SEP SNEST DGEST
UNIDAD V:
REPARACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO
QUE PRESENTA:
Arisbeth Salgado Mendoza
09930054
Lic. BIOLOGIA VI "A"
Ciudad Altamirano, Gro. México. ABRIL del 2012
INTRODUCCIÓN:
REPARACIÓN DE LOS
DAÑOS EN EL ADN
Cono hemos venido viendo hasta el momento,
existen muchos agentes físicos y químicos que pueden producir lesiones en el
ADN. Por tanto, deben existir mecanismos que permitan prevenir y reparar los
daños que se producen en el material hereditario tanto de forma espontánea como
los inducidos.
Como ya hemos visto cuando hablamos de la
replicación del ADN, la propia ADN polimerasa III posee la subunidad ε que
tiene una función correctora de pruebas que permite detectar cuando la ADN
polimerasa ha introducido un nucleótido que no es el correcto y retirarlo. Este
es un primer mecanismo que evita que se produzcan mutaciones durante la
replicación. Además de este mecanismo existen otros que previenen posibles
daños y que reparan las lesiones producidas:
·
Sistemas que evitan los errores antes de que ocurran.
·
Reparación directa de las lesiones en el ADN.
·
Sistemas de reparación por escisión.
·
Reparación posterior a la replicación.
Superóxido dismutasa: este enzima convierte
los radicales superóxido en peróxido de hidrógeno.
Catalasa: este enzima convierte el peróxido de
hidrógeno en agua.
Gen mutT: este gen codifica para
un enzima que impide la incorporación de la 8-oxo-G al ADN. Este enzima
hidroliza el trifosfato de la 8-oxo-G a la forma monofosfato.
Fotorreactivación: sistema de reparación directa de los daños producidos
por la luz UV. La luz UV produce dímeros de pirimidinas, fundamentalmente
dímeros de Timinas. El enzima Fotoliasa codificada por el
gen phr reconoce en la oscuridad los dímeros de Timina y se
une a ellos, y cuando se expone a la luz (mediante un fotón) deshace el dímero
de Timinas.
Transferasa de grupos alquilo (metilo o etilo): elimina
los gupos alquilo producidos por el EMS o por NG. El enzima metiltransferasa transfiere
el grupo metilo de la O-6-metilguanina a una cisteína (cys) de la enzima.
Reparación de los daños de la luz UV (Endonucleasa uvrABC): La Endonucleasa
uvrABC es una escilnucleasa codificada por los genes uvrA,
uvrB y uvrC que corta el ADN. La Helicasa II de ADN
separa las dos hélices y retira 12 nucleótidos. La ADN polimerasa
I rellena el hueco producido por la Helicasa II y
la Ligasa sella los extremos.
Reparación AP: reparación de las sedes
apurínicas o apirimidínicas. La llevan a cabo las Endonucleasas AP de
la clase I que cortan por el extremo 3' y las de la clase II que cortan por el
extremo 5'. Una exonucleasa elimina una pequeña región que
contiene entre dos y 4 nucleótidos, la ADN polimerasa I rellena
el hueco y la Ligasa sella los extremos.
Reparación mediante glucosidasas: estas
enzimas detectan las bases dañadas y las retiran rompiendo el enlace
N-glucosídico con el azúcar. Como consecuencia se origina una sede AP que se
repara de la forma indicada anteriormente (reparación AP). La Glucosidasa
de Uracilo elimina el Uracilo (U) del ADN. La Glucoxidasa de
Hipoxantina, elimina la Hipoxantina (H) del ADN. Además de estas dos
glucosidasas existen otras diferentes.
Sistema GO: dos glucosidasas producto de los genes mutM y mutY actúan
conjuntamente para eliminar las lesiones que produce la 8-oxo-G (GO).
Reparación de apareamientos incorrectos: la
reparación de apareamientos incorrectos posterior a la replicación requiere la
existencia de un sistema que sea capaz de realizar las siguientes operaciones:
- Reconocer las bases mal apareadas.
- Determinar cual de las dos bases es la
incorrecta.
