Mutaciones

Concepto: modificaciones o cambios que sufre la estructura del ADN, da como  resultado la aparición de un gen o de una dotación cromosómica diferentes de los originales.

Existen distintos tipos de mutaciones: según la causa (espontáneos o inducidas), según  el tejido afectado (somático o germinal) o el material afectado (génico o cromosómico)

Algunas mutaciones se producen de forma espontánea.

Puede ser consecuencia de diferentes causas:

• Errores en la duplicación del ADN, debidos a emparejamientos erróneos que se producen de forma aleatoria.
• Lesiones espontaneas, que se producen de forma natural.
• Secuencias transponibles o transposones. Son fracciones de ADN constituidas por elementos repetidos  a lo largo del genoma eucariota, que pueden moverse de una posición a otra.

Otras mutaciones inducidas.

Agentes múgatenos los cuales pueden tener una naturaleza física, química, biológica. Actúan mediante tres mecanismos diferentes:

• Sustitución de las bases. En la mayor parte de los casos dan lugar a emparejamientos erróneos, que a su vez provocan mutaciones.
• Modificación de las bases, que produce alteraciones que también dan lugar a errores de emparejamiento.
• Daño de las bases, de modo que se impide que estas se pueden emparejar con cualquier otra.

Agente múgatenos:

• Físicos  : rayos x , rayos uv
• Químicos: Algunos fármacos, gas mostaza, aditivos alimentarios, drogas, pesticidas.
• Biológicos: Virus, transposones.

Las mutaciones pueden aparecer en cualquier célula

• Mutaciones somáticas. La mutación afecta a cualquier célula somática. Si la célula esta en un tejido en desarrollo, dará lugar a un clon de células portadoras de la mutación. Su conjunto forma el sector mutante, cuyo tamaño dependerá de la fase (temprana o tardía) en que se haya producido. No se transmiten a la descendencia.
• Mutaciones germinales. Son aquellas que afectan al tejido de las células reproductoras. Los gametos formados en el sector mutante transmiten la mutación a la descendencia.

Las mutaciones génicas afectan únicamente a un gen .

Se producen cuando un gen cambia de forma alélica a otra . La alteración a uno o varios pares de nucleótidos pertenecientes a un solo gen, que se encuentra en un locus cromosómico, por lo que se las suele denominar mutaciones puntuales.

Existen dos tipos de mutaciones génicas o puntuales: por cambios en el ADN y por cambios de proteína.

Mutaciones por cambios en el ADN: sustitución de bases

Transiciones

Consisten en la sustitución de una base por otra de la misma naturaleza química.

• Purica – purica
• Pirimidica – pirimidica

Transversiones

Es la sustitución de una base por otra de diferente naturaleza química.

• Purica- pirimidica
• Pirimidica- purica

Mutaciones por cambios en la proteína

La secuencia de bases que posee el ADN determina la secuencia de bases del ARN mensajero .

El aRNm se traduce en proteína , cuyos aminoácidos se ordenan en función de grupos de tres bases ( tripletes) que constituyen los codones codificadores de los distintos aminoácidos .

Si se produce un cambio en una base de ADN , es decir , una mutación, este trasciende al ARNm y de este a la proteína , que puede ver alterada su secuencia de aminoácidos .Según el mecanismo , la mutación puede ser :

• Silenciosa . La base que se cambia da lugar a un triplete , sinónimo del anterior , codifica el mismo aa y no se altera la proteína . Esto es debido a  que  el código genético es degenerado .
• No silenciosa .Se produce cuando cambia una base transformando el triplete en otro no sinónimo , que codifica un aa distinto . Se altera la proteína
• Una mutación no silenciosa también puede producirse si se añade o se elimina una base , de forma que se alteran todos los tripletes situados a continuación . Provoca que se codifiquen aa distintos y se altere la proteína , al ser distinta su secuencia de aa:

GAU GAU GAU GAU

¯

 GAU  XGA UGA UGA U

El genoma puede sufrir alteraciones cromosómicas

Los cambios sufridos por los cromosomas pueden afectar a su estructura o a su número.

