Mutación como fuente de Variabilidad

MutaciónMutación
M. en C. RAFAEL GOVEAM. en C. RAFAEL GOVEA
VILLASEÑORVILLASEÑOR
CINVESTAV-IPNCINVESTAV-IPN
M. en C. RAFAEL GOVEAM. en C. RAFAEL GOVEA
VILLASEÑORVILLASEÑOR
CINVESTAV-IPNCINVESTAV-IPN
Versión 1.6Versión 1.6

¿Qué es una Mutación?¿Qué es una Mutación?
Una mutación es cualesquier cambioUna mutación es cualesquier cambio
en la información genéticaen la información genética
Por lo tanto, la mutación es laPor lo tanto, la mutación es la
fuente primaria de variabilidad parafuente primaria de variabilidad para
el proceso evolutivoel proceso evolutivo
M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor

¿Cuáles tipos de Mutación existen?¿Cuáles tipos de Mutación existen?
Mutaciones GénicasMutaciones Génicas
Mutaciones o Aberraciones CromosómicasMutaciones o Aberraciones Cromosómicas
Mutaciones GenómicasMutaciones Genómicas
Mutaciones EpigenéticasMutaciones Epigenéticas

¿Cuál es el soporte de la Información Genética?¿Cuál es el soporte de la Información Genética?
En la secuencia de pares deEn la secuencia de pares de
bases de Bases del Ácidobases de Bases del Ácido
Desoxirribonucleico, elDesoxirribonucleico, el ADNADN,,
se guarda la informaciónse guarda la información
necesaria paranecesaria para sintetizarsintetizar
todas las macromoléculastodas las macromoléculas
que llevan a cabo lasque llevan a cabo las
funciones celularesfunciones celulares

ADNADN
GG
AA
CC
TT
DD
PP
DD
PP
DD
PP
DD
PP
AA
GG
TT
CC
DD
PP
DD
PP
DD
PP
DD
PP
5'5'
5'5'
3'3'
3'3' Diapo 0052Diapo 0052
El ADN es muy delgado,El ADN es muy delgado,
apenas de 2 nm de ancho yapenas de 2 nm de ancho y
muy largo mide demuy largo mide de
milímetros a centímetros .milímetros a centímetros .
Hay 10 pares de bases [pb]Hay 10 pares de bases [pb]
en cada 3.43 nmen cada 3.43 nm
Como el genomaComo el genoma
humanohumano
Tiene 2 juegos de 3.3Tiene 2 juegos de 3.3
Mpb entonces las 46Mpb entonces las 46
moléculas miden 1.94 mmoléculas miden 1.94 m
El ADN es un polímeroEl ADN es un polímero
de 2 cadenas dede 2 cadenas de
nucleótidos unidos pornucleótidos unidos por
enlaces fosfo-diesterenlaces fosfo-diester
formando una dobleformando una doble
hélice delgada y muyhélice delgada y muy
larga gracias a loslarga gracias a los
puentes de Hpuentes de H de susde sus
pares de basespares de bases

DNADNA
GCATGTACGTAGCTAGCTAAGGCATGTACGTAGCTAGCTAAG
CGTACATGCATCGATCGATTCCGTACATGCATCGATCGATTC
5'5'
5'5'
3'3'
3'3'
CADENA "SENTIDO"CADENA "SENTIDO"
CADENA "ANTISENTIDO"CADENA "ANTISENTIDO"
Diapo 1152Diapo 1152
El ADN posee 2 cadenas antiparalelas [misma dirección,El ADN posee 2 cadenas antiparalelas [misma dirección,
pero de sentidos opuestos] y complementarias de 5’ a 3’pero de sentidos opuestos] y complementarias de 5’ a 3’
–la cadena sentido- y 3’ a 5’ –la antisentido.–la cadena sentido- y 3’ a 5’ –la antisentido.