- Eliminar la base incorrecta y sintetizar.
Esta reparación la
realizan los productos de los genes mutH, mutL, mutS y mutU. Además, para
distinguir la hélice de nueva síntesis de la hélice molde y así saber eliminar
la base incorrecta, el sistema consiste utiliza el hecho de que la hélice de
nueva síntesis tarda un cierto tiempo en metilarse la Adenina (A) de la
secuencia GATC, mientras que la A de la secuencia GATC de la hélice molde ya
está metilada. El enzima que reconoce la secuencia GATC metilando
la A que contiene es la Metilasa de Adenina.
Reparación directa: Fotorreactivación
Reparación por escisión: daños UV
Reparación posterior a la replicación
Reparación sedes AP
Reparación por recombinación: cuando la
ADN polimerasa III encuentra un dímero de Timina (T) producido por luz UV no
sabe que nucleótido poner saltando la región y dejando un hueco. Como
consecuencia esa región queda como ADN de hélice sencilla. Debido a que la luz
UV produce muchos dímeros de Timina, se produce un bloqueo en la replicación y
para evitar que la célula muera y pueda replicarse se dispara el sistema de
emergencia SOS. La puesta en marcha del sistema SOS comienza porque el ADN de
hélice sencilla activa a la proteína RecA que a su vez
interacciona con la proteína LexA. La proteína LexA es
un represor de los genes uvrA, uvrB, uvrD, sulA y sulB. Todos estos
genes tienen en el promotor una secuencia denominada caja SOS. La
proteína LexA normalmente impide la transcripción o expresión
de los genes citados anteriormente, pero cuando interacciona con la
proteína RecA deja de impedir la expresión de estos genes,
pudiéndose sintetizar las proteínas correspondientes y reparar los daños
producidos por la luz UV.
OBJETIVOS:
- ü Definirá la mutación, su papel en la genética molecular y los distintos tipos que se conocen.
- ü Relacionará los distintos mutágenos con los defectos en la organización del genoma.
- ü Conocerá los mecanismos de reparación molecular del material genética de los seres vivos con el fin de entender la estabilidad y la variabilidad genética
METODOLOGÍA:
Se llevara acabo mediante el proceso de la explicación del docente así como nosotros mismos vallamos participando y aprendiendo en el transcurso de la unidad establecida.
5.1 CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE LESIÓN AL ADN
La mutación en genética y biología, es una
alteración o cambio en la información genética (genotipo) de un ser vivo y
que, por lo tanto, va a producir un cambio de características, que se presenta
súbita y espontáneamente, y que se puede transmitir o heredar a la
descendencia.
MUTACIONES GÉNICAS
Sustituciones de
bases: cambio o sustitución de
una base por otra en el ADN.
·
Transiciones: cambio de una purina (Pu) por otra purina, o
bien cambio de una pirimidina (Pi) por otra pirimida.
·
Transversiones: cambio de una purina
(Pu) por una pirimidina (Pi) o cambio de una pirimidina (Pi) por una purina
(Pu).
Inserciones o
adiciones y deleciones de nucleótidos: se
trata de ganancias de uno o más nucleótidos (inserciones o
adiciones) y de pérdidas de uno o más nucleótidos (deleciones). Tienen como
consecuencia cambios en el cuadro o pauta de lectura cuando el número de
nucleótidos ganado o perdido no es múltiplos de tres.
Duplicaciones: consiste en la
repetición de un segmento de ADN del interior de un gen.
Inversiones: un segmento de ADN del interior
de un gen se invierte, para ello es necesario que se produzcan dos giros de
180º , uno para invertir la secuencia y otro para mantener la polaridad del
ADN.
Transposiciones: un segmento de un gen
cambia de posición para estar en otro lugar distinto del mismo gen o en otro
lugar del genoma.
5.1.1 LESIONES ESPONTANEAS
Además
de los errores de replicación, las lesiones espontáneas, que producen daños en
el DNA de forma natural, también pueden causar mutaciones, Dos de las lesiones
espontáneas más frecuentes son el resultado de la desaminación y de la
despurinización.
