TEMA 5.4. MUTACIONES MOLECULARES

Mutaciones: cambios permanentes en la secuencia nucleotídica del DNA

En muy raras ocasiones confiere ventajas biológicas!

En mamíferos hay una fuerte asociación entre acumulación de mutaciones (fallos en los mecanismos de reparación) y CANCER

CÓDIGO GENÉTICO 20 a.a. 43=64 Tripletes

DEGENERADO: 1 a.a. Más de 1 codón

Es prácticamente UNIVERSAL

Codones SIN Traducción a aminoácido (stop): UAA, UGA, UAG

MUTACIÓN Y SISTEMAS DE REPARACIÓN DEL DNA

Tipos posibles de mutaciones:

* modificación química (sustitución) de bases Transición (del =tipo, purínica o pirimidínica) o Transversión (≠ tipo)

* eliminación o deleción de un o más pb

* inserción de una o más bases

* entrecruzamiento químico entre 2 hebras de la doble hélice → Consecuencias: cambios en la secuencia que pueden ser heredados o bloqueo en proceso de replicación. Pueden llevar a muerte o transformación de la célula

Reparación o… Tolerancia: medida de ‘urgencia’ cuando el daño es muy (demasiado) grande. En procariotas, y bajo la “máxima” de lo importante es persistir, se activa síntesis de DNA más ‘permisiva’ (y propensa al error) a través de la lesión. En eucariotas lleva a muerte celular.

Clases de mutaciones

Deleción o supresión

INSERCIÓN DELECIÓN

Un simple cambio en una base provoca un cambio en un aminoácido que puede ser fundamental, o… incluso provocar un cambio en el marco de lectura

Fuente de error más simple → Error en el procesos de REPLICACIÓN Emparejamientos incorrectos pueden ser MUTAGÉNICOS: cambio permanente, heredable

Alternativamente las DNApol replicativas pueden bloquear un molde “dañado” (pares emparejados ≠W&C→ distorsión en doble hélice) Problema “salvable” por la existencia de otras DNApol que permite la replicación pendiente de posterior reparación. También la recombinación permite “salvar” interrupciones

LESIONES en el DNA, MUTACIONES Agentes mutagénicos que pueden alterar determinadas bases de DNA (ya completada replicación):

luz (radiaciones), agentes oxidantes, alquilantes…

Radicales hidroxilo: -OH reacciona con guanina formando 8-oxoguanina La 8-oxoguanina se puede emparejar con A ,en lugar de con C

Desaminación (variaciones pH, Temperatura, etc) Adenina puede desaminarse y formar hipoxantina

Desaminación puede provocar la transformación de: Adenina → Hipoxantina (no se empareja con T, sino con C) Guanina → Xantina (si con C) Citosina → Uracilo (no se empareja con G, sino con A)

Alquilación: Ciertas bases pueden ser alquiladas (R-CH2-) o metiladas (-CH3) por determinados agentes. La G y A suelen ser las bases que sufren metilación mayoritariamente. Algunos compuestos contenidos en alimentos se pueden convertir en mutágenos activos (acc enzimática)

→ En alimentos preparados

→ En mohos que crecen en frutos secos

Reacciona con N-7 de la G ← provoca transversión G a T

T mG T G C

mG T A T

Transmisión de una mutación producida por metilación

Otros compuestos como el 1-metil-3-nitro-1-nitrosoguanidina (MNNG) son agentes alquilantes

MNNG es un reactivo químico de uso en laboratorio

Componente ultravioleta de la luz solar: Un fotón es capaz de producir una unión covalente entre dos anillos de pirimidina adyacentes.

El más común es el dímero de Timinas (T^T), pero también existen los (C^C) y (C^T).

El dímero de Timinas (T^T) no puede acomodarse en la doble hélice y provoca bloqueo de replicación y expresión génica.

