TEma 11

1. MUTACIONS El terme mutació es deu al botànic H. de Vries (1901), que estudiant la flor de nit, va adonar-se de l’aparició de característiques no previstes que es transmetien a la descendència. Aquests canvis els va anomenar mutacions Es defineix mutació qualsevol canvi en el material hereditari d’una cèl·lula que es transmet d’una generació a l’altra Les mutacions són successos fortuïts deguts a errors en la replicació de l’ADN o bé en la seva reparació o a l’acció de diversos factors (incorreccions en el repartiment dels cromosomes en la mitosi o meiosi, per acció d’agents mutàgens,...)

2. Tenen una gran importància en Biologia degut a que són responsables de la variabilitat genètica (permet el procés de l’evolució) Si una mutació es dóna en una cèl·lula somàtica, aquesta només afectarà a l’individu (de fet a totes les cèl·lules descendents de la cèl·lula afectada) i no passarà a la descendència, mentre que si la mutació es dóna en una cèl·lula germinal, aquesta serà heretable Tipus de mutacions Gèniques : Afecten a l’estructura del gen Cromosòmiques : Afecten a l’ordre lineal dels gens als cromosomes Genòmiques: Afecten al genoma, al nombre de cromosomes

3. Mutacions gèniques Són alteracions en l’estructura dels gens, on almenys un triplet es veu modificat (per un canvi de base, l’addició d’una base o deleció d’una base) La modificació d’un triplet pot provocar l’aparició d’un aa. diferent a l’esperat i això pot provocar una variació en la proteïna (el fet que el codi genètic sigui degenerat fa que l’efecte de les mutacions gèniques quedi esmorteït.) Es considera que quan es produeix una mutació gènica, es produeix un nou AL·LEL en aquest gen Els efectes de les mutacions poden ser molt subtils o tan intensos que provoquin defectes morfològics greus i fins i tot la mort. Segons els efectes de les mutacions, podem parlar de mutacions morfològiques (afecten a característiques visibles de l’organisme), letals (actuen sobre la supervivència de l’individu), condicionals (la mutació es manifesta en determinades condicions), bioquímiques (varien una funció bioquímica de la cèl·lula),...

4. Entre els problemes relacionats amb les mutacions puntuals en l’home tenim: Anèmia falciforme , Fenilcetonuria , Albinisme , Hipodoncia (absència de fins 6 dents), Càncer de colon , Càncer de tiroides , Càncer de pancreas , Polidactilia , Hipertensió arterial , Diabetis , etc.

5. Les mutacions gèniques són degudes bàsicament a una substitució de bases, a una deleció o a una adició de bases nitrogenades . Això fa que puguem distingir: Mutacions per SUBSTITUCIÓ de bases Transicions Transversions Mutacions amb corriment en l’ordre de lectura Delecions Adicions Consisteix en el canvi d’una base púrica per una altra púrica o una pirimidínica per una altra pirimidínica Consisteix en el canvi d’una base púrica per una pirimidínica o a l’inrevés Consisteix en la pèrdua de parells de bases Apareixen nous parells de bases

6. Mutacions per SUBSTITUCIÓ

7. Transicions

8. Mutacions cromosòmiques Les mutacions cromosòmiques són alteracions en la seqüència original dels gens en el cromosoma. Aquestes alteracions poden ser: Variacions en la distribució dels gens dels cromosomes Translocacions Inversions Variacions en el nombre de gens dels cromosomes Delecions Duplicacions

9. Variacions en la distribució dels gens dels cromosomes Translocacions Canvi de localització d’un fragment de cromosoma, ja sigui en el mateix cromosoma o en un altre no homòleg Són visibles al microscopi òptic durant la meiosi. Solen anar aparellades a la semiesterilitat. Si són recíproques, s’anomenen transposicions Translocació recíproca

10. Inversions Canvi en l’ordre dels gens al cromosoma. Es produeixen quan en un cromosoma es donen dues escissions i la posterior unió es dona amb l’odre invertit Existeixen dos tipus de inversions: les pericèntriques (si inclouen el centròmer) i les paracèntriques (no inclouen el centròmer) Són visibles al microscopi òptic durant la meiosi, ja que s’originen bucles durant l’aparellament de cromosomes homòlegs Inversió paracèntrica Inversió pericèntrica

12. Variacions en el nombre de gens dels cromosomes Delecions Pèrdua d’un fragment de cromosoma que conté un o més gens En casos d’homozigosi, moltes vegades són incompatibles amb la vida.

15. Duplicacions Repetició d’un fragment de cromosoma, ja sigui en el mateix cromosoma o en un altre Visible al microscopi òptic. Són molt importants evolutivament parlant ja que, com que representen un augment del material genètic, si hi ha mutacions en aquest segment permeten la diversificació del material hereditari

16. Els efectes de les mutacions cromosòmiques són: Les delecions i duplicacions produeixen un canvi en la quantitat de gens i per tant tenen efectes fenotípics, normalment letals Les inversions i translocacions no solen produir efectes fenotípics, ja que l’individuo té els gens correctes, encara que les translocacions poden provocar esterilitat o descendents amb anomalies Un exemple de mutació cromosòmica en humans és el síndrome “ cri du chat ”. És provocat per una deleció en el cromosoma 5 i es caracteritza per microcefalia, cardiopatia, retard mental greu, detenció del reixement, els infants emeten sons semblants als miols del gat. Evolutivament, les duplicacions tenen una gran importància, a diferència de les delecions. Les fusions de cromosomes poden donar lloc a l’aparició de nous cromosomes, com per exemple el cromosoma 2 humà, que és el resultat de la fusió de dos cromosomes d’un avantpassat antropomorf

