Mutaciones (soluciones)
1.- ¿Qué son las mutaciones? ¿Cuáles son los tipos principales?
Las mutaciones son alteraciones permanentes de la información contenida en el material hereditario. Este cambio puede afectar a la secuencia de un gen o a la estructura y número de los cromosomas.
Los tipos principales de mutaciones son:
Génicas. Alteración de la secuencia de un gen.
Cromosómicas. Cambio en la estructura de uno o más cromosomas.
Genómicas. Variación del número de cromosomas.
2.- ¿Son transmisibles las mutaciones a la descendencia?
Cuando la mutación tiene lugar en un organismo unicelular se transmite siempre a la descendencia.
En el caso de los seres pluricelulares, la mutación podría pasar a la siguiente generación si ha ocurrido en las células germinales, pero no se transmite a la descendencia cuando tiene lugar en células somáticas (aunque no sean heredables, las mutaciones somáticas tienen importancia médica puesto que pueden originar tumores).
3.- ¿Cuál es la diferencia entre mutaciones espontáneas e inducidas?
Mutaciones espontáneas son las que sufren los organismos en condiciones ambientales normales y ocurren, principalmente, por errores en la replicación del ADN. También se consideran espontáneas las experimentadas por los microorganismos en condiciones normales de cultivo.
Mutaciones inducidas son las que ocurren bajo condiciones predeterminadas mediante la acción de algún agente mutagénico. El genetista norteamericano Müller fue el primero en observar, en la década de 1920, que la aplicación de rayos X a la mosca Drosophila aceleraba la aparición de mutaciones.
4.- ¿Qué son las mutaciones génicas y cómo se clasifican? Exponga ejemplos aclaratorios.
Mutación génica es un cambio en la secuencia de un gen (también se llama puntual cuando afecta a un único nucleótido).
Se clasifican en sustituciones, deleciones e inserciones.
Secuencia inicial (normal): 5’- C C A A T G -3’
Sustitución: 5’- C T A A T G -3’(1). O bien: 5’- C A A A T G -3’(2).
En la sustitución de una base por otra se consideran dos variantes: transición y transversión. En la transición se sustituye una purina (A, G) por otra, o una pirimidina (C, T) por otra (caso 1). En la llamada transversión es sustituida una purina por una pirimidina o viceversa (caso 2).
Ejemplo de deleción (pérdida de base): 5’- C C A G T -3’
Ejemplo de inserción (adición de base): 5’- C C A A G T G -3’
5.- ¿A qué se llama sustitución neutra (a), con sentido erróneo (b) y sin sentido (c)
(a). Cuando en el ADN se sustituye una base por otra y, en la transcripción, se forma un codón sinónimo, esto es, que codifica a un mismo aminoácido.
(b). El cambio de una base por otra en el ADN da lugar, en la transcripción, a un triplete de ARNm que codifica a un aminoácido diferente.
(c). En la mutación sin sentido, el cambio de base en el ADN origina en el ARNm transcrito un codón de terminación, que interrumpe la traducción.
6.- ¿Qué entiende por mutación silenciosa y mutación neutra?
Una mutación silenciosa es la que no provoca ningún efecto observable en el fenotipo, por ejemplo, cuando hay cambios de bases en regiones no codificantes (intrones).
Una mutación neutra es la que no resulta ventajosa ni perjudicial para el ser vivo. La acumulación de este tipo de mutaciones puede tener importancia en el proceso evolutivo.
7.- Considere que esta secuencia de ADN, 3’- TACAAC -5’, se transforma en: 3’- TACAGC-5’. Escriba los correspondientes ARN mensajeros y consulte una clave genética para interpretar el cambio.
Situación inicial:
ADN: 3’- T A C A A C -5’
ARNm: 5’- A U G U U G -3’
Péptido: Met - Leu-
Tras el cambio indicado resulta:
ADN: 3’- T A C A G C -5’
ARNm: 5’- A U G U C G -3’
Péptido: Met - Ser -
Es una mutación génica en la que ha cambiado una purina (A) por otra (G): sustitución por transición. Dado que el cambio determina en la traducción una cadena peptídica con un aminoácido distinto, se trata de una sustitución con sentido erróneo.
