Mutaciones Genéticas: Tipos, Causas y Mecanismos de Reparación

Las mutaciones génicas son alteraciones de uno o de unos pocos nucleótidos de la secuencia de un gen y producen alelos diferentes de ese gen.

Tipos de Mutaciones Génicas

Por sustitución de nucleótidos:

• Transiciones: Son sustituciones de un nucleótido por otro con una base del mismo tipo (púrica por púrica, es decir, A por G, o bien pirimidínica por pirimidínica, es decir, C por T).
• Transversiones: Son sustituciones de una base púrica por otra pirimidínica, o viceversa; por ejemplo, A por C, o T por G.

Por deleción (pérdida) o adición de nucleótidos: En ambos casos son alteraciones de la secuencia que suponen cambios en la expresión de los genes afectados.

Mutaciones Cromosómicas

Las mutaciones cromosómicas son las que afectan a un segmento de cromosoma e implican a varios genes. Suelen producirse por la rotura de un cromosoma.

Tipos de Mutaciones Cromosómicas

• Deleción: Es la pérdida de un fragmento del cromosoma.
• Duplicación: Ocurre cuando se repite un fragmento del cromosoma. El fragmento duplicado puede quedarse en el mismo cromosoma, transponerse a otro o independizarse.
• Inversión: Es la inversión de la ordenación de un fragmento cromosómico. Es pericéntrica si el centrómero está incluido en el fragmento invertido, y paracéntrica si no lo está.
• Translocación: Es la inserción de un segmento de un cromosoma en otro cromosoma. Si el intercambio de fragmentos se da entre dos cromosomas no homólogos se trata de una translocación recíproca.
• Translocación Robertsoniana: Es la unión de dos cromosomas, generalmente telocéntricos o acrocéntricos.

Mutaciones Genómicas

Las mutaciones genómicas son las que afectan a la dotación cromosómica característica de la especie. Son producto de fallos en el proceso de la división celular.

Tipos de Mutaciones Genómicas

• Euploidías: Afectan a todo el juego de cromosomas del ser vivo.
  • Las monoploidías (n): Se pierde uno de los cromosomas de cada una de las parejas de homólogos y queda un único cromosoma de cada par. Se da en artrópodos.
  • Las poliploidías: Se forma más de un juego completo de cromosomas. Son frecuentes en plantas.
• Aneuploidías: Son falsas euploidías que solo afectan a un par de cromosomas de toda la dotación. Se producen por una disyunción o separación errónea de cromosomas homólogos o cromátidas en una de las dos divisiones meióticas. Estas mutaciones pueden darse tanto en los autosomas como en los cromosomas sexuales. Las más comunes son:
  • Las monosomías (2n − 1): El mutante acaba teniendo un cromosoma de menos.
  • Las trisomías (2n + 1): El mutante acaba con un cromosoma de más.

Consecuencias de las Mutaciones

Las alteraciones del ADN pueden tener repercusiones en la célula que las sufre, que serán más o menos intensas dependiendo de la magnitud de la mutación o del tipo de genes a los que afecte. Si una mutación afecta al ADN de una célula somática, solo tendrá efectos en ella o en las pocas células que produzca al dividirse por mitosis a lo largo de su ciclo celular.

Consecuencias de las Mutaciones Génicas

Las mutaciones por sustitución, que alteran un solo nucleótido, no suelen tener efectos a no ser que ese nucleótido forme parte de un triplete de parada o que codifique un aminoácido del centro activo de una enzima.

En cambio, las mutaciones producidas por adición o deleción, que implican un corrimiento en la pauta de lectura, pueden alterar muchos aminoácidos y, por tanto, provocar graves alteraciones.

Consecuencias de las Mutaciones Cromosómicas

Las inversiones y las translocaciones, como no suponen una pérdida de genes, no suelen afectar al organismo.

Las deleciones pueden tener graves consecuencias patológicas o ser incluso letales si el fragmento perdido contiene un gran número de genes. Por ejemplo, la pérdida de un fragmento en el cromosoma 5 humano provoca la enfermedad del Cri du Chat, llamada así porque los bebés afectados lloran emitiendo sonidos parecidos a maullidos, además de padecer retraso físico y mental.

Las duplicaciones causan síndromes como el de Pallister-Killian, debido a una duplicación en un brazo del cromosoma 12, que da lugar a un retraso mental.

Agentes Mutágenos

Las mutaciones pueden ser causadas por los llamados agentes mutágenos, que pueden ser endógenos (presentes en la propia célula) o exógenos (proceden del exterior).

