5.1.2.1 Fijación de la lesión (mutación)

l  MUTACIONES GÉNICAS

Sustituciones de bases: cambio o sustitución de una base por otra en el ADN.

l  Transiciones: cambio de una purina (Pu) por otra purina, o bien cambio de una pirimidina (Pi) por otra pirimida.

l  Transversiones: cambio de una purina (Pu) por una pirimidina (Pi) o cambio de una pirimidina (Pi) por una purina

(Pu).

Mutaciones cromosómicas:

Son las mutaciones que afectan a la secuencia de los hipotéticos fragmentos en que podría subdividirse transversalmente un cromosoma. Muchas de ellas son apreciables al microscopio gracias a la “técnica de bandas” con la que se confecciona el cariotipo.

Sobre las mutaciones cromosómicas encontramos:

l  Mutación por inversión de un fragmento cromosómico.

l  Mutación por delección o pérdida de un fragmento cromosómico.

l  Mutación por duplicación de un fragmento cromosómico. Suelen estar asociadas casi siempre con delecciones en otro cromosoma.

Mutación por translocación de un fragmento cromosómico, es decir por un cambio en la posición de un fragmento cromosómico. La translocación puede ocurrir en un solo cromosoma, entre cromosomas homólogos o entre cromosomas diferentes.

Mutaciones genómicas:

Son las mutaciones que afectan al número de cromosomas o todo el genoma.

l  Poliploidía: Es la mutación que consiste en el aumento del número normal de “juegos de cromosomas” . Los seres poliploides pueden ser autopoliploides, si todos los juegos proceden de la misma especie, o alopoliploides, si proceden de la hibridación, es decir, del cruce de dos especies diferentes. 

Una mutación es el cambio en la secuencia del DNA,  un cambio heredable en el material genético de una célula.

Aunque la replicación del ADN es muy precisa, no es perfecta. Muy rara vez se producen errores, y el ADN nuevo contiene uno o más nucleótidos cambiados. Un error de este tipo, que recibe el nombre de mutación, puede tener lugar en cualquier zona del ADN. Si esto se produce en la secuencia de nucleótidos que codifica un polipéptido particular, éste puede presentar un aminoácido cambiado en la cadena polipeptídica. Esta modificación puede alterar seriamente las propiedades de la proteína resultante. Por ejemplo, los polipéptidos que distinguen la hemoglobina normal de la hemoglobina de las células falciformes difieren sólo en un aminoácido. Cuando se produce una mutación durante la formación de los gametos, ésta se transmitirá a las siguientes generaciones.

La mayoría de las mutaciones genéticas son perjudiciales para el organismo que las porta. Una modificación aleatoria es más fácil que deteriore y que no mejore la función de un sistema complejo como el de una proteína. Por esta razón, en cualquier momento, el número de sujetos que portan un gen mutante determinado se debe a dos fuerzas opuestas: la tendencia a aumentar debido a la propagación de individuos mutantes nuevos en una población, y la tendencia a disminuir debido a que los individuos mutantes no sobreviven o se reproducen menos que sus semejantes..

Por lo general, las mutaciones son recesivas, sus efectos perjudiciales no se expresan a menos que dos de ellos coincidan para dar lugar a una situación homocigótica. Esto es más probable en la procreación consanguínea, en el apareamiento de organismos muy relacionados que pueden haber heredado el mismo gen mutante recesivo de un antecesor común. Por esta razón, las enfermedades hereditarias son más frecuentes entre los niños cuyos padres son primos que en el resto de la población.

Mutación somática frente a la mutación germinal

Mutación somática: Es ua mutación que ocurre en tejidos somaticos. Si esta ocurre en tejido en desarrollo crea una población de celulas mutantes, con lo que a menudo se expresa fenotipicamente como un sector mutante.

Puede una mutación somática trasmitirse a la descendencia? Por definición, esto es imposible, sin embargo hay que tener  en cuenta que  si se toma un explante de un tejido mutante donador, y se hace crecer, la planta derivada de el., puede desarrollar tejido germinal y trasmitir el gen mutante.

Mutación germinal:

Es aquella que ocurre en tejidos germinales, específicamente en gametos (células sexuales). Si estas células participan en la fecundación, la mutación se trasmitirá a la siguiente generación

Clasificación de las mutaciones

1. Mutaciones puntuales o a nivel del DNA:

son aquellas que ocurren a nivel de un par de nucleotidos en la doble cadena de DNA, puede tener causas espontáneas o ser inducida.

a) Transiciones: son las mutaciones que ocasionan la sustitucion  de una purina por una purina o una pirimidina por una pirimidina. La polimerasa de DNA III  tien la capacidad de reparar estos errores en la replicación.

b) Transversiones: ocurre cuando una pirimidina es sustituida por una purina y viceversa.

c) Mutaciones de cambio de fase: ocurre cuando hay una deleccion de una base, lo que ocasiona que el cuadro de lectura del DNA cambie, esto conlleva a proteinas muy modificadas.

Tómese como ejemplo la secuencia AUGGCCUGUAACGGU. Si el ARNm es traducido a partir del codón AUG, los codones siguientes serán GCC, UGU, AAC y GGU, que codifican, respectivamente, a los aminoácidos alanina, cisteina ,asparagina y glicina. En cambio, si se omitiera la A (por una deleccion) del codón de iniciación, hay un cambio de fase de los tripletes, sería el siguiente: UGG, CCU, GUA y ACG, los cuales se traducen en los aminoácidos triptófano, prolina, valina y treonina, respectivamente.

