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BIOLOGÍA − 2º BACHILLERATO
Tema 9. Genética Molecular (II).
Regulación génica y mutaciones.
- Introducción................................................................................................................. Índice de contenidos
- Regulación de la expresión génica en procariotas: el operón.......................................
- 1.1. Operón inducible (inducción).....................................................................................
- 1.2. Operón represible......................................................................................................
- Regulación génica en eucariotas................................................................................
- Regulación hormonal.................................................................................................
- Alteraciones en la información genética: Mutaciones..................................................
- 4.1. Clasificación..............................................................................................................
- 4.1.1. Mutaciones génicas o puntuales...............................................................................................................
- 4.1.1.1. Causas.........................................................................................................................................
- Agentes mutagénicos: clasificación y efectos...............................................................................................
- 4.1.1.2. Tipos de mutaciones génicas.....................................................................................................
- 4.1.1.3. Mecanismos de reparación de las mutaciones génicas..............................................................
- 4.1.2. Mutaciones cromosómicas......................................................................................................................
- 4.1.2.1. Tipos de mutaciones cromosómicas...........................................................................................
- 4.1.3. Mutaciones genómicas o numéricas.......................................................................................................
- Mutaciones y cáncer................................................................................................
- Mutaciones y evolución...........................................................................................
- 6.1. Pruebas de la evolución...........................................................................................
- 6.1.1. Pruebas anatómicas...............................................................................................................................
- 6.1.2. Pruebas paleontológicas.........................................................................................................................
- 6.1.3. Pruebas embriológicas............................................................................................................................
- 6.1.4. Pruebas geográficas...............................................................................................................................
- 6.1.5. Pruebas moleculares...............................................................................................................................
- 6.2. Teorías evolutivas: darwinismo y neodarwinismo......................................................
- 6.2.1. Darwinismo.............................................................................................................................................
- 6.2.1.1. Causas de la variabilidad...........................................................................................................
- 6.2.2. Neodarwinismo o teoría sintética............................................................................................................
- 6.2.2.1. Especiación................................................................................................................................
- 6.2.2.2. Modelos de especiación.............................................................................................................
- 6.3. La genética de poblaciones......................................................................................
- 6.3.1. Fenómenos que pueden alterar la constitución genética de una población............................................
- 6.4. Mutación y evolución: conclusiones..........................................................................
Introducción
Las células disponen de mecanismos exactamente programados para regular la síntesis de sus distintas proteínas, con lo cual cada célula posee el número adecuado de copias de todas las proteínas necesarias para poder llevar a cabo fácilmente y con la máxima eficiencia sus actividades metabólicas.
Si no fuera así, la síntesis proteica se produciría de forma automática a partir del reconocimiento de la re- gión promotora por parte de la RNA polimerasa y las células estarían sintetizando continuamente todas las proteínas para las que tienen información, lo que supondría un enorme gasto de materiales y de ener- gía.
Así, en la misma célula o en diferentes células del organismo, en diversas circunstancias se expresan dife- rentes genes.
1. Regulación de la expresión génica en procariotas: el operón
Si bien las células procariotas pueden regular de varias formas la cantidad de proteínas que van a ser sin- tetizadas, el mecanismo mas importante de la regulación expresión génica se realiza principalmente a nivel de la transcripción, es decir, la regulación consiste en permitir o impedir la síntesis de mRNA en fun- ción de las necesidades de la célula.
En bacterias, los genes que codifican para la síntesis de enzimas que participan en una vía metabólica, se agrupan en el cromosoma en un complejo denominado operón. Todos los genes del operón actúan como unidades coordinadas mediante un mecanismo de control descrito por primera vez por Jacob y Monod a principios de los años 60 del siglo XX^1.
Un operón es una unidad de expresión génica, formada por un grupo de genes estructurales y los elementos que controlan su expresión: promotor y operador. La actividad del operón está regulada por uno o más genes reguladores , cuyos productos protei- cos interaccionan con los centros de control. Todos estos genes se localizan, en el cromosoma, unos cerca de otros con el fin de que la regu - lación de su expresión se realice de manera coordinada.