La despurinización, la más común de las
dos, implica la interrupción del enlace glucisídico entre la base y la
desoxiribosa y la pérdida posterior de un residuo de guanina o adenina del DNA.
Una célula de mamífero pierde de forma espontánea alrededor de 10.000 purinas
de su DNA durante un tiempo de generación de 20 horas a 37ºC. Si estas lesiones
persistieran, conducirían a un daño genético importante porque los sitios sin
purina que se originan no pueden especificar una base complementaria a la
purina original durante la replicación. Sin embargo, sistemas de reparación
eficaces eliminan les sitios sin purinas. Bajo ciertas circunstancias se puede
insertar una base en un sitio sin purina; con frecuencia esto da como resultado
una mutación.
La desaminación de citosina produce
uracilo. Los residuos de uracilo no reparados emparejarán con adenina durante
la replicación, produciendo la conversión de un par G·C en un par A·T
(una transición G·CA·T).
Una de las enzimas celulares de reparación, la glucosilasa de uracilo
de DNA, reconoce residuos de uracilo en el DNA y los escinde, dejando un
hueco que es rellenado posteriormente. El análisis de puntos calientes de
transición G·CA·T en el gen lacI he demostrado que aparecen
residuos de 5-metilcitosina en cada punto caliente. La posición de la
5-metilcitosina correlaciona bien con los sitios más mutables. Esto se debe a
que la desaminación de la 5-metilcitosina origina 5-metiluracilo, que no es
reconocida por la enzima glucosilasa de uracilo de DNA y por
tanto no se repara. Así pues, las transiciones CT debidas a desaminación se
detectan más frecuentemente en sitios con 5-metilcitosina, que se encuentran en
bacterias y en células superiores.
Las bases dañadas oxidatívamente representan
un tercer tipo de lesión espontánea implicada en la mutagénesis. El metabolismo
aerobio normal genera, como subproducto, ciertas especies activas de oxígeno,
como radicales superóxido (O2-), peróxido de hidrógeno (H2O2) y radicales
hidroxilo (OH). Todas ellas causan lesiones oxidativas en el DNA que dan lugar
a mutaciones y que han sido relacionadas con varias enfermedades humanas.
La figura 5 muestra un
productos del daño oxidativo. El producto 8-oxo-7,8-dihidro-desoxi-guanina (8-oxodG)
empareja con frecuencia erróneamente con A, produciendo un alto número de transversiones GT.
5.1.2 LESIONES INDUCIDAS
Las
mutaciones pueden ser espontáneas o inducidas. Las primeras son aquellas que
surgen normalmente como consecuencia de errores durante el proceso de
replicación del ADN. Tales errores ocurren con una probabilidad de 10 ^ -7 en
células haploides y 10 ^ -14 en diploides.
Mutaciones
inducidas
Las
mutaciones inducidas surgen como consecuencia de la exposición a mutágenos
químicos o biológicos o a radiaciones. Entre los mutágenos químicos se
pueden citar:
§
los análogos de bases del ADN (como la 2-aminopurina),
moléculas que se parecen estructuralmente a las bases púricas o pirimidínicas
pero que muestran propiedades de apareamiento erróneas;
§
los agentes alquilantes como la nitrosoguanidina, que
reacciona directamente con el ADN originando cambios químicos en una u otra
base y produciendo también apareamientos erróneos;
§
y, por último, los agentes intercalantes como
las acridinas, que se intercalan entre 2 pares de bases del ADN, separándolas
entre sí.
Como mutágenos biológicos podemos
considerar la existencia de transposones
o virus capaces de integrarse
en el genoma.
Las
radiaciones ionizantes (rayos X, rayos cósmicos y rayos gamma) y no ionizantes
(sobre todo la radiación ultravioleta) también inducen mutaciones en el ADN;
las primeras se originan por los radicales libres que reaccionan con el ADN
inactivándolo, y las segundas aparecen como consecuencia de la formación de
dímeros de pirimidina en el ADN, es decir, como consecuencia de la unión
covalente de 2 bases pirimidínicas adyacentes.
