mutaciones. ¿cómo surgen las variantes genéticas en la naturaleza? mutación: proceso por el que...
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MUTACIONES
¿Cómo surgen las variantes genéticasen la naturaleza?
Mutación: Proceso por el que un gen cambia de una forma alélica a otra.
Mutación versus Reversión
Las mutaciones pueden generar:
Pérdida de función
Ganancia de función
Las mutaciones pueden afectar:
Región promotora
Región codificante
En organismos diploides las mutaciones de pérdida de función generalmente son
recesivas
Mutaciones en la región reguladora de un gen pueden provocar pérdida o ganancia de función
A nivel del ADN las mutaciones pueden ser originadas por:
Sustituciones Transiciones : A G (purinas) ; C T (pirimidinas) Transversiones: purina pirimidina
Inserciones
Deleciones
Impedimento físico
A nivel de la proteína las mutaciones pueden ser:A) Mutación silenciosa (AGG -> CGG ambos determinan Arg)
B) Mutación de cambio de sentido - Sinónima (AAA Lys -> AGA Arg ambos aa básicos) - No sinónima (UUU Phe hidrofobico -> UCU Ser polar)
C) Mutación sin sentido (CAG Gln -> UAG Stop)
D) Mutación de cambio del marco de lectura (o de cambio de fase)
E) Reversiones - Exacta (AAA Lys -> GAA Glu -> AAA Lys) - Equivalente (UCC Ser -> UGC Cys -> AGC Ser) (CGG Arg -> CCC Pro -> CAC His)
GCU GCUGCUGCUGCUGCUAla Ala Ala Ala Ala Ala
Silvestre
GCU GCU
Ala Ala Ser Cys Cys Cys
AGC UGC UGC UGC
A
Inserción
GCU GCUGCUGCUAla Ala Ala Ala Leu Leu
CUG CUG
G
Deleción
Mutaciones de cambio en el marco de lectura
Las mutaciones se producen en forma:
Inducida: Agentes mutagénicos
* Biológicos* Físicos* Químicos
Espontánea: Causas: * Errores en la replicación (fidelidad ADN pol, tautomeri- zación de bases)
* Lesiones espontáneas (Deaminación)
Las mutaciones se producen en el ADN y se heredan a las células hijas durante la división celular
Mecanismos que aseguran la fidelidad de la ADN polimerasa
Tautomerización
Emparejamiento normal entre las formas “ceto” (y “amino”) de las bases
Emparejamientos erróneos causados por las formas tautoméricas raras de las bases
Tautomerización de bases
Ejemplo de transición provocada por la aparición de la forma enol de G durante la replicación
Deaminación
Además:Deaminación de G -> xantina, bloquea la replicación (no mutagénica)Deaminación de A -> hipoxantina, empareja con C en lugar de T
Agente Efecto en células vivas
Carcinogénico Causa cáncer (transformación neoplásica de células eucarióticas)
Clastogénico Causa fragmentación de cromosomas
Mutagénico Causa mutaciones (puede producir todos los otros efectos)
Oncogénico Induce a la formación de tumores
Teratogénico Produce anormalidades en el desarrollo
Mutágenos
Físicos
Radiación UV, Rayos X
Químicos
Análogos de bases (5-bromo uracilo, 2-aminopurina)
Agentes intercalantes (naranja de acridina)
Agentes alquilantes (etilmetanosulfonato, nitrosoguanidina)
Biológicos
Transposones, virus
TransposonesSecuencia de inserción
ADN receptor
TC CTCTGCC AGGAGACGG
TC CTCTGCC AGGAGACGG
TC CTCTGCC AGGAGACGG
Transposasa
Secuencia de inserción
Repeticiones terminales invertidas
Mecanismos de acción generales de los mutágenos físicos y químicos:
a) Sustitución de bases
b) Modificación de bases
c) Agentes intercalantes
d) Impedimento físico
Mecanismo de sustitución de bases
5-Br-uracilo
2-aminopurina
(enol)
Mecanismo de modificación de bases
Mutágenos del tipo agentes intercalantes
Fotoproductos generados por la luz UV
Impedimento físico: formación de aductos
Mutación somática versus mutación germinal
Mecanismos de reparación
Reversión del daño
* Fotorreparación * Ligamiento de rupturas simple hebra
Remoción del daño
* Reparación por escisión de bases * Reparación de “mismatch”
Tolerancia al daño
* Reparación por recombinación * Reparación mutagénica
Reparación de fotodímeros de pirimidina por fotoliasa y luz blanca
ADN ligasa sella los enlaces fosfodiester interrumpidos
La glicosilasa remueve la base dañada, el sitio AP es reconocido por una endonucleasa y, ayudada por una exonucleasa escinde un fragmento de ADN que es rellenado por ADNpol I y sellado por la ligasa
¿Cómo identifica la célula la hebra recién sintetizada para saber cuál es, probablemente, la base “mutante” en un mal apareamiento?
Escisión frente a un aducto
Reparación mutagénica
Fenotipos mutantes
A) Mutaciones morfológicas
B) Mutaciones letales
D) Mutaciones condicionales
C) Mutaciones bioquímicas
El fenotipo de un individuo es una consecuencia de la interacción entre sus genes y la secuencia histórica de las condiciones ambientales a las que ha estado expuesto.
Mutaciones
Mutagénesis como herramienta de mejoramiento genético de
microorganismos
Mejoramiento genético
Simple selección
Variabilidadintra-específica
Manipulación genética
Mutagénesisal azar yselección
Mutagénesissitio dirigida
Objetivo de la biotecnología de microorganismos
Cepas altamente productoras:
EJEMPLO: Ruta de biosíntesis del -caroteno
GGPP
Prefitoeno pirofosfato
Fitoeno
Licopeno
-caroteno
Fitoeno sintetasa
Fitoeno desaturasa
Licopeno ciclasa
Genes!!!!!
Ejemplos de mutaciones que pueden inducir a la sobreproducción de un producto (deseable en biotecnología):
Mutación de una secuencia reguladora en cis
Mutación del gen que codifica para un elemento regulador en trans
Represor
Factores de transcripción generales
Elementos reguladores en transo factores de transcripción específicos
Oscuridad por 24 h
Dilución seriada
Plaqueo en medio sólido
Conteo de coloniasDeterminación del tiempo de exposición que provoca 95 a 99% de mortalidad
Estandarización de las condiciones de mutagénesis
Cultivo enfase exponencial
Fuente UV(254 nm)
Oscuridad por 24 h
Dilución seriada
Mutagénesis y selección
Plaqueo en medio sólido
Clones seleccionados
Re-chequeo
CaracterizaciónDeterminar la fijación de la mutación
Control Condición de selección
Clones mutantes de Tetraselmis suecica sometidos a selección en presencia de Cerulenina, un inhibidor de la síntesis de ácidos grasos
Control Cerulenina 2 g/ml
Mutantes potencialmente mejorados en su capacidad de acumular PUFAs