Biología . 2º Bachillerato

Genética molecular

3.3 - Mutaciones y evolución


Mutaciones
Mutaciones y Cáncer
Evolución

Mutaciones

Las mutaciones son alteraciones en el material genético (Generalmente se considera al ADN)

Pueden producir consecuencias muy diversas dependiendo del tipo y localización:

- Las mutaciones en ARNm; sólo cambian las proteínas hasta que el ARNm sea eliminado
- Las mutaciones en ADN cambian todos los ARN procedentes de la zona mutada. Todos estarán modificados

Mutaciones en una célula somática.

Pueden no afectarla si no se lee el gen mutado

Pueden alterar la célula o hacer que muera pero no tiene efectos sobre un organismo pluricelular con miles de millosnes de células

Puede dar lugar a una desregulación en su reproducción (tumor) y tener consecuencias importantes sobre el individuo.

Mutaciones en una célula reproductora.

Pueden ser heredadas por la descendencia, en cuyo caso, todas las células del hijo tendrán la mutación.

Las mutaciones son el origen de variabilidad genética y la evolución

Tipos de mutaciones:
Génicas Afectan a un gen.
Sustituciones, adiciones o pérdidas de nucleótidos
Cromosómicas Afectan a una parte de un cromosoma
Delecciones, duplicaciones, inversiones, traslocaciones
Genómicas Modifican el número de cromosomas
Haploidías, poliploidías, trisomías, ....

Mutaciones Génicas

Afectan a un gen

Sustituciones:
Cambio de una base del ADN por otra diferente

Adiciones:
Inclusión de una nueva base

Supresines o delecciones:
Pérdida de una base

.

 

Sustitución

    Cambio de una base por otra

    Pueden tener varios efectos:

    Silenciosa

    Apesar de cambiar una base no hay cambio en los genes

    Esto ocurre por alguno de los siguientes motivos:
    - Se produce en secuencias estructurales o que no se leen del ADN
    - Afecta a una base cuyo Triplete en el ARTt codifica para el mismo aminoácido
    - Afecta a una base que codifics para la misma secuencia reguladora o de reconocimiento

    Cambio de un aminoácido al modificarse un codón en el ARNm

    En este caso cambia la proteína que codifica el ARNm poero los efectos poeden ser muy diversos

    - Mutación Conservadora :

    El aminoácido cambiado es similar al original. No hay diferencias importantes en la proteína.
    Mutaciones neutras

    - Mutación No conservadora :

    El aminoácido cambiado tiene efectos importantes sobre la proteína
    - Cambio en su estructura tridimensional
    - Cambios en centros catalíticos, reguladores ....

    Modificación de principio o fin de la traducción o de reconocimiento y fin de la trascripción.

    Tienen efectos muy importantes sobre la proteína

    - Si se produce en la secuencia de Iniciacion de la ARN pol - No se forma ARN mensajero y por tanto no hay proteína

    - Si se produce en las bases que afectan al codon de iniciación en ARNm - No se forma la proteína

    - Si se produce en las bases que afectan al codon de terminación en el ARNm , se genera una proteína más larga, generalmente no funcional.

    - Si se produce en alguna base que interviene en los códigos de principio o fin de la trascripción tiene efectos semejantes a los anteriores.

    Modificación de secuencias reguladoras

    Cambios en la regulación de la expresión del gen; se puede producir más o menos cantidad de proteína.
    Puede ue no responda a determinados mecanismos de regulacion
    Puede que responda a otras sustancias que anteriormente no actuaban cmo reguladoras

Adición o Inserción

Introducción de una base en un ADN
Produce cambios importantes al alterarse toda la secuencia de lectura del ARNm

Delección

Eliminación de una base
Produce cambios importantes al arterarse toda la secuencia de lectura del ARNm

Mutación Sin sentido

Se entiende por mutación sin sentido a cualquier tipo de mutación génica que de lugar a un triplete de fin, produciendo una proteína más corta generalmnete no funcional.

Causas de las mutaciones génicas

En general la ADN polimerasas fabrica copias increiblemente fieles.
Se producen muy pocas mutaciones en un genoma (1/E10).

Pueden producirse:

- Por errores de lectura . Por cambios de configuración de las bases . Salto en la lectura por la ARN pol
- Por lesiones o alteraciones de las bases: Reacciones normales en las células
- Por trasposiciones de parte de un ADN

Para minimizar estos efectos existen enzimas reparadoras del ADN

Las tasas de mutación en el ADN aumentan si:

- La ADN polimerasa está modificada de modo que es más propensa a cometer errores
Esto puede ocurrir uede ser por alteraciones genéticas o por sustancias que modifiquen el funcionamineto de la ADNpol

- Los enzimas de reparación del ADN están modificadss
Puede ser por alteraciones genéticas o por sustancias que modifiquen el funcionamineto de las enzimas reparadoras.
Muchos casos de propensión al cáncer se deben a mecanismos de reparación deficientes.