Un operón típico consta de:
➡ Dos clases de genes :
➀ Genes estructurales. Contienen la información para la síntesis de proteínas (estructurales, enzimá- ticas,…) participantes en un determinado proceso bioquímico o vía metabólica (por ejemplo, el conjunto de enzimas que intervienen en la síntesis o en la degradación de un compuesto). Tienen la particularidad de situarse próximos entre sí, de forma que son transcritos en una sola molé- cula de mRNA policistrónico. Cuando éste se traduce se obtienen las diferentes enzimas de la vía metabólica.
➁ Gen regulador. Localizado en una región distinta del cromosoma bacteriano, aguas arriba del ope- rador. Contiene la información para la síntesis de una proteína represora. Es el agente que controla materialmente la expresión de los genes estructurales.
➡ Dos centros de control situados en regiones próximas y constituidas por secuencias nucleotídicas ca- racterísticas:
➀ Promotor. Próximo a los genes estructurales, es la secuencia de nucleótidos del DNA en donde se une la RNA polimerasa para iniciar la transcripción.
1 En 1965 François Jacob y Jacquesz Monod obtuvieron el premio Nobel por el mecanismo que propusieron para explicar el control de la sintesis de los enzimas que permiten a E. Coli la utilización de la lactosa y que fue denominado “ operón Lac “.
➡ En presencia de lactosa, este disacárido se combina con el represor causándole un cambio confor-
macional, lo cual provoca su liberación del operador, desbloqueándolo y posibilitando la transcripción de los genes y la posterior traducción del mRNA, sintetizándose los enzimas que permiten a la célula la utilización de la lactosa.
Además de proteínas represoras ( regulación negativa ) en el control de la transcripción en procariotas in- tervienen también otros tipos de proteínas activadoras de la expresión génica ( regulación positiva ) que facilitan la unión de la RNA polimerasa al promotor.
Regulación del operón Lac por los niveles de glucosa: represión por catabolito
El operón Lac también se encuentra bajo control positivo, regulado por los niveles de glucosa en el me- dio.
Si en el medio hay glucosa y lactosa, las células utilizarán sólo glucosa como fuente de carbono y energía, ignorando cualquier otra fuente de carbono disponible, por tanto, no se sintetizarán los enzimas que de- gradan la lactosa.
La represión de los enzimas lac por parte de la glucosa se denomina represión por catabolito.
La molécula que indica los niveles de glucosa en el medio es el AMP cíclico (AMPc). Cuanto menor es la concentración de glucosa en el medio, mayor es la concentración de AMPc, el cual tiene influencia en el "encendido" del operón lac.
Entre el gen regulador y el operador se encuentra el promotor que posee dos zonas específicas: la conti- gua al operador es el lugar de unión de la RNA pol, la otra porción es el centro CAP en el que se une otra proteína reguladora denominada proteína receptora del AMPc o proteína activadora por catabolito (CAP).
El centro CAP controla al centro de la RNA pol:
➡ Cuando no hay glucosa disponible la concentración de AMPc es elevada. El AMPc actúa unién-
dose a la CAP formándose un complejo CAP~AMPc. Cuando la concentración de este complejo es alta (el medio contiene poca glucosa), el CAP~AMPc se fija a un sitio específico del promotor (el centro CAP) aumentando la afinidad de la región promotora para la RNA polimerasa lo que estimu- la la unión de ésta, que podrá realizar la transcripción de los genes lac ( regulación positiva ).
➡ Si por el contrario existe gran cantidad de glucosa en el medio , la concentración de AMPc es
muy baja, por lo que no se forma el complejo CAP~AMPc y la RNA pol no puede unirse al promotor, impidiéndose la transcripción de los genes lac ( regulación negativa ). Por ello, en las bacterias, al AMPc se le ha dado el nombre de “ señal de hambre ”.
En conclusión, para que se exprese el operón lac deben darse dos condiciones en el medio: que esté presente la lactosa y que la concentración intracelular de glucosa sea baja.
1.2. Operón represible
Un operón represible es aquel en el que la expresión de los genes que codifican enzimas necesarios para una sustancia se bloquea ante la presencia de dicha sustancia.
Este mecanismo sirve para evitar la síntesis de sustancias que ya están presentes en concentración sufi - ciente y es característico de las rutas metabólicas de síntesis, es decir, del anabolismo.
Ejemplo: operón Trp
Este operón consta de cinco genes estructurales que codifican el grupo de enzimas involucradas en la sín- tesis del aminoácido Triptófano.
Dichos genes se agrupan en una unidad de transcripción con un solo promotor y un operador.
El gen regulador se localiza fuera del operón y codifica para la síntesis de una proteína represora que se sintetiza en forma inactiva en la que no puede unirse al operador si antes no es activada por otra sustan - cia denominada correpresor (que en este caso es el Triptófano).
El complejo represor~correpresor se une al operador bloqueando la transcripción de los genes estructura- les.
Con este mecanismo de regulación la bacteria ahorra energía sintetizando triptófano solamente cuando esta sustancia, esencial en su crecimiento, está ausente en el medio ambiente.
Así:
➡ En ausencia de triptófano ( correpresor ) el represor es inactivo, por lo que no puede unirse al ope- rador para bloquear la transcripción. La RNA polimerasa se une al promotor y transcribe los genes estructurales en un mRNA policistrónico. La célula podrá así sintetizar triptófano.
➡ En presencia de triptófano en el medio circundante, éste se une al represor constituyendo el com- plejo represor~correpresor. Dicho complejo reconoce al operador al cual se fija, impidiendo a la RNA polimerasa transcribir los ge- nes estructurales para que no se sintetice más Triptófano.
Por lo tanto, las regiones de eucromatina y heterocromatina varían según el tipo celular, reflejando la síntesis de proteínas diferentes por distintos tipos celulares, así por ejemplo el gen que codifica para la hemoglobina estaría en estado heterocromático en la célula epitelial y, por tanto, no disponible para su expresión. ➂ Grado de metilación. La mayoría de los genes que no se expresan están metilados, mientras que en otra célula en donde esos genes se expresan se advierte una disminución de sus niveles de metila- ción.
➁ A nivel del procesamiento del mRNA. En algunos casos un mismo gen produce una proteína en un tejido y una proteína distinta en otro tejido.
El mecanismo por el cual puede obtenerse de un mismo gen dos proteínas relaciona- das se denomina empalme alternativo.
Este proceso consiste en unir covalente- mente diferentes combinaciones de exones del pre−mRNA obteniéndose dos mRNA maduros con distinta información y por lo tanto dos cadenas polipeptídicas que difie- ren en uno o más tramos de su secuencia aminoacídica.
➂ A nivel de la traducción. Modificando la tasa de traducción del mRNA.
➃ Después de la traducción (post−traduccionales).
La vida media de las proteínas puede ser considerada una forma indirecta de la expresión génica.
Los principales factores que determinan la vida media de una proteína son:
● Su correcto plegamiento. Desde el momento que una proteína emerge del ribosoma citosólico, di- versas proteínas (denominadas chaperonas ) se unen a la cadena en síntesis, ayudándola a adquirir la conformación nativa y evitando un plegamiento anómalo o incorrecto.
● La secuencia aminoacídica de su extremo aminoterminal. Existen secuencias aminoacídicas es- tabilizadoras, que asegurarían una vida media prolongada y otras desestabilizadoras, las cuales favorecerían la marcación de las proteínas en dicho extremo. Tal marcación las conduciría a su degra- dación.
Mecanismos de regulación génica en eucariotas
Control transcripcional
● Factores de transcripción. ● Grado de condensación de la cromatina. ● Grado de metilación.
Control procesamiento del mRNA Empalme alternativo.
Control transporte del mRNA Mecanismos que determinan si el mRNA maduro sale o no al citosol.
Control traduccional Mecanismos que determinan si el mRNA presente en el citosol es o no traducido.
Control de la degradación del mRNA Mecanismos que determinan la supervivencia del mRNA en el citosol.
