Selección Natural
La **selección natural** es la base de todo el **cambio evolutivo**. Es el proceso a través del cual la existencia de **individuos mutantes** aumenta la posibilidad de que estos soporten nuevas condiciones si se produce un cambio en el ambiente, y así evitar que la especie se extinga.
Mutaciones
Son **alteraciones al azar** del **material genético** (ADN en las células y ADN o ARN en los virus). Suelen ser negativas para el individuo y, a veces, pueden ser letales, pero normalmente son recesivas.
Tipos de Mutaciones según las Células Afectadas
Mutaciones somáticas: Afectan a las **células somáticas** y no se transmiten a la descendencia. A veces, estas células mutadas pierden su funcionalidad y mueren o son eliminadas por el organismo. En algunas ocasiones, la célula sobrevive y la mutación se transmite a todas sus células hijas, y se dice que el individuo presenta un **mosaico genético**.
Mutaciones germinales: Afectan a las **células germinales** y tienen importancia en la evolución, ya que las alteraciones en los **gametos** pueden transmitirse a la descendencia.
Tipos de Mutaciones 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
Mutaciones naturales: Aparecen de forma **espontánea**.
Mutaciones inducidas: Son provocadas por la exposición a determinados **agentes físicos o químicos**, conocidos como **agentes mutagénicos**.
Mutaciones Génicas: Alteraciones Puntuales
Son **alteraciones en la secuencia de nucleótidos de un gen**, también conocidas como **mutaciones puntuales**.
Mutaciones por sustitución de bases: Se cambia una base por otra, provocando la alteración de un único **triplete** del gen. La mutación resulta ser perjudicial cuando cambia un **aminoácido** del **centro activo de una enzima** o afecta a un triplete de finalización.
Transición: Sustitución de una base púrica por otra púrica, o de una pirimidínica por otra pirimidínica.
Transversión: Sustitución de una base púrica por una pirimidínica, o viceversa.
Mutaciones por pérdida o inserción de nucleótidos: La consecuencia de la pérdida o inserción de un nucleótido es un **corrimiento en el orden de lectura** de los tripletes a partir del punto en el que ocurre la mutación, alterando así todos los tripletes siguientes.
Deleción: Se pierde un nucleótido.
Inserción: Se añade un nucleótido nuevo.
Causas de las Mutaciones Génicas
Errores de lectura durante la replicación del ADN: Aparecen espontáneamente y son debidos a:
Cambios tautoméricos: Cada base nitrogenada puede presentarse de dos formas llamadas **tautómeros**, una normal y otra anormal. Ambas formas están en equilibrio y se pasa espontáneamente de una a otra. Si esto sucede durante la replicación, se produce un cambio en la base complementaria en la hebra de ADN, lo que lleva a un emparejamiento incorrecto de las bases nitrogenadas.
Cambios de fase: Son deslizamientos del filamento que se está formando sobre el que sirve de molde, de forma que quedan **bucles** cuando ambos se vuelven a emparejar. El crecimiento continúa, pero la alteración puede dar lugar a **adiciones y deleciones**.
Lesiones fortuitas del ADN: Son alteraciones en la estructura de uno o varios nucleótidos que aparecen espontáneamente, incluso cuando el ADN no se está replicando. Las más frecuentes son:
Despurinización: Pérdida de bases púricas por ruptura del enlace entre estas.
Desaminación: Pérdida de grupos amino en las bases nitrogenadas.
Dimerización de la timina: Ocurre por la formación de un enlace covalente entre dos timinas unidas, formando un **dímero de timina**.
Transposiciones o cambios de posición de segmentos de ADN: Estos segmentos de ADN se conocen como **elementos genéticos transponibles** o **transposones**, y cambian de lugar espontáneamente produciendo mutaciones.
Reparación de las Mutaciones Génicas
La replicación del ADN es muy precisa. La **ADN polimerasa** realiza un proceso conocido como **corrección de pruebas**: la enzima, antes de añadir un nuevo nucleótido, comprueba si el que ha añadido antes es correcto. Si no lo es, lo retira y lo sustituye por el que corresponde. Sin embargo, la ADN polimerasa puede seguir dejando nucleótidos equivocados. Para reducir el número de nucleótidos erróneos, existe una serie de enzimas que forman **sistemas de reparación**, los cuales revisan el ADN sintetizado y reparan las lesiones.