- Agentes mutágenos en el ambiente que actúen sobre el ADN

Agentes mutágenos

Son procesos químicos o físicos que aumentan la tasa de mutación
Los principales son:

Radiaciones ionizantes

    Fotones o partículas de gran energía capaces de ionizar los materiales con los que impactan o atrviesan
    Las moléculas ionizadas cambian estructuras de ADN y proteínas
    - Electromagnéticas de onda corta: UV, Rayos X , Gamma
    - Partículas con gran energía: electrones, neutrones y partículas alfa

    Fuentes de radiaciones ionizantes

    Naturales
    - Radiación solar. UV sobre todo en zonas tropicales y elevadas
    - Rayos cósmicos procedentes de espacio. Importantes con escasa atmósfera y en zonas polares
    - Minerales radioactivos. Zonas ricas en Uranio y Torio
    - Acumulación de Radón radioactivo en zonas graníticas

    Antropogénicas
    - Fuentes de radiación en medicina : Rayos X, TAC
    - Fuentes radiactivas en centros de investigación
    - Centrales nucleares. Especiamnete en accidentes. U Pn I radioactivo...
    - Armas nucleares en pruebas, posibles guerras y escapes de las zonas de producción y almacenamiento.
    - En menores cantidades aparatos a los que estamos expuestos.

Sustancias químicas

Una gran cantidad de moléculas diversas pueden aumentar la tasa de nutación.
Son moléculas que pueden tener los siguientes efectos sobre el material genético:
- Similitud estructural
con las bases nitrogenadas del ADN de modo que pueden incorporarse en la replicación y causar diferentes tipods de mutaciones en su reparación
- Reaccionan con los nucleótidos
modificándolos sobre todo en el proceso de replicación
- Sustancias intercalantes que se sitúan entre la base del ADN
- Sustancias que dañan el ADN. En la dieta o por exposición
- Sustancias oxidantes producidas en la célula como consecuencia de la radiación ionizante

También pueden inducir mutaciones sustancias que alteren la ADN polimerasa y las proteínas reparadoras.

Fuentes de sustancias químicas mutagénicas

Son muy variables al igual que las sustancas químicas.

Naturales
- Productos de combustión como incendios
- Algunos productos metabólicos de algunos organismos
En general estamos más adaptados a superarlos por nuestro proceso evolutivo.

Antropogénicas
- Muchos biocidas
- Algunos conservantes alimentarios
- Algunos medicamentos
- Disolventes y productos químicos volátiles
- Productos de combustión y derivados. Oxidantes
- Amianto. Silicato utilizado durante mucho tiempo en en costrucción
- Productos del cocinado ytratamineto de los alimnetos. Especialmenta a altas temperaturas

Algunos virus
En muchas especies (incluida la humana) se conocen virus que aumentan la tasa de mutación
Especialmente retrovirus que se insertan en el genoma
Los trasposones o elementos génicos trasponibles también pueden causar mutaciones al cambiar de localización
Puede que otros microorganismos también aumenten esta tasa

Video sobre mutaciones causadas por radiación y su reparación

Efectos de las mutaciones

Las mutaciones pueden tener diferentes efectos sobre el organismo que las sufre

Compatibles con la vida

Cambios en el individuo más o menos nocivos

Letales

Dañan las células de modo que el individuo muere

Deletereas

No producen directamentela muerte pero si la capacidad del individuo para llevar una vida normal y reproducirse.

Carcinógenas

Afectan al ciclo celular y al reconocimiento (metástasis)

Teratógenas

Se producen en el desarrollo embrionario.
Pueden producir malformaciones o zonas del individuo mutadas y otras no

Tasa de mutación

Las tasas de mutación de lo genomas son generalmente muy bajas. Habitualmente menos de 1 entre E9 bases

Esto se consigue por mecanismos muy precisos de transcripción y reparación del ADN frente a mutágenos

Los virus, especialmente los de ADN tienen tasas mucho mayores. Del orden de 1 entre un millón (E6)

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Las mutaciones y el Cáncer

A lo largo del proceso evolutivo los organismos han sido casi siempre unicelulares.
En este tipo de organización las células se reproducen (casi siempre) en cuanto su tamaño lo hace posible, aumentando así la probabilidad de supervivencia de los genes que alojan.
Los organismos plurielulares, en cambio, están organizados de modo que las células controlan su reproducción y se diferencian o quedan en reserva como células madre a pesar de la cantidad de nutrientes a los que tienen acceso.

Algunas mutaciones pueden alterar los mecanismos de inhibición de la reproducción convietiendo a estas células en tumorales.

