GENÈTICA MOLECULAR MUTACIONS
GENÈTICA MOLECULAR
MUTACIONS
MUTACIONSEl terme mutació es deu al botànic H. de Vries (1901), que estudiant la flor de nit, va adonar-se de l’aparició de característiques no previstes que es transmetien a la descendència. Aquests canvis els va anomenar mutacions
Es defineix mutació qualsevol canvi en el material hereditari d’una cèl·lula que es transmet d’una generació a l’altra
Les mutacions són successos fortuïts deguts a errors en la replicació de l’ADN o bé en la seva reparació o a l’acció de diversos factors (incorreccions en el repartiment dels cromosomes en la mitosi o meiosi, per acció d’agents mutàgens,...)
Tenen una gran importància en Biologia degut a que són responsables de la variabilitat genètica (permet el procés de l’evolució)
Si una mutació es dóna en una cèl·lula somàtica, aquesta només afectarà a l’individu (de fet a totes les cèl·lules descendents de la cèl·lula afectada) i no passarà a la descendència, mentre que si la mutació es dóna en una cèl·lula germinal, aquesta serà heretable
Tipus de mutacions
Gèniques: Afecten a l’estructura del gen
Cromosòmiques: Afecten a l’ordre lineal dels gens als cromosomes
Genòmiques: Afecten al genoma, al nombre de cromosomes
Mutacions gèniques
Són alteracions en l’estructura dels gens, on almenys un triplet es veu modificat (per un canvi de base, l’addició d’una base o deleció d’una base)
La modificació d’un triplet pot provocar l’aparició d’un aa. diferent a l’esperat i això pot provocar una variació en la proteïna (el fet que el codi genètic sigui degenerat fa que l’efecte de les mutacions gèniques quedi esmorteït.)
Es considera que quan es produeix una mutació gènica, es produeix un nou AL·LEL en aquest gen
Els efectes de les mutacions poden ser molt subtils o tan intensos que provoquin defectes morfològics greus i fins i tot la mort. Segons els efectes de les mutacions, podem parlar de mutacions morfològiques (afecten a característiques visibles de l’organisme), letals (actuen sobre la supervivència de l’individu), condicionals (la mutació es manifesta en determinades condicions), bioquímiques (varien una funció bioquímica de la cèl·lula),...
Entre els problemes relacionats amb les mutacions puntuals en l’home tenim:
Anèmia falciforme,Alcaptonuria, Fenilcetonuria, Albinisme, Hipodoncia (absència de fins 6 dents), Càncer de colon, Càncer de tiroides, Càncer de pancreas, Polidactilia, Hipertensió arterial, Diabetis, etc.
Les mutacions gèniques són degudes bàsicament a una substitució de bases, a una deleció o a una adició de bases nitrogenades. Això fa que puguem distingir:
Mutacions per SUBSTITUCIÓ de bases
Transicions
Transversions
Mutacions de CONSTRUCCIÓ RECORREGUDA
Delecions
Adicions
Consisteix en el canvi d’una base púrica per una altra púrica o una pirimidínica per una altra pirimidínica
Consisteix en el canvi d’una base púrica per una pirimidínica o a l’inrevés
Consisteix en la pèrdua de parells de bases
Apareixen nous parells de bases
NormalADN normal 3' ... TAC GGA GAT TCA AGA GAG ...5'ARNm normal 5' ... AUG CCU CUA AGU UCU CUC ...3'Proteïna normal H2N- Met Pro Leu Ser Ser Leu - COOH
TransicióADN normal 3' ... TAC GGA GAC TCA AGA GAG ...5'ARNm normal 5' ... AUG CCU CUG AGU UCU CUC ...3'
Proteïna normal H2N- Met Pro Leu Ser Ser Leu - COOH
Transversió
ADN normal 3' ... TAC GGA GTT TCA AGA GAG ...5'
ARNm normal 5' ... AUG CCU CAA AGU UCU CUC ...3'
