ELVI: INVESTIGACIÓN DE LA UNIDAD 5

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.

Tipos de mutaciones génicas	Resultados y ejemplos
En el ADN	En el ADN
Transiciones	Pu→Pu o Pi→Pi: AT→GC, GC→AT, CG→TA y TA→CG
Transversiones	Pu→Pi o Pi→Pu: AT→CG, AT→TA, GC→TA, GC→CG, TA→GC, TA→AT, CG→AT y CG→GC
En la proteína	En la proteína
Mutación silenciosa	Tripletes que codifican para el mismo aminoácido: AAG(arg)→CGG(arg)
Mutación neutra	Tripletes que codifican para aminoácidos equivalentes distintos. AAA(lys)→AGA(arg). Ambos son aminoácidos básicos
Mutación cambio de sentido	Aparece un nuevo triplete que codifica para un aminoácido de distinto tipo. La proteína pierde su función.
Mutación sin sentido	Aparece un triplete de terminación o FIN: CAG(gln)→UAG(FIN)
Mutación cambio de fase o pauta de lectura	Adición o deleción de un único par de nucleótidos o de varios pares de nucleótidos, siempre que no sean múltiplo de tres.

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: