Tema 14 mutacions

37
GENÈTICA MOLECULAR MUTACIONS

Transcript of Tema 14 mutacions

Page 1: Tema 14 mutacions

GENÈTICA MOLECULAR

MUTACIONS

Page 2: Tema 14 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,...)

Page 3: Tema 14 mutacions

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

Page 4: Tema 14 mutacions

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),...

Page 5: Tema 14 mutacions

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.

Page 6: Tema 14 mutacions

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

Page 7: Tema 14 mutacions

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

Page 8: Tema 14 mutacions

Mutacions per SUBSTITUCIÓ

Page 9: Tema 14 mutacions

Transicions

Page 10: Tema 14 mutacions

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

Page 11: Tema 14 mutacions

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

Page 12: Tema 14 mutacions

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

Page 13: Tema 14 mutacions
Page 14: Tema 14 mutacions

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.

Page 15: Tema 14 mutacions
Page 16: Tema 14 mutacions
Page 17: Tema 14 mutacions

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

Page 18: Tema 14 mutacions

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

Page 19: Tema 14 mutacions

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

Page 20: Tema 14 mutacions

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)

Page 21: Tema 14 mutacions
Page 22: Tema 14 mutacions
Page 23: Tema 14 mutacions
Page 24: Tema 14 mutacions

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, ...

Page 25: Tema 14 mutacions

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:

Page 26: Tema 14 mutacions

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

Page 27: Tema 14 mutacions

Trisomia 18. Síndrome d’Edwards

Trisomia 13. Síndrome de Patau

Trisomia XXY. Síndrome de Klinefelter

Page 28: Tema 14 mutacions

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:

Page 29: Tema 14 mutacions
Page 30: Tema 14 mutacions

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

Page 31: Tema 14 mutacions

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)

Page 32: Tema 14 mutacions

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

Page 33: Tema 14 mutacions

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

Page 34: Tema 14 mutacions

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’ )

Page 35: Tema 14 mutacions

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 )

Page 36: Tema 14 mutacions

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 )

Page 37: Tema 14 mutacions

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