Mutaciones

MUTACIONES. CONCEPTO. TIPOS

Término introducido por De Vries en 1901, que lo definió como “cambios bruscos que ocurren en los caracteres de una especie”. Llegó a esta definición estudiando la planta Oenothera lamarckiana, al observar que de vez en cuando aparecían plantas con características distintas a otras. Fueron Luria y Delbruck los que empezaron los primeros estudios sobre sus causas y su importancia de manera rigurosa.

La célula dispone de mecanismos que aseguran que el ADN no cambie. Los primeros son mecanismos de corrección de la replicación, así se mantiene la fidelidad con que se transmite de generación a generación. Otros mecanismos reparan los cambios espontáneos o lesiones que sufre el ADN. Pero cuando dichos mecanismos fallan aparece la mutación.

En sentido amplio, mutación es todo cambio en el material genético de las células detectable. Estos cambios pueden ser en la estructura cromosómica o en su número. En sentido estricto, es un cambio en la secuencia de nucleótidos (de bases) del material genético debidos a errores en la duplicación y en los sistemas de reparación del ADN. La mutación es heredable si afecta al material genético de las células madre de los gametos o a los propios gametos.

Las mutaciones generan nuevas variantes o formas de un mismo gen, es decir, nuevos alelos, por lo que se dice que es fuente de diversidad o variabilidad génica, sobre ellos actúa la selección natural. Los nuevos genes o alelos que aparecen se denominan mutantes (y el individuo portador también) y el gen más frecuente gen o alelo silvestre o normal.

Estos alelos proporcionan ventajas o no a los individuos que las portan, y son seleccionados o eliminados por la SN. Cuando se expresa el gen mutado, se traduce como una proteína. Esta proteína puede ser resultar perjudicial, beneficiosa o neutra.

La clasificación de las mutaciones se hace con distintos criterios:

1) Según la célula afectada

a) Mutación somática, si afectan a una célula no germinal. Sólo se transmite a las células que derivan de una célula somática, pero no a la descendencia (no son heredables). Las consecuencias de estas mutaciones dependen del tipo de célula y del tipo de mutación. Si se produce durante el desarrollo embrionario, el individuo resulta un mosaico, con células mutadas y otras no. Si la mutación es carcinógena transforma la célula en tumoral. La mutación debe activar a un protooncogen o inactivar a un gen supresor o un gen reparador de lesiones.

b) Mutación germinal, si se produce en las células sexuales o las células madre de los gametos, se transmite a la descendencia (heredables). Todas las células del nuevo individuo portarán la mutación y, por tanto, contribuyen al aumento de la variabilidad de la población. Sobre estos individuos (sobre estas mutaciones) actuará la SN, responsable de la evolución.

2) Por el tipo de alteración provocada (amplitud de la afección)

a) Mutación génica, puntiforme o molecular, si afecta la secuencia de bases de un gen. Debido a errores en la duplicación, mutágenos o son espontáneas. Origina nuevas formas variantes de un gen llamadas alelos. Son las mutaciones en sentido estricto y es el mínimo cambio que puede haber en el ADN. Afecta a una base y su pareja en la otra cadena.

b) Cromosómicas, si afecta a la estructura del cromosoma (deleción, inversión, traslocación)

c) Genómicas o numéricas, si cambia el número cromosomas (monosomías, trisomías, triploídias, poliploidias)

3) Por la viabilidad del mutante (efecto sobre el mutante)

a) Mutaciones neutras, si no perjudican ni benefician al individuo

b) Mutaciones perjudiciales, si les causa por ejemplo alguna enfermedad (mutaciones patológicas), o la muerte (letales o subletales)

c) Mutaciones beneficiosas, si les confiere alguna característica ventajosa que les permite ser más eficaz y sobrevivir en el entorno.

4) Por su origen:

a) Mutaciones espontáneas, si aparecen por sí solas

b) Mutaciones inducidas o provocadas por agentes mutágenos (físico o químico)

5) Por el tipo de cromosoma afectado

a) Mutación ligada al sexo, si se produce en los heterocromosomas, como la hemofilia

b) Mutación autonómica, como el albinismo

TIPOS DE MUTACIONES PUNTUALES, GÉNICAS O MOLECULARES

Son las mutaciones en sentido estricto. Puede ser espontánea, deberse a una error de la replicación o de los sistemas de reparación, o inducida. Se sabe que algunos lugares concretos en el genoma que son más susceptibles de sufrir mutaciones. Se llaman “puntos calientes”. Las mutaciones génicas son cambios en la secuencia de bases de un gen.

