Mutaciones Genéticas

Miguel rodriguez benjumea Fac medicina

Universidad cooperativa de colombiaVillavicencio /meta

2015

Concepto de gen

• Fragmento de ADN que contiene la información genética para un determinado carácter.

Las mutacionesLas mutaciones

son cambios aleatorios que se producen en el

ADN de un organismo. Se

pueden producir de forma natural o artificialmente.

Según el efecto sobre el individuo

• Perjudiciales• Beneficiosas• Neutras

Según el tipo de células afectadas

• Somáticas: no son heredables

• Germinales: son heredables

Según la extensión del

material genético afectado

• Génicas: afectan a un gen• Genéticas: alteran la secuencia de

nucleótidos del ADN• Genómicas: variación en número

de cromosomas• Cromosómicas: cambios en

estructura interna del cromosoma

Definición.• Enunciado por Francis

Crick en 1958 explica que la información contenida en el ADN es transcrita en forma de ARN y traducida a proteínas.

ADN → ARN → Proteínas

El dogma central de la genética molecular define tres etapas principales en el procesamiento de la información genética:

1.- La Replicación.

2.- La Transcripción

3.-la Traducción.

Replicación del ADNProceso por el cual una molécula de DNA genera otra igual, a partir de ella misma.

Primera Etapa: Desenrrollamiento y apertura de la doble hélice.1.- Intervienen las helicasas que facilitan en desenrrollamiento.2.- Actúan las girasas y topoisomerasas que eliminan la tensión generada por la torsión en el desenrrollamiento.3.- Actúan las proteínas SSBP que se unen a las hebras molde para que no vuelva a enrollarse.

Segunda Etapa: Síntesis de dos nuevas hebras de ADN. 

1.-Actúan las ADN polimerasas para sintetizar las nuevas hebras en sentido 5´−3´, ya que la lectura se hace en el sentido 3´−5´.

2.-Intervienen las ADN polimeras I y III, que se encargan de la replicación y corrección de errores. La que lleva la mayor parte del trabajo es la ADN polimerasa III.

3.-Actúa la ADN polimerasa II, corrigiendo daños causados por agentes físicos. 

• La cadena 3´−5´es leída por la ADN polimerasa III sin ningún tipo de problemas ( cadena conductora). En la cadena 5´−3´ no puede ser leída directamente, esto se soluciona leyendo pequeños fragmentos ( fragmentos de Okazaki ) que crecen en el sentido 5´−3´y que más tarde se unen . Esta es la hebra retardada, llamada de esta forma porque su síntesis es más lenta.

Transcripción.• Transcripción es el proceso de fabricación ARN

usando el ADN como molde.• La síntesis de ARN usando un ADN patrón es

llamada transcripción.• Síntesis de moléculas de ARN,

complementarias a un fragmento de una de las cadenas del ADN.

(1) Comienza la transcripción de un ADN cuando una ARN polimerasa se encuentra a 20 o 30 nucleótidos después de la secuencia TATA.

• (2) Cuando el transcrito (ó ARN) ha alcanzado 30 nucleótidos de largo, en su extremo 5’ es colocado una guanosina unido a un grupo trifosfato que además es metilado.

• (3) La ARN polimerasa se nueve a lo largo del ADN transcribiendo tanto exones como intrones. Hasta que se transcribe la secuencia AAUAAA, después de cerca de 20 nucléotidos de esta secuencia, el transcrito es cortado; la reacción probablemente involucra una pequeña ribonucleoproteína nuclear (snRNP) que contiene una molécula de ARN ( “U1 ARN”) rico en uracilo.

• (4) Una enzima adiciona una secuencia de 150 a 200 adeninas en el extremo 3’ de la hebra de ARN naciente.

• (5) El transcrito es procesado y son cortados los intrones, probablemente con la ayuda de otras snRNPs; y nuevamente U1 ARN se une a una secuencia complementaria (que incluye GU) en el comienzo del intron, también en este proceso participan otras 6 moléculas de ARN (denominadas U2,U3,...U7)

• (7) Los exones son unidos para formar finalmente el ARN mensajero maduro.

