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4.9: Causas de mutaciones - Biología

4.9: Causas de mutaciones - Biología


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¿Qué hace la contaminación por radiación?

Muta el ADN. El desastre de Chernobyl fue un accidente nuclear que ocurrió el 26 de abril de 1986. Se considera el peor accidente de una central nuclear de la historia. Una publicación rusa concluye que se produjeron 985.000 cánceres en exceso entre 1986 y 2004 como resultado de la contaminación radiactiva. El informe de 2011 del Comité Europeo de Riesgo de Radiación calcula que se produjo un total de 1,4 millones de cánceres en exceso como resultado de esta contaminación.

Causas de la mutación

Mutaciones tiene muchas causas posibles. Algunas mutaciones parecen ocurrir espontáneamente sin ninguna influencia externa. Pueden ocurrir cuando se cometen errores durante la replicación o transcripción del ADN. Otras mutaciones son causadas por factores ambientales. Cualquier cosa en el medio ambiente que pueda causar una mutación se conoce como mutageno. Ejemplos de mutágenos se muestran en Figura debajo. Para ver un video sobre mutágenos, vaya al enlace a continuación: http://www.youtube.com/watch? V = 0wrNxCGKCws (0:36)

Ejemplos de mutágenos. Los tipos de mutágenos incluyen radiación, sustancias químicas y agentes infecciosos. ¿Conoce otros ejemplos de cada tipo de mutágeno que se muestra aquí?

Mutaciones espontáneas

Hay cinco tipos comunes de mutaciones espontáneas. Estos se describen en el Mesadebajo.

MutaciónDescripción
Tautomeríauna base se cambia por el reposicionamiento de un átomo de hidrógeno
Depurinacionpérdida de una base de purina (A o G)
Desaminacióndesaminación espontánea de 5-metitosina
Transiciónuna purina a purina (A a G, G a A), o una pirimidina a pirimidina (C a T, T a C) cambio
Transversiónuna purina se convierte en pirimidina, o viceversa

El desastre de Chernobyl: seguimiento

Aunque el área inmediatamente alrededor del desastre de Chernobyl puede no ser segura para la vida humana durante miles de años, el Zona de exclusión alrededor de la central nuclear de Chernobyl se ha convertido en un refugio para la vida silvestre. A medida que los humanos fueron evacuados del área hace 25 años, las poblaciones de animales existentes se multiplicaron y especies raras que no se habían visto durante siglos han regresado o se han reintroducido, por ejemplo, el lince, el jabalí, el lobo, el oso pardo euroasiático, el bisonte europeo, el caballo de Przewalski y el águila. búho. La Zona de Exclusión es tan exuberante con vida silvestre y vegetación que en 2007 el gobierno de Ucrania la designó como un santuario de vida silvestre. Ahora es uno de los santuarios de vida silvestre más grandes de Europa.

Resumen

  • Las mutaciones son causadas por factores ambientales conocidos como mutágenos.
  • Los tipos de mutágenos incluyen radiación, sustancias químicas y agentes infecciosos.
  • Las mutaciones pueden ser de naturaleza espontánea.

Explora más

Utilice este recurso para responder las siguientes preguntas.

  • ¿Qué es la mutación? en http://learn.genetics.utah.edu/content/variation/mutation/.
  1. ¿Cuándo se desarrollan la mayoría de las mutaciones?
  2. ¿Qué sucede con la mayoría de las mutaciones que se desarrollan de forma natural?
  3. ¿En qué parte del genoma ocurren la mayoría de las mutaciones?
  4. ¿Son malas la mayoría de las mutaciones? Explica tu respuesta.
  5. ¿Qué se entiende por reparación del ADN?

Revisar

  1. Defina mutación y mutágeno.
  2. Enumere tres ejemplos de mutágenos.
  3. Distinguir entre una transición y una transversión.

4.9: Causas de mutaciones - Biología

Dado que todas las células de nuestro cuerpo contienen ADN, hay muchos lugares donde pueden ocurrir mutaciones; sin embargo, algunas mutaciones no se pueden transmitir a la descendencia y no importan para la evolución. Las mutaciones somáticas ocurren en células no reproductoras y no se transmitirán a la descendencia. Por ejemplo, el color dorado de la mitad de esta manzana Red Delicious fue causado por una mutación somática. Sus semillas no portarán la mutación.

Las únicas mutaciones que importan para la evolución a gran escala son las que pueden transmitirse a la descendencia. Estos ocurren en las células reproductoras como los óvulos y los espermatozoides y se denominan mutaciones en la línea germinal.

Efectos de las mutaciones de la línea germinal
Una sola mutación de la línea germinal puede tener una variedad de efectos:

    No se produce ningún cambio en el fenotipo.
    Algunas mutaciones no tienen ningún efecto notable sobre el fenotipo de un organismo. Esto puede suceder en muchas situaciones: tal vez la mutación se produzca en un tramo de ADN sin función, o tal vez la mutación se produzca en una región codificadora de proteínas, pero no afecte a la secuencia de aminoácidos de la proteína.

Pequeñas mutaciones con grandes efectos: mutaciones para controlar genes
Las mutaciones son a menudo víctimas de mala prensa y estereotipadas injustamente como sin importancia o como causa de enfermedad genética. Si bien muchas mutaciones tienen efectos pequeños o negativos, otro tipo de mutación tiene menos tiempo de emisión. Las mutaciones para controlar los genes pueden tener efectos importantes (y en ocasiones positivos).

Algunas regiones del ADN controlan otros genes, determinando cuándo y dónde se activan otros genes. Las mutaciones en estas partes del genoma pueden cambiar sustancialmente la forma en que se construye el organismo. La diferencia entre una mutación a un gen de control y una mutación a un gen menos poderoso es un poco como la diferencia entre susurrar una instrucción al trompetista en una orquesta versus susurrarla al director de la orquesta. El impacto de cambiar el comportamiento del director es mucho mayor y más coordinado que cambiar el comportamiento de un miembro individual de la orquesta. De manera similar, una mutación en un gen "conductor" puede provocar una cascada de efectos en el comportamiento de los genes que están bajo su control.