Figura: Mutaciones cambio en la estructura del ADN. A pesar de todos los sistemas destinados a prevenir y corregir los posibles errores, de vez en cuando se produce alguno en la réplica, bien por colocarse una Citosina (C) en lugar de una Timina (T), o una Adenina (A) en lugar de una Guanina (G); o bien porque el mecanismo de replicación se salta algunas bases y aparece una "mella" en la copia. O se unen dos bases de Timina, formando un dímero.

2. Mutaciones cromosómicas

a) mutaciones en un segmento de cromosoma:

Una parte del cromosoma se puede separar, invertir y después unirse de nuevo al cromosoma en el mismo lugar. A esto se le llama inversión. Si el fragmento separado se une a un cromosoma distinto, o a un fragmento diferente del cromosoma original, el fenómeno se denomina translocación. Algunas veces se pierde un fragmento de un cromosoma que forma parte de una pareja de cromosomas homólogos, y este fragmento es adquirido por el otro. Entonces, se dice que uno presenta una deleción o deficiencia (dependiendo si el fragmento que se pierde es intersticial o terminal, respectivamente) y el otro una duplicación. Por lo general, las deficiencias o deleciones son letales en la condición homocigótica, y con frecuencia las duplicaciones también lo son. Las inversiones y las translocaciones suelen ser más viables, aunque pueden asociarse con mutaciones en los genes cerca de los puntos donde los cromosomas se han roto. Es probable que la mayoría de estos reordenamientos cromosómicos sean la consecuencia de errores en el proceso de sobrecruzamiento.

Las delecciones de regiones cromosomitas especificas en humanos producen síndromes únicos, por ejemplo el de “cri du chat” (grito de gato), cuya causa es una deleccion en el brazo corto (p) del cromosoma 5, el rasgo característico es el llando semejante al maullido de un gato de los niños, presentan microcefalia y cara en forma de luna y retraso mental.

b. cambios en cromosomas enteros y series de cromosomas

*EUPLOIDIA: el número de cromosomas que constituyen una serie básica se denomina numero monoploide (x), los organismos que tienen múltiplos del numero monoploide se denominan euploides.

Por ej. En humanos x= 23.

Los euploides que presentan mas de una serie cromosomica se denominan poliploides. De acuerdo con esto, 1x es monoploide, 2x es diploide,  los tipos poliploides son= 3x (triploide), 4x (tetraploide), 5x (pentaploide), 6x (hexaploide) y asi sucesivamente.

Monoploide: los machos de abeja  y hormigas, tienen una serie basica x. sin embargo pueden procrear debido a especializaciones en la meiosis.

Los monoploides juegan un papel importante en la mejora vegetal, la diploidia es un obstáculo cuando se desean inducir nuevas mutaciones en una planta y nuevas combincios de los genes presentes. La razon: para que cambios recesivos se hagan presentes se necesita la Homocigosis, te acuerdas por que?

En algunas plantas los monoploides se pueden obtener artificialmente y después duplicar su numero cromosómico con colchicina, asi se tendran plantas homocigoticas!

Poliploides 

Se deben distinguir entre los Autopoliploides, que se componen de multiples series de una misma especie y los Alopoliploides que estan compuestos por series procedentes de diferentes especies.

Triploides

Generalmente son autopoliploides, se producen por el cruzamiento entre un 4x (tetraploide) un 2x (diploide). Los gametos 2x y x se unen y dan lugar a un 3x.

Los triploides son típicamente esteriles (el problema es por el emparejamientos de cromosomas durante la meiosis).

Los platanos comerciales son triploides, con 11 cromosomas en cada serie. La probabilidad de que un gameto de este 3x contenga exactamente un cromosoma de cada serie es de 1/2048, y hay una posibilidad en 5 millones que se unan dos gametos de este tipo.

Técnicamente no son esteriles, solo una fertilidad reducida.

Autotretaploides

Aparecen naturalmente por una duplicación espontánea y accidental del genomio 2x a uno 4x, y tambien artificialmente atravez de la colchicina. Las plantas  cosechables autotetraploidesofrecen ventajas, desde un punto comercial, ya que como suele con los poliploides las series cromosomitas extras estan asociadas a un incremento de tamaño. Pueden se fértiles o no.

Poliploidía en animales:

El fenómeno de la poliploidía es mas comun en plantas que en animales, no obstante hay muchos casos de animales poliploides. Se encuentran ejemplos en planarias, sanguijuelas y camarones de mar.  (partenogenicos).

Los anfibios y reptiles poliploides son frecuentes, algunos peces tambien son poliploides, de hecho la familia de los salmonidos (salmon) aparecio copmo un hecho de poliploidía.

*ANEUPLOIDIA: el número de uno o mas cromosomas pueden cambiar durante la formación de un nuevo organismo. Dicho organismo se denomina aneuploide, que significa no-euploide. Puede ocurrir que se añadan cromosomas, de manera que se tenga un cromosoma extra o que sean eliminados.

Nulisomicos (2n -2): se han perdido dos cromosomas homologos. Es letal en diploides, pero espeies como el trigo (hexaploide) puede soportarlo, aunque las plantas son mas pequeñas. Aparentemente los 4 cromosomas extras del trigo compensan la perdida de los otros 2.

