Revisión de tipos de mutaciones
Ya sabemos que las mutaciones puntuales pueden provocar cambios en un organismo. Una mutación en el ADN altera el código del ARNm, que a su vez puede cambiar el tipo de proteína que se produce. Anteriormente vimos los efectos de las sustituciones de bases. Usamos el ejemplo del pony de alas rosas para describir estos efectos. Una mutación sin sentido produce un ligero cambio en una proteína, una mutación sin sentido bloquea la producción de una proteína y una mutación silenciosa no afecta a la proteína en absoluto. Estos tres efectos diferentes son causados por sustituciones de bases . Todos resultan del cambio de una base por otra.
Si miramos hacia atrás en nuestra tabla sobre mutaciones puntuales, vemos que las mutaciones sin sentido, sin sentido y silenciosas ocurren debido a sustituciones de bases. Pero, las sustituciones de bases son solo un tipo de mutación puntual. Aún no hemos discutido los efectos de las inserciones y eliminaciones. Las inserciones ocurren cuando se agregan uno o más pares de bases a la secuencia, y las deleciones ocurren cuando los pares de bases se eliminan de la secuencia de ADN. Las inserciones y eliminaciones en realidad cambian la longitud de la cadena de ADN porque suman o restan un par de bases del código. Eso es algo importante en comparación con las sustituciones de bases. Las inserciones y deleciones pueden tener efectos drásticos en el código del ADN y la proteína final. Profundicemos para aprender más sobre las consecuencias de estos tipos de mutaciones disruptivas.
El marco de lectura del codón
Primero revisaremos el gen de la magikeratina que usamos en nuestros ejemplos anteriores. Es un gen imaginario que codifica la proteína de queratina mágica que se encuentra en las plumas del pony de alas rosas. A continuación se muestra la cadena de ADN original. El código se transcribe primero en ARNm y luego se traduce en una cadena de aminoácidos. La cadena que obtenemos normalmente es metionina, prolina, serina y valina. Esa secuencia constituye nuestra proteína magikeratina.
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Ahora, ¿qué crees que pasaría si agregamos una base a la hebra de ADN? ¿Cambiaría la longitud de la hebra de ARNm? ¿Cambiaría la longitud de nuestra cadena de aminoácidos? Si es así, ¿cuánto? ¿Obtendríamos un aminoácido extra? ¿Dos más? ¿Tres más? ¿Qué tipo de efecto tendría esto en el producto final?
Pensemos en nuestros codones por un minuto. Siempre que traducimos un código de ARNm, leemos las letras en grupos de tres. Observamos la cadena larga de bases, dibujamos algunas líneas y luego enfocamos en un codón. Mantenemos nuestro enfoque en ese codón mientras revisamos la tabla de codones de ARN para encontrar el aminoácido correspondiente. En ese momento, tenemos una especie de «visión de túnel» para el codón en cuestión. Esa ‘visión de túnel’ en realidad se llama marco de lectura . Es una forma de dividir el ARNm en codones y concentrarse en un codón a la vez.
Mutaciones y reparación del ADN: mecanismos y consecuencias
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El marco de lectura es algo que usamos los humanos, pero el concepto sigue siendo el mismo para las moléculas que están a cargo de la traducción genética. Dentro de nuestras células, los ribosomas y los ARNt trabajan arduamente para hacer coincidir los aminoácidos con cada codón. Tienen su propio sentido del marco de lectura y, en consecuencia, construyen polipéptidos.
Entonces, ¿qué pasaría si agregamos una base? El código de ADN crecería en una letra, y también el código de ARNm, dándonos cuántos codones. ¡Oh, raro! A continuación, ¡mira lo que pasó con nuestros marcos de lectura! Todos fueron cambiados por uno. Todavía tenemos cinco codones, pero ahora hay una base extra. Y los codones son todos muy diferentes a los que teníamos antes. Nuestros marcos de lectura se han desplazado en la hebra de ARNm. Todo esto sucedió debido a la inserción de una sola base. El efecto que obtenemos se llama cambio de fotograma .
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Mutaciones por desplazamiento de fotogramas
Una mutación de cambio de marco es una mutación causada por una inserción o deleción, que provoca un cambio en el marco de lectura de traducción. Las mutaciones de cambio de marco tienen un efecto más dramático sobre el polipéptido que las mutaciones sin sentido o sin sentido. En lugar de solo cambiar un aminoácido, los cambios de marco provocan un cambio en todos los aminoácidos del resto del gen. Tomemos nuestro gen de magikeratina para el pony de alas rosas y veamos qué resulta de una mutación de cambio de marco.