Control de la actividad proteica Mecanismos que determinan la activación o desactivación de una proteína, así como también el tiempo de supervivencia de la misma.
3. Regulación hormonal
En eucariotas, la acción de las hormonas ejerce, también, un control sobre la transcripción:
⌘ Las hormonas esteroideas , por su naturaleza lipídica, atraviesan fácilmente las membranas de las células diana y se unen a proteínas receptoras localizadas en su citosol.
En el núcleo, el complejo hormona~receptor se une al DNA activando la transcripción de genes espe- cíficos cuyos productos proteicos producirán los efectos fisiológicos hormonales.
⌘ Las hormonas proteicas no pueden atravesar la bicapa lipídica y acceder al interior de las células blanco, por lo que se unen a " moléculas receptoras " que hay en la superficie de sus membranas plas- máticas, provocando la formación de un segundo mensajero, el AMPc, que inducirá cambios en la célula al activar a una serie de proteínas que, en algunos casos, pueden interaccionar con el DNA acti- vando la transcripción.
4. Alteraciones en la información genética: Mutaciones
Las mutaciones son cambios en la información del DNA.
Pueden producirse tanto en células somáticas como en células germinales, tanto espontáneamente como inducidas por agentes mutágenos.
Agentes mutágenos o mutagénicos: factores que aumentan sensiblemente la frecuencia de mutación en los seres vivos. Actúan alterando o dañando la composición y la estructura del DNA.
Hoy se conoce perfectamente el papel que desempeñan las mutaciones en numerosos procesos biológi- cos, desde la evolución de las especies hasta el desarrollo del cáncer.
Además, los individuos mutantes constituyen una valiosa fuente de información en multitud de trabajos de investigación sobre el material genético.
Criterio Tipo de mutación
Células afectadas
● Somáticas (no se transmiten a la descendencia). ● Germinales (se transmiten a la descendencia).
Causa
● Naturales o espontáneas. ● Inducidas por agentes mutágenos.
Efectos
● Neutras. ● Beneficiosas. ● Perjudiciales. ● Letales (producen la muerte, como mínimo, del 90 % de los individuos que las poseen). ● Subletales (mueren menos del 10 % de los individuos que las poseen). ● Patológicas (producen alguna enfermedad).
Tipo de expresión genética
● Dominantes (respecto al alelo normal no mutado). ● Recesivas (respecto al alelo normal no mutado).
Alteración provocada
● Génicas (afectan a la secuencia nucleotídica de un gen). ● Cromosómicas (se altera la estructura de los cromosomas). ● Genómicas (cambia el número de cromosomas).
4.1.1. Mutaciones génicas o puntuales
Son las mutaciones en sentido estricto. Consisten en cambios químicos del DNA, por lo que no es posible observarlas al microscopio. Las alteraciones producidas afectan tanto a los genes estructurales como a los genes reguladores.
Mutación génica: cambio de uno o varios nucleótidos en la secuencia de un gen.
Las repercusiones biológicas de las mutaciones se derivan de la alteración que se produce en la secuencia nucleotídica del DNA que se traduce, a su vez, en un cambio de los aminoácidos que constituyen la pro - teína correspondiente.
De esta forma, la proteína codificada por el DNA mutado puede cambiar su función biológica o actuar in- correctamente.
Si el segmento de DNA alterado corresponde a una zona reguladora, se puede modificar la expresión de los genes.
4.1.1.1. Causas
Las causas de las mutaciones génicas son, fundamentalmente, errores durante la replicación y acción de mutágenos.
➡ Errores no corregidos producidos durante la replicación del DNA.
Errores como:
❖ Cambios en la configuración molecular ( tautomería^2 ) de las bases nitrogenadas , que pro- voca un emparejamiento anormal de las mismas (A con C, C con T). Si durante la replicación aparece una base tautomerizada (por ejemplo, A) esta se apareará en la nueva cadena con una base no complementaria (A con C). Cuando la molécula se vuelva a replicar se producirá una sustitución de la pareja A−T por C−G o viceversa, cambiando la secuencia.
