Unidad 11 FUENTES DE VARIABILIDAD DEL MATERIAL GENÉTICO UNdeC - 2013
ADN
ADN
PO4
desoxirribosa Transcripción
base
A T C G
azúcar
PO4
base azúcar
ARNm Traducción
ARN
PO4 ribosa
Plegamiento
base
azúcar
PO4 Proteína madura
A U C G
base
azúcar
Origen de la variabilidad genética
Estudiado principalmente en bacterias pero también sucede en eucariotas
Mutaciones Recombinación Sistema SOS de Reparación del ADN Elementos Transponibles
Mutaciones: Cambios en la secuencia de bases del material genético (ADN).
Mutante: Organismo que lleva este tipo de cambio. Posee una/s mutación/es
Por lo tanto el mutante posee un genotipo diferente Fenotipo = Genotipo + Ambiente Puede generar un fenotipo diferente Las mutaciones generalmente provocan cambios fenotípicos adversos (perjudiciales). Sin embargo pueden generar cambios beneficiosos ( evolución)
Efectos fenotípicos de las mutaciones
Cualquier función fisiológica puede afectarse !!
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El cambio fenotípico obtenido producto de la mutación dependerá del tipo de mutación y la ubicación de la misma
Bases moleculares de la mutación Cómo se generan los cambios en la secuencia de bases del material genético? Origen de mutación
mutaciones
espontáneas Inducidas
Consecuencia de la radiación natural / Errores durante la replicación del ADN Por acción de mutágenos: químicos y físicos
Puntuales: cuando implican un par de bases (pb) o unos pocos pares de bases
Tipos de Mutaciones puntuales
Sustituciones Micro-Inserciones Micro-Deleciones
El cambio fenotípico obtenido producto de la mutación dependerá del tipo de mutación y la ubicación de la misma
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Sustituciones
Dentro de un gen que codifica para una proteína
Secuencia normal ADN
Recordar: el código genético es degenerado
ARNm
Proteína
Funcional??
No funcional funcional
Salvaje Wild type
Tirosina
Asparragina
En qué afecta el cambio de aminoácidos?
Ejemplo de enfermedad producto de Una mutación puntual: Anemia Falciforme
Anemia Drepanocítica o Falciforme:
es una enfermedad genética autosómica recesiva
resultado de la sustitución de adenina por timina en el gen de la globina beta, ubicado en el cromosoma 11, lo que conduce a una mutación de ácido glutámico por valina en la posición 6 de la cadena polipeptídica de globina beta y a la producción de una hemoglobina funcionalmente defectuosa, la hemoglobina S. El ácido glutámico tiene carga negativa y la valina es hidrófoba. Esto cambia las propiedades dela hemoglobina, favoreciendo la interacción de las moléculas de hemoglobina y la formación de polímeros que deforman el glóbulo rojo. La nueva forma provoca dificultad para la circulación de los glóbulos rojos, por ello se obstruyen los vasos sanguíneos y causan síntomas como dolor en las extremidades. Los glóbulos rojos también padecen de una vida más corta provocando anemia por no ser reemplazados a tiempo.
Relación con la Malaria (Paludismo)
Tipos de mutación
Sustituciones Micro-Inserciones Micro-Deleciones
El código genético se lee desde un extremo en bloques de 3 bases
Deleciones o inserciones de 1 o 2 bases Generan desfases en el marco de lectura
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Altera completamente la traducción de la proteína
Met – Pro-Gly-Tyr-
Met – Pro-Val-Met-
Met – Pro-Leu-Stop
Mutágenos
Químicos
Análogos de bases 5-Br Uracilo 2- Aminopurina
Se parecen a las bases púricas o pirimidínicas. Sin embargo muestran propiedades de apareamiento erróneas. Sustituciones
Compuestos que reaccionan con el ADN Ac. Nitroso (HNO2) Hidroxilamina (NH2OH) Agentes alquilantes Mostazas Mitomicina Nitrosoguanidina Colorantes intercalantes Acridinas Bromuro de Etidio
Entrecruzamiento entre las cadenas de ADN. Mutaciones puntuales y deleciones
Insertan entre dos pares de bases separándolas . Genera el error durante la replicación. Microinserciones y microdeleciones
Análogos de bases
Se incorporan en el ADN y ocasionan la incorporación de una base equivocada. Requieren la replicación del ADN para insertarse.