Proteïna normal H2N- Met Pro Gln Ser Ser Leu - COOH
Deleció
ADN normal 3' ... TAC GGG ATT CAA GAG AG ...5'
ARNm normal 5' ... AUG CCC UAA GUU CUC UC ...3'
Proteïna normal H2N- Met Pro Stop
Addició
ADN normal 3' ... TAC GGA GGA TTC AAG AGA G ...5'
ARNm normal 5' ... AUG CCU CCU AAG UUC UCU C ...3'
Proteïna normal H2N- Met Pro Pro Lys Phe Ser - COOH
Mutacions per SUBSTITUCIÓ
Mutacions per SUBSTITUCIÓ
Transicions
Mutacions cromosòmiques
Les mutacions cromosòmiques són alteracions en la seqüència original dels gens en el cromosoma. Aquestes alteracions poden ser:
Variacions en la distribució dels gens dels cromosomes
Translocacions
Inversions
Variacions en el nombre de gens dels cromosomes
Delecions
Duplicacions
Variacions en la distribució dels gens dels cromosomes
Translocacions
Canvi de localització d’un fragment de cromosoma, ja sigui en el mateix cromosoma o en un altre no homòleg
Són visibles al microscopi òptic durant la meiosi. Solen anar aparellades a la semiesterilitat. Si són recíproques, s’anomenen transposicions
Translocació recíproca
Inversions Canvi en l’ordre dels gens al cromosoma. Es produeixen quan en un cromosoma es donen dues escissions i la posterior unió es dona amb l’odre invertitExisteixen dos tipus de inversions: les pericèntriques (si inclouen el centròmer) i les paracèntriques (no inclouen el centròmer)Són visibles al microscopi òptic durant la meiosi, ja que s’originen bucles durant l’aparellament de cromosomes homòlegs
Inversió paracèntri
ca
Inversió pericèntric
a
Variacions en el nombre de gens dels cromosomes
Delecions
Pèrdua d’un fragment de cromosoma que conté un o més gens
En casos d’homozigosi, moltes vegades són incompatibles amb la vida.
Duplicacions
Repetició d’un fragment de cromosoma, ja sigui en el mateix cromosoma o en un altre
Visible al microscopi òptic. Són molt importants evolutivament parlant ja que, com que representen un augment del material genètic, si hi ha mutacions en aquest segment permeten la diversificació del material hereditari
Els efectes de les mutacions cromosòmiques són:
Les delecions i duplicacions produeixen un canvi en la quantitat de gens i per tant tenen efectes fenotípics, normalment letals Les inversions i translocacions no solen produir efectes fenotípics, ja que l’individuo té els gens correctes, encara que les translocacions poden provocar esterilitat o descendents amb anomalies
Un exemple de mutació cromosòmica en humans és el síndrome “cri du chat”. És provocat per una deleció en el cromosoma 5 i es caracteritza per microcefalia, cardiopatia, retard mental greu, detenció del creixement, ...
Evolutivament, les duplicacions tenen una gran importància, a diferència de les delecions.
Les fusions de cromosomes poden donar lloc a l’aparició de nous cromosomes, com per exemple el cromosoma 2 humà, que és el resultat de la fusió de dos cromosomes d’un avantpassat antropomorf
Mutacions genòmiques
Són alteracions en el nombre de cromosomes propis de l’espècie. Aquestes alteracions poden ser:
EUPLOÏDIES
ANEUPLOÏDIES
Afecten a jocs sencers de cromosomes
Afecten només a una part del joc de cromosomes
EUPLOÏDIES
El nombre de cromosomes és un múltiple sencer del nombre bàsic de cromosomes (n) o dotació haploide
Agafant la dotació diploide (2n) de referència distingim:
Monoploïdies (n) (o haploïdies)
Només hi ha un joc de cromosomesPoliploïdie
s Presenten més de dos jocs de cromosomes: triploïdies (3n), tetraploïdies (4n), ...