Traducción (Síntesis de Proteínas)

• El ARN mensajero es el que lleva la información para la síntesis de proteínas, es decir, determina el orden en que se unirán los aminoácidos

• Esta información está codificada en forma de tripletes, cada tres bases constituyen un codón que determina un aminoácido. Las reglas de correspondencia entre codones y aminoácidos constituyen el código genético.

• La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma. Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia, específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero, dónde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por complementariedad de bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les corresponde.

MUTACIONES

BASE MOLECULAR DE LAS MUTACIONES GÉNICAS

Mutaciones espontaneas

Mutaciones inducidas

Se produce en todas las células

Se producen cuando un organismo es expuesto a un agente mutagénico, o mutageno.

Resumen de los cambios a nivel molecular de las mutaciones.

• Mutaciones supresoras intragenicas

Cambio de fase de signo opuesto en un segundo

sitio dentro del gen

Mutación de cambio de sentido en un segundo

sitio

No comprendido totalmente en lo que se refiere a la proteína , explicando en términos de una segunda distorsión que restaura una conformación

• Mutaciones supresoras intergenicasSupresiones sin sentido Un gen, sufre un hecho mutacional en su

región anticodón que le permite reconocer y alinearse con un codón mutante sin sentido

Supresiones de cambio de sentido

Conjunto heterogéneo de mutaciones con mecanismos moleculares que no son comprendidos totalmente.

Supresores de cambio de bases

Se han encontrado muy pocos casos.En uno de ellos, un anticodon de cuatro nucleotidos en un tRNA – lee- un codon de cuatro letras

Supresores fisiologicos Un defecto en una ruta química es compensado por otra mutación.

Hacia los años sesenta, anunciaban una nueva era de la genética molecular.

Esto ha incrementado nuestro conocimiento de las rutas de mutagénesis e incluso ha ayudado aclarar los misterios de los puntos calientes mutacionales

Mutaciones espontaneas

Tienen distintas causas de origen, que incluyen:

• Errores en la replicación del ADN

• Lesiones fortuitas e incluso elementos genéticos transponibles

Errores en la replicación del DNA Durante la síntesis de ADN se pueden producir errores en la replicación porque se forme un emparejamiento erróneo ( ejm: A-C) que da lugar a una sustitución de base por otra.

Cada una de las bases aparece en el ADN en una de varias formas, que se denominan TAUTÓMEROS

La forma ceto de cada base es la que se encuentra normalmente en el ADN, mientras que las formas imino o enol son menos frecuentes.

Podemos observar algunos emparejamientos erróneos posibles motivados por cambios de un tautomero a otro denominados cambios tautomeros.

Transiciones

En las que una purina es sustituida por otra purina o una pirimidina por otra pirimidina

Todos los emparejamientos descritos anteriormente dan lugar a mutaciones por transiciones.

Transversiones

Las mutaciones por transversion, son en las que una pirimidina es sustituida por una purina y viceversa

Mutaciones de cambio de fase

Los errores de replicación

pueden conducir a mutaciones de cambio de fase

George streisinger y sus colaboradores dedujeron la secuencia de nucleótidos

circundante de diferentes sitios de mutaciones

Descubrieron que estas mutaciones

ocurren con frecuencia en

secuencias repetidas y formularon un

modelo que explicaría los cambios

de fase sobre la síntesis de ADN

En estos modelos las mutaciones de

cambio de fase surgen cuando los

lazos en regiones de cadena única se

estabilizan mediante : un

emparejamiento erróneo deslizado.

Errores de la replicación

• Tautometría:Las bases nitrogenadas cambian su forma cetónica a tautométrica enólica, produciendo transiciones del tipo: A*C, T*G.

apareamiento erróneo deslizado

• durante la replicación se puede producir el deslizamiento de una de las dos hélices (la hélice molde o la de nueva síntesis). El deslizamiento de la hélice de nueva síntesis da lugar a una adición, mientras que el deslizamiento de la hélice molde origina una deleción

Deleciones y Duplicaciones

• También se han detectado con bastante frecuencia en regiones con secuencias repetidas.. Se cree que estas mutaciones podrían producirse por un sistema semejante al propuesto por Streisinger ("Apareamiento erróneo deslizado") o bien por entrecruzamiento desigual.