Mutágenos
Físicos
Radiación No ionizante UV. Forma dímeros de pirimidinas. La ADN pol inserta un nucléotido erróneo en el lugar o ninguno. Sustituciones y microdeleciones
Radiación Ionizante
Rayos X – Cósmicos – Gamma. Ioniza el agua!! Genera especies reactivas del oxígeno (ERO) HO* radical hidroxilo (muy reactivo/ dañan a las macromoléculas) Sustituciones y microdeleciones
Mecanismos de reparación del ADN Multiples: 50 genes en levaduras Casi todos los sistemas de reparación dependen de la existencia de dos copias de la Información genética (una en cada hebra del ADN) Si la secuencia de una de las cadenas se altera, la información no se pierde irreversiblemente .
1) La porción alterada es reconocida y eliminada por nucleasas de reparación del ADN (hidrolizan los enlaces fosfodiester). 2) ADN pol agrega nucléotidos utilizando la información correcta de la otra cadena. 3) ADN ligasa suelda la muesca
Mecanismos de reparación del ADN
2 reacciones químicas espontáneas frecuentes que generan daño al ADN
Mecanismos de reparación del ADN
Complejo multienzimático reconoce el sitio de la lesión
Mecanismos de reparación del ADN Reparación por exicisión (eliminación) de bases Reparación por excisión (eliminación)de nucleótidos Sistemas inducidos: SOS
Sistemas propenso al error. El mismo proceso de reparación genera mutaciones. Inducido por daños “grandes” al ADN. La reparación puede ocurrir en ausencia de molde. Por lo tanto se introducen numerosos errores!! El incremento de la variabilidad genética a través de este sistema de reparación del ADN favorece la aparición de mutantes que se adapten mejor al ambiente.
Sist. Corrección de errores de apareamiento Actividad correctora de errores de la ADN pol
Sistema SOS En procariontes se denomina respuesta SOS, al sistema de emergencia celular que permite la sobrevivencia bacteriana ante la detención de la replicación del DNA que ha sido dañado por agentes genotóxicos. La respuesta SOS consiste en la inducción de más de 20 genes que están bajo el control del circuito recA/lexA.
El circuito recA/lexA regula y modula importantes funciones celulares, entre las que se encuentran: reparación del DNA, recombinación homóloga, síntesis post-lesión
Recombinación Implica el intercambio físico de material genético. Larga longitud Recombinación Homóloga. Sucede entre secuencias homólogas. Las secuencias son muy semejantes, por lo que produce apareamiento entre ellas. Crossing over en la meiosis!!! Aumenta las combinaciones de alelos de distintos genes
Recombinación En Procariotas
luego de la transferencia de ADN homólogo por alguno de los siguientes mecanismos: Transformación / Transducción / Conjugación
En Eucariotas
durante la Meiosis I.
Complejo sinaptonémico: se forma en zigoteno y se ve en el paquiteno. Sinapsis y desinapsis cromosómica durante la Profase meiótica I
Entrecruzamiento entre Cromátidas no hermanas
Quiasma: punto de conexión física entre cromátidas hermanas maternas y paternas
Recombinación Conversión génica: Ley fundamental de la genética: La contribución genética de cada uno de los padres al hijo es idéntica Es decir, se hereda un juego completo de genes del padre y otro de la madre Cuando una célula diploide entra en meiosis, produce 4 células haploides. La mitad de los genes de estas células provienen de la madre y la otra mitad del padre. En animales pluricelulares no es posible recuperar las 4 cél haploides y comprobar esta predicción. Si es posible en Hongos!! Se observa en muchos casos que esta ley no se cumple!!!
