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UD III. Mutación, recombinación y mapas genéticos 37
Tema 7. Concepto de mutación
Mutaciones en 𝑫𝒓𝒐𝒔𝒐𝒑𝒉𝒊𝒍𝒂
Todas estas mutaciones se encuentran en la naturaleza, fruto del proceso natural de cambio constante del DNA.
Prueba de la fluctuación (Luria i Delbrück, 1943): La mutación es preadaptativa.
Placa Replicada (Lederberg y Lederberg, 1952)
En un cultivo de 𝐸. 𝑐𝑜𝑙𝑖 se cultivó también el fago T1. Entonces se cogieron alícuotas y se volvieron a sembrar. Si la resistencia viral en la bacteria estaba causada por una activación espontánea de la bacteria como respuesta al nuevo medio y no como consecuencia de su carga genética, en todas las placas debería desarrollarse el mismo número de colonias resistentes. Sin embargo esto no fue lo que se constató con el experimento ya que el número de colonias resistentes variaba drásticamente entre las diferentes placas. Luria y Delbrück propusieron que esos resultados podían ser explicados por la ocurrencia de una tasa constante de
mutaciones aleatorias en cada generación de bacterias que crecía en los tubos de ensayo iniciales.
Las dos posibilidades comprobadas en el experimento: (A) Si las mutaciones son inducidas por el medio, deberían aparecer aproximadamente el mismo número de mutantes en cada placa. (B) Si las mutaciones surgen espontáneamente durante las divisiones celulares previas a su colocación en la placa, el número de mutaciones en cada placa sufrirá fuertes variaciones.
Placa replicada (Lederberg y Lederberg, 1952): El experimento llevado a cabo por Luria y Delbrück (1943) sugiere que el fago T1 selecciona las bacterias que ya son previamente resistentes (mutación preadaptativa) y no induce su aparición.
Diez años más tarde, el matrimonio J. Lederberg y E.M. Lederberg (1952) presentaron una prueba más gráfica de que la mutación es preadaptativa.
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La variabilidad genética depende de las mutaciones. Los errores en la transmisión de los genes son las mutaciones. Es poco frecuente pero todos los genes tienen una tasa de mutación ( 10 −4^ 𝑎 10−8). Dependiendo de su naturaleza las mutaciones pueden ser de dos tipos:
Naturales-espontáneas. Artificiales-inducidas.
Según la estructura a la que afecten pueden ser:
Genéticas (detectables por análisis citológico). Cromosómicas (visibles al microscopio).
Según el tipo de células a las que afecten pueden ser:
Somáticas (la mayoría de los cánceres). Germinales (más importantes para la genética).
Según su efecto pueden ser (todos tienen una base molecular reconocible):
Morfológicas (ojos de Drosophila, albinismo,…) Fisiológicas (daltonismo,…) Bioquímicas (incapacidad para sintetizar aa, vitaminas,…)
Según su efecto pueden ser:
Letales. Hay dos tipos: siempre letales o condicionadas (letales ante unas condiciones ambientales específicas) Deletéreas. Tienen efectos sobre la supervivencia del individuo y/o fertilidad. Neutras. No afectan a la eficacia biológica. La selección natura no actúa sobre ellas. Ej.: las mutaciones que cambian un codón pero al aminoácido
Mutaciones génicas: sustituciones, inserciones, deleciones Las mutaciones génicas son cambios en un solo gen y pueden ser sustituciones de bases (cuando se altera un único par de nucleótidos) o inserciones o deleciones (cuando se agregan o escinden nucleótidos). Una sustitución de una base puede ser una transición (sustitución de bases del mismo tipo) o una transversión (sustitución de bases de diferentes tipos. Las inserciones y las deleciones suelen generar cambios en el marco de lectura de un gen.
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(Cromosoma X frágil)
Sustitución de bases
Las sustituciones de bases pueden ser de varios tipos
De cambio de sentido Sin sentido Silenciosa
Mutación supresora intragénica
Una mutación que produce un cambio, se ve cambiada por una segunda mutación que revierta al estado anterior de la primera mutación.
Mutación supresora intergénica
Una mutación supresora anula el efecto de una mutación previa en un sitio diferente. Una mutación supresora intergénica se produce dentro del mismo gen que el que contenía la mutación original, mientras que una mutación supresora intergénica se produce sobre un gen diferente.
Resumen conceptos
Tasas de mutación
La tasa de mutación es la frecuencia con la cual surge una mutación específica, mientras que la frecuencia de mutación es la incidencia de una mutación dentro de un grupo definido de organismos determinados. Las tasas de mutaciones, por lo general, son bajas y se ven afectadas por factores ambientales y génicos.
