Hogar Hongos Tipos de mutaciones, causas, ejemplos. Mutaciones del ADN ¿Cómo ocurre la mutación genética?

Tipos de mutaciones, causas, ejemplos. Mutaciones del ADN ¿Cómo ocurre la mutación genética?

¿Cómo surgen los genes dañinos?

Aunque la propiedad principal de los genes es la autocopia precisa, por lo que se produce la transmisión hereditaria de muchos rasgos de padres a hijos, esta propiedad no es absoluta. La naturaleza del material genético es dual. Los genes también tienen la capacidad de cambiar y adquirir nuevas propiedades. Estos cambios genéticos se denominan mutaciones. Y son las mutaciones genéticas las que crean la variabilidad necesaria para la evolución de la materia viva y la diversidad de las formas de vida. Las mutaciones ocurren en cualquier célula del cuerpo, pero solo los genes de las células germinales pueden transmitirse a la descendencia.

Las razones de las mutaciones son que muchos factores ambientales con los que interactúa cada organismo a lo largo de la vida pueden alterar el estricto orden del proceso de autorreproducción de genes y cromosomas en su conjunto, lo que conduce a errores en la herencia. Los experimentos han establecido los siguientes factores que causan mutaciones: radiación ionizante, productos químicos y altas temperaturas. Obviamente, todos estos factores existen en el entorno humano natural (por ejemplo, radiación de fondo natural, radiación cósmica). Las mutaciones siempre han existido como un fenómeno natural completamente común.

Al ser esencialmente errores en la transmisión de material genético, las mutaciones son de naturaleza aleatoria y no dirigida, es decir, pueden ser tanto beneficiosas como perjudiciales y relativamente neutrales para el organismo.

Las mutaciones beneficiosas se fijan en el curso de la evolución y forman la base para el desarrollo progresivo de la vida en la Tierra, mientras que las dañinas, que reducen la viabilidad, son, por así decirlo, la otra cara de la moneda. Son la base de las enfermedades hereditarias en toda su diversidad.

Hay dos tipos de mutaciones:

  • genético (a nivel molecular)
  • y cromosómico (cambiar el número o la estructura de los cromosomas a nivel celular)

Ambos pueden ser causados ​​por los mismos factores.

¿Con qué frecuencia ocurren las mutaciones?
¿La aparición de un niño enfermo suele estar asociada a una nueva mutación?

Si las mutaciones ocurrieran con demasiada frecuencia, entonces la variabilidad en la naturaleza viva prevalecería sobre la herencia y no existirían formas de vida estables. Obviamente, la lógica dicta que las mutaciones son acontecimientos raros, al menos mucho más raros que la posibilidad de preservar las propiedades de los genes cuando se transmiten de padres a hijos.

La tasa de mutación real de genes humanos individuales tiene un promedio de 1:105 a 1:108. Esto significa que aproximadamente una de cada millón de células germinales porta una nueva mutación en cada generación. O, dicho de otro modo, aunque esto sea una simplificación, podemos decir que por cada millón de casos de transmisión genética normal, hay un caso de mutación. Lo importante es que, una vez que ha surgido, tal o cual nueva mutación puede transmitirse a generaciones posteriores, es decir, fijarse mediante el mecanismo de la herencia, ya que las mutaciones inversas que devuelven el gen a su estado original son igualmente raras.

En las poblaciones, la proporción entre el número de mutantes y los que heredaron un gen dañino de sus padres (segregantes) entre todos los pacientes depende tanto del tipo de herencia como de su capacidad para dejar descendencia. En las enfermedades recesivas clásicas, una mutación dañina puede transmitirse inadvertida a través de muchas generaciones de portadores sanos hasta que dos portadores del mismo gen dañino se casan, y entonces casi todos los casos de nacimiento de un niño enfermo se asocian con la herencia, y no con una nueva mutación.

En las enfermedades dominantes, la proporción de mutantes está inversamente relacionada con la fertilidad de los pacientes. Es obvio que cuando una enfermedad provoca una muerte prematura o la incapacidad de los pacientes para tener hijos, es imposible heredar la enfermedad de los padres. Si la enfermedad no afecta la esperanza de vida ni la capacidad de tener hijos, entonces, por el contrario, predominarán los casos hereditarios y, en comparación, las nuevas mutaciones serán raras.

Por ejemplo, en una de las formas de enanismo (acondroplasia dominante), por razones sociales y biológicas, la reproducción de los enanos es significativamente menor que el promedio en este grupo de población hay aproximadamente 5 veces menos niños en comparación con otros; Si tomamos el factor de reproducción promedio tan normal como 1, entonces para los enanos será igual a 0,2. Esto significa que el 80% de los enfermos en cada generación son el resultado de una nueva mutación, y sólo el 20% de los enfermos heredan el enanismo de sus padres.

En las enfermedades hereditarias genéticamente ligadas al sexo, la proporción de mutantes entre niños y hombres enfermos también depende de la fertilidad relativa de los pacientes, pero aquí siempre predominarán los casos de herencia materna, incluso en aquellas enfermedades en las que los pacientes no dejan descendencia. en absoluto. La proporción máxima de nuevas mutaciones en enfermedades tan letales no supera 1/3 de los casos, ya que los hombres representan exactamente un tercio de los cromosomas X de toda la población, y dos tercios de ellos se encuentran en mujeres, quienes, por regla general, , están sanos.

¿Puedo tener un hijo con la mutación si recibí una dosis mayor de radiación?

Las consecuencias negativas de la contaminación ambiental, tanto química como radiactiva, son el problema del siglo. Los genetistas no lo encuentran tan raramente como nos gustaría en una amplia gama de cuestiones: desde los riesgos laborales hasta el deterioro de la situación medioambiental como consecuencia de accidentes en las centrales nucleares. Y la preocupación, por ejemplo, de las personas que sobrevivieron a la tragedia de Chernóbil es comprensible.

De hecho, las consecuencias genéticas de la contaminación ambiental están asociadas con un aumento en la frecuencia de mutaciones, incluidas las dañinas, que conducen a enfermedades hereditarias. Sin embargo, estas consecuencias, afortunadamente, no son tan catastróficas como para hablar del peligro de degeneración genética de la humanidad, al menos en la etapa actual. Además, si consideramos el problema en relación con individuos y familias específicas, podemos decir con confianza que el riesgo de tener un hijo enfermo debido a la radiación u otros efectos nocivos como resultado de una mutación nunca es alto.

Aunque la frecuencia de las mutaciones está aumentando, no supera la décima o incluso la centésima de porcentaje. En cualquier caso, para cualquier persona, incluso aquellas que han estado claramente expuestas a factores mutagénicos, el riesgo de consecuencias negativas para la descendencia es mucho menor que el riesgo genético inherente a todas las personas asociado con el transporte de genes patológicos heredados de sus antepasados.

