAS.
Los
cambios que afectan a la estructura de los cromosomas responden a los
siguientes tipos:
Ì
Delección. Consiste en la pérdida de alguna parte
del cromosoma (de una
Secuencia de genes), la ausencia del producto
final de estos genes puede alterar grandemente el fenotipo del individuo o ser
letal.
Se ha descrito en el hombre una Delección, parece
ser que del cromosoma
5, que causa diversos síntomas, incluyendo un
marcado retraso mental; los niños afectados tienen un llanto característico
semejante a un maullido; por esto, este síndrome es conocido con el nombre de
cri du chat.
Ì
Duplicación. Es la repetición de una parte
más o menos grande del
cromosoma. Las duplicaciones son un importante
fenómeno evolutivo, ya que proporcionan posibilidades adicionales de que nuevas
mutaciones sean incorporadas por las especies, puesto que la presencia de dos
genes para el mismo carácter permite a uno de ellos mutar en una nueva
dirección sin perjuicio del organismo
Ì
Inversión. Supone cambios en la secuencia de los
genes de un cromosoma.
Su efecto más importante se manifiesta en la
meiosis, interfiriendo en el apareamiento cromosómico y como consecuencia se
producen gametos inviables. No hay evidencia de que esta modificación se
traduzca en una enfermedad.
Ì
Translocación.
Resulta del cambio de la posición de un segmento
cromosómico a otra parte del mismo cromosoma o de
diferente cromosoma. Se sabe que las traslocaciones están asociadas con ciertos
efectos fenotípicos en el hombre; existe un tipo de mongolismo (Síndrome de
Down) originado por una traslocación.
b. cambios en cromosomas enteros y series de cromosomas
EUPLOIDIA.
los organismos que tienen múltiplos del numero monoploide se denominan
euploides. Los euploides que presentan mas de una serie cromosomica se
denominan poliploides.
De
acuerdo con esto, 1x es monoploide, 2x es diploide, los tipos poliploides son= 3x (triploide), 4x
(tetraploide), 5x (pentaploide), 6x (hexaploide) y asi sucesivamente.
ANEUPLOIDIA:
el número de uno o más cromosomas pueden cambiar durante la formación de un
nuevo organismo.
Nulisomicos
(2n -2): se han perdido dos cromosomas homologos. Es letal en diploides.
Monosomicos
(2n-1): cuando se pierde un cromosoma. En tales casos el complemento es
perjudicial, por dos razones: los cromosomas que faltan alteran gravemente el
equilibrio cromosomico, que ha sido cuidadosamente establecido por la evolución
y que es necesario para el equilibrio celular, y la segunda razon, la ausencia
de un cromosoma trae como resultado que cualquier alelo recesivo letal situado en el cromosoma sin pareja se exprese
directamente.
Trisomicos
(2n + 1): Ocurre cuando se tiene 1 cromosoma extra. La trisomia tambien produce
un desequilibrio cromosomico y puede dar lugar a una anormalidad o a la muerte.
AGENTES
MUTAGÉNICOS.
Dado que la frecuencia de mutaciones espontánea
es muy baja, con objeto de inducir nuevas cualidades hereditarias en los
individuos se pueden utilizar agentes físicos o químicos capaces de aumentar
dicha frecuencia: son los llamados agentes mutagénicos o mutágenos.
Son agentes
físicos las radiaciones ionizantes como los rayos X, a, a, y, protones y neutrones
que tienen la propiedad de crear pares iónicos en el sistema biológico sobre el
que actúan, y no ionizantes, como son los rayos ultravioleta, que tienen mayor
longitud de onda y, por tanto, menor penetrabilidad, por lo que se utilizan
para irradiar microorganismos, esporas, polen, etc.
Las radiaciones ionizantes producen los
siguientes efectos a nivel celular:
- Efectos
genéticos: alteraciones en los genes.
- Efectos
citogenéticos: alteraciones en los cromosomas: roturas
cromosómicas y translocaciones.
- Efectos
fisiológicos: alteraciones en las enzimas y hormonas.
Los
agentes mutagénicos de origen químico actúan a nivel molecular; no se
encontraron hasta 1946, siendo el primero y el más efectivo el gas mostaza,
descubierto por Carlota Auerbach, que es el sulfuro f3-0 de dicloro etilo.
También son mutágenos químicos los agentes alquilantes, la cafeína y los
análogos de base.
La
efectividad de un agente químico depende de su facultad de penetración en la
célula y su capacidad para alterar en algún sentido la estructura química del
material genético dentro de ella.
SISTEMAS DE
REPARACION.
Como hemos venido viendo hasta el
momento, existen muchos agentes físicos y químicos que pueden producir lesiones
en el ADN. Por tanto, deben existir mecanismos que permitan prevenir y reparar
los daños que se producen en el material hereditario tanto de forma espontánea
como los inducidos. Como ya hemos visto cuando hablamos de la replicación del
ADN, la propia ADN polimerasa III posee la subunidad ε que tiene una función
correctora de pruebas que permite detectar cuando la ADN polimerasa ha
introducido un nucleótido que no es el correcto y retirarlo. Este es un primer
mecanismo que evita que se produzcan mutaciones durante la replicación. Además
de este mecanismo existen otros que previenen posibles daños y que reparan las
lesiones producidas:
SISTEMAS QUE EVITAN LOS ERRORES ANTES DE QUE
OCURRAN
Superóxido
dismutasa: este enzima convierte los
radicales superóxido en peróxido de hidrógeno.
Catalasa: este enzima convierte el peróxido de hidrógeno en agua.
Gen mutT: este gen codifica para un enzima que impide la incorporación de la
8-oxo-G al ADN. Este enzima hidroliza el trifosfato de la 8-oxo-G a la forma
monofosfato.
REPARACIÓN DIRECTA DE LAS LESIONES EN EL ADN
Fotorreactivación: sistema de reparación directa de los daños producidos por la luz
UV. La luz UV produce dímeros de pirimidinas, fundamentalmente dímeros de
Timinas. El enzima Fotoliasa codificada
por el gen phr reconoce
en la oscuridad los dímeros de Timina y se une a ellos, y cuando se expone a la
luz deshace el dímero de Timinas.
Transferasa
de grupos alquilo (metilo o etilo): elimina los
gupos alquilo producidos por el EMS o por NG. El enzima metiltransferasa transfiere el
grupo metilo de la O-6-metilguanina a una cisteína (cys) de la enzima.
SISTEMAS DE REPARACIÓN POR ESCISIÓN
Reparación de
los daños de la luz UV (Endonucleasa
uvrABC): La Endonucleasa uvrABC es una escilnucleasa codificada por los
genes uvrA, uvrB y uvrC que
corta el ADN.
Reparación
mediante glucosidasas: estas enzimas detectan las bases
dañadas y las retiran rompiendo el enlace N-glucosídico con el azúcar. Como
consecuencia se origina una sede AP que se repara de la forma indicada
anteriormente (reparación AP).
Sistema GO: dos glucosidasas producto de los genes mutM y mutY actúan conjuntamente para
eliminar las lesiones que produce la 8-oxo-G (GO).
REPARACIÓN POSTERIOR A LA REPLICACIÓN
Reparación de
apareamientos incorrectos: la reparación de apareamientos
incorrectos posterior a la replicación requiere la existencia de un sistema que
sea capaz de realizar las siguientes operaciones:
- Reconocer las bases mal
apareadas.
- Determinar cuál de las dos
bases es la incorrecta.
- Eliminar la base incorrecta
y sintetizar.
Esta reparación la realizan los
productos de los genes mutH, mutL, mutS y mutU.
BIBLIOGRAFIA.