Monosomicos (2n-1): cuando se pierde un cromosoma. En tales casos el complemento es perjudicial, por dos razones: los cromosomas que faltan alteran gravemente el equilibrio cromosomico, que ha sido cuidadosamente establecido por la evolución y que es necesario para el equilibrio celular, y la segunda razon, la ausencia de un cromosoma trae como resultado que cualquier alelo recesivo letal  situado en el cromosoma sin pareja se exprese directamente.

En humanos la monosomia para el cromosoma sexual  x (44 autosomas y 1 X) produce un fenotipo conocido como síndrome de Turner. Los afectados presentan unas caracteristicas distinguibles: son hembras esteriles, de estatura baja, repliegue membranoso en el cuello, inteligencia un poco mas baja de lo normal, uñas de la mano pequeña, senos poco desarrollados y ausencia de mestruacion. Los monosomicos para cualquier otro cromososma mueren en el utero.

Trisomicos (2n + 1): Ocurre cuando se tiene 1 cromosoma extra. La trisomia tambien produce un desequilibrio cromosomico y puede dar lugar a una anormalidad o a la muerte. En plantas de Datura (toloache) existen viables y fértiles.

En humanos, se conocen varios ejemplos de trisomicos viables. La combinación XXY (1 de 1000 nacimientos de varones) produce el síndrome de Klinefelter: varones altos de aspecto desgarbado, con cierto retraso mental y esteriles, ademas poseen barba poco desarrollada, desarrollo mamario y fisico ligeramente feminizado.

Otra combinación XYY (1/1000) síndrome del superhombre, produce varones generalmente fértiles y con predisposición a comportamientos violentos.

El síndrome mas comun de trisomia viable en el hombre es el síndrome de Down (1,5/1000 nacimientos), es una trisomia en el cromosoma 21 debida a la no disyuncion de un cromosoma de un progenitor cromosomicamente normal. El síndrome de Down o mongolismo incluye retraso mental (C.I entre 20 y 50) cara ncha y achatada, ojos con pliegue epicantico, estatura pequeña, manos cortas, lengua grande y arrugada. Las mujeres afectadas pueden ser fértiles hijos normales o trisomicos, pero los varones nunca se han reproducid. La esperanza media es de 17 años y sólo el 8% pasa los 40 años.

En humanos solo se conocen otros dos tipos trisomicos en autosomas que sobreviven hasta el nacimiento (en el cromosoma 13 “síndrome de Patau” y en el cromosoma 18 “síndrome de Edwards”) ambas trisomias producen graves anormalidades fisicas y mentales. El fenotipo generalizado de la trisomia en el 13 incluye labio leporino, cabeza pequeña y deforme, pies arqueados y una esperanza de vida de 130 dias. El fenotipo de los trisomicos en el 18 incluye posición baja de las orejas, mandibula pequeña, pelvis estrecha y pies arqueados, mueren en las primeras semanas después del nacimiento.

En los siguientes esquemas, tenemos las trisomías más frecuentes tanto en los autosomas, como en los cromosomas sexuales.

ALTERACIONES EN LOS AUTOSOMAS

SÍNDROME	TIPO DE MUTACIÓN	Características y síntomas de la mutación
Síndrome de Down	Trisomía 21	Retraso mental, ojos oblicuos, piel rugosa, crecimiento retardado
Síndrome de Edwars	Trisomía 18	Anomalías en la forma de la cabeza, boca pequeña, mentón huido, lesiones cardiacas.
Síndrome de Patau	Trisomía 13 ó 15	Labio leporino, lesiones cardiacas, polidactilia.

ALTERACIONES EN LOS CROMOSOMAS SEXUALES

Síndrome de Klinefelter	44 autosomas + XXY	Escaso desarrollo de las gónadas, aspecto eunocoide.
Síndrome del duplo Y	44 autosomas + XYY	Elevada estatura, personalidad infantil, bajo coeficiente intelectual, tendencia a la agresividad y al comportamiento antisocial.
Síndrome de Turner	44 autosomas + X	Aspecto hombruno, atrofia de ovarios, enanismo.
Síndrome de Triple X	44 autosomas + XXX	Infantilismo y escaso desarrollo de las mamas y los genitales externos.

5.1.2.2 Agente mutagénicos

Los mutágenos son agentes ambientales o químicos que aumentan la tasa natural de mutación (la cual puede ser también clasificada como espontánea o inducida). Pueden ser de dos tipos:

 fisicos y quimicos.

 

Mutación causada por la radiación ultravioleta.

En biología, un mutágeno (latín, "origen del cambio") es un agente físico, químico o biológico que altera o cambia la información genética (usualmente ADN) de un organismo y ello incrementa la frecuencia de mutaciones por encima del nivel natural. Cuando numerosas mutaciones causan el cáncer adquieren la denominación de carcinógenos. No todas las mutaciones son causadas por mutágenos. Hay "mutaciones espontáneas", llamadas así debido a errores en la reparación y la recombinación del ADN.

 

5.1.3 Físicos

En este grupo encontramos las radiaciones ionizantes, el calor y recientemente se ha mencionado la exposición a campos electromagneticos de gran potencia.

Los rayos ultravioleta, gamma y X, y las emisiones α y β pueden causar mutaciones, por ejemplo los UV ocasionan daños moleculares y las radiaciones mas fuertes tienden a romper las hebras de ADN. La radiación cosmica y recientemente el Radon se ha encontrado que son mutagenicos.

