1. Mutaciones Genómicas

Las mutaciones genómicas son las que afectan al número de cromosomas propio de una especie. Las causas parecen estar relacionadas con una segregación anormal de los cromosomas durante la división meiótica. Se distinguen dos tipos: las aneuploidías y las euploidías.

Aneuploidías

Es la alteración en el número normal de ejemplares de cada tipo de cromosoma, sin que dicha alteración llegue a afectar a todo un juego completo de cromosomas. En los seres diploides, lo normal es tener dos ejemplares de cada tipo de cromosomas. Existen varios tipos de aneuploidías:

• Nulisomía: Falta de un par de cromosomas homólogos.
• Monosomía: Falta de un solo cromosoma.
• Trisomía, tetrasomía, etc.: Existe un cromosoma de más, o dos, etc.

Ejemplos de Aneuploidías en Humanos

• Síndrome de Down: Trisomía del cromosoma 21. Se caracteriza por discapacidad cognitiva leve, cara plana y ancha.
• Síndrome de Turner: Presencia de un solo cromosoma X (X0). Afecta a mujeres y se manifiesta con retraso en el crecimiento, infantilismo sexual y esterilidad.
• Síndrome Duplo Y: Presencia de tres heterocromosomas (XYY). Afecta a hombres que pueden presentar discapacidad cognitiva, estatura alta y, en algunos casos, conductas violentas.

Euploidías

Son alteraciones en el número de juegos completos de cromosomas de un organismo. Existen dos tipos:

• Monoploidía o haploidía: Es la presencia de un solo juego de cromosomas en las células.
• Poliploidía: Consiste en la presencia de más juegos cromosómicos de lo que es normal en un determinado tipo de célula; por ejemplo, en una célula diploide, el hecho de tener tres juegos o triploidía, o cuatro juegos o tetraploidía.

La poliploidía es rara en los animales, pero frecuente en las plantas. Las formas poliploides presentan hojas y frutos más grandes, por lo que tienen gran interés económico en el sector agrícola.

2. Agentes Mutagénicos

Son factores que aumentan la frecuencia de mutación en los seres vivos. Actúan alterando o dañando la composición y la estructura del ADN. Pueden ser tanto físicos como químicos.

Mutágenos Físicos

Existen dos tipos de radiaciones con efectos mutagénicos:

• No ionizantes: Son los rayos ultravioletas (UV), un tipo de radiación electromagnética. El ADN absorbe la luz ultravioleta, lo que induce la formación de dímeros de timina.
• Ionizantes: Son las radiaciones electromagnéticas de longitud de onda inferior a los UV, como los rayos X o rayos gamma (γ), y las emisiones de partículas radiactivas α y β. Se trata de radiaciones mucho más energéticas que las UV. Provocan la pérdida de electrones en algunos átomos de ADN, que quedan en forma de iones muy reactivos. También rompen las bases nitrogenadas e, incluso, llegan a romper los enlaces fosfodiéster, con la ruptura consiguiente del ADN y, por tanto, de los cromosomas.

Mutágenos Químicos

Son sustancias químicas que reaccionan con el ADN. Provocan, básicamente, tres tipos de alteraciones:

• Modificaciones de las bases nitrogenadas: Por ejemplo, la hidroxilamina añade grupos hidroxilo. Como consecuencia, se producen errores durante la replicación del ADN.
• Sustitución de una base por otra análoga.
• Intercalación de moléculas: Algunas moléculas, como la acridina, tienen una estructura similar a un par de bases enlazadas. Estas moléculas se pueden introducir entre los pares de bases del ADN.

3. Mutaciones Relacionadas con el Cáncer

Las mutaciones pueden ser la causa de la aparición de determinados tipos de cáncer.

En el organismo se pueden dar procesos de reproducción celular incontrolada que dan origen a una masa de células denominada tumor. Si las células tumorales son capaces de invadir otros tejidos y emigrar, se habla de tumor maligno o cáncer.

Las células cancerosas tienen varias características:

• Son células que tienen una reproducción rápida e incontrolada.
• Pueden migrar a otros órganos y tejidos. Es lo que se denomina metástasis.

Agentes Cancerígenos

Puesto que las mutaciones pueden estar en la base de múltiples tipos de cáncer, muchos agentes mutagénicos pueden favorecer la aparición del cáncer. Por eso, reciben el nombre de agentes cancerígenos o agentes carcinógenos. Por ejemplo, algunos contaminantes atmosféricos y algunos aditivos alimentarios tienen efecto cancerígeno si superan una cierta concentración.