Además, no todas las mutaciones conducen a una manifestación inmediata en forma de enfermedad. En muchos casos, aunque un niño reciba una nueva mutación de uno de los padres, nacerá completamente sano. Después de todo, una parte importante de las mutaciones son recesivas, es decir, no manifiestan sus efectos nocivos en los portadores. Y prácticamente no hay casos en los que, con genes inicialmente normales de ambos padres, un niño reciba la misma nueva mutación tanto del padre como de la madre. La probabilidad de que ocurra tal evento es tan insignificante que toda la población de la Tierra no es suficiente para darse cuenta.

De esto también se deduce que la repetición de una mutación en la misma familia es casi imposible. Por lo tanto, si unos padres sanos tienen un hijo enfermo con una mutación dominante, entonces sus otros hijos, es decir, los hermanos y hermanas del paciente, deberían estar sanos. Sin embargo, para los hijos de un niño enfermo, el riesgo de heredar la enfermedad será del 50% según las reglas clásicas.

¿Existen desviaciones de las reglas habituales de herencia y con qué están asociadas?

Sí, las hay. Como excepción, a veces sólo por su rareza, como la aparición de mujeres con hemofilia. Ocurren con más frecuencia, pero en cualquier caso las desviaciones son causadas por relaciones complejas y numerosas entre los genes del cuerpo y su interacción con el medio ambiente. De hecho, las excepciones reflejan las mismas leyes fundamentales de la genética, pero a un nivel más complejo.

Por ejemplo, muchas enfermedades de herencia dominante se caracterizan por una gran variabilidad en su gravedad, hasta el punto de que a veces los síntomas de la enfermedad en el portador del gen patológico pueden estar completamente ausentes. Este fenómeno se llama penetrancia genética incompleta. Por lo tanto, en los pedigríes de familias con enfermedades dominantes, a veces se encuentran las llamadas generaciones saltadas, cuando los portadores conocidos del gen, que tienen ancestros y descendientes enfermos, están prácticamente sanos.

En algunos casos, un examen más exhaustivo de dichos portadores revela manifestaciones, aunque mínimas, borradas, pero bastante definidas. Pero también sucede que los métodos a nuestra disposición no logran detectar ninguna manifestación de un gen patológico, a pesar de la evidencia genética clara de que una persona en particular lo tiene.

Las razones de este fenómeno aún no se han estudiado lo suficiente. Se cree que el efecto nocivo de un gen mutante puede modificarse y compensarse mediante otros genes o factores ambientales, pero los mecanismos específicos de dicha modificación y compensación en determinadas enfermedades no están claros.

También sucede que en algunas familias las enfermedades recesivas se transmiten durante varias generaciones seguidas, por lo que pueden confundirse con las dominantes. Si los pacientes se casan con portadores del gen de la misma enfermedad, la mitad de sus hijos también heredarán una “dosis doble” del gen, una condición necesaria para que la enfermedad se manifieste. Lo mismo puede suceder en las generaciones siguientes, aunque dicha “casuística” sólo se da en los matrimonios consanguíneos múltiples.

Finalmente, la división de rasgos en dominantes y recesivos no es absoluta. A veces esta división es simplemente arbitraria. Un mismo gen puede considerarse dominante en algunos casos y recesivo en otros.

Utilizando métodos de investigación sutiles, a menudo es posible reconocer la acción de un gen recesivo en estado heterocigoto, incluso en portadores completamente sanos. Por ejemplo, el gen de la hemoglobina falciforme en estado heterocigoto produce glóbulos rojos falciformes, lo que no afecta la salud humana, pero en estado homocigoto conduce a una enfermedad grave: la anemia falciforme.

¿Cuál es la diferencia entre mutaciones genéticas y cromosómicas?
¿Qué son las enfermedades cromosómicas?

Los cromosomas son portadores de información genética en un nivel de organización celular más complejo. Las enfermedades hereditarias también pueden ser causadas por defectos cromosómicos que surgen durante la formación de las células germinales.

Cada cromosoma contiene su propio conjunto de genes ubicados en una secuencia lineal estricta, es decir, ciertos genes están ubicados no solo en los mismos cromosomas para todas las personas, sino también en las mismas secciones de estos cromosomas.

Las células normales del cuerpo contienen un número estrictamente definido de cromosomas emparejados (de ahí el emparejamiento de los genes que contienen). En los seres humanos, en cada célula, excepto las células sexuales, hay 23 pares (46) de cromosomas. Las células sexuales (óvulos y espermatozoides) contienen 23 cromosomas no apareados, un único conjunto de cromosomas y genes, ya que los cromosomas apareados se separan durante la división celular. Durante la fertilización, cuando el espermatozoide y el óvulo se fusionan, se desarrolla un feto, un embrión, a partir de una célula (ahora con un doble juego completo de cromosomas y genes).

Pero la formación de células germinales a veces se produce con “errores” cromosómicos. Son mutaciones que provocan cambios en el número o la estructura de los cromosomas de una célula. Esta es la razón por la que un óvulo fertilizado puede contener un exceso o una deficiencia de material cromosómico en comparación con la norma. Obviamente, tal desequilibrio cromosómico conduce a graves alteraciones en el desarrollo fetal. Esto se manifiesta en forma de abortos espontáneos y muertes fetales, enfermedades hereditarias y síndromes llamados cromosómicos.

El ejemplo más famoso de enfermedad cromosómica es la enfermedad de Down (trisomía, la aparición de un cromosoma 21 adicional). Los síntomas de esta enfermedad se identifican fácilmente por la apariencia del niño. Esto incluye un pliegue de piel en las esquinas internas de los ojos, que le da al rostro una apariencia mongoloide, una lengua grande, dedos cortos y gruesos, tras un examen cuidadoso, estos niños también tienen defectos cardíacos, defectos de visión y audición y retraso mental; .

Afortunadamente, la probabilidad de que esta enfermedad y muchas otras anomalías cromosómicas se repitan en una familia es baja: en la gran mayoría de los casos son causadas por mutaciones aleatorias. Además, se sabe que las mutaciones cromosómicas aleatorias ocurren con mayor frecuencia al final del período fértil.

Por lo tanto, a medida que aumenta la edad de las madres, también aumenta la probabilidad de que se produzca un error cromosómico durante la maduración del óvulo y, por tanto, estas mujeres tienen un mayor riesgo de tener un hijo con anomalías cromosómicas. Si la incidencia global del síndrome de Down entre todos los recién nacidos es de aproximadamente 1:650, entonces para los hijos de madres jóvenes (25 años o menos) es significativamente menor (menos de 1:1000). El riesgo individual alcanza un nivel medio a los 30 años, es mayor a los 38 años: 0,5% (1:200), a los 39 años: 1% (1:100), y a los 39 años es mayor: 1% (1:100). mayores de 40 años aumenta al 2-3%.

¿Pueden estar sanas las personas con anomalías cromosómicas?

Sí, pueden hacerlo con algunos tipos de mutaciones cromosómicas, cuando lo que cambia no es el número, sino la estructura de los cromosomas. El hecho es que los reordenamientos estructurales en el momento inicial de su aparición pueden resultar equilibrados, sin ir acompañados de un exceso o deficiencia de material cromosómico.