Cambios en la estructura de los cromosomas

Son alteraciones en las que los cromosomas sufren reorganizaciones estructurales . Son consecuencia de la rotura de la doble hélice  de ADN en dos lugares distintos , seguida de su uníón con extremos diferentes .

Las más frecuentes son :

• Deficiencias . Pedida (deleción ) de un segmento cromosómico .

Afectan a varios genes y en homocigosis resultan siempre letales . Si la deficiencia se encuentra en heterocigosis , pueden resultar letales .

• Duplicación

  
  Consiste en la repetición de un segmento de un brazo cromosómico .
• Inversiones : son producidas por la rotura de un segmento de cromosoma , que gira 180 grados y vuelve a insertarse en el mismo lugar .

En homocigotos suelen causar pocos problemas al organismo , a menos que den lugar a un efecto de posición relacionado con la heterocromatina o que uno de los puntos de ruptura se encuentre en medio de un gen.

Los heterocigotos , que tienen dificultades de emparejamiento en la meiosis , no realizan la inversión por completo ( un giro de 180) , sino que forman un bucle de inversión.

• Trasladaciones . Tienen lugar cuando un fragmento de cromosoma se separa y se une a otro . Pueden afectar solo a una  porción cromosómica o a un cromosoma completo.

Cambios en el numero de cromosomas

                 Pueden producirse modificaciones en el numero de cromosomas como consecuencia de fallos ocurridos durante la meiosis . Estas alteraciones numéricas pueden afectar a todos los cromosomas o a una parte de la dotación cromosómica .

Meiosis:

Proceso mediante el cual una célula diploide da lugar a cuatro células hijas haploides . Es utilizado por aquellas  células que se van transformando en gametos .

• Euploidias .A partir de individuos euploides se producen variaciones numéricas , aberrantes. Los organismos que poseen una dotación múltiplo de la dotación cromosómica normal se llaman euploides .
• Aneuploidias .La mayoría de los casos se debe a la no separación durante la meiosis . Pueden producirse en los pares de cromosomas autosómicos ( 2n + 1 trisomico , 2n- 1 monosomico y 2n -2 nulisomico)

2. La evolución y sus mecanismos

 La evolución biológica el proceso de transformación de unas especies en otras , a través de una serie de cambios que tiene  lugar a lo largo de grandes periodos de tiempo .

La teoría de la evolución  defiende que las especies actuales son el resultado de los cambios que han sufrido los seres vivos , a partir de antepasados comunes . Dos carácterísticas básicas en los seres vivos :

• La uniformidad en la composición química y a organización biológica
• La diversidad , que se puede apreciar al comparar las estructuras de los seres vivos .

La teoría sintética o neodarwinismo acepta los principios de variación , herencia y selección.

 El neodarwinismo , se debe a Dobzhansky , que propuso la teoría sintética de la evolución , en la que se consideran las carácterísticas genéticas de los individuos , aceptando los principios de variación , herencia y selección .

• En las poblaciones existe una variabilidad genética , fruto de las mutaciones , la recombinación y la segregación genética en la  reproducción sexual.
• Los individuos tienen , pues , que competir por estos ( comida , espacio …) , establecíéndose entre ellos una lucha por la supervivencia
• Los individuos peor dotados son eliminados por selección natural.
• Las poblaciones aisladas reproductivamente de otras de su misma especie se diferencian dando lugar a nuevas especies . Especiación

Factores que favorecen la evolución

• Mutación
• Recombinación
• Selección . Se eliminan los individuos

La selección actúa eliminando los genes cuyo valor adaptativo es mínimo y favorece el aumento de aquellos que se adaptan mejor al medio , ya que en caso de cambiar las condiciones del medio no hay genotipos que se adapten a el

Las poblaciones presentan mecanismos que permiten la variabilidad genotípica  y , por tanto , los individuos tienen muchas formas .