Muchos organismos tienen poderosos genes de control que determinan cómo se distribuye el cuerpo. Por ejemplo, Hox Los genes se encuentran en muchos animales (incluyendo moscas y humanos) y designan a dónde va la cabeza y en qué regiones del cuerpo crecen apéndices. Estos genes de control maestro ayudan a dirigir la construcción de "unidades" corporales, como segmentos, extremidades y ojos. Por lo tanto, desarrollar un cambio importante en la distribución básica del cuerpo puede no ser tan improbable que simplemente requiera un cambio en un gen Hox y el favor de la selección natural.


Mutación molecular: características, causas y tipos | Genética

1. Es un cambio en el número o disposición de la secuencia de nucleótidos de un gen.

2. Es un cambio hereditario en la secuencia del ADN.

3. Es un cambio estructural permanente en el material hereditario [ADN].

4. Las mutaciones pueden ser perjudiciales, beneficiosas o no tener ningún efecto.

5. La mayoría de las mutaciones son dañinas y muy raras veces beneficiosas.

6. Las mutaciones pueden ser causadas por errores durante la división celular, o pueden ser causadas por: exposición a agentes que dañan el ADN en el medio ambiente, como radiación y sustancias químicas mutagénicas.

7. Es una alteración en un gen de su estado natural. En otras palabras, un alelo de un gen se transforma en un alelo diferente.

8. Puede ser un cambio espontáneo o inducido en el ADN de una célula.

9. Una mutación da como resultado la aparición de una nueva característica hereditaria en un individuo.

10. En ocasiones, las mutaciones se atribuyen a sucesos fortuitos.

Causas de la mutación molecular:

Las mutaciones en términos moleculares son causadas por dos tipos de cambios a nivel del ADN, a saber:

(ii) Adiciones o eliminaciones de bases.

1. Sustitución de bases:

El reemplazo de un par de bases por otro se llama sustitución de bases. Algunas mutaciones afectan solo una parte de un nucleótido, lo que resulta en el reemplazo del par de bases. El reemplazo del par de bases puede tener lugar durante la replicación del ADN sin romperse. Estos reemplazos de pares de bases son de dos tipos, a saber. transiciones y transversiones.

El reemplazo de una purina por otra purina o una pirimidina por otra pirimidina se conoce como transición. En otras palabras, es el reemplazo de una base por otra base del mismo grupo químico [purina reemplazada por purina: A a G o G a A pirimidina reemplazada por pirimidina: C a T o T a C].

Significa que pueden producirse cambios en ambos sentidos entre las purinas [A y G] y las pirimidinas [C y T]. Este tipo de cambio produce una base normal.

La sustitución de una purina por una pirimidina y viceversa se llama transversión. En otras palabras, es el reemplazo de una base de una categoría química por una base de la otra [pirimidina reemplazada por purina: C a A, C a G, T a A, T a G purina reemplazada por pirimidina: A a C , A a T, G a C, G a T].

En la transversión, una base se convierte en una base anormal o se sustituye por dicha base. Estos cambios ocurren debido a una mala incorporación o una mala reproducción. Además, las transiciones son generalmente más frecuentes que las transversiones.

2. Adición o eliminación de bases:

Tales mutaciones son el resultado de romper la columna vertebral del material genético [ADN] en dos o más lugares. Tales alteraciones incluyen adición, deleción, reemplazo, transposición e inversión. Todas estas mutaciones, excepto las inversiones, son posibles para el ADN o ARN monocatenario.

La inversión requiere ácido nucleico bicatenario. Las formas más simples de tales mutaciones son adiciones de un solo par de bases o deleciones de un solo par de bases. Hay ejemplos en los que las mutaciones surgen mediante la adición o eliminación simultánea de múltiples pares de bases.

Al igual que las mutaciones sin sentido, las adiciones o deleciones de una sola base tienen consecuencias en la secuencia de polipéptidos que se extienden mucho más allá del sitio de la mutación en sí.

Debido a que la secuencia de ARNm es & # 8220read & # 8221 mediante el aparato de traducción en grupos de tres pares de bases (codones), la adición o deleción de un solo par de bases de ADN cambiará el marco de lectura comenzando desde la ubicación de la adición o deleción y extendiéndose hasta el terminal carboxi de la proteína.

Tipos de mutación molecular:

1. Mutaciones sin sentido:

Las mutaciones en las que el codón de un aminoácido se reemplaza por un codón de terminación de la traducción (terminación) se denominan mutaciones sin sentido. En la mutación sin sentido, un codón de terminación reemplaza a un codón de aminoácido, lo que resulta en la terminación prematura de la cadena de nucleótidos.

(I) Codón involucrado:

Las mutaciones sin sentido tienen codones sin sentido que no codifican ningún aminoácido.

La frecuencia de mutaciones sin sentido es mucho menor que las mutaciones sin sentido.

Las mutaciones sin sentido conducen a la terminación prematura de la cadena polipeptídica y, por lo tanto, también se denominan mutaciones de terminación de cadena. Tienen un efecto considerable sobre la función de las proteínas. Generalmente, las mutaciones sin sentido producirán productos proteicos completamente inactivos. Cuando ocurren muy cerca del extremo 3 & # 8242 del marco de lectura abierto, solo se produce un polipéptido truncado parcialmente funcional.

Las mutaciones sin sentido son el resultado de la formación de codones sin sentido después del origen de las mutaciones de cambio de marco.

2. Mutaciones sin sentido:

Las mutaciones en las que el codón de un aminoácido se reemplaza por un codón de otro aminoácido se denominan mutaciones sin sentido. Las mutaciones sin sentido dan como resultado una proteína en la que un aminoácido se sustituye por otro.

(I) Codones involucrados:

Las mutaciones sin sentido tienen codones sin sentido que codifican diferentes aminoácidos. Las mutaciones sin sentido usualmente dan como resultado el reemplazo de un solo aminoácido en la cadena polipeptídica.

La frecuencia de mutaciones sin sentido es más que mutaciones sin sentido.

Los efectos de tales mutaciones varían. Por ejemplo, si una mutación sin sentido provoca la sustitución de un aminoácido químicamente similar, denominado sustitución sinónima, es probable que la alteración tenga un efecto menos severo en la estructura y función de la proteína.

Si una mutación sin sentido causa la sustitución de un aminoácido químicamente diferente, llamadas sustituciones no sinónimos, es más probable que produzca cambios severos en la estructura y función de las proteínas.

Las mutaciones sin sentido son el resultado de la formación de codones sin sentido después del origen de las mutaciones de cambio de marco.

3. Mutaciones silenciosas:

Las mutaciones que codifican el mismo aminoácido o un aminoácido similar se conocen como mutaciones silenciosas. Tales mutaciones cambian un codón de un aminoácido en otro codón de ese mismo aminoácido. Por tanto, tales mutaciones nunca alteran la secuencia de aminoácidos de la cadena polipeptídica. En otras palabras, no tienen ningún efecto.

4. Mutaciones de desplazamiento de fotogramas:

Existe otra categoría de mutación puntual en la que se cambia el marco de lectura normal del triplete de bases [codón]. Estas mutaciones se conocen como mutaciones de cambio de marco. En estas mutaciones, el marco de lectura normal de los tripletes de bases [codones] se altera debido a la adición o eliminación de un solo par de bases o nucleótidos en el ARNm. Generalmente van seguidos de un codón de terminación.

Las mutaciones de cambio de marco surgen debido a la adición o eliminación de un solo par de bases.

Surgen de dos formas, a saber:

(i) Por error durante la reparación o replicación del ADN, y

La adición o supresión de nucleótidos se produce en números distintos de tres o múltiplos de tres. En tal caso, el marco de lectura se desplaza desde el punto de adición o supresión en adelante.

La adición o supresión de pares de bases tiene lugar en posición intersticial o intercalar. A veces, las adiciones y eliminaciones tienen lugar en la misma posición, se conocen como cambios de cuadro doble. Tales cambios pueden restaurar el marco de lectura normal en el ARNm.

Las mutaciones de cambio de marco típicamente exhiben una pérdida completa de la estructura y función normales de la proteína.

Después de las mutaciones de cambio de marco, se producen tres tipos de codones, a saber:

Los codones de sentido son codones normales que se leen de la misma forma que antes de las mutaciones de cambio de marco. Las mutaciones también afectan la regulación génica tanto en eucariotas como en procariotas.

5. Mutación inducida y espontánea:

Generalmente, las mutaciones se clasifican en inducidas y espontáneas. Las mutaciones inducidas se definen como aquellas que surgen después de un tratamiento intencionado con mutágenos. Las mutaciones espontáneas son aquellas que surgen en ausencia de un tratamiento mutágeno conocido. La frecuencia con la que ocurren las mutaciones espontáneas es baja, generalmente en el rango de una célula en 10 5 a 10 8.

Por lo tanto, si se requiere una gran cantidad de mutantes para el análisis genético, se deben inducir mutaciones. La inducción de mutaciones se logra mediante el tratamiento de células con mutágenos. Los mutágenos más utilizados son la radiación de alta energía o sustancias químicas específicas. Las mutaciones inducidas y espontáneas surgen por mecanismos generalmente diferentes.

Mecanismos de mutación por inducción :

Las mutaciones inducidas se desarrollan mediante la aplicación de agentes mutágenos llamados mutágenos.

Hay tres mecanismos diferentes de inducción de mutaciones mediante el uso de mutágenos, a saber. por:

(iii) Daño de base en el ADN.

Estos se analizan brevemente de la siguiente manera:

1. Reemplazo de la base:

Algunos compuestos químicos reemplazan una base en el ADN porque son muy similares a las bases del ADN. Estos compuestos químicos se denominan análogos de bases. A veces se incorporan al ADN en lugar de bases normales.

Por lo tanto, pueden producir mutaciones mediante un emparejamiento de bases incorrecto. Un emparejamiento de bases incorrecto da como resultado transiciones o transversiones después de la replicación del ADN. Los análogos de bases más utilizados son el 5 bromouracilo [5BU] y el 2 amino purina [2AP].

El 5 bromo uracilo es similar a la timina, pero tiene bromuro en la posición C5, mientras que la timina tiene un grupo C3 en la posición C5. La presencia de bromo en 5BU mejora su cambio tautomérico de la forma cetogénica a la forma enólica. La forma ceto es la forma habitual y más estable, mientras que la forma enol es rara y menos estable o de corta duración. El cambio tautomérico tiene lugar en las cuatro bases de ADN, pero con una frecuencia muy baja.

El cambio o desplazamiento de átomos de hidrógeno de una posición a otra, ya sea en una base purina o piridina, se conoce como desplazamiento tautomérico y dicho proceso se conoce como tautomerización. La base que se produce como resultado de la tautomerización se conoce como forma tautomérica o tautómero.

Como resultado de la tautomerización, el grupo amino [-NH2] de citosina se convierte en un grupo imno [-NH]. De manera similar, el grupo ceto [C = O] de timina se cambia a un grupo enol [-OH].

5BU es similar a timina, por lo tanto, se empareja con adenina [en lugar de timina]. Un tautómero de 5BU se emparejará con quanina en lugar de adenina. Dado que la forma tautomérica es de corta duración, cambiará a la forma ceto en el momento de la replicación del ADN, que se emparejará con la adenina en lugar de la guanina.

De esta manera, resulta en transiciones de A a G o G a A y C a T o T a C. El mutágeno 2AP actúa de manera similar y provoca transiciones de A a G o G a A y T a C o C a T. Este es un análogo de la adenina que puede emparejarse con la timina, pero también puede emparejarse incorrectamente con la citosima y provocar transiciones.

2. Alteración de la base:

Algunos compuestos químicos alteran una base de ADN de modo que se empareja específicamente con otra base. Dichos mutágenos no se incorporan al ADN, sino que alteran una base, provocando un emparejamiento incorrecto específico.

Ciertos agentes alquilantes, como el metanosulfonato de etilo (EMS) y la nitrosoguanidina (NG) ampliamente utilizada, operan por esta vía:

Inducen mutaciones, especialmente transiciones y transversiones, agregando un grupo alquilo [ya sea etilo o metilo] en varias posiciones del ADN. La alquilación induce la mutación cambiando los enlaces de hidrógeno de varias formas.

Los agentes alquilantes pueden causar diversas deformaciones grandes y pequeñas de la estructura de la base que dan como resultado transiciones y transversiones de pares de bases. Las transversiones pueden ocurrir porque una purina se ha reducido tanto de tamaño que puede aceptar otra purina como complemento, o porque una piridina ha aumentado tanto de tamaño que puede aceptar otra pirimidina para su emparejamiento.

En ambos casos, el diámetro del par de bases mutante es cercano al de un par de bases normal.

Algunos mutágenos dañan una base de ADN de modo que ya no puede emparejarse con ninguna base en condiciones normales. Una gran cantidad de mutágenos dañan una o más bases de ADN, como resultado, no es posible un emparejamiento de bases específico. El resultado es un bloque de replicación, porque la síntesis de ADN no avanzará más allá de una base que no puede especificar su socio complementario mediante enlaces de hidrógeno.

En las células bacterianas, dichos bloques de replicación pueden evitarse insertando bases inespecíficas. El proceso requiere la activación de un sistema especial, el sistema SOS, el nombre SOS proviene de la idea de que este sistema se induce como una respuesta de emergencia para prevenir la muerte celular en presencia de un daño significativo en el ADN.

La inducción de SOS es un último recurso, lo que permite a la célula cambiar la muerte por un cierto nivel de mutagénesis. En la naturaleza, el ADN puede dañarse por dos fuentes principales, a saber. Luz ultravioleta y aflatoxina que se encuentran en los cacahuetes infectados por hongos.

La luz ultravioleta (UV) genera una serie de fotoproductos en el ADN. Dos lesiones diferentes que unen pirimidinas adyacentes en la misma hebra se han correlacionado más fuertemente con la mutagénesis. Estas lesiones son el fotodímero de ciclobutano pirimidina y el fotoproducto 6-4.

Estas lesiones interfieren con el apareamiento de bases normal, por lo que se requiere la inducción del sistema SOS para la mutagénesis. La inserción de bases incorrectas frente a los fotoproductos UV está en la posición 3 & # 8242 del dímero, y más frecuentemente para los dímeros 5 & # 8242-CC-3 & # 8242 y 5 & # 8242-TC-3 & # 8242.

La transición C - & gt T es la mutación más frecuente, pero la luz UV también induce otras sustituciones de bases (transversiones) y cambios de marco, al igual que las duplicaciones y deleciones más grandes.

Aflatoxina B1 (AFB1) es un potente carcinógeno originalmente aislado de cacahuetes infectados por hongos. La aflatoxina forma un producto de adición en la posición N-7 de la guanina. Este producto provoca la ruptura del enlace entre la base y el azúcar, liberando así la base y dando como resultado un sitio apurínico.

Los estudios con sitios apurínicos generados in vitro han demostrado que la derivación SOS de estos sitios conduce a la inserción preferencial de una adenina frente a un sitio apurínico. Esto predice que los agentes que causan la depurinación en los residuos de guanina deberían inducir preferentemente transversiones de G C a TA.

Papel de la mutación inducida en la mejora de cultivos:

Las mutaciones inducidas son útiles en la mejora de cultivos de las siguientes cinco formas principales:

1. En el desarrollo de variedades mejoradas:

Se han desarrollado más de 2000 variedades mejoradas de cultivos hortícolas y de campo con alto rendimiento, calidad mejorada, precocidad y resistencia a tensiones bióticas y abióticas mediante mutaciones inducidas.

2. Inducción de la esterilidad masculina:

La esterilidad masculina se ha inducido en muchos cultivos, como el mijo perla, que se utiliza en la producción de semillas híbridas.

3. Producción de haploides:

Se han desarrollado haploides inducidos por rayos X en muchos cultivos que se utilizan para el desarrollo de líneas puras después de la duplicación cromosómica.

4. Creación de variabilidad genética:

Las mutaciones inducidas conducen a la creación de una gran variabilidad genética en una población que proporciona la base para la selección.

5. En algunos casos, se han utilizado mutaciones inducidas para superar el problema de autoincompatibilidad.

Mecanismos de mutación espontánea:

Ahora se sabe que las mutaciones espontáneas surgen de una variedad de fuentes.

Hay tres mecanismos importantes de mutaciones espontáneas, a saber:

(i) Errores en la replicación del ADN,

(ii) Lesiones espontáneas, y

(iii) Elementos genéticos transponibles.

Estos se analizan brevemente a continuación:

1. Errores en la replicación del ADN:

El apareamiento incorrecto en el curso de la replicación es una fuente de sustitución espontánea de bases. (El emparejamiento incorrecto se cubrió anteriormente en la discusión de 5-BU.) La mayoría de las mutaciones de emparejamiento incorrecto son transiciones.

Es probable que esto se deba a que una A. C o G. El desajuste de T no deforma la doble hélice del ADN tanto como A. G o C. Los pares de bases T lo hacen. Sin embargo, las transversiones también pueden ocurrir por emparejamientos incorrectos. Los errores de replicación también pueden conducir a mutaciones de cambio de marco.

2. Lesiones espontáneas:

Los daños que ocurren naturalmente en el ADN, llamados lesiones espontáneas, también pueden generar mutaciones.

Las lesiones espontáneas son de tres tipos, a saber:

(iii) Bases dañadas oxidativamente. El primero es más común.

Como se indicó anteriormente, la aflatoxina induce la depurinación. Sin embargo, la depurinación también se produce de forma espontánea. Una célula de mamífero pierde espontáneamente unas 10.000 purinas de su ADN durante un período de generación celular de 20 horas a 37 ° C.

Si estas lesiones persisten, resultarán en un daño significativo del ADN porque, durante la replicación, los sitios apurínicos no pueden especificar ningún tipo de base. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, se puede insertar una base frente a un sitio apurínico, lo que frecuentemente resulta en una mutación.

La desaminación de la citosina produce uracilo. Los residuos de uracilo no reparados se emparejarán con la adenina en el curso de la replicación, lo que dará como resultado la conversión de un par G-C en un par AT (una transición G-C - & gt A-T). Se ha descubierto que la desaminación en ciertas posiciones de citosina es un tipo de punto caliente mutacional.

El análisis de la secuencia de ADN de los puntos calientes para las transiciones G-C A-T en el gen lacl ha demostrado que los residuos de 5-metilcitosina están presentes en la posición de cada punto caliente.

La enzima uracilo-ADN glicosilasa [una de las enzimas reparadoras en la célula] reconoce los residuos de uracilo en el ADN que surgen de la desaminación y los escinde, dejando un espacio que posteriormente se rellena.

Sin embargo, la desaminación de la 5-metilcitosina genera timina (5-metiluracilo), que no es reconocida por la enzima uracil-ADN glicosilasa y, por tanto, no se repara. Por lo tanto, las transiciones C - & gt T generadas por desaminación se ven con más frecuencia en los sitios de 5-metilcitosina, porque escapan de este sistema de reparación.

(iii) Bases oxidativamente dañadas:

Este tipo de lesión por especies de oxígeno activo, como los radicales superóxido (02D), peróxido de hidrógeno (H202) y radicales hidroxilo (OHD), que se producen como subproductos del metabolismo aeróbico normal.

Estas especies de oxígeno pueden causar daño oxidativo al ADN, así como a los precursores del ADN (como GTP), lo que resulta en una mutación. Tales mutaciones han estado implicadas en varias enfermedades humanas. Este producto con frecuencia se empareja incorrectamente con A, lo que da como resultado un alto nivel de transversiones G - & gt T.

3. Elementos genéticos transferibles:

También se informa que los elementos transponibles juegan un papel importante en la inducción de mutaciones espontáneas en varios organismos.

Mecanismos de reparación biológica de mutaciones espontáneas:

Las células vivas han desarrollado una serie de sistemas enzimáticos que reparan el daño del ADN de diversas formas. La baja tasa de mutación espontánea es indicativa de la eficacia de estos sistemas de reparación. La falla de estos sistemas puede conducir a una mayor tasa de mutación.

Los mecanismos de reparación del ADN se pueden dividir en cuatro categorías, a saber:

(iv) Reparación posterior a la replicación.

Estos se analizan brevemente de la siguiente manera:

1. Prevención de errores:

Algunos sistemas enzimáticos neutralizan compuestos potencialmente dañinos incluso antes de que reaccionen con el ADN. Uno de estos sistemas desintoxica los radicales superóxido producidos durante el daño oxidativo al ADN. La enzima superóxido dismutasa cataliza la conversión de los radicales superóxido en peróxido de hidrógeno y la enzima catalasa, a su vez, convierte el peróxido de hidrógeno en agua.

2. Reversión directa del daño:

La forma más sencilla de reparar una lesión es invertirla directamente a la base normal. La reversión no siempre es posible, porque algunos tipos de daños son esencialmente irreversibles. En algunos casos, sin embargo, las lesiones se pueden reparar de esta manera.

Un caso es un fotodímero mutagénico causado por la luz ultravioleta. El fotodímero de ciclobutano pirimidina puede repararse mediante una fotoliasa que se ha encontrado en bacterias y eucariotas inferiores, pero no en humanos.

La enzima se une al fotodímero y lo divide, en presencia de ciertas longitudes de onda de luz visible, para generar las bases originales. Esta enzima no puede operar en la oscuridad, por lo que se requieren otras vías de reparación para eliminar el daño de los rayos UV. También se ha detectado una fotoliasa que revierte los fotoproductos 6-4 en plantas y Drosophila.

Las alquil transferasas son enzimas que revierten directamente las lesiones. Eliminan ciertos grupos alquilo que se han agregado a las posiciones 0-6 de la guanina por mutágenos como la nitrosoguanidina y el metanosulfonato de etilo.

La metil transferasa de E. coli ha sido bien estudiada. Esta enzima transfiere el grupo metilo de 0-6-metil-guanina a un residuo de cisteína en la proteína. Cuando esto sucede, la enzima se inactiva, por lo que este sistema de reparación puede saturarse si el nivel de alquilación es lo suficientemente alto.

3. Vías de reparación por escisión:

El sistema general de reparación por escisión rompe un enlace fosfodiéster a cada lado de la lesión, en la misma hebra, lo que resulta en la escisión de un oligonucleótido. Esto deja un espacio que se llena mediante síntesis de reparación y una ligasa sella las roturas. En procariotas, se eliminan 12 o 13 nucleótidos, mientras que, en eucariotas, se eliminan de 27 a 29 nucleótidos.

Algunas lesiones son demasiado leves y causan una pequeña distorsión que no puede ser reconocida por el sistema general de reparación por escisión y sus contrapartes en las células superiores. Por tanto, son necesarias vías de escisión específicas adicionales.

La reparación por escisión de base se lleva a cabo mediante ADN glicosilasas que escinden enlaces N-glicosídicos (base-azúcar), liberando así las bases alteradas y generando sitios apurínicos o apirimidínicos (sitios AP). A continuación, el sitio resultante se repara mediante una ruta de reparación de endonucleasas específica del sitio AP.

Existen numerosas ADN glicosilasas. Uno, uracil-ADN glicosilasa, elimina el uracilo del ADN. Los residuos de uracilo, que resultan de la desaminación espontánea de la citosina, pueden conducir a una transición C - & gt T si no se reparan.

Es posible que la pareja de apareamiento natural de la adenina en el ADN sea la timina (5-metiluracilo) en lugar del uracilo para permitir el reconocimiento y la escisión de estos residuos de uracilo. Si el uracilo fuera un componente normal del ADN, tal reparación no sería posible.