Mutágenos físicos

Radiación

La radiación es un proceso físico mediante el cual la energía viaja por el espacio. Hay 2 formas principales de esta energía:

• Electromagnética: se describe como ondas de energía eléctrica. Por ejemplo: rayos gamma, rayos X, radiación ultravioleta.
• Corpuscular: está formado por partículas atómicas y subatómicas que se mueven a grandes velocidades y provocan daños cuando chocan con otras partículas incluyendo las moléculas biológicas. Por ejemplo: partículas alfa y partículas beta.

Ambos se conocen como radicaciones ionizantes, porque producen iones capaces de reaccionar física y químicamente al ponerse en contacto con las moléculas biológicas. Pero no todas las formas mutagénicas de la radiación producen iones. La luz ultravioleta es un potente mutágeno con menos energía que la radiación ionizante. Las longitudes de onda con baja frecuencia tienen poca energía mientras que las longitudes de onda de alta frecuencia tienen mucha energía.

Agentes Mutagenos Físicos: Aquí se incluyen las radiaciones atómicas, rayos X producen esterilidad en plantas, animales y hombre. También afectan a los tejidos como huesos, nervios, músculos, hígado, riñón, etc.

Medidas de la radiación

Dosimetría: es el método para medir la radiación. En biología las unidades que se suelen utilizar son; el roentgen, rad, rem, gray y sievert.

• Roentgen: cantidad de radiación ionizante que produce 2.083x10⁹ pares de iones en 1 cm³ de aire.
• Rad: es la dosis de radiación que se absorbe, es decir, mide la radiación absorbida por el organismo y no la radiación producida. Es una cantidad igual a 100 ergios de energía absorbida por gramo de tejido irradiado.
• Rem: equivalente humano del roentgen, la cantidad de radiación ionizante que produce los mismos efectos biológicos que un rad de rayos.
• Sievert: es una unidad derivada del Sistema Internacional que mide la dosis de radiación absorbida por la materia.

La exposición habitual en países desarrollados es de 2 a 3 milisieverts en la población general.

Fuentes de la radiación

El simple hecho de estar vivos nos expone a radiaciones que pueden causar mutación. Estamos expuestos constantemente a las radiaciones:

• Radiaciones ambientales, proceden de fuentes naturales de la radiación como los rayos cósmicos, la luz solar y los minerales radiactivos de la corteza terrestre como el torio y el uranio, y el gas radón.
• Radiaciones producidas por el hombre, como las usadas en exploraciones médicas porque pueden obtenerse rayos X producidos con una máquina(radiografías, TACs), las producidas en laboratorios de investigación, centrales nucleares porque en éstas pueden obtenerse rayos alfa, beta y gamma de fuentes radiactivas como el radio y el cobalto-90 y algunas plantas de manufactura. Muchos productos de consumo producen radiación y pueden ser un factor de exposición a la misma, como aparatos de televisión, detectores de humo, los relojes de esfera luminosa.También las radiaciones ionizantes que se utilizan para romper la dormancia de las semillas, para inhibir el brotado de las patatas durante su almacenaje, para eliminar parásitos y para esterilizar alimentos de consumo humano.Contribuciones del uso médico de los rayos X y los riesgos de irradiación en el trabajo son comparativamente menores a la exposición natural.Otra fuente de radiación fueron bombas atómicas y de hidrógeno, de las que hoy en día muchas personas todavía sufren sus efectos.

Efecto biológico de la radiación

Los efectos biológicos de la radiación consisten en alteraciones a diversos niveles de organización, como son las moléculas, los orgánulos y las células.

Radiación ionizante

Reacciones oxidativas Son radiaciones con pequeña longitud de onda y son por tanto más energéticas lo que conlleva que sean más "penetrantes". Es el principal mecanismo por el que la radiaciones interaccionan con la materia orgánica (y por lo tanto con el ADN)

En el proceso de penetración esta radiación de alta energía produce iones porque al chocar con los átomos hace que éstos liberen elecrones y estos electrones a su vez chocan con otros átomos liberándose nuevos electrones.El cambio del número de electrones transforma un átomo en un estado reactivo iónico. Como el 80% de la célula es agua, la radiación ionizante suele generar radicales libres, en forma de hidrógeno o de radicales hidroxilo (OH) ionizados, derivados ambos del agua.

Estos radicales reaccionan con otras moléculas de su misma clase para formar peróxido de hidrógeno (H₂O₂) cuyas moléculas tienen gran poder de reacción y puede destruir la estructura de las proteínas y del ADN. La lesión producida por la radiación induce trastornos del funcionamiento de los procesos metabólicos celulares llevándola a la muerte.

Daños cromosómicos: Dependiendo del momento de la división en el que se irradien las células, una aberración cromosómica puede incluir una o dos cromátidas. Ejemplo: a) la irradiación en interfase, antes de que comience la síntesis de DNA, normalmente da lugar a roturas que más tarde aparecen como si se hubiesen producido cuando los cromosomas todavía no se hubiesen replicado (roturas cromosómicas). b) las roturas producidas en el período de interfase después de comenzar la síntesis del DNA normalmente aparecen separadamente en cada una de las dos cromátidas de un cromosoma (rotura de cromátidas)

Se ha sugerido que la irradiación, en lugar de roturas físicas únicas, ocasiona “lesiones” cromosómicas que luego estimulan intercambios entre partes del mismo cromosoma o de diferentes cromosomas, dando lugar, a su vez, a deleciones, translocaciones y otras aberraciones cromosómicas. Así pues, las cromátidas de un cromosoma irradiado pueden solaparse en un punto donde coinciden dos lesiones, dando lugar a intercambios completos o incompletos. Si el intercambio es completo, no se observa un daño morfológico aparente ya que hay una transferencia simétrica de material cromosómico entre las cromátidas hermanas. Tales intercambios pueden detectarse mediante técnicas de tinción diferencial. Los intercambios incompletos dan lugar a la pérdida de material en una o en las dos cromátidas. De igual manera, los intercambios inducidos por rayos X pueden dar lugar a inversiones o a translocaciones, aunque en este último caso debería ocurrir entre cromátidas no homólogas. La radiación puede producir aneuploidía por pérdida de cromosomas.