Por ejemplo, dos cromosomas no apareados pueden intercambiar sus secciones que contienen genes diferentes si, durante las roturas cromosómicas, que a veces se observan durante la división celular, sus extremos se vuelven pegajosos y se pegan con fragmentos libres de otros cromosomas. Como resultado de tales intercambios (translocaciones), la cantidad de cromosomas en la célula se mantiene, pero así surgen nuevos cromosomas en los que se viola el principio de estricto emparejamiento de genes.

Otro tipo de translocación es el pegado de dos cromosomas prácticamente enteros con sus extremos “pegajosos”, por lo que el número total de cromosomas se reduce en uno, aunque no se produce pérdida de material cromosómico. Una persona que es portadora de tal translocación está completamente sana, pero los reordenamientos estructurales equilibrados que tiene ya no son accidentales, sino que naturalmente conducen a un desequilibrio cromosómico en su descendencia, ya que una parte importante de las células germinales de los portadores de tales translocaciones tener exceso o, por el contrario, material cromosómico insuficiente.

A veces, estos portadores no pueden tener hijos sanos (sin embargo, estas situaciones son extremadamente raras). Por ejemplo, en los portadores de una anomalía cromosómica similar: translocación entre dos cromosomas idénticos (por ejemplo, fusión de los extremos del mismo par 21), el 50% de los óvulos o espermatozoides (según el sexo del portador) contienen 23 cromosomas, incluidos uno doble, y el 50% restante contiene un cromosoma menos de lo esperado. Durante la fertilización, las células con un doble cromosoma recibirán otro cromosoma 21 y, como resultado, nacerán niños con síndrome de Down. Las células a las que les falta el cromosoma 21 durante la fertilización dan lugar a un feto no viable, que aborta espontáneamente en la primera mitad del embarazo.

Los portadores de otros tipos de translocaciones también pueden tener descendencia sana. Sin embargo, existe el riesgo de que se produzca un desequilibrio cromosómico que provoque una patología grave del desarrollo en la descendencia. Este riesgo para la descendencia de portadores de reordenamientos estructurales es significativamente mayor que el riesgo de anomalías cromosómicas resultantes de nuevas mutaciones aleatorias.

Además de las translocaciones, existen otros tipos de reordenamientos estructurales de los cromosomas que tienen consecuencias negativas similares. Afortunadamente, la herencia de anomalías cromosómicas con un alto riesgo de patología es mucho menos común en la vida que las mutaciones cromosómicas aleatorias. La proporción de casos de enfermedades cromosómicas entre sus formas mutantes y hereditarias es aproximadamente del 95% y el 5%, respectivamente.

¿Cuántas enfermedades hereditarias se conocen ya?
¿Su número está aumentando o disminuyendo en la historia de la humanidad?

Basado en conceptos biológicos generales, uno esperaría una correspondencia aproximada entre el número de cromosomas en el cuerpo y el número de enfermedades cromosómicas (y de manera similar entre el número de genes y las enfermedades genéticas). De hecho, actualmente se conocen varias docenas de anomalías cromosómicas con síntomas clínicos específicos (que en realidad exceden el número de cromosomas, porque diferentes cambios cuantitativos y estructurales en un mismo cromosoma causan diferentes enfermedades).

El número de enfermedades conocidas causadas por mutaciones de genes individuales (a nivel molecular) es mucho mayor y supera las 2000. Se estima que la cantidad de genes en todos los cromosomas humanos es mucho mayor. Muchos de ellos no son únicos, ya que se presentan como múltiples copias repetidas en diferentes cromosomas. Además, es posible que muchas mutaciones no se manifiesten como enfermedades, sino que provoquen la muerte embrionaria del feto. Entonces, el número de enfermedades genéticas corresponde aproximadamente a la estructura genética del organismo.

Con el desarrollo de la investigación genética médica en todo el mundo, el número de enfermedades hereditarias conocidas está aumentando gradualmente, y muchas de ellas, que se han vuelto clásicas, son conocidas por la gente desde hace mucho tiempo. Ahora en la literatura genética hay un peculiar auge de publicaciones sobre casos y formas supuestamente nuevos de enfermedades y síndromes hereditarios, muchos de los cuales suelen llevar el nombre de sus descubridores.

Cada pocos años, el famoso genetista estadounidense Victor McKusick publica catálogos de rasgos hereditarios y enfermedades humanas, compilados sobre la base de análisis informáticos de datos de la literatura mundial. Y cada vez, cada edición posterior se diferencia de la anterior en un número cada vez mayor de enfermedades de este tipo. Obviamente, esta tendencia continuará, pero refleja más bien una mejora en el reconocimiento de las enfermedades hereditarias y una atención más cuidadosa a ellas, más que un aumento real de su número en el proceso de evolución.

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    Nick Vujicic nació con una rara enfermedad hereditaria llamada síndrome de Tetra-Amelia. Cuando nació, era morada y ciega.

Causas de mutaciones.

Las mutaciones se dividen en espontáneo Y inducido. Las mutaciones espontáneas ocurren espontáneamente a lo largo de la vida de un organismo en condiciones ambientales normales con una frecuencia de aproximadamente 10 − 9 (\displaystyle 10^(-9)) - 10 − 12 (\displaystyle 10^(-12)) por nucleótido para la generación celular de un organismo.

Las mutaciones inducidas son cambios hereditarios en el genoma que surgen como resultado de ciertos efectos mutagénicos en condiciones artificiales (experimentales) o bajo influencias ambientales adversas.

Las mutaciones aparecen constantemente durante los procesos que ocurren en una célula viva. Los principales procesos que conducen a la aparición de mutaciones son la replicación del ADN, los trastornos de la reparación del ADN, la transcripción y la recombinación genética.

Relación entre mutaciones y replicación del ADN.

Muchos cambios químicos espontáneos en los nucleótidos dan como resultado mutaciones que ocurren durante la replicación. Por ejemplo, debido a la desaminación de la citosina frente a la guanina, se puede incluir uracilo en la cadena de ADN (se forma un par U-G en lugar del par canónico C-G). Durante la replicación del ADN frente al uracilo, la adenina se incluye en la nueva cadena, se forma un par U-A y durante la siguiente replicación se reemplaza por un par T-A, es decir, se produce una transición (un reemplazo puntual de una pirimidina por otra pirimidina o una purina con otra purina).

Relación entre mutaciones y recombinación del ADN.

De los procesos asociados con la recombinación, el cruce desigual conduce con mayor frecuencia a mutaciones. Suele ocurrir en los casos en los que existen varias copias duplicadas del gen original en el cromosoma que han conservado una secuencia de nucleótidos similar. Como resultado del entrecruzamiento desigual, se produce la duplicación en uno de los cromosomas recombinantes y la eliminación en el otro.

Relación entre mutaciones y reparación del ADN.

Modelo tautomérico de mutagénesis.

Se supone que una de las razones de la formación de mutaciones de sustitución de bases es la desaminación de la 5-metilcitosina, que puede provocar transiciones de citosina a timina. Debido a la desaminación de la citosina opuesta a ella, se puede incluir uracilo en la cadena de ADN (se forma un par U-G en lugar del par canónico C-G). Durante la replicación del ADN frente al uracilo, la adenina se incluye en la nueva cadena, se forma un par U-A y durante la siguiente replicación se reemplaza por un par T-A, es decir, se produce una transición (un reemplazo puntual de una pirimidina por otra pirimidina o una purina con otra purina).

Clasificaciones de mutaciones

Existen varias clasificaciones de mutaciones basadas en varios criterios. Möller propuso dividir las mutaciones según la naturaleza del cambio en el funcionamiento del gen en hipomórfico(los alelos alterados actúan en la misma dirección que los alelos de tipo salvaje; solo se sintetiza menos producto proteico), amorfo(una mutación parece una pérdida completa de la función genética, p. ej. blanco en Drosophila), antimórfico(el rasgo mutante cambia, por ejemplo, el color del grano de maíz cambia de morado a marrón) y neomórfico.

La literatura educativa moderna también utiliza una clasificación más formal basada en la naturaleza de los cambios en la estructura de los genes individuales, los cromosomas y el genoma en su conjunto. Dentro de esta clasificación se distinguen los siguientes tipos de mutaciones:

  • genómico;
  • cromosómico;
  • genético.

Una mutación puntual, o sustitución de una sola base, es un tipo de mutación en el ADN o el ARN que se caracteriza por la sustitución de una base nitrogenada por otra. El término también se aplica a las sustituciones de nucleótidos por pares. El término mutación puntual también incluye inserciones y eliminaciones de uno o más nucleótidos. Hay varios tipos de mutaciones puntuales.

También se producen mutaciones complejas. Estos son cambios en el ADN cuando una sección del mismo se reemplaza por una sección de diferente longitud y diferente composición de nucleótidos.

Las mutaciones puntuales pueden provocar daños opuestos a la molécula de ADN que pueden detener la síntesis de ADN. Por ejemplo, opuestos a los dímeros de ciclobutano-pirimidina. Estas mutaciones se denominan mutaciones objetivo (de la palabra "objetivo"). Los dímeros de ciclobutano-pirimidina causan tanto mutaciones de sustitución de bases dirigidas como mutaciones de cambio de marco de lectura dirigidas.

A veces se producen mutaciones puntuales en las denominadas regiones no dañadas del ADN, a menudo en una pequeña vecindad de los fotodímeros. Estas mutaciones se denominan mutaciones de sustitución de bases no dirigidas o mutaciones de desplazamiento del marco de lectura no dirigidas.

Las mutaciones puntuales no siempre se forman inmediatamente después de la exposición a un mutágeno. A veces aparecen después de decenas de ciclos de replicación. Este fenómeno se llama mutaciones retardadas. Con la inestabilidad genómica, la principal causa de la formación de tumores malignos, el número de mutaciones retardadas y no dirigidas aumenta considerablemente.

Hay cuatro posibles consecuencias genéticas de las mutaciones puntuales: 1) preservación del significado del codón debido a la degeneración del código genético (sustitución sinónima de nucleótidos), 2) cambio en el significado del codón, que conduce a la sustitución de un amino ácido en el lugar correspondiente de la cadena polipeptídica (mutación sin sentido), 3) formación de un codón sin sentido con terminación prematura (mutación sin sentido). Hay tres codones sin sentido en el código genético: ámbar - UAG, ocre - UAA y ópalo - UGA (de acuerdo con esto, también se nombran mutaciones que conducen a la formación de tripletes sin sentido, por ejemplo, mutación ámbar), 4) sustitución inversa (codón de parada para codón de detección).

Por influencia en la expresión genética Las mutaciones se dividen en dos categorías: Mutaciones como sustituciones de pares de bases. Y tipo de cambio de marco de lectura. Estas últimas son deleciones o inserciones de nucleótidos cuyo número no es múltiplo de tres, lo que se asocia con la naturaleza triplete del código genético.

La mutación primaria a veces se llama mutación directa, y una mutación que restaura la estructura original del gen es mutación inversa, o reversión. El retorno al fenotipo original en un organismo mutante debido a la restauración de la función del gen mutante a menudo ocurre no debido a una verdadera reversión, sino a una mutación en otra parte del mismo gen o incluso en otro gen no alélico. En este caso, la mutación recurrente se denomina mutación supresora. Los mecanismos genéticos por los cuales se suprime el fenotipo mutante son muy diversos.

Mutaciones renales(deportes): mutaciones somáticas persistentes que ocurren en las células de los puntos de crecimiento de las plantas. Conduce a la variabilidad clonal. Se conservan durante la propagación vegetativa. Muchas variedades de plantas cultivadas son mutaciones de yemas.

Consecuencias de las mutaciones para las células y los organismos.

Las mutaciones que alteran la actividad celular en un organismo multicelular a menudo conducen a la destrucción celular (en particular, a la muerte celular programada: apoptosis). Si los mecanismos de protección intra y extracelulares no reconocen la mutación y la célula se divide, entonces el gen mutante se transmitirá a todos los descendientes de la célula y, en la mayoría de los casos, conducirá al hecho de que todas estas células comiencen a funcionar de manera diferente.

Además, la frecuencia de mutaciones de diferentes genes y diferentes regiones dentro de un gen varía naturalmente. También se sabe que los organismos superiores utilizan mutaciones "dirigidas" (es decir, que ocurren en ciertas secciones del ADN) en sus mecanismos.

Clasificación de mutaciones por fenotipo:
Clasificaciones de mutaciones:
Según Moller

  • hipomórfico mutaciones.
Los alelos alterados actúan en la misma dirección que los alelos naturales. Solo se sintetiza menos producto proteico.un grupo de mutaciones según la naturaleza de su manifestación. Actúan en la misma dirección que el alelo normal, pero dan un efecto ligeramente debilitado. Por ejemplo, en Drosophila, el color de los ojos durante la mutación es mucho más pálido.
  • Amorfo mutaciones.
Una mutación parece una pérdida total de un gen. Por ejemplo, la mutación blanco en Drosofila. (Griego “a” - negación, “morpha” - forma) - un grupo de mutaciones según la naturaleza de su manifestación en el fenotipo. Inactivo contra el efecto típico de un alelo normal.. Por ejemplo, el gen del albinismo inhibe completamente la formación de pigmentos en los animales o de clorofila en las plantas.

  • antimórficomutaciones.
El rasgo mutante cambia. Por ejemplo, el color de los granos de maíz cambia de morado a marrón.(del griego “anti” - contra, “morpha” - forma) - un grupo de mutaciones según la naturaleza de su manifestación en el fenotipo. Tienen un efecto opuesto al del alelo normal. Así, en el maíz, el alelo original da el color púrpura a la semilla y el alelo mutante provoca la formación de un pigmento marrón.