Todas las células tienen endonucleasas que atacan los sitios que quedan después de la pérdida espontánea de residuos de purina o pirimidina. Las endonucleasas AP son vitales para la célula, porque la depurinación espontánea es un evento relativamente frecuente.

Estas enzimas introducen roturas de cadena al escindir los enlaces fosfodiéster en los sitios AP. Esto inicia un proceso de reparación por escisión mediado por otras tres enzimas: una exonucleasa, ADN polimerasa I y ADN. ligasa.

Debido a la eficacia de la vía de reparación de la endonucleasa AP, puede ser el paso final de otras vías de reparación. Por tanto, si los pares de bases dañados pueden escindirse, dejando un sitio AP, las endonucleasas AP pueden completar la restauración al tipo salvaje. Esto es lo que sucede en la vía de reparación de la ADN glicosilasa.

4. Reparación posterior a la replicación:

Algunas vías de reparación son capaces de reconocer errores incluso después de que el ADN ya se haya replicado. Un ejemplo, denominado sistema de reparación de desajustes, puede detectar esos desajustes.

Los sistemas de reparación de desajustes tienen que hacer al menos tres cosas:

1. Reconocer pares de bases no coincidentes.

2. Determine qué base de la falta de coincidencia es la incorrecta.

3. Elimine la base incorrecta y realice la síntesis de reparación.

La segunda propiedad es la crucial de tal sistema. Una vez que se ha identificado el sitio no coincidente & # 8216, el sistema de reparación de discrepancias corrige el error.

A menos que sea capaz de distinguir entre las bases correctas e incorrectas, el sistema de reparación de desajustes no puede determinar qué base eliminar para evitar que surja una mutación. Pero los errores de replicación producen desajustes en la hebra recién sintetizada, por lo que es la base de esta hebra la que debe reconocerse y extirparse.


Mutaciones del gen INS: de la genética y la biología de las células beta a la enfermedad clínica

Una lista cada vez mayor de mutaciones del gen de la insulina que causan una nueva forma de diabetes monogénica ha atraído una atención cada vez mayor en los últimos siete años. Las mutaciones se han identificado en las regiones no traducidas del gen de la insulina, así como en la secuencia codificante de la preproinsulina, incluido el péptido señal, la cadena B de la insulina, el péptido C, la cadena A de la insulina y los sitios de escisión proteolítica, tanto para la peptidasa señal. y las prohormonas convertasas. Estas mutaciones afectan una variedad de diferentes pasos de la biosíntesis de insulina en las células beta pancreáticas. Es importante destacar que, aunque muchas de estas mutaciones causan plegamiento incorrecto de la proinsulina con diabetes autosómica dominante de inicio temprano, algunos de los alelos mutantes parecen comprometer diferentes mecanismos celulares y moleculares que subyacen a la insuficiencia de las células beta y la diabetes. En este artículo, revisamos los avances más recientes en el campo y discutimos los desafíos, así como las posibles estrategias para prevenir / retrasar el desarrollo y la progresión de la diabetes autosómica dominante causada por mutaciones del gen INS. Vale la pena señalar que, aunque la diabetes causada por mutaciones del gen INS es poco común, la evidencia creciente sugiere que los defectos en la vía de la biosíntesis de insulina también pueden estar involucrados en la progresión de tipos más comunes de diabetes. En conjunto, los mutantes de (pre) proinsulina proporcionan modelos moleculares perspicaces para comprender mejor la patogénesis de todas las formas de diabetes en las que están implicados los defectos de procesamiento de la preproinsulina, el plegamiento incorrecto de la proinsulina y el estrés del RE.

Palabras clave: Diabetes Estrés del retículo endoplásmico Biosíntesis de insulina Mutación del gen de la insulina Célula beta pancreática Plegado incorrecto de proinsulina.

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Cifras

Los efectos de EN S -gene…

Los efectos de EN S -mutaciones genéticas en los pasos principales de la biosíntesis de insulina.…

Tres regiones funcionales de preproinsulina ...

Tres regiones funcionales del péptido señal de preproinsulina y las mutaciones asociadas con la diabetes.…

Estructuras en solución de análogos de insulina.…

Estructuras en solución de análogos de insulina. A. Conjunto de estructuras derivadas de RMN DKP-insulina de tipo salvaje (WT).…

Dos mutaciones del péptido señal de la preproinsulina ...

Dos mutaciones del péptido señal de la preproinsulina causan distintos defectos celulares en las células beta. A.…

Un modelo propuesto de falla de las células beta y diabetes causada por los defectos ...


Referencias

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Newly Discovered Mutation Causes Eye Disease

This image shows the damaged retina of a patient with a genetic mutation discovered by IRP investigators that causes the eye disease retinitis pigmentosa.

The Human Genome Project gave scientists an incredible roadmap of the thousands of genes used to construct the human body. However, many individuals harbor DNA that differs markedly from the standard reference sequence produced by that initiative, and these variations can have profound implications for a person’s health. A recent study led by IRP scientists has uncovered yet another of these genetic variants, a rare mutation that causes the eye disease retinitis pigmentosa. 1

Retinitis pigmentosa is one of the most common diseases of the retina, the part of the eye that contains light-sensing cells called photoreceptors. In patients with the condition, the photoreceptors degenerate over time, leading first to poor night vision and deteriorating peripheral vision and eventually causing substantial vision loss that leaves patients legally blind.

Mutations in more than 50 genes are known to cause retinitis pigmentosa. IRP senior investigator J. Fielding Hejtmancik, M.D., Ph.D., has been working for over a decade with researchers at Johns Hopkins University and the Center for Excellence in Molecular Biology in Lahore, Pakistan, to identify previously unknown genetic mutations that cause inherited eye diseases. By sequencing the DNA of 143 Pakistani families containing several members with retinitis pigmentosa, the project discovered that multiple affected individuals in five families had a never-before-seen change in a gene called CLCC1, which provides the genetic blueprint for building a channel that moves around chloride ions within cells. Around the same time, a research group in the UK found the same mutation in three other families with Pakistani ancestry and a family history of retinitis pigmentosa, which spurred a collaborative effort to investigate it.