Cómo se usa la Información GenéticaCómo se usa la Información Genética
ADNADN ARN T.1ºARN T.1º ARNARNmm ProteínaProteína
TranscripciónTranscripción Corte yCorte y
empalmeempalme
TraducciónTraducciónRéplicaciónRéplicación
Copiando la secuencia de pb delCopiando la secuencia de pb del ADNADN como secuencia decomo secuencia de
nucleótidos en moléculasnucleótidos en moléculas ARN [transcrito primario] que se corta yARN [transcrito primario] que se corta y
empalmaempalma en diversas moléculas deen diversas moléculas de ARN [ARN de transferencia,ARN [ARN de transferencia,
ribosomal, mensajero y otros]ribosomal, mensajero y otros] que permiten construir las moléculasque permiten construir las moléculas
de lasde las proteínasproteínas
ARNARNtt
ARNARNrr

¿Qué es el Código Genético?¿Qué es el Código Genético?
Es la tabla que contiene el nombre de losEs la tabla que contiene el nombre de los
aminoácidos escrito en el alfabeto delaminoácidos escrito en el alfabeto del
ARNARN
El nombre de los aminoácidos es un triplete de nucleótidos delEl nombre de los aminoácidos es un triplete de nucleótidos del
ARNARNmm [codón] que la célula reconoce y permite tomar c/u de los[codón] que la célula reconoce y permite tomar c/u de los
20 aminoácidos proteícos y unirlos por enlaces peptídicos.20 aminoácidos proteícos y unirlos por enlaces peptídicos.
Así pues hay 4x4x4 combinaciones de Bases disponibles, esAsí pues hay 4x4x4 combinaciones de Bases disponibles, es
decir 64 codones para nombrar a 20 aminoácidos.decir 64 codones para nombrar a 20 aminoácidos.

Código GenéticoCódigo Genético
En el código tradicional las BN del codón se anotan a los lados izquierdo, la 1ª BN;En el código tradicional las BN del codón se anotan a los lados izquierdo, la 1ª BN;
superior, la 2ª BN y derecho, la 3ª BN. En el punto de intersección del renglón,superior, la 2ª BN y derecho, la 3ª BN. En el punto de intersección del renglón,
columna y línea se encuentra el nombre del aminoácido codificado por el codóncolumna y línea se encuentra el nombre del aminoácido codificado por el codón

El codón se lee del centroEl codón se lee del centro
hacia afuera:hacia afuera: AAGAAG

¿Qué son las Mutaciones génicas?¿Qué son las Mutaciones génicas?
Son los cambios en la información genéticaSon los cambios en la información genética
que afectan a un gen. Ellas pueden implicarque afectan a un gen. Ellas pueden implicar
tan solo un cambio en un solo par de bases otan solo un cambio en un solo par de bases o
modificaciones más extensas.modificaciones más extensas.
A veces se les denomina mutacionesA veces se les denomina mutaciones
puntuales por afectar un punto del cromosoma,puntuales por afectar un punto del cromosoma,
un gen.un gen.

Tipos de Mutaciones génicasTipos de Mutaciones génicas
• Mutaciones puntuales [sustituciones de una Base N]Mutaciones puntuales [sustituciones de una Base N]
– Transversiones. Sustitución de purina con pirimidina o deTransversiones. Sustitución de purina con pirimidina o de
pirimidina con purinapirimidina con purina
– Transiciones. De purina a purina o de pirimidina a pirimidinaTransiciones. De purina a purina o de pirimidina a pirimidina
• Inserciones. Es el aumento de nucléótidosInserciones. Es el aumento de nucléótidos
– De 1, 2 ó 3 basesDe 1, 2 ó 3 bases
• Delecciones. Es la pérdida de nucleótidos.Delecciones. Es la pérdida de nucleótidos.
– De 1, 2 ó 3 basesDe 1, 2 ó 3 bases

Por su efecto ¿Qué Mutaciones Génicas hay?Por su efecto ¿Qué Mutaciones Génicas hay?
• Mutaciones Silenciosas: Mantienen el significado, codificanMutaciones Silenciosas: Mantienen el significado, codifican
para el mismo aminoácidopara el mismo aminoácido
• Mutaciones de Sentido erróneo: Modifican el significado delMutaciones de Sentido erróneo: Modifican el significado del
codón y cambia el aminoácido codificadocodón y cambia el aminoácido codificado
• Mutaciones Sin Sentido: Aparece una señal de terminación de laMutaciones Sin Sentido: Aparece una señal de terminación de la
traducción. Provoca la síntesis de proteínas acortadas.traducción. Provoca la síntesis de proteínas acortadas.
• Mutaciones de Corrimiento del marco de lectura. Cambia elMutaciones de Corrimiento del marco de lectura. Cambia el
sentido de toda la secuencia de aminoácidos .sentido de toda la secuencia de aminoácidos .