• Migración . La introducción de individuos procedentes de otras poblaciones ( inmigración) y la salida de individuos propios ( emigración ) conlleva la pérdida o ganancia de genes.

4 Ingeniería genética

Ingeniería genética el conjunto de técnicas que permiten el análisis y la manipulación del ADN , también conocidas como tecnología de ADN recombinante

Las enzimas de restricción cortan la molécula de ADN

Los enzimas de restricción cortan el ADN de doble cadena por unos lugares concretos ; reconocen secuencias especificas de ADN .

Extremos pueden volver a aparearse o hacerlo con secuencias complementarias de una molécula de ADN diferente , llamados extremos pegajosos .

Los fragmentos de ADN diferentes se unen mediante la ligasa de ADN

 Una vez obtenido un fragmento de ADN mediante enzimas de restricción , es posible unirlo por sus extremos pegajosos a otra molécula de ADN , ligasa de ADN , que crea enlaces fosfodiester en los extremos de uníón.

Pueden obtenerse secuencias de ADN utilizando la retotranscriptasa

La retrotranscriptasa , o transcriptasa inversa , es un enzima presente en los  retrovirus , que es utilizado en ingeniera genética para obtener ADN a partir de muestras de ARN.

La retrotranscriptasa construye una molécula de ADN de doble cadena a partir de un ARN monocatenario .

• En primer lugar, hace una copia en ADN complementaria  a la cadena de ARN.
• ARN y ADN se separan y a partir de la retrotranscriptasa se crea una cadena complementaria , originándose una molécula de ADN de doble cadena.

Si el ARN de partida es el resultado de la manifestación de un gen , mediante esta técnica se podría obtener ese gen o , al menos , la porción codificadora ( los exones ) del gen responsable de su formación.

Mediante la clonación se obtienen múltiples copias de un gen .

 Se denomina clonación de un ácido nucleico al proceso mediante el cual se sintetizan múltiples copias de un fragmento de ese ácido nucleico .Las técnicas de clonación utilizan la maquinaria de duplicación existente en las células , concretamente en las bacterias ; el fragmento de ADN que se desea duplicar se sitúa sobre elementos auxiliares , a los que llamamos vectores ( transportadores ) . La clonación de ADN que utiliza plásmidos como vectores se realiza del siguiente modo:

• El gen se inserta en el plásmido mediante la actuación de enzimas de restricción y la utilización de ligasa de ADN
• El plásmido que lleva el fragmento de ADN se introduce en una bacteria , la cual se coloca en un medio de cultivo , en el que se divide .
• El plásmido vector también se duplica y , con él , el ADN insertado; finalmente se obtiene una colonia bacteriana en la que habrá millones de copias, que constituyen el clon de ADN.

En el laboratorio se pueden sintetizar secuencias cortas de ADN de cadena sencilla .

Las moléculas de ADN de cadena sencilla también se denominan oligonucleótidos , son alrededor de 50 , estos resultan de gran utilidad en ingeniera genética .

Después de aislar un gen es necesario conocer su secuencia

Las técnicas de determinación de la secuencia del ADN (secuenciación ) dependen de las técnicas de clonación , ya que estas proporcionan cantidades abundantes de genes concretos.

Los fragmentos específicos de ADN se localizan por hibridación

La hibridación permite encontrar un fragmento especifico de ADN entre millones de pares de bases . Se fundamenta en la propiedad que posee el ADN de separar sus cadenas , al romperse los puentes de hidrógeno entre las bases ( desnaturalización) por acción del calor , y a que estas mismas bases se unan de nuevo al enfriar ( renaturalizacion).

5.El Genoma Humano

En 2003 , se logro completar la secuencia del genoma humano , el ser humano no posee solamente 35000 genes .