A continuación se muestra la cadena de ADN original. Haremos una inserción de una base de adenina entre las Gs. También a continuación se muestra la cadena de ARNm resultante, y aquí está el polipéptido resultante: metionina, leucina, isoleucina, serina y otra leucina. ¡Vaya! ¡Eso no se parece en nada a nuestra proteína magikeratina! No sé qué es eso, pero definitivamente no es algo que le dé plumas normales a nuestro pony de alas rosas. Si ocurriera este tipo de mutación, las proteínas de las plumas resultarían muy extrañas. La magikeratina se sintetizaría incorrectamente debido a un defecto grave en la cadena de aminoácidos. Sería una apuesta segura que este pony no podría volar en absoluto.
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Entonces, probamos una inserción. ¿Qué pasa con una eliminación? Digamos que eliminamos la segunda G de la cadena de ADN original. Nuestro ARNm resultante nos daría el siguiente polipéptido: metionina, histidina, glutamina y fenilalanina. Una vez más, no se parece en nada a nuestro polipéptido de magikeratina. Si esta eliminación le sucediera a nuestro pony, obtendríamos algo tan malo como lo que obtuvimos de la inserción.
Mutaciones celulares y enfermedades genéticas
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A estas alturas, puede ver que los cambios de fotograma tienen un efecto mucho más dramático que las sustituciones de una sola base. Mientras que las sustituciones de bases alteran solo un aminoácido, las inserciones y deleciones pueden alterar porciones gigantes de proteínas. Los efectos de los cambios de marco son más dramáticos cuando ocurren en partes anteriores del gen. Por ejemplo, si tuviera un gen compuesto por 23 codones y el cambio de marco ocurriera en el codón 21, entonces solo se cambiaría una pequeña parte de la proteína. Pero, si el cambio de marco ocurriera en el codón número 3, entonces casi toda la proteína sería drásticamente diferente.
Debemos mencionar aquí que no todas las inserciones y eliminaciones causan una mutación de cambio de marco. Si el segmento que se inserta o elimina tiene una longitud de tres nucleótidos, entonces el marco de lectura aún se alinea correctamente con todos los codones. Si una inserción o deleción consta de nucleótidos con un factor de 3, no se producirá un desplazamiento de marco. También es importante tener en cuenta que las inserciones y eliminaciones pueden causar mutaciones sin sentido. Aunque hablamos de mutaciones sin sentido que surgen de sustituciones de bases, también podemos obtenerlas en los casos en que una inserción o deleción produce uno de los tres codones de parada. Ahora, veamos cómo las mutaciones de cambio de marco pueden afectar la salud humana.
Una mutación de cambio de marco real
Es posible que haya oído hablar de un trastorno llamado enfermedad de Tay-Sachs. Tay-Sachs a menudo es causado por una mutación de cambio de marco en un gen que codifica una enzima importante. Las enzimas, recuerde, también son proteínas. La enzima afectada en la enfermedad de Tay-Sachs se llama hexosaminidasa A. Su función es evitar que se acumulen sustancias químicas nocivas en nuestras células nerviosas. Con una mutación en el gen de la hexosaminidasa, la enzima no se construye correctamente y los químicos dañinos se acumulan en los nervios. Las personas con Tay-Sachs pueden sufrir debilidad muscular, convulsiones, sordera, ceguera o demencia. Tay-Sachs es una enfermedad genética grave que muestra cuán dañina puede ser una mutación de cambio de marco.
Resumen de la lección
Las mutaciones puntuales son pequeños cambios que ocurren en la secuencia de ADN. Se dividen en dos grupos: sustituciones de bases e inserciones y eliminaciones. Las sustituciones de bases causan mutaciones relativamente menores, como mutaciones sin sentido, sin sentido y silenciosas. Pero las inserciones y deleciones provocan un cambio en la longitud de un gen, lo que provoca un cambio en el marco de lectura del codón. Una mutación de cambio de marco ocurre cuando una proteína se altera drásticamente debido a una inserción o deleción. La enfermedad de Tay-Sachs es un trastorno humano causado por una mutación de cambio de marco. En general, los efectos de los cambios de fotograma son mucho mayores que los de las sustituciones de bases.
Los resultados del aprendizaje
Al final de esta lección, podrá:
Daño genotóxico (radiación, agentes químicos)
- Explica por qué los cambios de fotograma causan un efecto más drástico que las sustituciones de base.
- Proporcione un ejemplo de una enfermedad humana causada por una mutación de cambio de marco.
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