Cuando una persona se ve expuesta a un agente cancerígeno, aumenta la probabilidad de que desarrolle algún tipo de cáncer en función del grado de exposición al agente, es decir, de la dosis recibida. También influye si la persona posee o no protooncogenes. Por ello, ante la sospecha de padecer un cáncer, es de gran ayuda saber si los padres o hermanos lo han padecido.

• Protooncogén: Gen que induce la formación de cáncer.

4. Transcripción en Procariotas

• Iniciación: Delante de cada segmento de ADN que se transcribe hay una región de ADN que no se transcribe, el promotor. El promotor determina cuál de las dos cadenas debe ser transcrita. Una vez que la ARN polimerasa se ha fijado sobre el promotor, inicia la polimerización de ARN, siguiendo una de las dos hebras del ADN, la hebra patrón.
• Elongación o alargamiento: A medida que la ARN polimerasa recorre la hebra de ADN patrón hacia su extremo 5’, se sintetiza una hebra de ARN en dirección 5’ → 3’.
• Finalización: La finalización se produce cuando la ARN polimerasa llega a una secuencia denominada terminador. Así se favorece su separación y el ADN vuelve a formar la doble hélice.
• Maduración: Este proceso tiene o no lugar según el tipo de ARN sintetizado. Si se sintetiza un ARNm, no hay maduración; puede ser directamente traducido y a partir de él se forma una proteína funcional. Si es un ARNt o un ARNr, el ARN formado (el llamado transcrito primario) sí experimenta un proceso de maduración, es decir, es cortado en fragmentos pequeños, algunos son retirados y el resto son empalmados entre sí.

5. Transcripción en Eucariotas

Los organismos eucariotas presentan algunas características diferentes:

Los genes están fragmentados de forma que siempre hace falta un proceso de maduración del ARN transcrito, en el cual se eliminen las secuencias sin sentido o intrones y se empalmen las secuencias con sentido o exones.

6. Código Genético

El código genético es la correlación entre las secuencias de ARNm y las proteínas.

La correspondencia entre los tripletes de nucleótidos del ARNm y los aminoácidos que forman las proteínas recibe el nombre de código genético. Se trata de un código universal, es decir, la correspondencia es la misma en todos los seres vivos, incluidos los virus.

Las proteínas están formadas por veinte tipos de aminoácidos distintos, mientras que solo hay cuatro tipos de nucleótidos, por lo que la relación no se podía establecer entre un nucleótido y un aminoácido, ni entre dobletes de nucleótidos y aminoácidos. Como mínimo, la relación debía establecerse entre tripletes de nucleótidos y aminoácidos.

Se puede observar que algunos aminoácidos están codificados por varios tripletes distintos. Esta situación se denomina degeneración del código genético y representa una gran ventaja, puesto que en el caso de que se produzcan errores en la copia de un nucleótido, se puede mantener la correspondencia entre el triplete y el aminoácido.

7. Duplicación o Replicación del ADN en Células Procariotas

La duplicación en las bacterias se desarrolla, básicamente, en dos fases:

Fase de Iniciación

Hay una secuencia de nucleótidos en el ADN, denominada origen de replicación, que actúa como señal de inicio del proceso.

Una enzima denominada helicasa rompe los puentes de hidrógeno entre las dos hebras complementarias y las separa. Otras enzimas, las topoisomerasas, eliminan las tensiones y los superenrollamientos que se producen en la molécula al desenrollarse la doble hélice. Por otro lado, las proteínas estabilizadoras (SSB) mantienen las dos hebras complementarias separadas.

Se inicia la formación de la horquilla de replicación. El proceso es bidireccional. Las dos horquillas de replicación enfrentadas forman la denominada burbuja de replicación.

Fase de Elongación

En esta fase, además de las enzimas anteriores, intervienen las ARN polimerasas y las ADN polimerasas.