• el genoma de cada persona es similar en un 99,8% al de los restantes miembros de su especie y difiere del chimpancé en poco más de un 1%.
• Existen 1100 genes cuyas variaciones naturales o mutaciones son las responsables de 1500 enfermedades , entre diabetes , el asma , el cáncer , las enfermedades cardíacas , además de muchas otras .
• El genoma nuclear está constituido por más de 3000 millones de pares de bases , que contienen unos 35000 genes.
• Cada cromosoma nuclear está constituido por una sola molécula de ADN , que contiene entre 50 y 250 millones de pares de nucleótidos.

• El genoma mitocondrial , es importante para el proceso de herencia puesto que las mitocondrias del espermatozoide no penetran en el óvulo en el momento de la fecundación . Todas las mitocondrias de las células proceden del óvulo femenino.
• El genoma mitocondrial  contiene 37 pares.

Biotecnología

Se define como biotecnología a la utilización de la tecnología de ADN recombinante con fines comerciales.

A finales de Siglo XIX , se impulso el avance biotecnológico  , con  innumerables  aplicaciones , en los campos de la salud y de la alimentación : fabricación de antibióticos , técnicas de esterilización , producción de vacunas , síntesis artificial de moléculas . Hasta los 60 , en la que comienza el desarrollo de técnicas que acabaran constituyendo las herramientas de la ingeniería genética o tecnología ADN recombinante.

Algunas de las principales aplicaciones de la moderna tecnología trataremos en este apartado.

Un  organsmo transgénico es aquel en el que se ha introducido un gen foráneo ( extraño).

Bacterias transgenicas

Es posible identificar y separar determinados genes de células eucariotas e introducirlos en células bacterianas . Los cultivos de estas bacterias pueden ser utilizados como autenticas fabricas de síntesis de proteínas eucariotas de gran valor . La insulina , la hormona de crecimiento humana y una gran cantidad de fármacos se producen a gran escala utilizando  bacterias y hongos modificados geneticamente .

Eucariotas transgenicos

se han desarrollado técnicas que permiten la introducción de transgenes  en células eucariotas.

• Transgen . Gen que es separado del genoma de un organismo y transferido a otro diferente .

Se ha utilizado la tecnología del ADN recombinante para conferir soja resistencia a herbicidas,  y se han producido  plantas transgenicas de maíz , algodón y patata resistentes a  determinadas plagas de insectos.

Se intenta  producir plantas beneficiosas para la salud , que generen fármacos o vacunas , con la ventaja que esto supone para los países pobres.

Pueden producirse animales transgenicos mediante la inyección de ADN en un huevo fertilizado , formándose un huevo transgénico.

El ADN se  incorpora a los gametos y se transmitirá a la descendencia como cualquier gen nuclear.

Las especies de animales se manipulan no solo para mejorar sus propias  condiciones , sino también para ser utilizado en la producción de determinadas proteínas .

Así se producen ovejas con genes productores de esas proteínas , que solo se manifiestan en las glándulas mamarias . La leche de estas ovejas contendrá las proteínas  de interés , que pueden ser fácilmente separadas.

En los seres humanos , la terapia génica es una técnica mediante  la cual se inserta un gen funcional en las células de un paciente , con el fin de corregir un defecto genético o de dotar a las células de una nueva función .

Las formas que se llevan a cabo

Ex vivo

• En ella se modifican los genes de células previamente extraídas y luego reintegradas al organismo del paciente.
• Se utiliza como terapia en el síndrome de inmunodefiencia , en los niños burbujas.

In situ

• Se modifican  los genes en las células del paciente, directamente  en el órgano.

In vito

• Se modifican  los genes mediante vectores , que se inoculan en la sangre del paciente mediante  una inyección intravenosa.

dos mentalidades :

• Terapia génica somática ,  que se utiliza por ejemplo para producir insulina , manipulando los genes del páncreas

Terapia génica germinal , consistente en la introducción de células con el genotipo  normal en embriones en desarrollo . Estas células  formaran parte de muchos tejidos y también de los órganos sexuales.