Post on 26-Jul-2015
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 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)
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.
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.
• 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
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.
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.
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