1. En primer lugar, una ARN polimerasa llamada primasa sintetiza un fragmento corto de ARN denominado primer, que actúa como cebador.
2. La ADN polimerasa añade nucleótidos al extremo 3´. Por tanto, el crecimiento es en sentido 5´ → 3´.
3. Sobre la otra hebra de ADN, la ARN polimerasa sintetiza un ARN primer. A partir de estos, la ADN polimerasa III sintetiza unos mil nucleótidos de ADN, y así se forma un fragmento de Okazaki. Este proceso se va repitiendo a medida que se van separando las dos hebras patrón.
4. Seguidamente, la ADN polimerasa I retira los segmentos de ARN y añade nucleótidos de ADN en su lugar.
5. Por último, interviene la ADN ligasa, que une los diferentes fragmentos de ADN sintetizados. Esta nueva hebra tiene un crecimiento discontinuo y se denomina hebra retardada.

La ADN polimerasa no puede iniciar por sí misma la polimerización, por lo que debe hacerlo sobre un polímero preexistente. Por eso la ARN polimerasa sintetiza el primer.

8. Duplicación de ADN en Células Eucariotas

La replicación del ADN en los organismos eucariotas presenta las siguientes diferencias:

• En el ADN de un cromosoma no hay un solo origen de replicación, sino aproximadamente un centenar.
• Los fragmentos de Okazaki son más pequeños en eucariotas, y el proceso de replicación se lleva a término durante el periodo S de la interfase, que dura, aproximadamente, de seis a ocho horas.

9. Transcripción de ADN y Traducción del ARN

En el paso de una secuencia de nucleótidos de ADN a una secuencia de aminoácidos de una proteína, se diferencian dos procesos:

• Transcripción: Proceso en el que a partir de la secuencia de nucleótidos de un gen (ADN), se sintetiza un ARNm mediante la unión de los nucleótidos de ARN complementarios. En las células eucariotas se realiza en el núcleo, en las mitocondrias y en los cloroplastos, mientras que en las células procariotas tiene lugar en la zona del citoplasma donde se localiza el material genético.
• Traducción: Es la síntesis de una proteína mediante la unión de los aminoácidos indicados en la secuencia de ribonucleótidos del ARNm. Se realiza en los ribosomas presentes en el citoplasma.

10. Traducción o Síntesis de Proteínas

La traducción es la síntesis de proteínas a partir de la información contenida en el ARNm. Este proceso se produce en los ribosomas del citoplasma de las células procariotas y eucariotas. Moléculas que intervienen:

• ARNm: Contiene el mensaje genético. El ARNm se lee en el sentido 5’ → 3’. A cada triplete de bases nitrogenadas también se le llama codón.
• ARNr: Forma los ribosomas, lugar específico donde se construyen las proteínas.
• ARNt: Transportan los aminoácidos correspondientes al ribosoma. Al extremo 3’-OH del ARNt se une su aminoácido (AA), mientras que en el otro extremo se encuentra un triplete de bases nitrogenadas que recibe el nombre de anticodón y es complementario al codón correspondiente del ARNm.
• Aminoácidos.
• ATP.
• Diversas enzimas y factores, entre los que destacan:
  • Aminoacil-ARNt-sintetasa
  • Peptidil transferasa

Etapas de la Traducción

Activación de los AA: Consiste en la unión del correspondiente AA al extremo 3’-OH de su ARNt. Esta reacción está catalizada por la aminoacil-ARNt-sintetasa y es la siguiente:

AA + ATP + ARNt —> AMP + PPi + Aminoacil-ARNt

• Cada AA se une con su ARNt. Habrá tantos ARNt como AA.
• Hay gasto de energía en forma de ATP.

11. Clasificación de Mutaciones

Según el tipo de células afectadas

• Mutaciones somáticas: Afectan a las células somáticas y no se transmiten a la descendencia.
• Mutaciones germinales: Afectan a las células germinales. Estas mutaciones tienen importancia evolutiva, ya que como las alteraciones afectan a los gametos, se pueden transmitir a la descendencia.

Según la cantidad de material genético afectado

• Mutaciones génicas: Producen alteraciones en la secuencia de nucleótidos de un gen.
• Mutaciones cromosómicas: Las alteraciones afectan a la secuencia de los genes de un cromosoma.
• Mutaciones genómicas: Producen cambios que afectan al número de cromosomas de las células.

Origen de las mutaciones

Los cambios que se producen en el material genético pueden ser debidos a diferentes causas:

• Mutaciones naturales: Aparecen espontáneamente.
• Mutaciones inducidas: Son provocadas por la exposición a determinados agentes físicos o químicos que reciben el nombre de agentes mutagénicos, como las radiaciones o algunas sustancias químicas.