2 Tautomería : isomería intramolecular entre las funciones lactama ⇄ lactima.
❖ Inestabilidad de la Citosina en medio acuoso , lo que da lugar a la pérdida por hidrólisis de su grupo amino ( desaminación ), dando lugar a residuos de Uracilo. Cuando se replica una hebra de DNA que contiene uracilo tiende a aparearse con la adenina. Cuando se replica de nuevo, en una molécula hija habrá un par de bases A−T en lugar del par G−C que habría especificado el DNA progenitor original no lesionado.
➡ Acción de determinados agentes procedentes del exterior o del propio metabolismo ( agentes mutá-
genos ) que alteran el DNA (estos mutágenos substituyen, modifican o lesionan bases nitrogenadas.).
Agentes mutagénicos: clasificación y efectos
Los agentes mutagénicos se pueden clasificar en tres tipos: físicos, químicos y biológicos :
⌘ Agentes mutagénicos físicos
Son las radiaciones. Pueden ser ionizantes o no ionizantes.
❖ Radiaciones ionizantes Son radiaciones de corta longitud de onda y, por tanto, muy energéticas que provocan la ionización de las sustancias que atraviesan. Como por ejemplo, los rayos X, rayos γ, partículas α y β y los neutrones emitidos en procesos ra- diactivos. Sus efectos pueden ser de 3 tipos: fisiológicos , citogenéticos y genéticos.
● Fisiológicos. Pueden producir cambios enzimáticos que se traducen en modificaciones meta-
bólicas. ● Citogenéticos. Comportan alteraciones en la estructura de los cromosomas como delecciones y translocaciones. ● Genéticos. Son producidos por ionización directa del DNA o a través de otros iones que, a su vez, provocan ionizaciones y la aparición de radicales libres muy reactivos los cuales originan cambios químicos en el DNA que se traducen en mutaciones génicas como rotura de los enla - ces fosfodiéster, rotura y pérdida de bases nitrogenadas o la aparición de formas tautoméricas.
❖ Radiaciones no ionizantes Son, fundamentalmente, las radiaciones ultravioleta (UV). A diferencia de las anteriores, no produ- cen ionizaciones, su principal acción consiste en provocar el paso de electrones a niveles energéticos mayores lo cual puede dar lugar a formas tautoméricas y a dímeros de timina^3.
La radiación UV del Sol induce la formación de un enlace covalente entre dos bases pirimidínicas sucesivas (por ejem - plo, Timina) en la cadena formándose dímeros de Timina que provocan la ruptura de los puentes de Hidrógeno con sus bases complementarias e impidiendo la replicación a partir de ese punto.
3 Dímero de timina: dos timinas adyacentes de una misma hebra de DNA unidas covalentemente por un anillo ciclobutano.
4.1.1.2. Tipos de mutaciones génicas
Se distinguen varios tipos de mutaciones génicas debidas a sustituciones, pérdidas o inserciones de bases y transposiciones.
➀ Mutaciones por sustitución de una base por otra distinta.
Son posibles porque algunos de los átomos de hidrógeno de las cuatro bases pueden cambiar sus posicio - nes para originar formas tautoméricas.
Los tautómeros permiten apareamientos atípicos de bases en la doble hélice y provocan, durante la repli- cación la formación de secuencias nucleotídicas erróneas.
Se dividen en dos tipos:
① Transiciones. Se producen cuando una base púrica es reemplazada por otra base púrica o cuando
una base pirimídica es reemplaza por otra base pirimídica.
② Transversiones. Se producen cuando una base púrica es reemplazada por una base pirimídica o
viceversa.
Los cambios de bases nitrogenadas pueden ser produci- dos también por agentes mutagénicos que originan su desaminación, la rotura del enlace entre una base púrica y la desoxirribosa ( despurinización ) o la formación de dí- meros de Timina.
➁ Mutaciones por pérdida e inserción de bases.
Más graves que las anteriores ya que, a partir del punto de deleción o de adición, todos los tripletes estarían cam- biados, y por tanto, el mensaje codificado sería totalmente distinto (error en la pauta de lectura).