Ex.: plàtans (3n), blat (4n), fresons (6n)
Es donen sobretot en vegetals. Els individus poliploides solen ser més grans i resistents que els que tenen el nombre normal de cromosomes i per aquest motiu són molt apreciats en agricultura
Segons l’origen de la poliploïdia, distingim entre autopoliploides (els cromosomes pertanyen a la mateixa espècie) i al·lopoliploides (els cromosomes provenen de més d’una espècie, encara que molt propera)
ANEUPLOÏDIES
El nombre de cromosomes no és un múltiple sencer del nombre bàsic de cromosomes (n) o dotació haploide
Les alteracions més característiques són:
Monosomies
Són cèl·lules a les que els hi falta un cromosoma. Responen a la fórmula (2n-1) (on n és la dotació haploide de l’espècie)
Els individus afectats solen tenir elevada mortaldat i una baixa taxa de reproduccióEs produeixen per una no disjunció de cromosomes homòlegs a la meiosi II en la gametogènesi. D’aquesta manera, apareixen gàmetes amb (n+1) cromosomes i gàmetes amb (n-1).
Quan una gàmeta (n) s’uneix amb una (n-1), obtenim un zigot 2n-1 (monosòmic)Ex.: En humans, Síndrome de Turner (23 autosomes + X-). Falta un cromosoma sexual X. Els individus són femelles amb atrofia d’ovaris, absència de desenvolupament dels caràcters sexuals secundaris, infantilisme, ...
Trisomies
Son cèl·lules que tenen un cromosoma més. Responen a la fórmula (2n+1) (on n és la dotació haploide de l’espècie)
Algunes trisomies importants són:
La freqüència d’aparició d’aquesta trisomia és de 1/700 naixements, tot i depèn de l’edat de la mare
(als 20 anys, la freqüència és de 1/1930; als 30 anys és de 1/890; als 40 és de 1/110 i als 50 és de 1/12)
Trisomia 21. Síndrome de Down
Trisomia 18. Síndrome d’Edwards
Trisomia 13. Síndrome de Patau
Trisomia XXY. Síndrome de Klinefelter
Tetrasomies
Son cèl·lules que tenen un cromosoma quadruplicat. Responen a la fórmula (2n+2)
Doble trisòmic
Son cèl·lules que tenen dos cromosomes duplicats. Responen a la fórmula (2n+1+1)
Nul·losomies
Son cèl·lules que tenen una parella de cromosomes homòlegs menys. Responen a la fórmula (2n-2)
Fusió cèntrica
És la unió de dos cromosomes no homòlegs combinada amb la pèrdua d’un dels centròmers. Llavors el conjunt es comporta com un únic cromosoma i l’individu té un cromosoma menys en el seu genoma
Fisió cèntrica
Fenomen contrari al anterior. Apareix un nou centròmer en un cromosoma i aquest es trenca en dos. L’individu té un cromosoma més
Altres mutacions que afecten al nombre de cromosomes són:
Freqüència de mutació espontània
És la probabilitat amb la que es dona una mutació. Generalment aquesta freqüència és molt petita.
Existeixen, no obstant, condicions ambientals o productes químics que fan augmentar aquesta probabilitat. Són els agents mutàgens.
Agents mutàgen
s
Agents físics
Agents químic
s
Agents mutàgens
Tots els agents, tant físics com químics, capaços d’alterar la seqüència de l’ADN. Moltes vegades, aquests a gents també són cancerígens
Agents físics
Radiacions ionitzants: raigs X, raigs , raigs , raigs (procedents de la radioactivitat). Tenen un elevat grau de penetració i provoquen pèrdues d’electrons als àtoms, alterar les bases i fins i tot trencar l’ADNRadiacions no-ionitzants: radiacions ultraviolades. Són menys penetrants, però fan que les zones més exposades (la pell), els electrons tinguin més energia i alterar l’estructura de l’ADN (ex. formació de dímers de timina)Xocs tèrmics i augments de temperatura (es trenquen bases), ultrasons, edat de l’individu (es perd eficàcia en les duplicacions), ...