8.- Indique algún factor que influya en la probabilidad de mutación de un gen.
El tamaño del gen, pues cuanto mayor sea su longitud aumentará la probabilidad de que haya un error durante la replicación del ADN.
En los eucariotas, otro factor es el número y extensión de intrones de cada gen, pues aumentará la probabilidad de mutación durante el procesamiento del ARN (corte y empalme).
9.- Identifique los siguientes cambios considerando que las letras mayúsculas son segmentos de un cromosoma y que el punto representa el centrómero:
(a): ABC•DEFG --> ABC•DE
(b): ABC•DEFG --> ABC•DEFGFG
(c): ABC•DEFG --> ABC•DGFE
(d): ABC•DEFG --> AD•CBEFG
Se trata de las siguientes mutaciones cromosómicas:
(a). Deleción. Si la eliminación de material cromosómico es muy grande puede ocurrir que el organismo no sea viable.
(b). Duplicación. El material perdido por un cromosoma se adiciona al homólgo.
(c). Inversión paracéntrica. Se observa una reordenación del material cromosómico, como consecuencia de dos rupturas y el posterior giro y ensamblado, sin que esté incluido el centrómero.
(d). Inversión pericéntrica. Cuando la zona invertida incluye también el centrómero (es la inversión más frecuente).
10.- Si en las inversiones de material cromosómico no se pierden genes, ¿será o no perjudicial la reordenación de los mismos?
Frecuentemente las inversiones ocasionan dos rupturas de la hebra de ADN, que pueden afectar a genes. Sin embargo, en la mayoría de los casos no suelen ser letales para el portador de la mutación, pero pueden afectar a su descendencia si durante el proceso de meiosis queda dificultado el emparejamiento de homólogos (sobre todo en la inversión pericéntrica), o tiene lugar un entrecruzamiento dentro de la inversión.
11.- Identifique las siguientes mutaciones (los números son segmentos del cromosoma y el punto indica la posición del centrómero).
(a). 123456•789 —› 3456•789
(b). 123456•789 —› 126•789
(c). 123456•789 —› 123456•78789
(d). 123456•789 —› 123456•78998
(a) = Deleción terminal (pérdida de los segmentos 12).
(b) = Deleción intercalar (pérdida de segmentos intermedios, 345).
(c) = Duplicación directa (orientación normal de 78).
(d) = Duplicación invertida (orientación opuesta de 98).
12.- Interprete la siguiente mutación (los números son segmentos del cromosoma y el punto indica la posición del centrómero): 123456•789 --> 123456•654321.
El cromosoma inicial podría haberse duplicado, pero ha tenido lugar una división anormal del cromosoma al poseer dos centrómeros, que ocasiona la pérdida de uno de los brazos, de forma que las dos cromátidas del brazo restante, unidas por la porción de centrómero, quedan constituyendo ambos brazos del cromosoma, que es denominado isocromosoma. También se pudo formar por pérdida de los segmentos 789 y posterior replicación del brazo largo restante.
Nota.- El isocromosoma más frecuente en humanos es “i Xq”, esto es, el formado por los brazos largos (q) del cromosoma X.
13.- Interprete la siguiente mutación (los números y las letras son segmentos de cromosomas no homólogos y el punto indica la posición del centrómero):
12345•6 + ABCD•EF --> 12345•DCBA
Se observa una pérdida del brazo corto en los dos cromosomas y la posterior unión de ambos brazos largos por la región centromérica. Este tipo de mutación constituye un caso especial de translocación y también es denominada “fusión robertsoniana”.
14.- ¿En qué consisten las translocaciones (o traslocaciones) de material cromosómico?
Translocación es el cambio de situación de una porción del cromosoma. Si el cambio tiene lugar dentro del mismo cromosoma, se trata de una transposición (trasposición).
En la llamada translocación recíproca tiene lugar un intercambio de fragmentos entre cromosomas no homólogos.