Se producen, durante la replicación, por un empareja- miento anómalo entre la hebra molde y la que se está sintetizando o cuando ciertos compuestos, como los colo- rantes de acridina , se intercalan en las cadenas polinucleotídicas.
Los benzopirenos , presentes en los alquitranes y en el humo del tabaco, se transforman en una forma altamente reactiva (forma epóxido), que se intercala entre los pares de bases del DNA y establece puentes, mediante enlaces covalentes. Ello provoca la adición o delección de nucleótidos durante la replicación.
➂ Mutaciones por cambios de lugar de algunos segmentos del DNA ( transposiciones ). El despla- zamiento de secuencias de la cadena nucleotídica provoca la aparición de nuevos tripletes, lo que modificará el mensaje genético.
4.1.1.3. Mecanismos de reparación de las mutaciones génicas
Las células cuentan con diversos mecanismos que permiten prevenir y reparar los daños que se producen en el material hereditario, tanto de forma espontánea como los inducidos.
Casi todos los mecanismos de reparación dependen de la existencia de dos copias de la información ge- nética: una en cada cadena del DNA. Por tanto, si la secuencia de una de las cadenas cambia accidentalmente, la información no se pierde irreversiblemente ya que todavía queda una segunda copia en la otra cadena.
Así, a pesar de los miles de cambios que se producen cada día en el DNA, en una célula promedio sólo se acumulan unas pocas mutaciones estables cada año, el resto son eliminados mediante el proceso de re- paración del DNA que implica, normalmente, la intervención de diversos grupos de enzimas como, por ejemplo, las enzimas encargadas de corregir los errores que tienen lugar durante la replicación, ya sea
durante la incorporación de los nucleótidos o tras la finalización de la síntesis de la nueva hebra.
Algunos sistemas de reparación del DNA son:
➀ Corrección de pruebas de la DNA polimerasa durante la replicación. Durante la replicación el error puede ser corregido por la propia DNA polimerasa (que además de su actividad polimerasa tiene ac- tividad exonucleasa).
➁ Reparación por escisión. El proceso consta de las siguientes etapas:
① Detección del error por una endonucleasa.
② Eliminación de la zona alterada por la acción de endonucleasas que cortan la hebra a am-
bos lados del error.
③ Eliminación , por la acción de una exonucleasa, del segmento delimitado.
④ Reposición de la secuencia de DNA por acción de la DNA polimerasa, que sintetiza
el fragmento correctamente.
⑤ Soldadura , por una DNA ligasa del fragmento recién sintetizado al resto de
la cadena. El proceso de soldadura consiste en la formación del enlace fosfodiés- ter.
➂ Reparación directa (fotoenzimática). Es aquella en la que se revierte la lesión, por la acción de enzimas fotorreactivas.
Ejemplo la reparación de dímeros de timina, producidos por la luz ultravioleta, mediante la enzima fotoliasa que rompe los enlaces creados entre dos Timinas consecutivas originados por algunos mutágenos.
El proceso implica:
① La fotoliasa reconoce la lesión y se une a ella. ② La luz visible de 300 − 500 nm (azul) activa dicha enzima. ③ La enzima activada cataliza la rotura del anillo ciclobutano y a continua- ción se libera.
➃ Sistema SOS. Cuando se acumula un gran número de mutaciones que da- ñan severamente el DNA, o que interfieren seriamente con la replicación, puede ocurrir que los sistemas de reparación anteriores no sean suficientes para reparar todos los daños; en estas circunstancias se pone en marcha un nuevo mecanismo de emergencia que tiende a salvaguardar la viabilidad de la célula, a costa de acumular mutaciones con frecuencia elevada.
Las enzimas correctoras SOS incorporan al azar un nucleótido en el punto en que la replicación se detiene debido a una lesión. El resultado es que la célula se divide pero incorporando gran número de mutaciones.