Lesiones o daños fortuitos en el ADN

• También llamadas lesiones espontáneas, producen daños en el ADN y mutaciones, entre ellas encontramos la desaminación y la despurinización.

La despurinización

• Consiste en la ruptura del enlace glucosídico entre la base nitrogenada y el azúcar al que está unida. Como consecuencia aparecen sitios apurínicas. Existe un sistema de reparación de este tipo de lesiones en el ADN. Este tipo de lesión es la más recurrente o frecuente: se estima que se produce una pérdida de 10.000 cada 20 horas a 37 °C.

La desaminación

• Consiste en la pérdida de grupos amino. La citosina por desaminación se convierte en uracilo que empareja con adenina produciéndose transiciones: GC→AT.

• Glucosidasa de uracilo: encargada de detectar la presencia de este tipo de base en el ADN y retirarlo.

• La (5-Me-C) por desaminación se convierte en Timina (T). La Timina (T) es una base normal en el ADN y no se retira, por tanto estos errores no se reparan. Este tipo de mutación también genera transiciones.

Los daños oxidativos en el ADN.

• Existen radicales producen daños en el ADN, y una de las principales alteraciones que originan es la transformación de la guanina en 8-oxo-7,8-dihidro-desoxiguanina que aparea con la Adenina. Esta alteración del ADN produce transversiones: GC→TA.

Mutaciones espontaneas y enfermedades humanas

Análisis de secuencia de ADN

Hereditarias en el hombre

Identificar

Mutaciones

EnfermedadesDeleciones

Duplicaciones

Ejemplo de una delecion

EXPANSIÓN DE UNA REPETICION DE TRES PARES DE BASES

1 – 1500 VARONES 1-2500 MUJERES

RETRASO MENTAL HEREDITARIO

SINDROME DEL X FRAGIL

CARACTERIZA

SITIO FRAGIL EN EL CROMOSOMA X ROTURA IN VITRO

CAUSADO POR MUTACIONES EN UNA REPETICION (CGG) DENTRO DE LA SECUENCIA ESTRUCTURAL DEL GEN FMR-1

Premutación

Inestables

Inserciones adicionales de ADN

Aparición de las repeticiones

• Emparejamiento erróneo deslizado durante la síntesis de ADN

Implica una expansión de la secuencia de 4 pares de bases CTGG

La frecuencia de mutación alta en la replicación de 3 pares de bases del síndrome de x frágil sugiere que las

células por encima de un cierto nivel (50)

La maquinaria de replicación no puede replicar fielmente la secuencia correcta,

lo que da lugar a grandes variaciones en el numero de repeticiones

Atrofia muscular espinal y bulbar

• Ligada al cromosoma x

Se produce por amplificación de una repetición de 3 pares de bases (CAG)

Debilidad y atrofia muscular progresiva

Mutaciones en el gen que cifra el receptor de

andrógenos

Los individuos normales tienen una medida de 21 repeticiones CAG en ese gen, mientras que los pacientes afectados presentan entre 40 y 52

repeticiones

Distrofia miotonica

• Expansión de secuencias Amplificación progresiva de un triplete CTG presente en el extremo 3’ de un transcrito

Los individuos normales poseen por termino medio, cinco copias de la repetición CTG, los

individuos levemente afectados tienen 50 copias y los gravemente afectados mas de

1000 repeticiones de CTG

Mutagènesis inducida

• Especificidad mutacional

Observada por primera ves por benzer en 1961

La especificidad surge de una «preferencia» por ciertos

tipos de mutaciones

Cada mutageno mostrado favorece una categoría de sustitución especifica

EMS Favorece la transición GCAT AFB1 Favorece la transición GCTA

La causa de los puntos calientes mutacionales se puede determinar por estudios de secuencias de ADN

5-BROMOURACILO (5-BU)Análogo de la

timina contiene bromo en la

posición C5, en lugar CH3

Aparece en la timina.