.

  • neomórficomutaciones.
El rasgo mutante es nuevo. No tiene análogos en el tipo salvaje. (Griego “neos” - nuevo, “morpha” - forma) - un grupo de mutaciones que son atípicas en la naturaleza de su manifestación en el fenotipo. Su acción es completamente diferente de la acción del alelo normal original.

  • hipermórficomutaciones.
La cantidad de proteínas aumenta significativamente. Por ejemplo, la mutación blanca de la eosina significa ojos más oscuros.
cambiando la estructura del ADN


(fuente: http://elmash.snu.edu.ua/material/iskust_intel/AI/11.htm, http://xn--90aeobapscbe.xn--p1ai/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0 %BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9-%D1%81%D0%BB%D0% BE%D0%B2%D0%B0%D1%80%D1%8C/%D0%9D/596-%D0%9D%D0%B5%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D1%80% D1%84%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D0%BC%D1%83%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B8)

Por genotipo:

  • Mutaciones genéticas (puntuales) -Se trata de cambios en el número y/o secuencia de nucleótidos en la estructura del ADN (inserciones, deleciones, movimientos, sustituciones de nucleótidos) dentro de genes individuales, que conducen a un cambio en la cantidad o calidad de los productos proteicos correspondientes.

Las sustituciones de bases dan como resultado tres tipos de codones mutantes: con un significado cambiado (mutaciones sin sentido), con un significado sin cambios (mutaciones neutrales) y codones sin sentido o de terminación (mutaciones sin sentido).

Mutaciones que cambian la secuencia de nucleótidos de un gen, es decir, la estructura del propio gen.

  1. Duplicaciones genéticas- duplicación de un par o varios pares de nucleótidos (duplicación de un par G-C).

2. Inserciones de genes- inserción de un par o varios nucleótidos nar (inserción de un par G-C entre A-T y T-A).

3. Eliminaciones de genes - pérdida de nucleótidos (pérdida del par T-A complementario entre A-T y G-C).

4. Inversiones genéticas- reordenamiento de un fragmento de gen (en el fragmento, la secuencia de nucleótidos original T-A, G-C se reemplaza por la G-C, T-A inversa).

5. Sustituciones de nucleótidos- sustitución de un par de nucleótidos por otro; en este caso, el número total de nucleótidos no cambia (reemplazo de T-A por C-G). Uno de los tipos más comunes de mutaciones. Las duplicaciones, inserciones y eliminaciones pueden provocar cambios en el marco de lectura del código genético. Veamos esto con un ejemplo. Tomemos la siguiente secuencia inicial de nucleótidos en el ADN (para simplificar, consideraremos solo una de sus cadenas): ATGACCTGCG... Será leída por los siguientes tripletes: ATG, ACC, GCG, A... Digamos un Se ha producido una deleción y, al principio de la secuencia entre A y G, el nucleótido T se ha eliminado. Como resultado de esta mutación, se obtendrá una secuencia de nucleótidos modificada: AGACCTGCG, que ya será leída por tripletes completamente diferentes: AGA, CCG, CGA. Por tanto, se combinarán aminoácidos completamente diferentes en la cadena polipeptídica y, así, se sintetizará una proteína mutante, completamente diferente a la normal. Además, como resultado de mutaciones genéticas que conducen a un cambio de marco, se pueden formar codones de parada TAA, TAG o TGA, deteniendo la síntesis. La pérdida de un triplete completo tiene consecuencias genéticas menos graves que la pérdida de uno o dos nucleótidos. Consideremos la misma secuencia de nucleótidos: ATGACCTGCG... Digamos que se produjo una eliminación y se abandonó un triplete ACC completo. El gen mutante tendrá una secuencia de nucleótidos alterada ATGGCGA, que será leída por los siguientes tripletes: ATG, HCG, A... Se puede observar que tras la pérdida del triplete, el marco de lectura no se ha movido; , aunque se diferenciará en un aminoácido del normal, en general será muy parecido a él. Sin embargo, esta diferencia en la composición de aminoácidos puede conducir a un cambio en la estructura terciaria de la proteína, que determina principalmente su función, y es probable que la función de la proteína mutante se reduzca en comparación con la proteína normal. Esto explica el hecho de que las mutaciones suelen ser recesivas.

Las mutaciones genéticas se manifiestan fenotípicamente como resultado de la síntesis de las proteínas correspondientes:

Las mutaciones genéticas conducen a cambios en la estructura de las moléculas de proteínas y a la aparición de nuevas características y propiedades (por ejemplo, albinos en animales y plantas, duplicidad en las flores debido a la transformación de los estambres en pétalos y una disminución de su fertilidad, la formación de genes letales y semiletales que provocan la muerte del organismo, etc.d.). Las mutaciones genéticas ocurren bajo la influencia de factores mutagénicos (biológicos, fisicoquímicos) o de forma espontánea (accidentalmente). Las mutaciones genéticas también son características de los virus de ARN genéticos.

  • Mutaciones genómicas - Son mutaciones que provocan la adición o pérdida de uno, varios o un conjunto haploide completo de cromosomas ( arroz. 118 , B). Los diferentes tipos de mutaciones genómicas se denominan heteroploidía y poliploidía.

Mutaciones genómicas caracterizado por cambios en el número de cromosomas. En los seres humanos, se conocen poliploidía (incluidas tetraploidía y triploidía) y aneuploidía.

Poliploidía - un aumento en el número de conjuntos de cromosomas, múltiplo del haploide (Зn, 4n, 5n, etc.). Motivos: doble fecundación y ausencia de la primera división meiótica. En los seres humanos, la poliploidía, así como la mayoría de las aneuploidías, conducen a la formación de células letales.

Un papel excepcionalmente genial poliploidía en el origen de las plantas cultivadas y su selección. Todas o la mayoría de las variedades cultivadas de trigo, avena, arroz, caña de azúcar, maní, remolacha, patatas, ciruelas, manzanas, peras, naranjas, limones, fresas y frambuesas son poliploides. A esta lista habría que añadir el timoteo, la alfalfa, el tabaco, el algodón, las rosas, los tulipanes, los crisantemos, los gladiolos y muchos otros cultivos cultivados por el hombre. Las plantas mutantes autopoliploides suelen ser más grandes que la forma original. Los tetraploides suelen tener una gran masa vegetativa. Sin embargo, su fertilidad puede disminuir drásticamente debido a la falta de disyunción de polivalentes en la meiosis. Los triploides son plantas grandes y poderosas, pero total o casi completamente estériles, ya que los gametos que producen contienen un conjunto incompleto de cromosomas. Las especies autopolinloides se propagan vegetativamente, ya que los frutos de tales plantas no contienen semillas.

aneuploidía- cambiar (disminuir - monosomía, aumentar - trisomía) número cromosomas en el conjunto diploide, es decir no es un múltiplo de haploide (2n+1, 2n-1, etc.). Mecanismos de aparición: no disyunción cromosómica (los cromosomas en anafase se mueven hacia un polo, mientras que para cada gameto con un cromosoma adicional hay otro, sin un cromosoma) y "retraso de anafase" (en anafase, uno de los cromosomas en movimiento va por detrás de todos los demás ).