Ejemplos de algunas mutaciones cromosómicas en humanos
Alteración Síndrome Cuadro clínico
Deleción en el brazo corto del cromosoma 5 “Cri du chat”
● Llanto característico (semejante al maullido de un gato). ● Cráneo pequeño. ● Oligrofrenia. ● Retraso psicomotriz.
Deleción en el brazo corto del cromosoma 4 (^) Wolff − Hirschhorn ● Defectos craneales, faciales y cardíacos.
Deleción en el brazo largo del cromosoma 18 “Boca de carpa”
● Anomalías esqueléticas y oculares. ● Retraso mental. ● Cráneo pequeño. ● Diversas malformaciones.
4.1.3. Mutaciones genómicas o numéricas
Este tipo de mutaciones consiste en la alteración del número de cromosomas característico de la especie bien sea por exceso o por defecto, por lo que se detectan fácilmente al estudiar el cariotipo^6 de un indivi- duo.
Suelen ser debidas a la no disyunción cromosómica durante la meiosis, lo que da lugar a gametos con exceso o defecto de cromosomas. La fecundación de estos gametos con gametos normales o con game- tos que han sufrido alteraciones provocan alteraciones en el número de cromosomas o de juegos cromosómicos.
Estas mutaciones producen siempre alteraciones graves, ya que cada cromosoma porta un elevado nú- mero de genes.
Se distinguen dos tipos : euploidías y aneuploidías.
➀ Euplodías. Se trata de una alteración en el número de juegos cromosómicos.^7
Las euploidías se subdividen en:
① Monoploidías. Únicamente existe un juego completo, es decir n cromosomas (en vez de 2n ).
② Poliploidías. Existe más de 2 juegos completos. Pueden ser triploidías ( 3n ), tetraploidías ( 4n ), he- xaploidías ( 6n ), etc... Los organismos poliploides pueden ser: ● Autopoliploides , cuando todas las dotaciones cromosómicas pertenecen a la misma especie. ● Alopoliploides , cuando se han producido por hibridación con otras especies.
Estas mutaciones ocasionan un aumento del tamaño celular que puede ir acompañado de un aumento del tamaño corporal, lo cual sucede con más frecuencia en vegetales que en animales. Por esta razón, mu- chas plantas de cultivo son poliploides ya que tienen flores, frutos o semillas mayores que las diploides normales. Así por ejemplo los plátanos que se consumen habitualmente son triploides, las patatas tetra- ploides, y el trigo hexaploide.
6 Cariotipo: patrón cromosómico de una especie que describe las características (número, morfología y tamaño) de sus cromo- somas. Es característico de cada especie. En Medicina, el término cariotipo se utiliza muchas veces como sinónimo de cariograma: esquema, foto o dibujo de los cromo- somas metafásicos ordenados de acuerdo a su morfología y tamaño.
7 Juego cromosómico: conjunto formado por un cromosoma de cada tipo, por lo que los individuos diploides normales tienen, en sus células somáticas, una pareja de cada uno.
En los animales, en cambio, al no existir un aumento significativo en el tamaño de los órganos, pese a que el tamaño celular es mayor, el número de células es más bajo y la funcionalidad se altera. Por ello, los animales poliploides son poco viables.
➁ Aneuploidías. No existe alteración del número de juegos cromosómicos. Sólo falta o sobra algún cro- mosoma.
Las aneuploidías pueden ser:
① Nulisomías: ( 2n − 2 ) cromosomas. Falta una pareja cromosómica, por lo que esta alteración tiene efectos letales. ② Monosomías: ( 2n − 1 ) cromosomas. Falta un cromosoma de una determinada pareja. ③ Trisomías: ( 2n + 1 ) cromosomas. Un cromosoma se encuentra triplicado. Es frecuente en vegeta- les, donde provoca cambios morfológicos. ④ Tetrasomía: ( 2n + 2 ) cromosomas. Existen 4 ejemplares de un cromosoma determinado.
Las aneuploidías se producen por la fusión de un gameto normal ( n cromosomas) con otro que posee ( n+1 ), ( n− 1 ), etc... cromosomas.
Las más tolerables son las que afectan a cromosomas pequeños o a los cromosomas sexuales.