También se pueden introducir enlaces cruzados entre bases de hebras opuestas por agentes como los psoralenos (producto de una hierba china)

Estos enlaces distorsionan la replicación porque impiden la separación de las hebras

Radiaciones electromagnéticas de alta energía (exposición a Rayos X): Generan concentraciones elevadas de especies de oxígeno reactivas en disolución que inducen lesiones como escisiones de enlaces en una o las dos hebras del DNA Conduce a deleciones

Radiación ionizante (desintegración radiactiva o la de los rayos cósmicos): También provoca roturas en las cadenas de DNA

Otros fallos que conducen a mutaciones

*Mutágenos de cambio de pauta de lectura: sustancias “intercalantes” como el etidio, 5-aminoacridina, 7,12-dimetilbenzantreno… *Análogos de bases *Mutaciones inducidas por emparejamientos erróneos de tautómeros de las bases

El tautómero menos frecuente de la Adenina se empareja con C en lugar de con T

REPARACIONES en el DNA Las lesiones en el DNA pueden detectarse y repararse mediante diversos sistemas

Para ello se puede emplear la información de la secuencia de la hebra no modificada

Mecanismo general: 1. Reconocer las bases que no se ajustan a emparejamientos W&C 2. Eliminar las mismas 3. Reparar el hueco generado mediante la acción de DNApol y DNA ligasa

Las propias DNApol replicativas pueden corregir muchos errores de emparejamiento durante el curso de la replicación. Ej. DNApol III de E coli con actividad exonucleasa 3’→5’

…OTROS MECANISMOS

Reparación de emparejamientos incorrectos:

Se detecta emparejamiento incorrecto y se recluta una endonucleasa que escinda parte de la hebra recien sintetizada En E. coli: complejo MutS y MutL y nucleasa MutH

Reparación directa: ruptura fotoquímica de dímeros pirimidina

Enzima fotorreactivo: DNA fotoliasa Se une a región distorsionada, utiliza energía de la luz, y escinde el dímero en sus bases originales

Reparación por escisión de nucleótidos: dímeros pirimidina

Complejo enzimático detecta la distorsión, se corta una fragmento de unos 12 residuos En E. coli complejo uvrABC (escinucleasa de elevada especificidad), después DNApolI copia de la cadena no mutada y se liga el extremo por DNA ligasa

Reparación de una desaminación: beneficio de T en el DNA (por U del RNA)

En DNA la C se desamina espontáneamente para formar U con velocidad apreciable (potencialmente mutagénica por cambio de C-G a U-A) Se evita porque en DNA se reconoce U como “ajeno” Enzima uracilo DNA glicosidasa hidroliza enlace glicosídico entre uracilo y desoxiribosa Se inserta una nueva citosina

El grupo metilo de la T es un distintivo que diferencia T de citosina desaminada

Los mecanismo vistos son de procariotas… pero células eucariotas también tienen mecanismo de reparación de mutaciones en el DNA, algunos equivalentes a los vistos Mut S / Mut L, fotoliasa…

TIPOS DE RESPUESTA: Reparación versus Tolerancia

TOLERANCIA B.2.- Respuesta Suicida

-Solo se da en organismos Eucariotas (nunca en bacterias). -Es un sistema de defensa contra las mutaciones somáticas que pueden conducir al “Cancer”. -En circunstancias de daño muy severo del DNA, la célula desencadena un “mecanismo de Suicidio celular” a fin de eliminar la posibilidad de un desarrollo cancerígeno. -Esto no lo tienen los procariotas, ya que prefieren “sobrevivir mutados” que morir. -En el mecanismo interviene el enzima ADP-Ribosil-Transferasa, que actúa transfiriendo ADP-ribosilosa todas las proteínas celulares “a lo loco”, gastando la mayoría del ATP celular, y bloqueando así las rutas metabólicas: “muerte celular”.

B.1.- Respuesta S.O.S. -La respuesta SOS es una medida de “urgencia” que se produce en la célula cuando existen muchas lesiones en el DNA, y que provoca la “inducción” de hasta 9 genes implicados en “reparación y tolerancia”. -Los de “tolerancia” son: A).Rodeo o Bypass replicativo: -La “horquilla replicativa” al llegar a la lesión, “se la salta” dejando un “hueco no replicado”. -La proteína Rec A, lleva a cabo la reparación por “recombinación”. B). Síntesis trans-lesión: -También denominada “propensa al error”. -Se “inducen” ciertos genes que se unen a la DNA polimerasa relajando su “fidelidad de copia”, y permitiendo introducir casi cualquier nucleótido en lugar de la lesión.

Procariotas: + tolerancia Eucariotas: - tolerancia

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