*Trisomía - la presencia de tres cromosomas homólogos en el cariotipo (por ejemplo, en el par 21, que conduce al desarrollo del síndrome de Down; en el par 18, síndrome de Edwards; en el par 13, síndrome de Patau).

*Monosomía - la presencia de solo uno de dos cromosomas homólogos. Con la monosomía de cualquiera de los autosomas, el desarrollo normal del embrión es imposible. La única monosomía compatible con la vida en humanos, en el cromosoma X, conduce al desarrollo del síndrome de Shereshevsky-Turner (45,X0).

*Tetrasomía y pentasomía:La tetrasomía (4 cromosomas homólogos en lugar de un par en un conjunto diploide) y la pentasomía (5 en lugar de 2) son extremadamente raras. Ejemplos de tetrasomía y pentasomía en humanos son los cariotipos XXXX, XXYY, XXXY, XYYY, XXXXX, XXXXY, XXXYY, XYYYY y XXYYY. Como regla general, con un aumento en la cantidad de cromosomas "extra", aumenta la gravedad y la gravedad de los síntomas clínicos.

Haploidía, - opuestopoliploidíaun fenómeno que consiste en una disminución múltiple en el número cromosomas en la descendencia en comparación con la madre. Haploidía , por regla general, es el resultado del desarrollo de un embrión a partir de gametos reducidos (haploides) o de células funcionalmente equivalentes a ellos porapomixis, es decir, sin fertilización. Haploidía raro en el mundo animal, pero común en las plantas con flores: registrado en más de 150 especies de plantas de 70 géneros de 33 familias (incluidas las de la familia de los cereales, las solanáceas, las orquídeas, las legumbres, etc.). Conocido en todas las principales plantas cultivadas: trigo, centeno, maíz, arroz, cebada, sorgo, patatas, tabaco, algodón, lino, remolacha, repollo, calabaza, pepinos, tomates; en gramíneas forrajeras: bluegrass, bromegrass, timothy, alfalfa, arveja, etc. Haploidía determinado genéticamente y ocurre en algunas especies y variedades con cierta frecuencia (por ejemplo, en el maíz: 1 haploide por 1000 plantas diploides). En la evolución de las especies. Haploidía sirve como una especie de mecanismo que reduce el nivelploidía . HaploidíaSe utiliza para resolver una serie de problemas genéticos: identificar el efecto de la dosis de genes, obtener aneuploides, estudiar la genética de rasgos cuantitativos, análisis genético, etc. En fitomejoramiento.Haploidíasolía recibir dehaploides duplicando el número de cromosomas de líneas homocigotas, equivalentes a líneas autopolinizadas en la producción de semillas híbridas (por ejemplo, en maíz), así como para transferir el proceso de selección del nivel poliploide al diploide (por ejemplo, en papas). forma especial Haploidía - androgénesis , en el que el núcleo del espermatozoide reemplaza al núcleo del óvulo, se utiliza para producir análogos masculinos estériles en el maíz.

Mutaciones cromosómicas(aberraciones) se caracterizan por cambios en la estructura de los cromosomas individuales. Con ellos, la secuencia de nucleótidos en los genes generalmente no cambia, pero un cambio en el número o la posición de los genes debido a aberraciones puede provocar un desequilibrio genético, lo que tiene un efecto perjudicial sobre el desarrollo normal del cuerpo.

Tipos de aberracionesy sus mecanismos se presentan en la figura.

Los hay intracromosómicos, intercromosómicos e isocromosómicos. aberraciones.

Aberraciones cromosómicas (mutaciones cromosómicas, reordenamientos cromosómicos)- tipo de mutaciones que cambian la estructura cromosomas . Clasificar eliminaciones (pérdida de una sección cromosómica), inversiones (cambiar el orden de los genes de una región cromosómica para invertirlo), duplicaciones (repetición de una sección cromosómica), translocaciones (transferencia de una sección cromosómica a otra), así como cromosomas dicéntricos y en anillo. También se sabe que los isocromosomas tienen dos brazos idénticos. Si un reordenamiento cambia la estructura de un cromosoma, entonces dicho reordenamiento se llama intracromosómico (inversiones, deleciones, duplicaciones, cromosomas en anillo), si son dos diferentes, entonces intercromosómico (duplicaciones, translocaciones, cromosomas dicéntricos). Los reordenamientos cromosómicos también se dividen en equilibrados y desequilibrados. Los reordenamientos equilibrados (inversiones, translocaciones recíprocas) no conducen a la pérdida o adición de material genético durante la formación, por lo que sus portadores son, por regla general, fenotípicamente normales. Los reordenamientos desequilibrados (deleciones y duplicaciones) cambian la proporción de dosis de los genes y, por regla general, su transporte se asocia con desviaciones clínicas de la norma.

Aberraciones intracromosómicas- aberraciones dentro de un cromosoma. Estos incluyen eliminaciones, inversiones y duplicaciones.

*Supresión - pérdida de una de las secciones cromosómicas (interna o terminal), que puede provocar una alteración de la embriogénesis y la formación de múltiples anomalías del desarrollo (por ejemplo, la deleción en la región del brazo corto del cromosoma 5, denominada 5p-, conduce a subdesarrollo de la laringe, defectos cardíacos congénitos y retraso mental). Este complejo de síntomas se denomina síndrome del llanto de gato, ya que en los niños enfermos, debido a una anomalía de la laringe, el llanto se asemeja al maullido de un gato.

*Inversión - inserción de un fragmento de cromosoma en su lugar original después de una rotación de 180°. Como resultado, se altera el orden de los genes.

*Duplicación- duplicación (o multiplicación) de cualquier parte de un cromosoma (por ejemplo, la trisomía en el brazo corto del cromosoma 9 provoca la aparición de múltiples defectos congénitos, incluida la microcefalia y el retraso en el desarrollo físico, mental e intelectual).

Aberraciones intercromosómicas- intercambio de fragmentos entre cromosomas no homólogos. Se llaman translocaciones. Hay tres tipos de translocaciones: recíproca (intercambio de fragmentos de dos cromosomas), no recíproca (transferencia de un fragmento de un cromosoma a otro), robertsoniana (conexión de dos cromosomas acrocéntricos en la región de sus centrómeros con pérdida de cortos brazos, lo que resulta en la formación de un cromosoma metacéntrico en lugar de dos acrocéntricos).