Conversión génica: Por ejemplo: La meiosis produce 3 copias de la versión materna (alelo) de un gen y 1 sólo una copia de la versión paterna. Una de las dos copias del alelo paterno ha sido reemplazada por una copia materna. Esto se conoce como Conversión génica. Ocurre asociado a fenómenos de recombinación Durante la meiosis se forman uniones heterodúplex en los lugares de entrecruzamiento de cromosomas homólogos maternos y paternos. Si las secuencias son ligeramente diferentes, la unión heterodúplex puede incluir algunos errores de apareamiento Estos errores son corregidos por la maquinaria de reparación del ADN. Puede eliminar los nucleótidos de la cadena paterna y reemplazarlos por nucleótidos de la cadena materna o viceversa.
Elementos genéticos transponibles en organismos procariotas y eucariontas. Transposición: evento en el que los genes se mueven de un lugar a otro en el genoma.
Es un suceso raro ( en frecuencia) No cualquier gen puede sufrir transposición. Se requieren de ciertos Elementos, conocidos como elementos transponibles Secuencias de inserción y Transposones
Ambos poseen como elemento en común: codifican para una Transposasa Repeticiones terminales Invertidas en los extremos del ADN
Un transposón o elemento genético transponible es una secuencia de ADN que puede moverse de manera autosuficiente a diferentes partes del genoma de una célula, un fenómeno conocido como transposición. En este proceso, se pueden causar mutaciones y cambio en la cantidad de ADN del genoma. Anteriormente fueron conocidos como "genes saltarines" y son ejemplos de elementos genéticos móviles.
Barbara McClintock Premio Nobel 1983
Transposón simple - También llamados secuencia de inserción o elemento de inserción (IS): contienen una secuencia central con información para la transposasa, una enzima necesaria para la transposición, y en los extremos una secuencia repetida en orden inverso. Esta secuencia repetida en orden inverso no es necesariamente idéntica, aunque muy parecida. Cuando un transposón simple se integra en un determinado punto del ADN aparece una repetición directa de la secuencia diana (5-12 pb).
Transposón compuesto (Tn): contienen un elemento de inserción (IS) en cada extremo en orden directo o inverso y una región central con la transposasa que además suele contener información de otro tipo. Por ejemplo, los factores de transferencia de resistencia (RTF), poseen información en la zona central para resistencia a antibióticos como el cloranfenicol, la kanamicina, la tetraciclina, dándole una ventaja selectiva a las bacterias que lo posean.
IS En los procariotas las secuencias de inserción (IS) son el tipo más simple. No llevan información más que la necesaria para desplazarse a nuevos lugares
Pueden insertarse tanto en ADN cromosómico como plasmidico así también como en ciertos bacteriófagos
Escherichia coli posee 5 copias de IS2 y 5 copias de IS3. El plásmido F también posee estas secuencias. Mediante recombinación homóloga ( no transposición) es como el plásmido F se integra en el cromosoma bacteriano
Transposones Compuestos Son más largos que las IS. Llevan otros genes, algunos de los cuales confieren propiedades importantes a los organismos que los lleva. Marcadores de resistencia a fármacos y otros genes.
Mecanismo de transposición
La enzima transposasa reconoce las repeticiones. Corta el ADN y es capaz de ligar luego.
Cuando un elemento transponible, se inserta en otro ADN ( ADN diana), se duplica una secuencia corta del ADN diana en el sitio de integración.
1) Inserción del elemento transponible 2) Duplicación de la secuencia diana
La transposasa genera roturas Monocatenarias El transposón se fija luego a los extremos monocatenarios que se generaron y la reparación de estas porciones da lugar a la duplicación
Algunos elementos transponibles prefieren ciertas secuencias dianas. La mayoría se insertan al azar.
Hay dos mecanismos de transposición Conservativo
Replicativo o no consevativo
Por ej Tn5
Por ej Bacteriófago Mu
el elemento transponible se separa de una localización en el cromosoma y se reinserta en una segunda localización el número de copias de un Transposón conservativo se mantiene en 1
Se duplica y la nueva copia se Inserta en una nueva región .
Transposición conservativa
Esquema explicativo de la transposición conservativa. Mediante el enzima transposasa, se corta el transposón del genoma original (que queda despojado de él) y se inserta en un nuevo genoma diana, en una secuencia específica reconocida por el enzima.
TRANSPOSICIÓN NO CONSERVATIVA O REPLICATIVA