Hay dos tipos:

1. Sustituciones, origina nuevos alelos.

2. Adiciones (=inserción) o pérdida de bases (también llamadas mutaciones por corrimiento de la pauta de lectura).

Sustituciones de bases

Son el 20 % de las mutaciones génicas. Dos tipos:

• Transición, si se cambia una base púrica por otra púrica, o pirimidínica por otra pirimidínica. Origina apareamientos anómalos. Ej:

Secuencia normal: ATT CGA CTG TAC

TAA GCT GAC ATG

Secuencia mutada ATT CGG CTG TAC

A por G, T por C TAA GCC GAC ATG

• Transversión, si se cambia launa púrica por otra pirimidínica o viceversa. Si la adenina se une a la guanina, y la citosina con la timina o viceversa.

Secuencia normal ATT CGA CTG TAC

TAA GCT GAC ATG

Secuencia mutada ATT CGT CTG TAC

A por T, T por A TAA GCA GAC ATG

Otras dos son la inversión y la transposición:

• Inversión: Giro de 180 º de base(s)

Secuencia normal A TTC GAC TGT ACG

T AAG CTG ACA TGC

Secuencia mutada A CAG CTT TGT ACG

T GCT GAA ACA TGC

• Transposición o translocación: Cambio de posición, sin giro

Secuencia normal ATT CGA CTG TAC

TAA GCT GAC ATG

Secuencia mutada ATT CTG CGA TAC

TAA GAC GCT ATG

La mutación puntual puede tener distintas consecuencias. La sustitución afecta a un nucleótido y solo un triplete de bases. Si afecta un intrón o si la nueva base incorporada codifica el mismo aminoácido (al ser el código degenerado), no tendría ninguna consecuencia que altere la vida normal de la célula. En ambos casos la mutación se dice que es silenciosa.

Si el gen mutado es estructural o regulador, puede cambiar a un exón, al codón iniciador, o de terminación, a una región promotora o reguladora, y por tanto se altera la expresión de otros genes, y esto puede ser incluso letal. Al transcribirse la mutación, un codón estará modificado y se incorporará un aminoácido distinto al normal.

Si cambia un aminoácido por otro de naturaleza muy distinta (polar por apolar por ejemplo, o uno de cadena larga por otra de cadena corta), la proteína cambia su estructura y pierde parte o toda su función (anemia falciforme). Si el aminoácido afecta al centro activo de una enzima, se altera una reacción metabólica, (alcaptonuria) a veces letal. Si afecta a un codón de terminación, puede que la proteína sea más larga. Si el nuevo triplete se convierte en uno de terminación, la proteína es más corta, con el mismo efecto (perjudicial o letal). Hay ocasiones en que son compatibles con la vida , como en la -talasemia o albinismo.

• La pérdida o inserción de bases provoca un “corrimiento de cuadro” o de marco de lectura, ya que a partir del punto donde ha habido la mutación varían todos los tripletes, los codones ahora son distintos. La proteína es totalmente distinta. Los efectos más importantes que los cambios de bases.

En ciertas ocasiones una mutación puntual mejora el gen y por lo tanto la proteína también, es decir, ésta adopta una nueva estructura espacial que le permita mejorar su función. Los individuos que porten estas mutaciones tendrán ventajas adaptativas (características que les permiten adaptarse a las condiciones del entorno. Con el tiempo, la SN elegirá a estos individuos, y aumentará la presencia de este gen (o genes ) en la población.

ORIGEN DE LAS MUTACIONES. TIPOS DE MUTACIONES POR SU ORIGEN

Atendiendo a su origen, las mutaciones son espontáneas o inducidas.

Mutaciones espontáneas

Las mutaciones génicas espontáneas aparecen por sí solas, si intervenir ningún factor o agente. Se producen por errores en la duplicación (originan transiciones y transversiones). La tasa de mutación espontánea (frecuencia) es muy baja. Se mide como la probabilidad de que ocurra una mutación por individuo y generación. En bacterias la tasa de mutación es muy baja: entre 10-8 y 10-10 mutaciones por cada pb y generación; en los eucariontes es de 10-7 y 10-9 por cada pb, generación y cada gen. En el hombre se estima que hay una mutación en uno de cada 100.00 o 1.000.000 de gametos, aunque depende del tipo de gen.

• Cambios químicos espontáneos en el ADN como la depurinizaciones, desaminaciones. Estos cambios se deben a aumentos fuertes y bruscos de temperatura (pérdida de adeninas y desaminaciones (provocan

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