Un agente utilizado a menudo para inducir mutaciones
(mutagénesis) en organismos experimentales es el EMS (sulfato de
etilmetano). Este mutágeno puede alterar la secuencia del DNA de diversas
maneras como modificar químicamente las bases de G en DNA. Esta alteración en
la secuencia de un gen se conoce como mutación puntual.
5.1.2.1 FIJACIÓN DE LA SELECCIÓN
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
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.
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.
5.1.2.2 AGENTES MUTAGENICOS
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.
Tipos de agentes mutágenos:
Estos
agentes mutagénicos se pueden clasificar en:
§
Mutágenos químicos: son compuestos químicos capaces de alterar las
estructuras del ADN de forma brusca, como por ejemplo el ácido nitroso (agente
desaminizante), brominasy algunos de
sus compuestos.
§
Mutágenos físicos: son radiaciones que pueden alterar la secuencia y
estructura del ADN. Son ejemplos la radiación ultravioleta que
origina dímeros de pirimidina (generalmente
detimina), y la radiación gamma y la alfa que son ionizantes.También
se considerar agentes físicos los ultrasonidos,con 400.000 vibraciones por
segundo,que han inducido mutaciones en Drosophila y en algunas plantas
superiores, y centrifugación, que también producen variaciones cromosómicas
estructurales.
§
Mutágenos
biológicos: son aquellos organismos “vivos” que pueden
alterar las secuencias del material genético de su hospedador; como por
ejemplo; virus, bacterias y hongos. Son ejemplo los transposones (fragmentos
autónomos de ADN).
§
Factores que no son
agentes mutágenos pero que determinan si una mutación tendrá lugar o no:temperatura,presión de oxígeno, envejecimiento.
§
Mutágenos que
resultan de sustancias no carcinógenas metabolizadas, por ejemplo, el benzopireno es la sustancia resultante
del metabolismo del hígado.
5.1.3 FÍSICOS
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 eluranio,
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.
5.1.4 QUÍMICOS
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.
5.2 SISTEMAS DE REPARACIÓN
La reparación del ADN es el conjunto de procesos
involucrados en la corrección del daño en el ADN. Los procesos pueden ser
pre-replicativos o post-replicativos.
Los procesos de reparación del ADN se
pueden clasificar en:
Reparación
directa:
Se reparan roturas del enlace
fosfodiéster entre dos nucleótidos o daños por alquilación, frecuentemente por
metilación. En la reparación de roturas interviene la ADN ligasa. Las
alquiltransferasas reparan los daños por alquilación, transfiriendo el grupo
alquilo, normalmente metilo, del ADN a su propia cadena polipeptídica. Un
ejemplo de este tipo d enzima es la O6-metilguanina-ADN metiltransferasa (MGMT)
humana.
DNA
fotoliasa: revierte los dimeros de timina - fotorreactivación
Transferasas
de grupos alquilo:
eliminan los grupos alquilo generados por mutágenos (metanosulfonato de etilo,
nitrosoguanidina)
Reparación
por escisión:
Reparación
por escisión de bases: Se elimina el nucleótido con la base mutada y se introduce el nucleótido
correcto uniéndolo con los nucleótidos adyacentes. Este proceso repara daños
por alquilación o por radiación ionizante. Esta reparación es compleja y en el
proceso intervienen ADN glicosilasas específicas para cada una de las bases
alteradas, AP endonucleasas (APE1 específica de humanos), fosfodiesterasas, la
ADN polimerasa beta y la ADN ligasa.
Son sistemas de reparación
dependientes de homología. Reparan los daños causados por metilación,
desaminación, oxidación o pérdida espontanea de bases (Glicosilasas DNA +
Endonucleasas AP + Desoxirribofosfodiesterasa + Polimerasa + Ligasa)
Reparación
por escisión:
Reparación
por escisión de nucleótidos: Este proceso repara el ADN
que se encuentra distorsionado espacialmente debido a la presencia de bases
modificadas con grandes grupos químicos, dímeros de pirimidina o uniones
intracadena. Este tipo de daño suele producirse por agentes químicos o por
radiación ultravioleta. En este proceso de reparación intervienen endonucleasas
que cortan de 24 a 29 nucleótidos alrededor del o de los nucleótidos mutados.
