Mutación
En el nivel más simple, una mutación es un cambio o transformación. En biología, las mutaciones se refieren a cambios en los cromosomas y genes, que normalmente se manifiestan físicamente.
El efecto de una mutación puede depender de la región en la que se haya modificado la secuencia del material genético. Las más simples e inofensivas son las sustituciones de un solo par de bases por otro, sin efecto sobre la secuencia de la proteína. En el otro extremo están las mutaciones de inserción o deleción que conducen a productos génicos no funcionales . Las mutaciones también pueden ocurrir a gran escala, con largos tramos de ADN (o ARN cuando es el material genético) invertidos, insertados, duplicados, eliminados, transpuestos o translocados.
El resultado de una mutación puede ser perjudicial, beneficioso, neutral o incluso silencioso. La mutación puede llevar a la pérdida o ganancia de una función específica, a cambios en los niveles de expresión o, en casos extremos, incluso a la letalidad embrionaria.
Tipos de mutación
Las mutaciones se pueden clasificar de varias formas dependiendo de la causa de la mutación, su efecto sobre la función del producto del gen o el tipo de cambios en la estructura del gen mismo.
Los agentes mutagénicos como los carcinógenos o la radiación de alta energía provocan cambios en el material genómico. Algunas mutaciones ocurren como un subproducto natural de la tasa de error en los mecanismos de replicación del ADN o ARN.
Una mutación podría ser una mutación con pérdida o ganancia de función, dependiendo de si el producto génico está inactivado o tiene una actividad mejorada. En heterocigotos con dos copias de cada alelo, algunos productos génicos mutados pueden suprimir el efecto del alelo de tipo salvaje. Se denominan mutaciones negativas dominantes.
Todos estos efectos surgen de un cambio en la estructura de un gen o material cromosómico afín. Estos cambios estructurales se pueden clasificar como sustituciones, deleciones, inserciones, amplificaciones o translocaciones.
Mutaciones de sustitución
Las mutaciones de sustitución son situaciones en las que un solo nucleótido se transforma en otro. En organismos que tienen ADN o ARN de doble hebra, esto generalmente significa que el par de bases correspondiente también está alterado. Por ejemplo, un par de bases A: T podría mutarse en un par de bases G: C o incluso en un par de bases T: A. Dependiendo de la posición de este cambio, podría tener una variedad de efectos.
En regiones altamente conservadas, tanto en los tramos codificantes como reguladores del ADN, las mutaciones a menudo conducen a efectos deletéreos. Otros tramos más variables son más complacientes. En la región promotora o en otras partes reguladoras del genoma, una mutación de sustitución puede cambiar la expresión génica o la respuesta del gen al estímulo. Dentro de la región codificante, una sustitución en la tercera posición o oscilación de un codón se denomina mutación silenciosa ya que no hay cambios en la secuencia de aminoácidos. Cuando una mutación de sustitución da como resultado un nuevo aminoácido pero con propiedades similares, es una mutación neutra o conservada. Por ejemplo, si el ácido aspártico se sustituye por ácido glutámico, existe una posibilidad razonable de que haya muy pocos cambios en la bioquímica de la proteína.
En último lugar, la mutación de sustitución más drástica es aquella que da como resultado la terminación prematura del alargamiento de aminoácidos debido a la aparición repentina de un codón de terminación en el medio de la secuencia codificante. Por ejemplo, si el codón UAC que codifica treonina se muta en un codón UAA, especialmente en el extremo 5 ‘de la secuencia codificante, probablemente conducirá a una proteína extremadamente corta, posiblemente no funcional.
Inserciones y eliminaciones
Las inserciones y deleciones se refieren a la adición o eliminación de tramos cortos de secuencias de nucleótidos. Estos tipos de mutaciones suelen ser más perjudiciales que las sustituciones, ya que pueden causar mutaciones de cambio de marco, alterando toda la secuencia de aminoácidos aguas abajo del sitio de la mutación. Pueden conducir a un cambio en la longitud del polipéptido, ya sea creando proteínas anormalmente largas que causan agregados o polipéptidos truncados que no son funcionales y pueden obstruir la maquinaria de traducción de la célula.
Las inserciones y deleciones en las regiones reguladoras de una secuencia codificante de polipéptido o en genes que codifican ARN no codificante son menos evidentemente dañinas. Una vez más, la posición de la mutación es importante: en regiones altamente conservadas, es más probable que la mutación produzca efectos negativos.