Sistemas de Reparación del ADN
Conjunto de enzimas que revisan el ADN recién sintetizado y reparan las lesiones.
Reparación con escisión: Una enzima detecta el error y produce dos cortes, uno a cada lado del mismo. Después, actúa otra enzima que elimina todos los nucleótidos del segmento cortado. La **ADN polimerasa I** sintetiza el segmento de forma correcta y, finalmente, la **ADN ligasa** une su extremo final. Estos errores pueden ocurrir en ambas hebras por igual.
Reparación sin escisión: Por ejemplo, existen unas **enzimas fotorreactivas** que son capaces de romper los enlaces entre los **dímeros de timina**.
Sistema SOS: Cuando un **agente mutagénico** produce muchas mutaciones génicas en el ADN, puede que se inicie la duplicación de este sin que los mecanismos reparadores hayan podido corregirlas. Es posible que queden nucleótidos con su base nitrogenada equivocada o sin ella. Como la **ADN polimerasa** solo reconoce las bases A, T, C y G, la duplicación se paraliza al encontrar una base que no es correcta. Para evitarlo, existe un sistema de enzimas llamadas **enzimas correctoras del sistema SOS** que elimina este bloqueo. En los lugares donde hay una base errónea, el sistema SOS introduce un nucleótido al azar, que no será el que corresponde. De esta manera, la replicación puede continuar, aunque las células hijas que se formen tendrán un ADN con algunos nucleótidos cambiados.
Mutaciones Cromosómicas
Provocan **cambios en la estructura interna de los cromosomas**, afectando a la secuencia de los genes dentro de estos.
Tipos de Mutaciones Cromosómicas
Deleción: Es la **pérdida de un fragmento del cromosoma**. Si este fragmento contiene muchos genes, la deleción puede tener consecuencias graves.
Duplicación: Es la **repetición de un segmento de un cromosoma**. La cantidad de material genético aumenta, y sobre el fragmento doble se pueden producir otras mutaciones.
Inversión: Es el **cambio de sentido de un fragmento en el cromosoma**. Si en el segmento invertido se encuentra el **centrómero**, se llama **inversión pericéntrica**, y si no lo está, se llama **inversión paracéntrica**. No suelen ser negativas para el individuo, pero sí dañinas.
Translocación: Es el **cambio de posición de un segmento de cromosoma**. Se llama **translocación recíproca** cuando se produce por intercambio de segmentos entre dos cromosomas no homólogos.
Mutaciones Genómicas
Son las que afectan al **número de cromosomas** propio de una especie. Se pueden producir por una **división anormal de los cromosomas** durante la división meiótica. Hay dos tipos:
Aneuploidías
Es la alteración en el número normal de ejemplares de cada tipo de cromosoma. Tipos de aneuploidías:
Nulisomía: Falta un par de cromosomas homólogos (2n-2).
Monosomía: Falta un solo cromosoma (2n-1).
Disomía: Tienen una pareja de cromosomas homólogos de más (n+1).
Trisomía: Un cromosoma de más (2n+1).
Tetrasomía: Dos cromosomas de más (2n+2).
Euploidías
Son alteraciones en el número de **juegos completos de cromosomas** de un organismo. Hay dos tipos:
Monoploidía o haploidía: Es la presencia de un solo juego de cromosomas en las células. Hay dos tipos:
Monoploidía regular: Se produce por meiosis.
Monoploidía accidental: Se produce por mutación.
Poliploidía: Consiste en la presencia de más juegos de cromosomas de lo que es normal en un determinado tipo de célula (por ejemplo, una célula diploide con tres juegos, 3n). Hay dos modalidades:
Autopoliploidía: Todos los juegos cromosómicos proceden de la misma especie.
Alopoliploidía: Los juegos cromosómicos proceden de dos especies diferentes.
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.
Mutágenos Físicos
Hay dos tipos de radiaciones con efectos mutagénicos:
Radiaciones no ionizantes: Son los **rayos ultravioleta (UV)**, un tipo de radiación electromagnética. El ADN absorbe la luz ultravioleta, lo que aumenta la formación de **dímeros de timina** y la aparición de **formas tautoméricas**, que producen mutaciones génicas.