Las translocaciones, al igual que las inversiones, únicamente ocasionan ruptura de dos fragmentos de ADN y no suelen afectar a la supervivencia del individuo que las porta, pero, sin embargo, le ocasionan problemas en la meiosis y disminuyen su fertilidad
15.- Identifique la siguiente mutación (los números son segmentos del cromosoma y el punto indica la posición del centrómero): 12345•678 --> 145•62378
Se trata de una transposición (translocación no recíproca o intracromosómica).
16.- Identifique la siguiente mutación (los números y las letras son segmentos cromosomas no homólogos y el punto indica la posición del centrómero):
12345•67 + ABC•DE --> ED2345•67 + ABC•1
Translocación (traslocación) recíproca, previa ruptura en 1 y en D.
17.- Interprete la siguiente mutación (los números y las letras son segmentos cromosomas no homólogos y el punto indica la posición del centrómero):
12345•678 + ABC•DEF --> 12345•6ED•CBA
Aberración cromosómica producida por rotura en 7 y en F y la posterior unión de las partes mayores restantes, formándose un cromosoma dicéntrico (con dos centrómeros).
18.- Interprete la mutación representada en cada esquema:
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En el primer caso se trata de la formación de un cromosoma anular al unirse los extremos de los segmentos 2 y 5, previa ruptura del cromosoma lineal en 1 y en 6 (marcada por sendas flechas).
En el segundo esquema se observa la formación de un isocromosoma, según lo indicado en la pregunta nº 12.
19.- ¿Qué son mutaciones genómicas? Exponga ejemplos.
Son mutaciones en las que varía el número de cromosomas propio de un ser vivo.
En los casos de aneuploidía, el número diploide varía, generalmente, en uno o dos: nulisomía (falta un par de homólogos), monosomía (falta uno del par), trisomía (hay tres homólogos).
Las mujeres afectadas por el síndrome de Turner se caracterizan por la falta de un cromosoma X. El cariotipo de los afectados por el síndrome de Down muestra una trisomía del “21”. Los hombres con el síndrome de Klinefelter tienen 3 cromosomas sexuales (XXY).
En los casos de euploidia (poliploidía) los cromosomas varían en un número múltiplo del normal: 3n (triploides), 4n (tetraploides), etc. Estas mutaciones suelen ser raras en los animales y relativamente frecuentes en las plantas.
20.- En relación con las anomalías cromosómicas numéricas, identifique las siguientes expresiones: a) 2n-1, b) 2n +1, c) 2n-2, d) 2n+2, e) 2n+1+1. ¿Cuál puede ser la causa de tales anomalías?
Todas corresponden a mutaciones genómicas aneuploides.
(a) = monosomía (b) = trisomía (c) = nulisomía
(d) = tetrasomía (e) = doble trisomía
Una de las causas probables de estas anomalías numéricas es la “no disyunción” de los cromosomas durante la meiosis, de forma que las cromátidas hermanas no se distribuyen correctamente y quedan incluidas en la misma célula.
21.- En relación con las anomalías numéricas, comente esta expresión: “47,XY,+21”.
Corresponde a un varón cuyo cariotipo presenta 47 cromosomas y se trata de una trisomía del cromosoma 21(síndrome de Down).
Esta anomalía es la más frecuente, pues afecta a 1 de cada 700 nacidos vivos (sin distinciones geográficas ni sociales) y guarda relación con la edad de la madre, pues el riesgo aumenta significativamente por encima de los 45 años (es 40 veces mayor respecto a las madres de 20 años).
22.- ¿Puede padecer el síndrome de Down una persona cuyo cariotipo tenga 46 cromosomas?
El síndrome de Down se caracteriza por la trisomía del “21”, lo cual apunta a un cariotipo aneuploide con 47 cromosomas. Pero si hay 46 cromosomas, el cariotipo tiene que presentar necesariamente una translocación.
El cromosoma “21” translocado se observaría en el cariotipo unido a otro, siendo relativamente frecuente que en la translocación (t) estén involucrados los brazos largos (q) de cromosomas acrocéntricos, como el “21”. Otra translocación de este tipo es:
“t (14q 21q)”.