Mutaciones a gran escala
Los cambios en la secuencia de nucleótidos en el material genético también pueden ocurrir a gran escala, a veces involucrando miles de pares de bases y nucleótidos. Este tipo de mutaciones incluyen amplificaciones, donde los segmentos de material genético están presentes en múltiples copias, y deleciones, donde se extrae una gran parte del material genético. Ocasionalmente, algunas partes del genoma se trasladan a un cromosoma diferente o se reinsertan en la misma posición, pero en orientación invertida. Las translocaciones y deleciones pueden unir genes que normalmente se encuentran muy separados entre sí, lo que conduce a la formación de polipéptidos en mosaico o a la regulación diferencial de los genes dentro del segmento.
Ejemplos de mutación
Enfermedad de células falciformes y malaria
La anemia de células falciformes (ACF), llamada así debido a su característico efecto falciforme en los glóbulos rojos, generalmente se manifiesta a través de coágulos sanguíneos, anemia y episodios de dolor conocidos como «crisis de células falciformes». Si bien muchos de estos síntomas pueden tratarse con medicamentos, aún reducen significativamente la calidad de vida de sus portadores.
Aunque se considera rara y una mutación, la ACF está relativamente bien investigada. Se lleva a cabo en la 11 ª cromosoma, y es catalizada por la herencia de un gen de hemoglobina anormal de ambos padres. En lo que respecta a la prevalencia mundial, la ACF es la más prevalente entre las poblaciones de África Occidental, con una tasa de incidencia de aproximadamente el 4.0%.
La investigación sugiere que la prevalencia de la ACF en África occidental no es un fenómeno casual. A pesar de sus efectos sobre la salud, también se ha demostrado que la SCD reduce el riesgo de contraer malaria por mosquitos. Dado que el clima de África occidental permite que la malaria prospere, la ACF sirve como un medio para proteger a la población.
En general, la ACF sirve como un ejemplo de mutación genética que beneficia a las poblaciones a las que afecta. Esto, en parte, es la razón por la que algunas mutaciones genéticas perduran durante décadas e incluso siglos.
Calicos de Klinefelter
El síndrome de Klinefelter, como ha contamos en nuestro blog, conocido como síndrome XXY, es una mutación genética en la que un sujeto masculino porta un cromosoma X adicional , por lo que lleva el genotipo XX femenino además del genotipo XY masculino tradicional . Del mismo modo, los hombres con síndrome de Klinefelter a menudo tienen características femeninas, como tejido mamario , y es posible que no puedan reproducirse.
Como se encuentra en el código genético , que es homólogo entre la mayoría de las especies, el síndrome de Klinefelter no es exclusivo de los humanos. Por tanto, gatos, perros e incluso ballenas pueden heredar el genotipo XXY .
En los gatos, el cromosoma X transporta más que información relacionada con el sexo. El color del pelaje, por ejemplo, se transmite en el cromosoma X.
Además, el color del pelaje es codominante . Dado que los gatos machos generalmente heredan solo un cromosoma X y las gatas heredan dos cromosomas X , las gatas tienen más probabilidades de tener patrones de pelaje multicolor que los gatos machos.
Esto es especialmente cierto para el calicó, un gato conocido por su llamativo pelaje naranja y negro. El gen del pelaje negro no puede llevarse en el mismo cromosoma X que el gen del pelaje naranja, lo que hace que los gatos calicó sean casi exclusivamente hembras.
Sin embargo, esto no imposibilita la existencia de un calicó macho. Los gatos machos con dos cromosomas X , o genotipo XXY , pueden portar muy bien el gen del pelaje naranja en un cromosoma X y el gen del pelaje negro, en el otro. De esta manera, son de hecho «Calicos de Klienfelter».
Tolerancia a la lactosa
Anteriormente mencionamos cómo la ACF, una mutación marcada por síntomas físicos que a veces ponen en peligro la vida, también funciona para prevenir la malaria en África Occidental. Cómo ya os contamos en nuestro blog, la tolerancia a la lactosa es otra mutación que beneficia a quienes la padecen.
Originalmente, los cuerpos humanos no podían producir lactasa, una enzima que digiere las proteínas de la leche de vaca, después de los primeros meses de vida. Esto se debe a que los humanos a menudo no consumían leche, u otros productos lácteos, para el caso, en la edad adulta.
El auge de la pasteurización, así como la agricultura comercial, casi acabó con este viejo hábito. Como podemos ver hoy, los humanos de todas las edades comen queso y beben leche. Por supuesto, esto se produce después de un cambio corporal significativo. Una mutación que prolonga la producción de lactasa en humanos, que actualmente es más frecuente en las naciones occidentales, permite que los humanos coman productos lácteos sin dolor de estómago ni náuseas.
Al igual que la ACF, esta mutación permanece porque ayuda a los humanos a consumir nutrientes vitales, como calcio y potasio, a través de una gama más diversa de fuentes.
Términos de biología relacionados
- Cromosoma : parte del ADN que transporta información genética.
- Homólogo : que tiene la misma función o estructura dentro de un cuerpo o entre dos especies.