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Las tasas de mutación siempre van a ser muy bajas, porque las moléculas de DNA no están hechas para cambiar biológicamente hablando. Pero el caso es que se dan cambios en él, ocurren errores. Por ello aparecieron mecanismos de reparación del DNA.
Tautomería
Las tautomerías son una posible causa de mutación.
C y A, cambio amino-imino:
La forma imino (-c=N-H) de la C se aparea con la A, en lugar de G. La forma imino (-c=N-H) de la A tiene más afinidad por la C, en lugar de la T.
G y T, cambio cetónico-enólico: Las formas enólicas de la G y T también cambian sus propiedades de apareamiento. Estos cambios llevan a la sustitución, son cambios de transición. Apareamientos G-A y T-C.
Hay ciertas bases análogas a las del DNA que presentan una frecuencia de mutación mayor a la de su base análoga. Ej.: el 5- bromuro-uracilo (5BU) es equivalente a la T. Se utiliza para el marcaje, y produce una frecuencia de mutación por tautomería superior.
Mutagénesis espontánea:
apareamientos erróneos
Dímeros de Timina. Provocan distorsiones en la cadena al no aparearse con la A. Se produce una unión (=) por los carbonos 5 y 6. También se pueden formar dímeros con bases análogas a la timina como el 5BU (se unen por puentes de H).
La forma enólica (tautomérica) del 5BU se apareja con la G, pero es menos frecuente que la forma tautomérica de la T. Este cambio conformacional del 5BU produce mutaciones en las diferentes replicaciones del DNA. EL 5BU no es una sustancia mutagénica, pero indirectamente produce mutaciones.
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(Oxidación)
(Intercalación)
Mutación por luz ultravioleta La radiación ionizante, como los rayos X y los rayos gamma, dañan el DNA mediante el desplazamiento de electrones de los átomos; luego estos electrones rompe uniones
fosfodiéster y alteran las estructuras de las bases. La luz ultravioleta provoca mutaciones sobre todo mediante la producción de dímeros de pirimidina que interrumpen la replicación y la transcripción. El sistema SOS permite a las bacterias superar los bloqueos de la replicación, pero introduce errores en la síntesis de DNA.
Mecanismos de reparación
Reparación del DNA: reparación directa Reparación por fotoreactivación. Fue el primer mecanismo de reparación descubierto, Kelner 1949. La exposición a la luz visible tras la exposición a la luz U.V. corrige gran parte de las mutaciones. Esta luz activa la fotoliasa , una enzima que es capaz de romper los puentes de hidrógeno formados en los dímeros de timina,… El gen 𝑷𝒉𝒓−^ (gen de la fotoliasa) fue descubierto en bacterias, pero también está presente en eucariotas. Las mutaciones que afectan a este gen generan enfermedades como la “xeroderma pigmentosa”, en este caso el enzima no es funcional y las degeneraciones dérmicas no se corrigen.
Enzimas que cortan los grupos alquilos (mutados). Bases alquiladas como la 𝑂^6 − 𝑚𝑒𝑡𝑖𝑙𝑔𝑢𝑎𝑛𝑖𝑛𝑎 son corregidas a G (gen “ada”).
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Reparación por escisión de bases La DNA polimerasa detecta bases erróneas y rompe los enlaces incorrectos. En este caso utiliza su función exonucleasa.
Reparación por escisión: (f). Se corta el fragmento, la DNA polimerasa rellena el hueco. Finalmente la DNA ligasa une los cortes (los dímeros de timina pueden ser reparados por fotoreactivación o por escisión). Fue descubierta en bacterias que reparaban dímeros de timina en la oscuridad. En esta reparación intervienen genes como el 𝑼𝑽𝒓+.
Prueba de Ames
Se utiliza para identificar mutágenos químicos.
Esta prueba utiliza varias cepas de la bacteria Salmonella typhimurium alteradas genéticamente para presentar mutaciones en
los genes implicados en la síntesis de histidina. A causa de dichas mutaciones, estas bacterias requieren de un suministro externo de histidina para su crecimiento.
Las bacterias se extienden sobre una placa de agar con una pequeña cantidad de histidina y el compuesto químico cuyo efecto mutagénico se quiere comprobar. Esta pequeña cantidad de histidina en el medio de cultivo permite a las bacterias crecer por un tiempo inicial y tener la oportunidad de mutar. Cuando la histidina se agota, sólo las bacterias que hayan mutado para obtener la capacidad de producir su propia histidina van a sobrevivir y multiplicarse. En el experimento la placa se incuba durante 48 horas, y la mutagenicidad de la sustancia será proporcional al número de colonias observadas en la placa.