23.- ¿Puede pertenecer a la misma persona un cariotipo normal y otro aneuploide?
Se trataría de un caso de mosaicismo cromosómico, relativamente frecuente en los individuos que poseen una anomalía numérica. En estos casos coexisten líneas o progenies de células que tienen distinto cariotipo (la anomalía se indica mediante una barra).
Concretamente, mujeres con el síndrome de Turner pueden poseer el cariotipo normal además del aneuploide. Este ejemplo de “mosaico” se representa así: 45,X/46,XX
24.- ¿Quién y por qué obtuvo el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1983?
(Busque en “Nobelprize.org”).
Barbara McClintock, descubridora de los genes “saltarines” o transposones. En 1951 halló mutaciones del maíz causadas por elementos génicos móviles, lo cual suponía un nuevo mecanismo para generar variabilidad genética, además de abolir la idea fijista de la situación de los genes en los cromosomas. Posteriormente otros investigadores encontraron que muchos genomas bacterianos y todos los eucarióticos poseen un número variable de transposones.
Un transposón es un segmento génico que tiene en sus extremos sendas secuencias de inserción y, además, posee una secuencia que codifica a la transposasa. Esta enzima cataliza la inserción del transposón, previa separación de la posición original, en otro lugar del genoma.
25.- ¿Qué son los agentes mutagénicos? Exponga algunos ejemplos.
Son los que aumentan la frecuencia de las mutaciones.
Ejemplos de mutágenos físicos son ciertas radiaciones, como los rayos X, que inducen roturas en las cadenas de ADN.
Los mutágenos químicos provocan en el ADN, principalmente, tres tipos de alteraciones: modificación de las bases nitrogenadas, sustitución de una base por otra análoga y la intercalación de moléculas.
Algunos compuestos químicos son potencialmente mutagénicos y puede ocurrir que la acción enzimática del propio organismo los modifique y, entonces, actúen como cancerígenos. Son muy perjudiciales los benzopirenos, presentes en los alquitranes y en el humo de los cigarrillos, pues estas moléculas, previa biotransformación, se insertan entre las dos cadenas de ADN provocando una mutación. Los benzopirenos se comportan como potentes inductores de cáncer en animales de experimentación.
26.- ¿Por qué se considera perjudicial la radiación ultravioleta (UV)?
Cabe distinguir entre rayos UVA, inductores del aumento de radicales libres, los cuales actúan como mutágenos, y los UVB, que inducen la formación de enlaces covalentes entre dos pirimidinas contiguas en la cadena de ADN, originando dímeros de timina o de citosina, situación que si no es reparada supone una mutación.
En ambos casos los cambios premutagénicos causados por la radiación UV pueden originar procesos cancerosos en la piel. Por esta razón, es muy recomendable usar cremas protectoras y moderar las exposiciones al sol.
27.- (Internet). Busque información sobre las cabinas de bronceado. “Copie y pegue” para presentar un resumen.
Respuesta abierta, por ejemplo (El Mundo, 29-07-09):
Las lámparas de bronceado ya son oficialmente causa de cáncer
Igual que el gas mostaza, el tabaco o el arsénico. Las cabinas de bronceado acaban de ser incluidas en el grupo de factores causantes de cáncer que elabora la Agencia Internacional de Investigación sobre Cáncer (IARC, según sus siglas en inglés), la principal organización no gubernamental dedicada a evaluar las evidencias científicas sobre estas cuestiones.
Hasta ahora, los rayos ultravioleta permanecían divididos entre UVA, UVB y UVC en el grupo 2A de esta organización, que incluye los elementos 'posiblemente carcinogénicos para el ser humano'. Sin embargo, tras la última revisión de las evidencias científicas sobre estos dispositivos de bronceado artificial, la IARC ha decidido elevarlos al grupo 1, el de los factores causantes de cáncer para el ser humano.