Radiación no ionizante

Radiación ultravioleta La radiación ultravioleta puede dar lugar también a aberraciones cromosómicas, su efecto es considerablemente más suave que el de los rayos X debido a que son mucho menos penetrantes y no dan lugar a una trayectoria de iones y por consiguiente ha sido utilizada principalmente para estudiar mutaciones puntuales. Teniendo una longitud de onda demasiado larga como para producir iones, la radiación UV parece actuar afectando tan solo a aquellos compuestos que la absorben directamente. En la célula, la absorción directa de los rayos UV está principalmente confinada a compuestos orgánicos con estructuras en forma de anillo, tales como los nucleótidos,siendo citosina y timina las bases que absorben especialmente las longitudes de onda UV.El mecanismo por el que se produce la mutación es el siguiente:la radiación UV provoca la inserción de una molécula de agua en el doble enlace C-C.También se rompen los dobles enlaces de timina por lo que las bases de timina pueden conectarse para formar un dímero. Esta íntima relación entre la radiación UV y los componentes del DNA también aparece al comparar el espectro de absorción de la radiación UV del DNA y las tasas de mutación ocasionadas por las longitudes de onda UV. Estudios in vitro indican que la formación de dímeros de timina puede ser el principal efecto mutagénico producido por los rayos UV. Tales dímeros distorsionan la hélice de DNA e impiden su replicación, como resultado la célula no se divide y puede morir.

También es posible una acción indirecta de la radiación UV porque puede actuar sobre varios precursores del DNA y sobre enzimas que a su vez afectan la mutación.Este proceso puede evitarse por fotorreactivación,es decir, exponiendo las células aradiaciones con longitudes de onda del espectro azul.

Mutágenos biológicos

Las posibles fuentes de mutágenos biológicos pueden ser todos los preparados de naturaleza biológica utilizados en medicina profiláctica o terapeutica tales como vacunas, antitoxinas,sangre, suero y antígenos.Los mutágenos biológicos potenciales pueden ser microorganismos, especialmente virus, y algunos agentes químicos.En el caso de los virus se ha demostrado que pueden producir anomalías cromosómicas,desde la simple rotura, a la pulverización de los cromosomas, por ello la vacunación con virus vivos puede implicar un riesgo potencial.La contaminación viral como consecuencia de las transfusiones, como es el caso de la hepatitis produce roturas cromosómicas tanto en la sangre como en la médula ósea de pacientes afectados de hepatitis. Las moléculas de ADN recombinante tienen un riesgo potencial debido principalmente a que dado que muchos tipos de ADN de células animales contienen secuencias comunes a virus tumorales, el añadir ADN de origen animal a estos nuevos sistemas de replicación o clonado del ADN podría significar la proliferación incontrolada de una información genética cancerígena.

Efectos de las mutaciones

Los cambios en un la secuencia de un ácido nucleico debidos a una mutación contempla la sustitución de nucleótidos pares-base e inserciones u omisiones de uno o más nucleótidos dentro de la secuencia de ADN. Aunque muchas de estas mutaciones sean mortales o causen una enfermedad grave, algunas solo tienen efectos secundarios, como los cambios que ocasionan en la sucesión de proteínas codificadas sin significancia alguna. Muchas mutaciones no causan ningún efecto visible, ya sea porque ocurren en los intrones o porque ellos no cambian la sucesión de aminoácidos debido a la redundancia de codones.

5.1.4 Químicos.

Los mutagenos químicos entran en tres grupos:

Analogo de bases. Son estructuras similares a las bases nitrogenadas, pero contienen modificaciones que aumentan la posibilidad de apareamientos erroneos y tautomerizacion. P.e. 5-Bromuroacilo (5Btu), se incorpora en lugar de timina, pero tiende a cambiar de forma y aparearse con guanina..

La 2-aminopurina (2AP) se comporta como Adenina, pero con frecuencia se tautomeriza y se aparea con la Citosina.

Agentes desaminantes o alquilantes: estos quimicos modifican los grupos laterales de bases. Esta modificacion no es en si una mutación pero induce errores en la replicación. P.e. metil sulfonato, etilmetano sulfonato, dimetilsulfonato, dimetilsulfato, dietilo sulfato, N-metil-N-nitro-N-nitrosoguanidina, mostaza de nitrogeno, oxido de etileno.

Desaminacion: tres de las bases del DNA tienen grupos aminos y estos pueden eliminarse por reaccion con agentes como el acido nitroso. Los productos de la reaccion y sus propiedades de apareamiento son:

Adenina ----Hipoxantina, que se aparea con Citosina

Guanina ----xantina, que se aparea con Citosina

Citosina------Uracilo, que se aparea con Adenina

Alquilacion: diversas posiciones de la pirimidina son susceptibles a la alquilacion, que producen tanto trasversiones como transiciones.