Previamente se abre la doble cadena. Ocurre normalmente acoplado a la
transcripción, donde uno de los factores de transcripción, con actividad
helicasa, es el encargado de separar las dos cadenas. Después actúa una ADN
polimerasa y una ADN ligasa.
Corrige los errores voluminosos que
la escisión de base no reconoce (bloqueo de la horquilla de replicación o del
complejo transcripcional).
·
Reparación del mal apareamiento de bases:
En este caso las diferencias
en la metilación de una cadena con respecto a la otra sirven para detectar
fallos de replicación. Intervienen proteínas que cuando detectan cadenas
hemimetiladas, retiran el nucleótido incorrecto e introducen el correcto. Este
tipo de proceso de reparación del ADN puede ir acoplado a la replicación del
ADN.
• Reparación por recombinación de roturas de la
doble cadena:
Entre las causas de estas roturas están las radiaciones
ionizantes y algunos mutágenos químicos. La reparación de las roturas puede
hacerse por unión de extremos no homólogos (NHEJ: Non-Homologous End Joining) o
por recombinación homóloga en la que intervienen las mismas proteínas que en la
recombinación genética.
Reparación
por escisión:
Reparación
por escisión de nucleótidos:
Corrige los errores voluminosos que
la escisión de base no reconoce (bloqueo de la horquilla de replicación o del
complejo transcripcional).
Reparación
por escisión:
Reparación
postreplicativa: corrige emparejamientos erróneos
Reparación
propensa a error:
Sistema
SOS: evita
el bloqueo en la replicación mediante la adición de bases no específicas (E.
coli)
Recombinación
a nivel molecular:
Unión de extremos no homólogos - NHEJ (propenso a error)
Recombinación homóloga - SDSA (libre de errores)
Roturas de
doble cadena:
Proceso fundamental para la
recombinación meiótica. Papel esencial de la proteína SPO II (Levaduras)
"TAREA"
ENSAYO DE LA IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LAS MUTACIONES
La mutación es la alteración de la información
genética, la cual la destacamos como el proceso de la evolución a nivel
molecular de cada individuo, en ella establece la variabilidad de cada
individuo de una población.
La mutación es la base
fundamental del estudio ya que por medio de este proceso nos damos cuenta el
cambio del evolucionismo del ser humano, en la cual sabríamos donde se
establece la mutación o la alteración del gen para el resultado de la mutación
presente y cuales fueron las causas o motivos causantes de dicho factor.
La mutación es considerada
como la fuente primaria de la variabilidad genética de dicha evolución, la cual
es importante para que la población se amolde o se adapte a los cambios
causados por la naturaleza presente o
los cambios climáticos presentes del entorno.
Es importante destacar que
cada mutación puede ser considerada como un evento único establecido en dicha
población actual, hay que considerar que las mutaciones en los seres vivos, no
siempre son consecuencias mala, si no que gracias a estos ocurren cambios en el
mundo que ayudan a sobrevivir a cualquier ser vivo en el entorno que nos rodea
actualmente.
“QUIEN EVOLUCIONA ES LA
ESPECIE, NO EL INDIVIDUO”
CONCLUCION:
En esta unidad aprendimos como se puede reparar el material genético y este puede causar alteraciones al cromosoma y poder presentar una mutación ya sea debido a muchos factores que los presente, también estos pueden indicar la evolución de ser humano en el entorno del medio ambiente.
BIBLIOGRAFIA:
- es.wikipedia.org/wiki/Mutación
- http://html.rincondelvago.com/mutaciones-espontaneas_mecanismos-biologicos-de-reparacion.html
- http://es.wikipedia.org/wiki/Mutaci%C3%B3n#Mutaciones_espont.C3.A1neas_o_inducidas
- http://es.wikipedia.org/wiki/Mut%C3%A1geno#Tipos_de_agentes_mut.C3.A1genos
- http://www.medmol.es/glosario/57/