Según la revisión realizada por 20 científicos independientes de nueve países diferentes, entre ellos España, las cabinas de rayos UVA incrementan hasta un 75% las probabilidades de desarrollar un melanoma cutáneo cuando empiezan a utilizarse antes de los 30 años. Además de este agresivo tumor de piel, los especialistas citan varias evidencias concluyentes sobre la capacidad de estos dispositivos para causar melanoma ocular (el tipo de cáncer en el ojo más habitual en los adultos que afecta cada año a cinco de cada millón de españoles).
Teniendo en cuenta "que el uso de las cabinas de bronceado está ampliamente extendido en muchos países occidentales, sobre todo entre las mujeres jóvenes", el mensaje de advertencia de la IARC es claro, aunque sus palabras carecen de cualquier poder de decisión vinculante.
Este panel de expertos, cuyas conclusiones pueden leerse esta semana en la revista 'The Lancet Oncology', se ratifica además respecto a las radiaciones solares, que siguen formando parte de la lista de elementos causantes de cáncer para el ser humano.
Radiación solar.
La decisión de englobar en una misma categoría todos los tipos de rayos ultravioletas (A, B y C), que hasta ahora permanecían separados, se debe al hecho de que todos ellos son elementos carcinogénicos. Aunque hasta ahora la principal causa de cáncer por la exposición a los rayos solares eran los rayos UVB (causantes de importantes daños en el ADN), nuevas investigaciones han demostrado que los UVA solares también tienen la capacidad de generar tumores cutáneos en experimentos con ratones.
En su documento, la IARC también añade una advertencia sobre la relación de las máquinas de soldar con el melanoma de ojo, aunque reconoce que puesto que estos trabajadores están expuestos además a otros elementos de riesgo, es difícil atribuir el riesgo de cáncer únicamente a las radiaciones UV.
En el grupo 1 de elementos carcinogénicos se incluyen, además, todo tipo de radiaciones ionizantes (propias de la energía nuclear o los rayos X, entre otros dispositivos), entre las que los especialistas citan el gas radón (un producto de la desintegración del radio que puede emanar del suelo), el plutonio o los radioiones que pueden afectar al tiroides de niños y adultos.
Resumen:
Las cabinas de bronceado acaban de ser incluidas en el grupo de factores causantes de cáncer que elabora la Agencia Internacional de Investigación sobre Cáncer.
Hasta ahora, los rayos ultravioleta permanecían divididos entre UVA, UVB y UVC en el grupo 2A de esta organización, que incluye los elementos 'posiblemente carcinogénicos para el ser humano'. Sin embargo, tras la última revisión de las evidencias científicas sobre estos dispositivos de bronceado artificial, la IARC ha decidido elevarlos al grupo 1, el de los factores causantes de cáncer para el ser humano.
En el grupo 1 de elementos carcinogénicos se incluyen, además, todo tipo de radiaciones ionizantes (propias de la energía nuclear o los rayos X).
28.- ¿Se hacen radiografías a las mujeres embarazadas?
Los rayos X no se emplean con las mujeres gestantes por el riesgo de mutaciones y malformaciones en el feto, cuyas células se encuentran en proceso de mitosis. Las radiaciones ionizantes, como los rayos X, pueden alterar las bases y causar roturas en las cadenas de ADN.
29.- ¿Puede tener utilidad para una persona la aplicación de radiación perjudicial?
La radioterapia (bomba de cobalto) se emplea, siempre bajo estricto control médico, para tratar de destruir, por ejemplo, masas tumorales bien localizadas y prolongar el horizonte vital de estos pacientes.
Las células cancerosas, por dividirse de manera incesante, están muy expuestas a la intensa radiación que pretende destruirlas. El probable daño causado en el tejido sano circundante, incluyendo células de los líquidos circulantes, se considera un efecto secundario de la radioterapia.
30.- ¿Qué son las mutaciones teratógenas? (Internet: busque información sobre la talidomida).
Mutaciones teratógenas son las que provocan malformaciones congénitas.
Durante los años 1958-1963 se comercializó un fármaco llamado talidomida, usado por las mujeres gestantes como calmante de las náuseas en los primeros meses de embarazo. Este medicamento provocó miles de malformaciones congénitas, en general por la ausencia o enorme reducción de las extremidades en los recién nacidos.