“Finding that this mutation in an intracellular chloride channel caused the disorder threw us for a bit of a loop,” Dr. Hejtmancik says. “It’s not part of the other groups of proteins known to be involved in the disease. Finding something that’s completely outside those groups was a bit of a surprise for us.”

Prior to that discovery, the CLCC1 chloride channel had been largely ignored by the scientific community, with just a single study having examined it nearly three decades ago. 2 Yet the gene’s sequence is remarkably similar across a number of different species from zebrafish to mice to humans, suggesting that it plays an important role in cells.

When Dr. Hejtmancik’s team inserted a mutated version of the CLCC1 channel into human and chicken retinal cells, the abnormal molecule accumulated in a structure called the endoplasmic reticulum that generates and transports cellular proteins. In addition, when Dr. Hejtmancik’s team knocked down the activity of the gene in lab-grown human retinal cells, roughly 10 percent of the cells activated a cellular self-destruct process and died, compared to less than one percent of control cells.

“It’s sort of a double whammy,” Dr. Hejtmancik says. “The absence of CLCC1’s function will kill the cell, and having that damaged protein hanging around in the endoplasmic reticulum probably doesn’t help either.”

Further experiments showed that zebrafish larvae without the CLCC1 gene had abnormal retinas with fewer photoreceptors, which showed signs of degeneration. Injecting these zebrafish with genetic material that allowed their cells to manufacture the CLCC1 channel partially reversed those abnormalities. Mice missing just one copy of the gene had similar retinal defects.

More work will be needed to pin down precisely what the CLCC1 chloride channel does in cells both within and outside the retina, as well as why the CLCC1 mutation causes retinitis pigmentosa. Even without that knowledge, Dr. Hejtmancik’s findings will enable genetic counseling for retinitis pigmentosa patients with the CLCC1 mutation, and further down the line it may be possible to correct the mutation’s consequences using gene therapy.

“We might clinically do some good for some patients at some point, especially if we can do gene therapy,” Dr. Hejtmancik says. “But in the near term, this study really serves as a guidepost for future investigations into the physiology and biochemistry of the retina. It provides a foundation for all the other studies that will be done, many of which will have practical implications.”

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Referencias:

[1] Mutation in the intracellular chloride channel CLCC1 associated with autosomal recessive retinitis pigmentosa. Li L, Jiao X, D'Atri I, Ono F, Nelson R, Chan CC, Nakaya N, Ma Z, Ma Y, Cai X, Zhang L, Lin S, Hameed A, Chioza BA, Hardy H, Arno G, Hull S, Khan MI, Fasham J, Harlalka GV, Michaelides M, Moore AT, Coban Akdemir ZH, Jhangiani S, Lupski JR, Cremers FPM, Qamar R, Salman A, Chilton J, Self J, Ayyagari R, Kabir F, Naeem MA, Ali M, Akram J, Sieving PA, Riazuddin S, Baple EL, Riazuddin SA, Crosby AH, Hejtmancik JF. PLoS Genet. 2018 Aug 2914(8):e1007504. doi: 10.1371/journal.pgen.1007504. [Epub ahead of print]

[2] Identification of a novel chloride channel expressed in the endoplasmic reticulum, golgi apparatus, and nucleus. Nagasawa M, Kanzaki M, Iino Y, Morishita Y, Kojima I. J Biol Chem. 2001 Jun 8276(23):20413-8. Epub 2001 Mar 5.


2) Alkylating, Intercalating, and Adduct-Forming Agents cause induced mutation

A number of naturally occurring and human-made chemicals alter the structure of ADN y causa induced mutations. los sulfur-containing mustard gases, discovered during World War I, were some of the first chemical mutagens identified in chemical warfare studies.

Mustard gases están alkylating agents—that is, they donate an alkyl group, such as CH3 or CH3CH2, to amino or keto groups in nucleotides. Ethylmethane sulfonate (EMS), for example, alkylates the keto groups in the number 6 position of guanine and in the number 4 position of thymine.

As with base analogs, base-pairing affinities are altered, and transition mutations result. For example, 6-ethylguanine acts as an analog of adenine and pairs with thymines. Agentes intercalantes are chemicals that have dimensions and shapes that allow them to wedge between the base pairs of DNA.

When bound between base pairs, intercalating agents cause base pairs to distort and DNA strands to unwind. These changes in DNA structure affect many functions including transcription, replication, and repair. Deletions y insertions occur during Replicación de ADN and repair, leading to frameshift mutations.

Some intercalating agents are used as DNA stains. An example is ethidium bromide, a fluorescent compound. That is commonly used in molecular biology laboratories to visualize DNA during purifications and electroforesis en gel.

The mutagenic characteristics of both ethidium bromide and the ultraviolet light used to visualize its fluorescence, that mean this chemical must be used with caution.

Other intercalating agents are used for cancer chemotherapy. Examples are doxorubicin, which is used to treat Hodgkin’s lymphoma y dactinomycin, which is used to treat a variety of sarcomas.

Because cancer cells undergo Replicación de ADN more frequently than noncancer cells. They are more sensitive than normal cells to the mutagenic and damaging effects of these chemotherapeutic agents.

Another group of chemicals that cause induced mutations are known as adduct-forming agents. A DNA adduct is a substance that covalently binds to DNA, altering its conformation and interfering with replication and repair.

Two examples of adduct-forming substances are,

  1. acetaldehído (a component of cigarette smoke)
  2. heterocyclic amines (HCAs).

HCAs are cancer-causing chemicals that are created during the cooking of meats such as beef, chicken, and fish. HCAs are formed at high temperatures from amino acids and creatine. Many HCAs covalently bind to guanine bases. Por lo menos 17 different HCAs have been linked to the development of cancers, such as those of the stomach, colon, and breast


The How and the Why

Scientists ask these sorts of questions and test them based on previous knowledge and future predictions. Some common questions focus on how a trait develops. This is known as the proximate cause. The proximate cause of the wing color in the peppered moth is genetic. A specific gene codes for whether they have light or dark-colored wings. In moths that survive and reproduce, the genes for a specific color is passed to their offspring.