5. Mutaciones y cáncer
El cancer es causado por un proceso de división celular sin control que provoca una multiplicación rápida y desorganizada de las células que conduce a la destrucción del tejido afectado e, incluso, a la invasión de otros órganos ( metástasis ).
Distinguimos los siguientes conceptos :
❖ Tumor o neoplasia es una proliferación incontrolada de las células de un tejido. Se habla de:
❖ Tumor benigno si las células no se multiplican indefinidamente y permanecen localizadas en un órgano determinado.
❖ Tumor maligno o cáncer si se multiplican continuamente e invaden otros órganos.
❖ Metástasis cuando las células cancerosas es- capan de un órgano dañado y emigran vía sangre hasta otros órganos sanos donde pue- den inducir la formación de otros tumores.
El ritmo de reproducción, multiplicación o proliferación normal de una célula depende del equili- brio que se da en la actuación de una serie de genes que controlan la división o proliferación celular.
Las alteraciones en dicho equilibrio son provocadas por substancias tóxicas, radioactividad, virus, ... que actúan como carcinógenos o agentes cancerígenos.
Las células cancerosas crecen más rápido que las células normales y precisan menos factores de creci - miento y nutrientes para desarrollarse.
En estas células se producen cambios de apariencia en la forma y en el núcleo celular lo que permite su detección.
Entre las características de las células cancerosas que las diferencia de las células normales , podemos citar:
● Son células que tienen una proliferación rápida e incontrolada. Así se origina el tumor.
● Pueden migrar a otros órganos y tejidos. Es lo que se denomina metástasis.
● Muestran cambios en la estructura del citoesqueleto, lo que puede alterar la adhesión celular y su ca- pacidad de movimiento.
● Se reduce la adhesión con otras células y con la matriz extracelular.
● Frecuentemente secretan enzimas que les permiten invadir los tejidos vecinos.
● Tienen unas proteínas de membrana diferentes, algunas con función receptora de hormonas que in- ducen la división celular.
Aunque en el desencadenamiento de un proceso cancerígeno influyen múltiples factores (determinados mutágenos y sustancias cancerígenas), hoy día queda fuera de toda duda la relación existente entre de- terminados cambios del material genético ( mutaciones ) y la aparición de células cancerosas. Básicamente se producen defectos en determinados genes que participan en el control del ciclo celular, que se descontrola y se vuelve caótico.
Todos los cánceres se originan como consecuencia de mutaciones en los genes que participan en el control de la división celular : protooncogenes (genes de proliferación) y genes supresores de tumores (genes de antiproliferación).
⌘ Protooncogenes: codifican proteínas implicadas en determinadas etapas de la división celular (fac- tores de transcripción, factores extracelulares estimulantes o receptores de membrana para éstos). Función: activar los procesos dirigidos hacia el crecimiento y la proliferación.
⌘ Genes supresores de tumores: codifican proteínas inhibidoras de la división celular.
En general, el cáncer es debido a la acumulación de varias mutaciones en dichos genes, de modo que una sola mutación, normalmente, no causa cáncer.
Las células tumorales y el cáncer pueden aparecer cuando:
➀ Un protooncogén sufre una alteración por agentes mutagénicos que lo convierte en hiperactivo, transformándose en un oncogén^8. Los oncogenes provocan un aumento de las señales que estimulan la división celular, sin que estén presentes los estímulos normales para ello. De esta forma se promueve la proliferación continua de estas cé- lulas.
➁ Un agente mutagénico provoca una alteración en los genes supresores de tumores que lo inacti- va; lo cual estimula un aumento del ritmo de reproducción de las células al quedar liberadas de las restricciones a su multiplicación.
8 Un oncogén es un gen anormal o activado que procede de la mutación de un alelo de un gen normal llamado protooncogén. Los oncogenes son los responsables de la transformación de una célula normal en una maligna que desarrollará un determinado tipo de cáncer. En el hombre se han identificado y secuenciado más de 60 oncogenes en los diferentes cromosomas del genoma, formando un conjunto muy heterogéneo de genes.