Mutágenos Endógenos

Los radicales libres son sustancias que inactivan enzimas y provocan mutaciones en el ADN. Las mutaciones que causan estos radicales libres se relacionan con el envejecimiento celular.

Mutágenos Exógenos

Los virus pueden producir cambios en la expresión de los genes al llevar en su genoma fragmentos de ADN tomados de una célula que infectaron previamente y que incorporan a las nuevas células que infectan. Estas mutaciones pueden tener efectos diversos, uno de ellos especialmente importante es el desarrollo de cáncer en la célula infectada. Entre los virus más frecuentemente cancerígenos están la hepatitis B, los oncovirus, el virus del herpes genital o los del papiloma humano. El cáncer agrupa más de cien enfermedades diferentes y que afectan a diversos tejidos. Todas tienen en común un efecto: hacen que las células crezcan de manera descontrolada, ocupando los tejidos y causando daños en ellos. Las células transformadas, o cancerosas, son capaces de migrar a través de la sangre o linfa y extenderse por todo el organismo invadiendo órganos y tejidos, mediante el proceso denominado metástasis.

Mutágenos Físicos

Radiación ionizante: Son las radiaciones de longitud de onda muy cortas y de alta energía. Por ejemplo, los rayos X pueden romper los enlaces covalentes entre los azúcares y los fosfatos de la cadena de ADN, provocando mutaciones puntuales y cromosómicas. Un daño similar, pero más intenso, lo producen las radiaciones emitidas por radioisótopos.

Radiación ultravioleta: Provoca que dos bases nitrogenadas pirimidínicas contiguas reaccionen y queden unidas formando dímeros, los más frecuentes son los de timina. Esto impide la unión con las bases complementarias, de forma que la replicación y la transcripción se ven afectadas. En los seres vivos unicelulares es letal, y en los pluricelulares causa lesiones en sus tejidos epidérmicos, ya que la capacidad de penetración de la radiación UV es de unos pocos milímetros.

Mutágenos Químicos

Son sustancias con potencial mutagénico, la mayoría son sustancias artificiales. Están los nitritos y las nitrosaminas, los pesticidas, el benzopireno, las dioxinas, la nicotina, los metales tóxicos como el cromo, el cadmio o el arsénico.

• Modificadores de las bases nitrogenadas: Los nitritos se añaden a las carnes para conservarlas y pueden provocar la eliminación del grupo amino de las bases. Estos agentes provocan mutaciones puntuales pero pueden inducir cáncer si afectan a genes clave.
• Análogos a las bases nitrogenadas: Son sustancias similares a las bases, que pueden ocupar su lugar en el ADN y provocar errores de apareamiento entre las dos hélices. El 5-bromouracilo puede sustituir a la timina y la 2-aminopurina.
• Sustancias intercalantes: Moléculas que intercalan en la cadena del ADN y provocan mutaciones por inserción. El benzopireno, que se encuentra en el humo y en los alquitranes del tabaco, provoca mutaciones que impiden los procesos de la replicación o la transcripción.

Mecanismos de Reparación del ADN

Las células tienen mecanismos que reparan los daños sufridos por las moléculas de ADN y garantizan que la información genética se transmita a la descendencia con el menor número de errores posibles.

Reparación de Roturas en una de las dos Cadenas del ADN

• Pegar directamente los extremos rotos aunque suponga la pérdida de nucleótidos.
• Recombinación entre cromátidas hermanas para que a partir de la hebra molde se pueda fabricar el fragmento ausente en la cadena complementaria.

Reparación de Bases, Nucleótidos o Fragmentos Erróneos en el ADN

Para reparar estos daños, la célula cuenta con sistemas enzimáticos.

• Si se trata de una base errónea, las enzimas la eliminan y la ADN polimerasa incorpora el nucleótido correcto.
• En el caso de ser varios nucleótidos dañados, un conjunto de enzimas escinde o corta la hebra a ambos lados de la lesión, elimina el fragmento dañado y lo sustituye por el adecuado.

Eliminación de Agentes Mutágenos

Las células cuentan con mecanismos de detoxificación para neutralizar los mutágenos químicos antes de que actúen. La enzima superóxido dismutasa evita que se acumulen radicales libres.

Reparación Directa de la Lesión

La célula cuenta con enzimas que reparan directamente las alteraciones. La fotoliasa separa los dímeros de timina formados por la radiación UV y la metiltransferasa que retira los grupos metilo añadidos al ADN por mutágenos químicos.