Agents químics
Agents semblants a bases nitrogenades (cafeïna, nicotina)Agents desaminants (àc. nitrós)Agents alquilants (gas mostassa)
Sistemes de reparació de l’ADN
Sistemes que no trenquen l’ADN. Ex.: enzim fotorreactiu (activat per la llum UV)
Sistemes que trenquen l’ADN. Sistema més important. Consta de l’acció de 4 passos enzimàtics, que trenquen la secció danyada i afegeixen els nucleòtids necessaris per a la reparació.
Sistemes S.O.S. En períodes de duplicació de l’ADN, si l’ADN polimerasa troba una mutació (dímer de timina, base desanimada,...) la duplicació s’atura. Passat un temps límit, s’activa aquest sistema que desbloqueja l’enzim i l’obliga a posar un nucleòtid
1)
P5 '
3 '
G
P5 '
3 '
G
3 ' 5 '
A
PP5 '
3 '
C
T
P5 ' 3 ' P5 ' 3 '
T
A
P3 ' 5 '
G
P5 '3 '
C
P5 '3 '
T
P5 '3 '
C
P5 '3 '
A
P3 ' 5 '
T
P5 '3 '
A
P3 ' 5 '
T
3 '5 'P
T
3 '5 'P P
5 ' 3 '
A
P5 ' 3 '
A
P5 ' 3 '
GC
P5 ' 3 '
Sistemes de reparació de l’ADN ex.: dímer de timina
2)P
5 '3 '
CA
P3 ' 5 '
G
P5 '3 '
C
P5 '3 '
T
P5 '3 '
C
P5 '3 '
T
P5 '3 '
A
P3 ' 5 '
T
3 '5 'P
T
3 '5 'P P
5 ' 3 '
A
P5 ' 3 '
A
P5 ' 3 '
GC
P5 ' 3 '
3 ' 5 '
A
P
A
P3 ' 5 '
P 5 '3 '
G
P 5 '3 '
G
T
P 5 '3 'P 5 '
3 '
T
Endonucleasa
( trenca la cadena defectuosa per l’extrem 5’ )
3)3 '
P5 ' 3 '
G
P5 '
3 '
G
P5 '
3 '
G
T
P5 '
3 'P5 '
3 '
T
P5 '3 '
CA
P5 '
G
P5 '3 '
C
P5 '3 '
T
P5 '3 '
C
P5 '3 '
T
P5 '3 '
A
P3 ' 5 '
T
3 '5 'P
T
3 '5 'P P
5 ' 3 '
A
P5 ' 3 '
A
P5 ' 3 '
GC
P5 ' 3 '
3 ' 5 '
A
P
A
P3 ' 5 '
ADN polimerasa
( addiciona nucleòtids )
4)
P5' 3'
G
P5' 3'
GT
P5' 3'
P5' 3'
T
P5'3'
CA
P3' 5'
G
P5'3'
C
P5'3'
T
P5'3'
C
P5'3'
T
P5'3'
A
P3' 5'
T
3'5'P
T
3'5'P P
5' 3'
A
P5' 3'
A
P5' 3'
GC
P5' 3'
3' 5'
A
P
A
P3' 5'
ADN polimerasa
( addiciona nucleòtids )
Ligasa
( uneix el fragment nou a la cadena )
5)3' 5'
A
P
A
P3' 5'
C
P5' 3' P5' 3'
G
P5' 3'
A
P5' 3'
AT
3'5'P
T
3'5'P
A
P3' 5'
T
P5'3'
C
P5'3'P
5'3'
T
P5'3'
C
P5'3'
G
5'3'
A
P P5'3'
C
T
P5' 3'
P5' 3'
T
P5' 3'
G
P5' 3'
G