* Cruces recíprocas - dos experimentos de cruce caracterizados por combinaciones directamente opuestas género y la característica que se está estudiando. En un experimento, un hombre con cierta rasgo dominante , cruzado con una hembra que tiene rasgo recesivo . En el segundo, respectivamente, se cruza una hembra con un rasgo dominante y un macho con un rasgo recesivo.
Las translocaciones recíprocas son un reordenamiento cromosómico equilibrado durante su formación, no hay pérdida de material genético. Son una de las anomalías cromosómicas más comunes en la población humana, con frecuencias de portadores que oscilan entre 1/1300 y 1/700. . Los portadores de translocaciones recíprocas, por regla general, son fenotípicamente normales, pero tienen una mayor probabilidad de infertilidad, fertilidad reducida, abortos espontáneos y nacimiento de niños con enfermedades hereditarias congénitas, ya que la mitad de sus gametos están genéticamente desequilibrados debido a la divergencia desequilibrada de Cromosomas reordenados en la meiosis.

Aberraciones isocromosómicas- formación de fragmentos idénticos, pero especulares, de dos diferentes cromosomas que contienen los mismos conjuntos de genes. Esto ocurre como resultado de la rotura transversal de las cromátidas a través de los centrómeros (de ahí el otro nombre: conexión céntrica).

(aberraciones, reordenamientos): cambios en la posición de las secciones de los cromosomas; provocar cambios en el tamaño y la forma de los cromosomas. Estos cambios pueden afectar tanto a secciones de un cromosoma como a secciones de diferentes cromosomas no homólogos, por lo que las mutaciones cromosómicas (reordenamientos) se dividen en intra e intercromosómicas.

A. Mutaciones intracromosómicas

1. Duplicaciones cromosómicas: duplicación de una sección cromosómica.

2. Deleciones cromosómicas: pérdida de una región cromosómica.

Las inversiones cromosómicas son una rotura cromosómica, girando 180° la sección desprendida e insertándola en su lugar original. B. Mutaciones intercromosómicas

1. Translocación: intercambio de secciones entre cromosomas no homólogos (en tipo meiosis). mutaciones cromosómicas , en el que una porción de un cromosoma se transfiere a un no homólogo cromosoma . asignar por separado recíproca translocaciones, en las que hay un intercambio mutuo de secciones entre cromosomas no homólogos, yRobertson'stranslocaciones o fusiones céntricas, en las que los cromosomas acrocéntricos se fusionan con una pérdida total o parcial de material de los brazos cortos.Translocaciones, como otras, leucemia.

2. Transposición: inclusión de una sección cromosómica en otro cromosoma no homólogo sin intercambio mutuo.

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Los especialistas en el campo de la genética médica estudian los cambios en el genoma humano. Estos cambios se basan en mutaciones del ADN o cambios en las secuencias de nucleótidos.

Las mutaciones del ADN pueden ocurrir en cada célula del cuerpo. Cuando aparecen mutaciones en las células somáticas, existe el riesgo de desarrollar cáncer; las mutaciones en las células germinales aumentan el riesgo de tener descendencia con anomalías estructurales o funcionales que se heredan. Muchas mutaciones son benignas o silenciosas, otras mutaciones causan enfermedades genéticas de diversa gravedad (polimorfismo) y otras conducen al desarrollo de consecuencias graves.

El conocimiento de algunos tipos comunes de mutaciones nos permite comprender mejor la patogénesis de muchas enfermedades hereditarias.

Un cambio o modificación de un solo par de bases (mutación puntual) puede resultar en:

  • no se produce ningún reemplazo de aminoácidos en la proteína sintetizada, ya que la mutación se produjo en una parte funcionalmente inactiva del código genético (mutación silenciosa);
  • se produce el reemplazo de aminoácidos mutación sin sentido),
  • como resultado de la mutación del ADN, se formó un codón de parada, lo que conduce a la terminación prematura de la traducción y a la interrupción de la síntesis de polipéptidos ( mutación sin sentido).

Una tercera forma común de mutación del ADN incluye repetición en tándem secuencias de nucleótidos. Algunos genes contienen largas series de repeticiones de tripletes idénticos, por ejemplo CCSSSSSSSSSSSS. Por una razón desconocida, muchos de estos genes tienden a aumentar dramáticamente en número de repeticiones en ciertas situaciones durante la meiosis o las primeras etapas del desarrollo fetal. En estos casos, el gen se inactiva (mediante metilación), lo que produce una deficiencia grave o ausencia de la proteína codificada. Resultó que muchas enfermedades humanas van acompañadas de un aumento en las repeticiones tripletes (expansión).

Las mutaciones del ADN se pueden clasificar como ganancia de función o pérdida de función. Las mutaciones del primer tipo pueden conducir a un aumento en la capacidad de una molécula de proteína para realizar una o más funciones normales o, más a menudo, a una sobreexpresión o una expresión inapropiada del producto genético. Estas mutaciones suelen conducir al desarrollo de enfermedades autosómicas dominantes. La enfermedad de Charcot-Marie-Tooth tipo 1A, o atrofia muscular peronea, la forma más común de neuropatía periférica crónica de la infancia, resulta de la duplicación del gen periférico de la proteína mielina 22, lo que resulta en una sobreexpresión del producto genético. En la acondroplasia, la displasia esquelética que acorta las extremidades más común, este tipo de mutación da como resultado una ganancia de función de una proteína normal. La acondroplasia es el resultado de una mutación del ADN en el receptor 3 del factor de crecimiento de fibroblastos, que provoca la activación del receptor incluso en ausencia del factor de crecimiento de fibroblastos. Las mutaciones con pérdida de función se observan a menudo en enfermedades autosómicas recesivas en las que una reducción del 50% en la actividad enzimática en heterocigotos no produce un deterioro de la función normal. Por otro lado, mutaciones de este tipo pueden conducir al desarrollo de condiciones en las que la síntesis del 50% del producto genético es insuficiente para mantener la función normal (insuficiencia haploide). Las mutaciones por pérdida de función pueden tener un efecto negativo dominante si la actividad del producto proteico anormal interfiere con el funcionamiento de la proteína normal.

Otra categoría de mutaciones del ADN puede implicar la aparición de nuevas propiedades en la proteína que se sintetiza sin cambiar sus funciones normales. En la anemia de células falciformes, la sustitución de un aminoácido en la molécula de hemoglobina no afecta la capacidad de la proteína para transportar oxígeno. Sin embargo, en condiciones de desoxigenación, las cadenas falciformes de hemoglobina se agregan y forman fibras que deforman los glóbulos rojos. La última categoría de mutaciones da como resultado una expresión genética anormal en el espacio y el tiempo. Muchos genes que provocan el desarrollo de procesos malignos (oncogenes) son reguladores normales de la proliferación celular durante el desarrollo embrionario. Sin embargo, cuando se expresan en adultos y en células en las que normalmente no se expresan, pueden contribuir al desarrollo de procesos neoplásicos.