Cuando se observaron los efectos teratogénicos del citado fármaco se fue retirando de las farmacias en los países donde había sido comercializado bajo diferentes nombres.
31.- ¿Puede citar algunos mecanismos celulares para corregir errores en el ADN? ¿Qué puede ocurrir si se alteran tales mecanismos?
La célula posee diversos mecanismos tendentes a solucionar estos errores: reparación de apareamientos incorrectos, reparación por eliminación de bases o de nucleótidos, reparación directa del ADN.
Las alteraciones en genes relacionados con los sistemas de reparación de ADN desembocan, frecuentemente, en procesos cancerígenos.
32.- Interprete el siguiente esquema:
En el primer dibujo se observa una cadena alterada por un dímero de timina. La anomalía es detectada por endonucleasas de reparación, que cortan la cadena a ambos lados del lugar alterado (las dos flechas indican los puntos de corte de para eliminar el fragmento dañado).
La ADN polimerasa I, representada mediante un círculo, se sitúa en el extremo 3’-OH y sintetiza para rellenar el hueco dejado por el fragmento desprendido, añadiendo nucleótidos en función de las bases de la hebra complementaria.
La flecha del tercer dibujo indica que interviene la ADN ligasa para restablecer el enlace fosfodiéster y completar el proceso.
33.- ¿Qué son los sistemas enzimáticos de reparación SOS?
La acción prolongada de un mutágeno provoca numerosas alteraciones sobre todo en las bases nitrogenadas y en diferentes puntos de la doble hélice. En ocasiones se inicia la replicación del ADN sin haber reparado todas las deficiencias y la ADN polimerasa queda paralizada al encontrar una base modificada, dado que sólo reconoce nucleótidos de A, G, C y T,
Las enzimas correctoras del sistema SOS introducen una de esas cuatro bases al azar (probablemente errónea), logrando que prosiga la replicación. Este sistema, aunque consigue continuar la replicación, genera muchas mutaciones por reparación errónea, que, en el caso de alterar algún aspecto esencial de la división celular, puede desembocar en un proceso canceroso.
34.- ¿A qué se llama espectro de mutación de un gen?
Es el conjunto de mutaciones conocidas que afectan a un gen concreto (en general, no todos los segmentos del gen son afectados con igual frecuencia).
El análisis de las secuencias génicas ha permitido descubrir que diferentes mutaciones de un mismo gen causan en ocasiones idéntica patología.
Los espectros mutacionales humanos revelan que, generalmente, una enfermedad genética puede estar causada por muchas mutaciones diferentes del mismo gen, circunstancia que se conoce como “heterogeneidad genética” de dicha enfermedad.
35.- ¿A qué se refiere el concepto del reloj molecular?
Al comparar la secuencia de aminoácidos de proteínas homólogas de diferentes especies se postuló que el número de cambios podría ser proporcional al tiempo transcurrido desde que ambas especies derivaron de un antepasado común.
Tienen gran interés las mutaciones observadas en el estudio de la secuencia de nucleótidos del ARN 5 S de los ribosomas, presentes en todas las especies, por tener un tamaño pequeño y un ritmo evolutivo muy lento, lo que permite establecer relaciones filogenéticas entre organismos muy diferentes.
36.- ¿Son importantes las mutaciones desde el punto de vista evolutivo?
Desde las primeras etapas evolutivas los organismos tuvieron que hacer frente a una dualidad vital, pues, por un lado, el mantenimiento de la vida conlleva la necesidad de transmitir fielmente la información genética de una generación a otra, mientras que por otro, tienen que actuar diversos mecanismos generadores de variabilidad, como las mutaciones, necesarias para evolucionar.
Las mutaciones son muy importantes puesto que generan continuamente variabilidad genética en las poblaciones. Evolutivamente, los seres vivos descienden unos de otros y se diversifican mediante selección natural, que conserva las combinaciones genéticas mejor adaptadas a las condiciones ambientales, eliminando las desfavorables.
En resumen: las mutaciones son la causa principal de variabilidad y constituyen el motor de la evolución.