17. Mutacions genòmiques Són alteracions en el nombre de cromosomes propis de l’espècie. Aquestes alteracions poden ser: EUPLOÏDIES ANEUPLOÏDIES Afecten a jocs sencers de cromosomes Afecten només a una part del joc de cromosomes

18. EUPLOÏDIES El nombre de cromosomes és un múltiple sencer del nombre bàsic de cromosomes (n) o dotació haploide Agafant la dotació diploide (2n) de referència distingim: Monoploïdies (n) (o haploïdies) Només hi ha un joc de cromosomes Poliploïdies Presenten més de dos jocs de cromosomes: triploïdies (3n), tetraploïdies (4n), ... Ex.: plàtans (3n), blat (4n), fresons (6n) Es donen sobretot en vegetals. Els individus poliploides solen ser més grans i resistents que els que tenen el nombre normal de cromosomes i per aquest motiu són molt apreciats en agricultura Segons l’origen de la poliploïdia, distingim entre autopoliploides (els cromosomes pertanyen a la mateixa espècie) i al·lopoliploides (els cromosomes provenen de més d’una espècie, encara que molt propera)

22. ANEUPLOÏDIES Es l’alteració en el nombre normal d’exemplars d’un o més tipus de cromosomes. Les alteracions més característiques són: Monosomies Són cèl·lules a les que els hi falta un cromosoma. Responen a la fórmula (2n-1) (on n és la dotació haploide de l’espècie) Els individus afectats solen tenir elevada mortaldat i una baixa taxa de reproducció Es produeixen per una no disjunció de cromosomes homòlegs a la meiosi II en la gametogènesi. D’aquesta manera, apareixen gàmetes amb ( n+1 ) cromosomes i gàmetes amb ( n-1 ). Ex.: En humans, Síndrome de Turner ( 44 autosomes + X- ). Falta un cromosoma sexual X . Els individus són femelles amb atrofia d’ovaris, absència de desenvolupament dels caràcters sexuals secundaris, infantilisme, ...

23. Trisomies Son cèl·lules que tenen un cromosoma més. Responen a la fórmula (2n+1) (on n és la dotació haploide de l’espècie) Algunes trisomies importants són:

24. La freqüència d’aparició d’aquesta trisomia és de 1/700 naixements, tot i depèn de l’edat de la mare (als 20 anys, la freqüència és de 1/1930; als 30 anys és de 1/890; als 40 és de 1/110 i als 50 és de 1/12) Trisomia 21. Síndrome de Down

25. Trisomia 18. Síndrome d’Edwards Trisomia 13. Síndrome de Patau Trisomia XXY. Síndrome de Klinefelter

26. Tetrasomies Son cèl·lules que tenen un cromosoma quadruplicat. Responen a la fórmula (2n+2) Doble trisòmic Son cèl·lules que tenen dos cromosomes duplicats. Responen a la fórmula (2n+1+1) Nul·losomies Son cèl·lules que tenen una parella de cromosomes homòlegs menys. Responen a la fórmula (2n-2) Fusió cèntrica És la unió de dos cromosomes no homòlegs combinada amb la pèrdua d’un dels centròmers. Llavors el conjunt es comporta com un únic cromosoma i l’individu té un cromosoma menys en el seu genoma Fisió cèntrica Fenomen contrari al anterior. Apareix un nou centròmer en un cromosoma i aquest es trenca en dos. L’individu té un cromosoma més Altres mutacions que afecten al nombre de cromosomes són:

28. Freqüència de mutació espontània És la probabilitat amb la que es dona una mutació. Generalment aquesta freqüència és molt petita. Existeixen, no obstant, condicions ambientals o productes químics que fan augmentar aquesta probabilitat. Són els agents mutàgens. Agents mutàgens Agents físics Agents químics

29. Agents mutàgens Tots els agents, tant físics com químics, capaços d’alterar la seqüència de l’ADN. Moltes vegades, aquests a gents també són cancerígens Agents físics Radiacions ionitzants : raigs X , raigs  , raigs  , raigs  (procedents de la radioactivitat). Tenen un elevat grau de penetració i provoquen pèrdues d’electrons als àtoms, alterar les bases i fins i tot trencar l’ADN Radiacions no-ionitzants : radiacions ultraviolades . Són menys penetrants, però fan que les zones més exposades (la pell), els electrons tinguin més energia i alterar l’estructura de l’ADN (ex. formació de dímers de timina) Xocs tèrmics i augments de temperatura ( es trenquen bases ), ultrasons , edat de l’individu ( es perd eficàcia en les duplicacions ), ... Agents químics Agents semblants a bases nitrogenades ( cafeïna , nicotina ) Agents desaminants ( àc. nitrós ) Agents alquilants ( gas mostassa )

30. Sistemes de reparació de l’ADN Sistemes que no trenquen l’ADN . Ex.: enzim fotorreactiu (activat per la llum UV) Sistemes que trenquen l’ADN . Sistema més important. Consta de l’acció de 4 passos enzimàtics, que trenquen la secció danyada i afegeixen els nucleòtids necessaris per a la reparació. Sistemes S.O.S . En períodes de duplicació de l’ADN, si l’ADN polimerasa troba una mutació (dímer de timina, base desanimada,...) la duplicació s’atura. Passat un temps límit, s’activa aquest sistema que desbloqueja l’enzim i l’obliga a posar un nucleòtid

31. Sistemes de reparació de l’ADN ex.: dímer de timina

32. Endonucleasa ( trenca la cadena defectuosa per l’extrem 5’ )

33. ADN polimerasa ( addiciona nucleòtids )

34. ADN polimerasa ( addiciona nucleòtids ) Ligasa ( uneix el fragment nou a la cadena )