Eliminaciones puede variar en extensión y, aunque no sea visible en el examen citogenético, puede involucrar múltiples genes; Estas mutaciones del ADN a menudo se denominan microdeleciones. Diversos reordenamientos del material genético pueden conducir al desarrollo de condiciones llamadas síndromes genéticos relacionados. Se debe tener en cuenta la posibilidad de estas enfermedades en todos los casos en los que se identifique una combinación inusual y una variedad de síntomas clínicos o cuando se detecten síntomas adicionales en condiciones ya conocidas. Por ejemplo, debido a la proximidad de una serie de genes, diferentes deleciones en el brazo corto del cromosoma X en diferentes pacientes conducen a diferentes combinaciones de los siguientes síntomas: ictiosis, síndrome de Kallmann, albinismo ocular, retraso mental, condrodisplasia punctata, y baja estatura. El cuadro individual de la enfermedad en un paciente depende de la participación de ciertos genes y de la pérdida de ciertas secuencias de ADN de nucleótidos durante estos reordenamientos genéticos. Se han descrito muchos otros síndromes genéticos humanos relacionados, incluidos los síndromes de Smith-Magenis, Rubinstein-Taybi, DiGeorge y Prader-Willi.

Reordenamientos cromosómicos como translocaciones, también ocurren en células somáticas. Los reordenamientos cromosómicos más estudiados se encuentran en las células linfoides; algunos reordenamientos son necesarios para formar receptores funcionales en las células B y receptores de reconocimiento de antígenos en las células T. Grandes segmentos de ADN que codifican las regiones variables y conservadas de la inmunoglobulina o del receptor de células T se combinan físicamente en una etapa específica del desarrollo de los linfocitos inmunocompetentes. Los reordenamientos ocurren durante el desarrollo del linaje de células linfoides humanas y dan como resultado una amplia variedad de inmunoglobulinas y receptores de células T. Estos reordenamientos del ADN en líneas celulares posgerminativas explican la ausencia de dos individuos, incluso entre gemelos idénticos, que sean completamente idénticos, ya que se producen reordenamientos aleatorios del ADN en los linfocitos maduros de cada uno.

El artículo fue preparado y editado por: cirujano

Causas de mutaciones.

Las mutaciones se dividen en espontáneo Y inducido. Las mutaciones espontáneas ocurren espontáneamente a lo largo de la vida de un organismo en condiciones ambientales normales con una frecuencia de aproximadamente un nucleótido por generación celular.

Las mutaciones inducidas son cambios hereditarios en el genoma que ocurren como resultado de ciertos efectos mutagénicos en condiciones artificiales (experimentales) o bajo influencias ambientales adversas.

Las mutaciones aparecen constantemente durante los procesos que ocurren en una célula viva. Los principales procesos que conducen a la aparición de mutaciones son la replicación del ADN, los trastornos de la reparación del ADN y la recombinación genética.

Relación entre mutaciones y replicación del ADN.

Muchos cambios químicos espontáneos en los nucleótidos dan como resultado mutaciones que ocurren durante la replicación. Por ejemplo, debido a la desaminación de la citosina opuesta a ella, se puede incluir uracilo en la cadena de ADN (se forma un par U-G en lugar del par canónico C-G). Durante la replicación del ADN frente al uracilo, la adenina se incluye en la nueva cadena, se forma un par U-A y durante la siguiente replicación se reemplaza por un par T-A, es decir, se produce una transición (un reemplazo puntual de una pirimidina por otra pirimidina o una purina con otra purina).

Relación entre mutaciones y recombinación del ADN.

De los procesos asociados con la recombinación, el cruce desigual conduce con mayor frecuencia a mutaciones. Suele ocurrir en los casos en los que existen varias copias duplicadas del gen original en el cromosoma que han conservado una secuencia de nucleótidos similar. Como resultado del entrecruzamiento desigual, se produce la duplicación en uno de los cromosomas recombinantes y la eliminación en el otro.

Relación entre mutaciones y reparación del ADN.

El daño espontáneo al ADN es bastante común y ocurre en todas las células. Para eliminar las consecuencias de dicho daño, existen mecanismos de reparación especiales (por ejemplo, se corta una sección de ADN errónea y se restaura la original en este lugar). Las mutaciones ocurren solo cuando el mecanismo de reparación por alguna razón no funciona o no puede hacer frente a la eliminación del daño. Las mutaciones que se producen en genes que codifican proteínas responsables de la reparación pueden provocar un aumento múltiple (efecto mutador) o una disminución (efecto antimutador) en la frecuencia de mutación de otros genes. Por lo tanto, las mutaciones en los genes de muchas enzimas del sistema de reparación por escisión conducen a un fuerte aumento en la frecuencia de mutaciones somáticas en humanos, y esto, a su vez, conduce al desarrollo de xeroderma pigmentoso y tumores malignos del tegumento.

mutágenos

Hay factores que pueden aumentar significativamente la frecuencia de mutaciones: factores mutagénicos. Estos incluyen:

  • mutágenos químicos: sustancias que causan mutaciones,
  • mutágenos físicos: radiación ionizante, incluida la radiación de fondo natural, radiación ultravioleta, altas temperaturas, etc.
  • mutágenos biológicos, por ejemplo, retrovirus, retrotransposones.

Clasificaciones de mutaciones

Existen varias clasificaciones de mutaciones basadas en varios criterios. Möller propuso dividir las mutaciones según la naturaleza del cambio en el funcionamiento del gen en hipomórfico(los alelos alterados actúan en la misma dirección que los alelos de tipo salvaje; solo se sintetiza menos producto proteico), amorfo(una mutación parece una pérdida completa de la función genética, p. ej. blanco en Drosophila), antimórfico(el rasgo mutante cambia, por ejemplo, el color del grano de maíz cambia de morado a marrón) y neomórfico.

La literatura educativa moderna también utiliza una clasificación más formal basada en la naturaleza de los cambios en la estructura de los genes individuales, los cromosomas y el genoma en su conjunto. Dentro de esta clasificación se distinguen los siguientes tipos de mutaciones:

  • genómico;
  • cromosómico;
  • genético.

Consecuencias de las mutaciones para las células y los organismos.

Las mutaciones que alteran la actividad celular en un organismo multicelular a menudo conducen a la destrucción celular (en particular, a la muerte celular programada: apoptosis). Si los mecanismos de protección intra y extracelulares no reconocen la mutación y la célula se divide, entonces el gen mutante se transmitirá a todos los descendientes de la célula y, en la mayoría de los casos, conducirá al hecho de que todas estas células comiencen a funcionar de manera diferente.

Además, la frecuencia de mutaciones de diferentes genes y diferentes regiones dentro de un gen varía naturalmente. También se sabe que los organismos superiores utilizan mutaciones "dirigidas" (es decir, que ocurren en ciertas secciones del ADN) en los mecanismos de inmunidad. Con su ayuda, se crean una variedad de clones de linfocitos, entre los cuales, como resultado, siempre hay células capaces de dar una respuesta inmune a una nueva enfermedad desconocida para el cuerpo. Los linfocitos adecuados están sujetos a una selección positiva, lo que da como resultado una memoria inmunológica. (Las obras de Yuri Tchaikovsky también hablan de otros tipos de mutaciones dirigidas).

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