Mutagenos que provocan desplazamiento del marco de lectura:

Se trata de productos quimicos, en especial derivados de acridina, que inducen la inserción o deleccion de una base, mas que una transición o transversion.

La mutagénesis química se descubrió en 1942 cuando Carlota Averbach y J. M. Robson descubrieron que la mostaza nitrogenada (un ingrediente de los gases asfixiantes que se han utilizado en las guerras) producía mutaciones. Al final de la Segunda Guerra Mundial se conocían de 30 a 40 compuestos mutagénicos. Actualmente hay más de 6 millones de sustancias químicas de ese tipo, de los que 500.000 se utilizan en los procesos de fabricación.

En 1977 se creó la International Commission for Protection against Environmental Mutagens and Carcinogens que se dedica a la elaboración de normas de evaluación y de reglamentos sobre el uso y distribución de los agentes químicos mutágenos.

Se pueden clasificar según su modo de acción en:

 Análogos de bases

Estos análogos de bases o tautómeros tienen similitud estructural con las bases nitrogenadas, como por ejemplo el 5-bromouracilo o la 2-aminopurina, que se incorporan en el ADN que se replica en lugar de las bases correspondientes timina y adenina.

Cuando uno de estos análogos de bases se introducen en el ADN, la replicación ocurre normalmente aunque se pueden producir errores de lectura que resultan en la incorporación de bases erróneas en la copia de ADN. Es decir, el 5-bromouracilo es un análogo de la timina que contiene bromo en la posición del carbono-5 en lugar del grupo CH3 que aparece en la timina.La estructura normal (forma ceto) del 5-BU empareja con la adenina;sin embargo,el 5-BU puede cambiar con frecuencia a la forma enol o a una forma ionizada que empareja con la guanina.Ésta en otra replicación se apareará con su correspondiente citosina. Por lo tanto, se ha producido una transición de AT a GC.

Agentes que reaccionan con el ADN

Son moléculas que reaccionan directamente con el ADN, el cual no está replicándose, ocasionando cambios químicos en las bases lo que provoca apareamientos incorrectos. Se llama transición si se pasa de una base púrica a otra forma de apareamiento de otra base púrica o de una pirimidina en otra pirimidina;se denomina transversión si una purina se convierte en una pirimidina. Estos agentes son el ácido nitroso, la hidroxilamina, agentes alquilantes y otros. Los agentes alquilantes, junto con la luz ultravioleta son los agentes mutagénicos más potentes. Los compuestos más conocidos son el etil metano sulfonato (EMS), metil metano sulfonato (MMS), dietil sulfato (DES),etiletanosulfonato,mostaza nitrogenada, etc.

Etil metano sulfonato (EMS)introduce un metilo en la guanina provocando la transición GC a AT. El ácido nitroso elimina el grupo amino (desaminación) de adenina y citosina,convirtiendo estas bases en hipoxantina (H) y uracilo (U), respectivamente. Hidroxilamina añade un grupo hidroxilo(OH) al grupo amino de la citosina,haciendo que la base sufra un cambio tautomérico. Etiletanosulfonato y mostaza nitrogenada pueden producir mutaciones por adición de grupos metilo o etilo a la guanina, haciendo que se comporte como un análogo de base de la adenina y dando lugar a errores de apareamiento. La aflatoxina B1 es un carcinógeno poderoso que se une a la posición N7 de la guanina.La formación de este producto da lugar a la rotura del enlace entre la base y el azúcar, liberándose la base y el azúcar, generando un sitio apurínico.

Agente intercalantes

Son moléculas planas que se insertan entre dos pares de bases del ADN, separándolas entre sí. Durante la replicación, esta conformación anormal puede conducir a inserciones o deleciones en el ADN, originando mutaciones por corrimiento de lectura. Las sustancias más características de este grupo son las acridinas (naranja de acridina), bromuro de etidio y proflavina.

Los colorantes de acridina actúan insertándose ellos mismos entre dos bases púricas vecinas de un sólo filamento del DNA.

Reacciones oxidativas

Las formas reactivas del oxígeno (superóxidos, peróxidos y radicales hidroxilo) que se producen durante el metabolismo normal, la radiación, el ozono y ciertas drogas pueden dañar el ADN e inducir mutaciones provocando cambios químicos en el ADN. Por ejemplo, la 8-oxi-7,8 dihidrodesoxiguanina.

Detección de mutágenos químicos (test de Ames)

El test de Ames hace un uso práctico de las mutaciones bacterianas para detectar sustancias químicas potencialmente peligrosas en el medio. Como en las grandes poblaciones bacterianas se pueden detectar mutantes con sensibilidad muy alta, las bacterias se pueden utilizar para buscar productos químicos con mutagenicidad potencial. Esto es importante porque muchas sustancias mutágenas son también cancerígenas, es decir, capaces de causar cáncer en humanos y otros animales.

http://es.wikipedia.org/wiki/Mut%C3%A1geno

5.2 Sistemas de reparación.

Tanto por daños físico-ambientales como por errores de síntesis, las biomoléculas pueden sufrir alteraciones químicas. Puesto que el DNA no puede «recambiarse» como otras biomoléculas ya que permanece intacto de una división a otra, la estabilidad de la molécula se consigue mediante dos maquinarias: la fidelidad de la replicación y la reparación de daños. Los mecanismos de reparación se van a clasificar en 5 grupos principales:

1.   Reparación directa

2.   Reparación por escisión de nucleótidos (REN)

3.   Reparación por escisión de la base (REB)

4.   Reparación de apareamientos erróneos (mismatch)

5.   Sistemas de recuperación: reparación por recombinación y respuesta SOS

Los agentes que causan daños en el DNA tienen distintos orígenes. Por una parte, están las alquilaciones (metilaciones principalmente), las desaminaciones, la oxidación y los rayos UV. La acumulación de mutaciones en células somáticas es el origen de muchos cánceres y las células cancerosas reparan mal las mutaciones. Por eso muchos tratamientos antineoplásicos sobre la base de inducir mutaciones que los tumores no saben reparar.