2-AMINOPURINA (2-AP)

Un analago de la adenina que puede emparejar con la

timina.

ESTADO PROTONADO: emparejar con citosina

EMPAREJAMIENTO ERRONEO ESPECIFICO

Algunos mutagenos no se incorporan en el

ADN, si no que en su lugar alteran una base.

Provocar un emparejamiento

erróneo especifico.

LA HIDROXILAMINA (HA) Inductor especifico de transiciones GCAT

AGENTES INTERCALANTES

Forman otra clase importante de modificadores de DNA. Este grupo de compuestos incluyen:

PROFLAVINA ICRNARANJA DE ACRIDINA

• IMITAN PARES DE BASES.• CAPACES DE DESLIZARCE ENTRE LAS BASES

NITROGENADAS APILADAS EN EL NUCLEO DE DOBLE HELICE DE DNA. MEDIANTE ( INTERCALACION).

POCICION INTERCALADA: • El agente puede producir

inserciones o deleciones de un único par de nucleótido.• Agentes intercalantes

pueden apilarse entre las bases del ADN de cadena sencilla; haciendo que estabilize bases que están en un lazo durante la formación de una mutacion de cambio de fase. ( modelo de streisinger)

PERDIDA DEL EMPAREJAMIENTO ESPECIFICO

- Un gran numero de mutagenos dañan una o mas bases.

- haciendo imposible el posterior emparejamiento.

Generando un bloqueo

en la replicación.

Puesto que la síntesis de ADN no sigue mas alla de una base que no puede

especificar una base complementaria

mediante puentes de hidrogeno.

EL CORTOCIRCUIT

O

- Bloqueo de la replicación mediante la inserción de bases.

- Requiere la activación de un sistema especifico

denominado SISTEMA SOS.

Inducción de SOS es un ultimo recurso que permite

sobrevivir a la célula, a cambio de un cierto nivel de

mutagenesis

LUZ ULTRAVIOLETA

:

* Origina algunos fotoproductos del DNA.

Fotodimero ciclobutano-

pirimidina y el fotoproducto 6-4

* Interfieren con el emparejamiento

normal de las bases. Necesaria inducción

de SOS para que ocurra mutagenesis.

LA AFLATOXINA B1(AFB1):

Es un carcinógeno que origina sitios apurinicos tras la formación de un producto de adicion en la posición N-7 de la guanina.

AGENTESINTERCALANTES

AGENTES INTERCALA

NTES

SE DESLIZA ENTRE LA PILA DE BASES DEL INTERIOR DE LA MOLECULA DE

ADN

ESTO PRODUCE INSERCIONES Y DELECIONES DE UNUNICOPAR DE

BASES

AFB

CARCINOGENOS QUIMICOS

UNION COVALENTE CON EL DNA

PRODUCTOS DE ADICION

VOLUMINOSOS

DIOL EPOXIDO DE BENZO(A)PIRENO

PRODUCIDO POR MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

No esta claro todavía que otros productos de adición al DNA

desempeñan un papel principal en la mutagenesis

Análisis por reversión

El análisis por reversión de una mutación puede decirnos algo acerca de la naturaleza de la mutación o de la acción de un

mutageno

Si una mutación no es revertida por el propio mutageno que la indujo , entonces el mutageno debe ejercer un tipo de acción unidireccional relativamente

especifica

Mutación por hidroxilamina

Se espera q la mutación fuera GC– AT que por

supuesto no puede ser revertida

Reacciones reversibles

proflavinaAgente

intercalante

Estas mutaciones con toda probabilidad son mutaciones en cambio de fase

Las mutaciones inducidas por acido nitroso (NA) que son transiciones , no deberían ser revertidas por proflavina

Digestión inducida por exonucleasa tras el corte

DELECCION

es un tipo especial de anomalía estructural cromosómica que consiste en la pérdida de un

fragmento de ADN de un cromosoma. Esta pérdida

origina un desequilibrio, por lo que las deleciones están incluidas dentro de las

reordenaciones estructurales desequilibradas

Secuencia repetida

Agente intercalante

ADICION

GRACIAS