Tipos y evolución de los tumores
Tumores primarios o benignos
Las células tumorales evitan los mecanismos de inhibición de la reproducción pero quedan confinadas a un tejido.
Pueden crecer más o menos dependiendo de aportes de nutrientes y eliminación por el sistema inmune
Tumores secundarios o maligno
Capacidad de las células tumoreales para abandonar el tejido original y prosperar en otros tejidos
El proceso recibe el nombre de Metástasis
La enfermedad causada es el cáncer o neoplasia
Los tumores malignos terminan acabando con las reservas del organismo y causan la muerte

 

Evolución de un cáncer

Para que se desarrolle un cáncer no basta con una única mutación en el ADN celular sino varias acumuladas además de otros factores epigenéticos.

Un tumor es un clon celular en las que las células evolucionan a sobrevivir y propagarse . Evolución clonal
Lo hacen acumulando mutaciones.
Son frecuentes las mutaciones cromosómicas
Son diferentes los marcadores epigenéticos especialmente menor metilción del ADN

 

- Mutaciones que afecten a mecanismos de reparación del ADN

- Mutación que evite la inhibición de la reproducción celular (tumor primario)

- Mutaciones que afecten al desarrollo de sistemas de abastecimiento de nutrientes del tumor

- Mutaciones que eviten la acción del sistema inmunitario

- Mutciones que permitan la proliferación en otros tejidos (metástasis)

Factores que favorecen la aparición de tumores

Exposición a sustancias químicas mutágenas

Exposición a radiaciones ionizantes

Infecciones por ciertos virus

Disminución del sitema inmune responsable de la eliminación de células modificadas. (Defensa celular . Linfocitos T)

Problemas con genes que codifican para proteínas de reparación del ADN

Existen otros factores que correlacionan con la aparición de canceres aunque se desconoce el mecanismo concreto:

- Sustancias químicas ingeridas en la dieta no directamente mutágenas : Alcohol, grasas saturadas
- Falta de ejercicio físico
- Obesidad

Tipos de cánceres

Cada cáncer es único porque en el mecanismo de selección clonal las células se modifican de múltiples maneras

Se han establecido unos 100 tipos de cáncer por similitudes entre estas células

Las clase principales se denominan

Carcinomas - Cánceres de células epiteliales (80% de los cánceres humanos). Piel, pulmón, mama....

Sarcomas - Cánceres de tejidos mesodérmicos: músculo, hueso, cartílago

Leucemias y linfomas - Células sanguíneas

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Evolución
Proceso evolutivo

Los seres vivos cambian a lo largo del tiempo adaptándose al medio en el que viven
Podemos entenderlo atendiendo a lo que ocure con los individuos o con lo genes que contienen sus células
Evolución en apuntes de 1º de bachillerato

Desde el punto de vista de los individuo

Los individuos de una especie se encuentran en diferentes circunstancias
- Debido a su situación física
- Debido al su historia individual (la vida que ha vivido, desarrollo, ...)
- Debido a su dotación genética (heredable)
Los que encuentran mejores condiciones se reproducen más
La dotación genética la heredan los descendientes (las otras variables no son caracteres heredables...)
Desplazan al resto de la población, se expanden los genes.
Cambia la especie

Desde el punto de vista de un gen

Los genes pasan de generación en generación mediante la reproducción
Las células son máquinas de supervivencia que permiten al gen perpetuarse
Los individuos pluricelulares son colonias de millones de células que sirven para propiciar la propagación de los genes mediante las células reproductoras
Los genes se agrupan con otros genes como equipos en competencia (genoma de un individuo)
Si el grupo encuentra condiciones adecuadas tiene más copias (descendientes)
Si el gen muta y tiene consecuencias positivas en el genoma se propaga
Si no las tiene se extingue

Mutaciones y evolución

Las mutaciones son la fuente última de variación

Son preadaptativas

- No existen mecanismos que generen determinadas mutaciones.Menos aún las mutaciones adecuadas

La t asa de mutación es muy baja

Se producen en escasas ocasiones
Casi todas son perjudiciales por el grado de adaptación conseguido

Mutaciones, sexo y evolución

El sexo es un mecanismo que permite combinar dotaciones de genes de dos individuos
El mecanismo permite ir agrupando mutaciones beneficisas en el genoma de una especie acelerando su cambio evolutivo.
Captan mutaciones y las recombinan

Las células diploides llevan dos copias de cada gen: alelos
Los zigotos son siempre diploides
Los organismos pluricelulares pueden ser diploides en sus células somática (Ciclos diplobiónticos y esporofito de haplodiplobiónticos) en estos casos:
- Algunos alelos pueden existir en el genoma pero no expresarse: alelos recesivos
- En otras ocasiones tiene influencia parecida: alelos codominantes
- Otros se manifiestan con una sola copia: alelos dominantes
Estas relaciones se producen entre cada par de alelos.
Los alelos recesivos pueden conservarse aunque sean perjudiciales cuando su frecuencia es baja.

Ver capítulo de genética mendeliana

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