Mecanismos de reparación del ADN

Las células no pueden funcionar si los daños en el ADN corrompen la integridad y accesibilidad de información esencial en el genoma (pero las células permanecen aparentemente funcionales cuando faltan o están dañados genes "no esenciales"). Según el tipo de daños que ha sufrido la estructura de doble hélice del ADN, han evolucionado una variedad de estrategias de reparación que restauran la información perdida. Si es posible, las células utilizan la cadena de ADN complementaria (si no ha sido modificada) o la cromátida hermana como "plantilla" para restaurar la información original. Si no hay ninguna plantilla disponible, las células utilizan como último recurso un sistema de recuperación propenso a los errores conocido como síntesis de translesión.

Los daños al ADN alteran la configuración espacial de la hélice, su topología, y la célula es capaz de detectar estas alteraciones. Una vez que se detectan los daños, unas moléculas específicas reparadoras del ADN se adhieren al punto dañado o cerca de él, induciendo a otras moléculas a adherirse y formar un complejo que permite que tenga lugar la reparación. Los tipos de moléculas implicados y el mecanismo de reparación que se utiliza depende del tipo de daños que haya sufrido el ADN y de la fase del ciclo celular en que se encuentre la célula.

Daños a una única cadena

Cuando sólo una de las dos cadenas de la doble hélice tiene un defecto, la otra puede ser utilizada como plantilla para dirigir la corrección de la cadena dañada. Para reparar daños a una de las moléculas pareadas de ADN, existen varios mecanismos de reparación de escisiones, que eliminan el nucleótido dañado y lo sustituyen con un nucleótido intacto complementario al que se encuentra en la cadena de ADN no dañada.^[]

·         Reparación sobre la marcha, es el principal sistema de corrección de daños. Lo realizan las propias ADN Pol I y ADN Pol III (o sus equivalentes en eucariotas) con su actividad exonucleasa 3' → 5' para corregir un nucleótido equivocado que hayan colocado. Esta incorrección es detectada porque el emparejamiento incorrecto causa una distorsión de la doble hélice que las ADN Polimerasas pueden detectar. Sin embargo, la reparación solo puede realizarse si aún no se han puesto más nucleótidos, una vez colocado aunque sea uno más, éste actúa como barrera de no retorno.

·         Reparación directa, no requiere eliminación de nucleótidos o bases nitrogenadas, sino que se emplean enzimas para reparar directamente alteraciones nucleotídicas. Los principales enzimas empleados son la fotoliasa (separa los dímeros de timinas formados por radiación UV) y la metiltransferasa (retira grupos metilo añadidos al ADN).

·         Reparación por escisión de base (BER), que repara daños a un único nucleótido causados por oxidación, alquilación, hidrólisis o desaminación. Una glicosidasa escinde la base nitrogenada del nucleótido dañado, generando un sitio apurínico o apirimidínico. El esqueleto pentosa-fosfato residual es eliminado por una AP endonucleasa y finalmente es sustituido por el nucleótido adecuado por la actividad secuencial de ADN polimerasa y ADN ligasa.

·         Reparación por escisión de nucleótido (NER), que repara daños que afecten cadenas más largas, de entre dos y treinta bases. Este proceso reconoce cambios grandes que distorsionan la hélice, como dímeros de timina, así como roturas de cadena única (reparados con enzimas como la UvrABC endonucleasa. Una forma especializada de NER, conocida como reparación acoplada a transcripción (TCR) desarrolla enzimas de alta prioridad en genes que se están transcribiendo activamente.

·         Reparación de malapareamiento o reparación por mismatch (MMR). Todas las reparaciones anteriores se realizan antes de terminar la replicación. Este sistema se realiza cuando la replicación ya ha concluido, y corrige errores de nucleótidos mal apareados (pero normales, es decir, no dañados). Para ello debe reconocer qué hebra es la correcta, lo que en procariotas ocurre porque el ADN suele tener metiladas sus bases, pero tras la replicación la hebra nueva no se metila hasta comprobar que no tenga errores, por lo que la maquinaria de reparación supone que si hay un error tras la replicación, se habrá producido en la hebra nueva (la no metilada). Una vez metiladas, o no hay corrección posible, o ésta puede causar errores. Por ejemplo, en cualquier emparejamiento erróneo de GT y CT, se retira preferentemente la timina, porque es probable que sea resultado de la desaminación de la citosina. Este sistema de reconocimiento por metilación solo funciona en procariotas, se ignora cuál es el mecanismo empleado en eucariotas para distinguir la hebra recién formada de la hebra madre.

Estos métodos mencionados hasta ahora reparar el ADN de forma fidedigna, recuperando el genotipo original. Pero cuando los daños son excesivos, se producen los siguientes tipos de reparación, que ya son propensos a errores: no recuperan el genotipo original, se trata de soluciones de emergencia cuando está en juego la supervivencia celular.