Now, let’s look at the bigger picture. Why might an animal like the peppered moth have colored wings? Why a trait evolves is known as the ultimate cause. We now know that the wings of the peppered moth help the moths blend in. By blending in, their chances of survival increase. So in a specific environment, one wing color may help more moths survive than the other wing color. That's a pretty important benefit. The proximate cause and ultimate cause are often both involved in bringing about a trait that helps an organism survive in its niche.

Bicycling can be used as another example of proximate vs. ultimate causation. Haga clic para obtener más detalles.

Understanding both the proximate and ultimate causes helps us to understand why traits change over time. In non-polluted forests, moths with light wings were more likely to survive. In polluted forests, moths with dark wings blended in better. They were less likely to get eaten by birds and could then reproduce and pass their wing colors on.

We can also look at more familiar problems in terms of proximate or ultimate questions. Think of a bicycle. To go forward, you move the pedals. This turns the wheels, moving the bike. That is the proximate cause of how a bike works.

But what are the ultimate causes of why the bike moves? One proposal is that humans needed a faster way to get around. We designed the bike to help us move around faster and use our time more wisely.

If you're still confused about proximate vs. ultimate, try to think of it in a different way. Proximate and ultimate explanations also differ in the time scale over which they act. Proximate explanations focus on things that occur during the life of an individual. Ultimate explanations focus on things that occur in populations over many generations. Think you have a handle on the how and the why of biology?


Yes And No

As L.Dutch pointed out, retroviruses routinely insert their RNA into the DNA of the host cell. If such a virus were carefully engineered, and targeted germ cells (sperm and eggs), it could introduce some scattershot mutations that could result in much more rapid evolution in the progeny of the people infected by the virus. (And result in a lote more stillbirths/miscarriages as mutations kill more often than they're beneficial.)

En The Cave, what the creatures do is not evolution. They change, as an extant organism, from one form to another. This is impossible. Changing the DNA of a host all at once is impossible, and the changes required for major phenotypic (body structure) change would be lethal to an organism not evolved to handle it (insects with cocoons, etc.)

Even leaving aside the impossibility of non-lethal whole-organism phenotype change, the energy demands would be astronomical. Think of how adolescents eat, but much more dramatically.

So could you introduce a virus into a population which would increase the rate of mutation and thereby increase the "rate" of evolution? Si. Would it be anything like The Cave? No. The Cave's parasites are magic.


Gene Study Shows Blond Hair Color Is Just Skin Deep

For thousands of years, people have both prized and mocked blond hair. Now, a new study shows that many can thank a tiny genetic mutation—a single letter change from an A to a G among the 3 billion letters in the book of human DNA—for their golden locks.

The mutation "is the biological mechanism that helps create that [blond] color naturally," said David Kingsley, a professor of developmental biology at Stanford University and a Howard Hughes Medical Institute investigator, who led the research. "This is a great biological example of how traits can be controlled, and what a superficial difference blond hair color really is."

Kingsley, a brunet, said the study, published today in Nature Genetics, also offers a powerful insight into the workings of the human genome. The mutation doesn't alter the protein production of any of the 20,000 genes in the human genome, he said. Instead, in people of European ancestry, it causes blond hair through a 20 percent "turn of the thermostat dial" that regulates a signaling gene in the hair follicles of the skin.

Elsewhere in the body, that signaling gene is involved in the formation of blood, egg, sperm, and stem cells. Turning such a gene entirely on or off could be devastating. But a tiny mutation that tweaks the gene's activity in only one area—in this case the skin—allows for harmless changes, he said.

Pardis Sabeti, a computational biologist at Harvard University and Broad Institute who was not involved in the research, said the study is a "beautiful demonstration" of this kind of tweaking, which has previously been poorly understood. To find a single letter change and prove that it is a big driver of blond hair is a major scientific accomplishment, she said.

A Subtle Change With Big Results

To find the blond-hair gene mutation, Kingsley and his team looked at an area of the genome previously linked to blondness in people from Iceland and the Netherlands. They painstakingly identified the exact letter change that gives a person blond hair.

The researchers tested what that letter change did in human skin cells grown in a petri dish. The cells showed a reduction in activity in the switch that controls the signaling gene. Then Kingley's group bred lines of mice that either had the mutation or didn't have it. The single-letter change didn't create blond mice, but those with the mutation had coats of a lighter color than those without.

Learning the mechanism behind something as common—and as universally recognizable—as hair color, can help explain how genes work in other contexts, such as illnesses, where the stakes are higher, Kingsley said. "Understanding these principles will help people . trying to find drugs for diseases."

Hopi Hoekstra, a professor of genetics at Harvard who was not involved in the research, said the new finding confirms what researchers had long suspected: that small changes in gene expression caused by only a single DNA base pair change can lead to major changes in traits.

Hair color "is a great starting point to do this type of molecular dissection" because it's simple to see whether the mutation results in a change in appearance, she said. "But it highlights how difficult this is going to be for more complex human traits, like mental illness, which we've never been very good at measuring."

The blond hair mutation—or variant—is not genetically linked to any other traits, even eye color, Kingsley said, showing that none of our stereotypes about blonds are true. In contrast, many other human variants, such as some that cause red hair, are known to affect the protein structure of genes, and therefore trigger changes everywhere in the body the gene is expressed. Red hair, fair skin, and lighter eyes tend to travel as a package, he said, and may even be genetically paired with greater sensitivity to pain and temperature changes—though probably not fiery tempers.


Ver el vídeo: Introducción a la mutación genética. Khan Academy en Español (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Kathlynn

    Por supuesto, lo siento, pero ¿podría por favor dar un poco más de información.

  2. Gaizka

    El mensaje autorizado :), curiosamente ...

  3. Moises

    Me gustaría saber, gracias por la información.

  4. Reynaldo

    Lo siento, alejé esta oración



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