Radiaciones ionizantes: Son las radiaciones electromagnéticas de longitud de onda menor a los UV, como los **rayos X**. Se trata de radiaciones mucho más energéticas que las UV, que provocan la **pérdida de electrones** en algunos átomos del ADN y también inducen la tautomería.
Mutágenos Químicos
Son **sustancias químicas que reaccionan con el ADN** y provocan tres tipos de alteraciones:
Cambios en las **bases nitrogenadas**.
Sustitución de una base por otra similar.
Intercalación de moléculas.
Genes Relacionados con el Cáncer
Protooncogenes: Son genes que, si experimentan un pequeño cambio producido por los **agentes cancerígenos**, pasan a convertirse en **oncogenes**. Estos son los que provocan la **transformación de la célula normal en célula cancerosa**.
Antioncogenes: Son genes que impiden la **división celular excesiva**.
Agentes Cancerígenos
Son **agentes que favorecen la aparición del cáncer**, por ejemplo, algunos **contaminantes atmosféricos** y algunos **aditivos alimentarios**. Cuando una persona se ve expuesta a un agente cancerígeno, aumenta la probabilidad de que desarrolle algún tipo de cáncer en función de la dosis recibida.
Técnicas de Ingeniería Genética
Biotecnología: Es el conjunto de técnicas mediante las que se obtienen **productos útiles para las personas** a partir de seres vivos o de sus productos.
La **ingeniería genética** es una rama moderna de la biotecnología que consiste en el uso de diversas técnicas para **manipular el ADN de los organismos**, mediante la transferencia de ADN de unos organismos a otros. Uno de sus objetivos es la **clonación**.
Vectores de Clonación para Procariotas
Enzimas de Restricción
Son un grupo de **enzimas endonucleasas** propias de diversas especies de bacterias, cuya función es destruir los ADN víricos que puedan entrar en estos organismos. Para ello, realizan cortes en el ADN extraño. Cada una de estas enzimas corta el ADN siempre en un mismo punto de la secuencia de nucleótidos, llamado **sitio de restricción**. La mayoría de estas secuencias son **palíndromos**.
Tipos de Vectores de Clonación para Procariotas
Son los **agentes biológicos** que se utilizan para introducir material genético en una célula. En las células bacterianas se utilizan:
Plásmidos: Pequeños fragmentos de **ADN circular bacteriano** que poseen su propio origen de replicación, de modo que se replican independientemente del cromosoma de la bacteria.
Virus bacteriófagos o fagos: Son virus que infectan bacterias y se pueden manipular.
Cósmidos: Son plásmidos sintéticos que combinan las características de los plásmidos con las de los fagos.
Vectores de Clonación para Eucariotas
Microinyección: Es una técnica que consiste en introducir el ADN directamente en las células mediante una aguja que atraviesa la membrana celular o nuclear.
Electroporación: Técnica que consiste en aumentar la conductividad eléctrica y la permeabilidad de la membrana plasmática mediante un campo eléctrico externo.
Plásmidos de levaduras: Vectores utilizados en células eucariotas como las levaduras.
Aplicaciones de la Ingeniería Genética
Insulina
Hormona encargada de permitir la entrada de **glucosa** en las células. Tiene dos cadenas de aminoácidos.
Hormona del Crecimiento
Se utiliza para tratar algunos casos de **enanismo**.
Anticuerpos Monoclonales
Son un tipo de **proteína** producida en un laboratorio que se puede unir a sustancias del cuerpo, incluso a **células cancerosas**. Se usan para tratar algunos tipos de cáncer.
Terapia Génica
Consiste en la **introducción de genes correctos en el ser humano** con el fin de corregir alguna enfermedad de origen genético. Se pretende recuperar la función defectuosa y lograr una **cura definitiva**.
Células Madre
Existen tres tipos de **células madre**:
Totipotentes: Pueden generar por completo un individuo organizado y estructurado (embrionarias).
Pluripotentes: Son capaces de diferenciarse en cualquier tejido, pero no pueden formar un individuo completo (embrionarias y adultas).
Multipotentes: Capaces de generar solo nuevas células del tejido del que proceden.