·         Respuesta SOS, que es un rellenado de emergencia que se pone en marcha cuando se acumulan daños que distorsionan la doble hélice (como regiones de ADN monocatenario, por pérdidas de nucleótidos en la cadena complementaria), atascando la maquinaria replicativa. En procariotas esto desencadena el sistema RecA, una proteasa que elimina proteínas represoras de polimerasas de bypass, capaces de sobreponerse a la distorsión de la hélice y rellenar los huecos con nucleótidos al azar. En eucariotas las polimerasas de bypass son constitutivas, están presentes en todo momento en el citoplasma, pero solo se reclutan cuando se acumulan daños, mediante una regulación por ubiquitinación de la abrazadera.

·         Proteína p53, que más que un sistema de reparación, induce la apoptosis celular cuando los daños no pueden ser reparados ni siquiera por la respuesta SOS, para impedir que se desarrollen tumores.

Daños a cadena doble

Las roturas de cadena doble, en el que ambas cadenas de la doble hélice quedan rotas, son especialmente peligrosos para la célula, ya que pueden provocar problemas en el genoma. Existen dos mecanismos que reparan estas roturas: la unión de extremos no homólogos (NHEJ del inglés Non-homologous DNA End Joining) y la reparación recombinativa (también conocida como reparación asistida por plantilla o reparación de recombinación homóloga).^[]

En el NHEJ el ADN ligasa IV, un ADN ligasa especializada que forma un complejo con el cofactor XRCC4, une directamente los dos extremos.^[ Para asegurarse de una reparación precisa, el NHEJ se basa en cortas secuencias homólogas llamadas microhomologías, presentes en las colas monocatenarias de los extremos de ADN que deben ser unidos. Si estas secuencias son compatibles, la reparación suele ser correcta.^[] El NHEJ también puede causar mutaciones durante la reparación. La pérdida de bases nitrogenadas en el lugar de rotura puede provocar deleciones y la unión de translocaciones de forma terminal no correspondientes. El NHEJ es especialmente importante antes de que la célula haya replicado su ADN, pues no hay ninguna plantilla que permita la reparación por recombinación homóloga. Hay rutas de NHEJ «de seguridad» en las eucariotas superiores.^[ Además de su papel como «cuidador» del genoma, el NHEJ es necesario para unir roturas de la cadena doble con extremos de horquilla, causados durante la recombinación V (D) J, el proceso que genera la diversidad de los receptores de los linfocitos B y los linfocitos T en el sistema inmunitario de los vertebrados.^[]

La reparación recombinante requiere la presencia de una secuencia idéntica o casi idéntica que sea utilizada como plantilla para reparar la rotura. La maquinaria enzimática responsable de este proceso es casi idéntica a la maquinaria responsable del cruce cromosómico durante la meiosis. Esta ruta permite que un cromosoma dañado sea reparado utilizando una cromátida hermana (disponible en G2 después de la replicación del ADN) o un cromosoma homólogo como plantilla. Las roturas de cadena doble causados por los intentos de la maquinaria replicante de sintetizar a través de una rotura de cadena única o una lesión no reparada provocan un colapso de la horquilla de replicación y son generalmente reparados por recombinación.

Las topoisomerasas provocan roturas tanto de una única cadena como de la cadena doble cuando cambian el estado de superenrollamiento del ADN, lo que es especialmente habitual en regiones situadas cerca de una horquilla de replicación abierta. Estos roturas no son consideradas como daños en el ADN, ya que son un intermedio natural del mecanismo bioquímico de las topoisomerasas y son inmediatamente reparados por las enzimas que los han creado.

Un grupo de científicos franceses bombardearon Deinococcus radiodurans para estudiar el mecanismo de reparación de roturas de la cadena doble de ADN en este organismo. Al menos dos copias del genoma, con roturas aleatorias del ADN, pueden formar fragmentos de ADN por medio de apareamiento. Entonces, los fragmentos que se solapan parcialmente son utilizados para sintetizar las regiones homólogas mediante un bucle-D en movimiento que puede continuar la extensión hasta que encuentran cadenas correspondientes complementarias. En el último paso se produce un cruce por medio de una recombinación homóloga de recargo dependiente.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Reparaci%C3%B3n_del_ADN

Los daños en el ADN pueden ser reparados para mantener la integridad de la información genética, la importancia biológica de la reparación del ADN es evidente al encontrar múltiples mecanismos de reparación. Estos sistemas incluyen enzimas que simplemente revierten la modificación química, así como complejos enzimáticos más complicados que dependen de la redundancia de la información en la molécula de ADN duplex  para reparar a la molécula.

 

      Reversión directa del daño.

      Reparación del ADN por medio de cortes de nucleótidos.

      Las enzimas glicosilasas de ADN remueven las bases alteradas:

 

http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/reparacion%20dna.html

 

CONCLUSIONES

En esta unidad se hablo del tema referente a la reparación del material genético, en la cual en esta unidad se lograron entender los objetivos del curso, fue una de las unidades más importantes para el curso, el cual nos proporciono conocimiento acerca de las mutaciones anivel génico, cromosómico y genómico. Las consecuencias que estas tienen y en que nos benefician, y lo principal que es la importancia que esta tiene en la biología, es decir que una mutación de miles de ellas podemos obtener alguna benéfica para el mejoramiento a nivel molecular de cualquier tipo de organismo, entonces decimos que las mutaciones son importantes para la investigación científica, en las cuales podemos sacar provecho de ellas y poder prevenirlas o tratarlas de una manera más competitiva.