Mutaciones Génicas, SustitucionesMutaciones Génicas, Sustituciones
Mutuaciones PuntualesMutuaciones Puntuales
(Sustitución de 1 base)(Sustitución de 1 base)
Transiciones:Transiciones:
TransversionesTransversiones
GG AA
CC TT

M. PuntualesM. Puntuales
(Sustitución de 1 base)(Sustitución de 1 base)
5’5’
ATg CAATg CATT gAC AgAC AggCC ggAg CTAAg CTA ggCT TTC TgCT TTC Tggg 3’3’
Met-Met-HisHis-Asp--Asp-SerSer--GluGlu-Leu--Leu-AlaAla-Fen--Fen-TrpTrp
Por ejemplo el siguientePor ejemplo el siguiente
ADN se traduce así:ADN se traduce así:
GG AA
CC TT

5’5’
5’5’
ATg CAATg CACC gAC AgAC ACCCC AAAg CTAAg CTA CCCT TTC TgCT TTC TgAA 3’3’
Met-Met-HisHis-Asp--Asp-TreTre--LisLis-Leu--Leu-ProPro–Fen-–Fen-stopstop
silenciosasilenciosa
Si mutamos por trans-Si mutamos por trans-
versiónversión lala TT señalada elseñalada el
codóncodón CACATT se conviertese convierte
en su sinónimo CAC. Poren su sinónimo CAC. Por
tanto la mutación notanto la mutación no
cambia el aa codificadocambia el aa codificado
GG AA
CC TT

5’5’
5’5’
SentidoSentido erróneo: la Serina se sustituye por la Treoninaerróneo: la Serina se sustituye por la Treonina
versión laversión la GG señalada delseñalada del
codóncodón AAggCC, este se, este se
convierte enconvierte en AACCCC. Por. Por
tanto la mutación cambiatanto la mutación cambia
el aa codificadoel aa codificado
GG AA
CC TT

5’5’
5’5’
Sentido erróneo, el ácido glutámico se sustituye por la LisinaSentido erróneo, el ácido glutámico se sustituye por la Lisina
Si mutamos porSi mutamos por
transición latransición la GG señaladaseñalada
del codóndel codón ggAgAg, este se, este se
convierte enconvierte en AAAgAg. Por. Por
GG AA
CC TT

5’5’
5’5’
Sentido erróneo: la Alanina se cambia por la ProlinaSentido erróneo: la Alanina se cambia por la Prolina
versión laversión la GG señalada delseñalada del
codóncodón ggCTCT, este se, este se
convierte enconvierte en CCCT. PorCT. Por
GG AA
CC TT

5’5’
5’5’
Sin sentido: el Triptofano cambia a stop,Sin sentido: el Triptofano cambia a stop,
es decir, se detiene la traducciónes decir, se detiene la traducción
Si mutamos porSi mutamos por
transición latransición la GG señaladaseñalada
del codóndel codón TGTGGG, este se, este se
convierte enconvierte en TGTGAA. Por. Por
tanto la mutación notanto la mutación no
codifica ningún aacodifica ningún aa
GG AA
CC TT

Mutaciones Génicas, Inserción de 1BNMutaciones Génicas, Inserción de 1BN
Y luego Insertamos 1 Base, por ejemplo T antes del codónY luego Insertamos 1 Base, por ejemplo T antes del codón CATCAT
5’5’
ATgATgCATCATgACgACAgCAgCgAggAgCTACTAgCTgCTTTCTTCTggTggTTgTTgATTATTAgAg 3’3’
M H D S E L A F W L I--M H D S E L A F W L I--
TT
5’5’
Si tenemos el siguiente trozo de ADN que se traduce así:Si tenemos el siguiente trozo de ADN que se traduce así:
La secuencia de ADN cambia y se traduce diferente:La secuencia de ADN cambia y se traduce diferente:
5’5’
ATgATgTTCACATgATgACAgCgAgCTAgCTTTCTggTTgATTAgCAgCgAgCTAgCTTTCTggTTgATTAg 3’3’
MM SS stopstop----------------------------------------------------
La proteína no se produce por que aparece una señal de stop:La proteína no se produce por que aparece una señal de stop:

Mutaciones Génicas, Inserción de 2 BNMutaciones Génicas, Inserción de 2 BN
Y luego Insertamos 2 Bases, por ejemploY luego Insertamos 2 Bases, por ejemplo CCTT después del codóndespués del codón ATgATg
5’5’
CCTT
5’5’
Si tenemos el mismo trozo de ADN que se traduce así:Si tenemos el mismo trozo de ADN que se traduce así:
Se produce otra proteína más corta debido a otra señal de stop:Se produce otra proteína más corta debido a otra señal de stop:
5’5’
ATgATgCCTTCCATgATgACAACAgCggCgAgCAgCTAgTAgCTTTCTggTTgATTAgCTTTCTggTTgATTAg 3’3’
MM L M T A SL M T A S stopstop------------------------------

Mutaciones Génicas, Inserciones de 3 BNMutaciones Génicas, Inserciones de 3 BN
Y luego Insertamos 3 Bases, por ejemploY luego Insertamos 3 Bases, por ejemplo ggCCTT antes del codónantes del codón CATCAT
5’5’
GGCCTT
La secuencia de ADN cambia y se traduce así:La secuencia de ADN cambia y se traduce así:
Se produce la misma proteína, pero con un aa adicional, la alaninaSe produce la misma proteína, pero con un aa adicional, la alanina
5’5’
ATgATgggCCTTCATCATgACgACAgCAgCgAggAgCTACTAgCTgCTTTCTTCTggTggTTgTTgATTATTAgAg 3’3’
MM AA H D S E L A F W L I --H D S E L A F W L I --
5’5’

Efecto de las Inserciones de BNEfecto de las Inserciones de BN
Así las inserciones producen una proteína con un aminoácido de más u otras proteínasAsí las inserciones producen una proteína con un aminoácido de más u otras proteínas
completamente distintas y acortadas que no llevan a cabo la función normalcompletamente distintas y acortadas que no llevan a cabo la función normal
5’5’
5’5’
MM SS stopstop----------------------------------------------------
TT
5’5’
ATgATgCCTTCCATgATgACAACAgCggCgAgCAgCTAgCTTTCTggTTgATTAgTAgCTTTCTggTTgATTAg 3’3’
CC
gg
5’5’

Mutaciones Génicas, Deleción de 1 BNMutaciones Génicas, Deleción de 1 BN
5’5’
gg
5’5’
5’5’
Y luego deletamos sólo 1 Base, por ejemploY luego deletamos sólo 1 Base, por ejemplo gg del codóndel codón ggCCT:T:
Si tenemos el siguiente trozo de ADN que se traduce así:Si tenemos el siguiente trozo de ADN que se traduce así:
Se produce otra proteína acortada por la señal de stop:Se produce otra proteína acortada por la señal de stop:

ggCC
5’5’
5’5’
Y luego deletamos 2 Bases, por ejemploY luego deletamos 2 Bases, por ejemplo ggCC del codóndel codón ggCCT:T:
De hecho, No Se produce proteína por la señal de stop formada:De hecho, No Se produce proteína por la señal de stop formada:
5’5’
MM SS stopstop----------------------------------------------------

5’5’
ggCCTT
5’5’
5’5’
Y luego deletamos 3 Bases, por ejemploY luego deletamos 3 Bases, por ejemplo ggCCTT
La secuencia de ADN cambia y se traduce:La secuencia de ADN cambia y se traduce:
Se produce la misma proteína, pero con un aa menos, la alaninaSe produce la misma proteína, pero con un aa menos, la alanina

Efecto de las Deleciones de BNEfecto de las Deleciones de BN
5’5’
5’5’
MM SS stopstop----------------------------------------------------
TT
5’5’
CC
gg
5’5’
Así las deleciones producen una proteína con un aminoácido de menos u otrasAsí las deleciones producen una proteína con un aminoácido de menos u otras
proteínas completamente distintas y acortadas que no llevan a cabo la función normalproteínas completamente distintas y acortadas que no llevan a cabo la función normal

Duplicaciones por Recombinación IlegítimaDuplicaciones por Recombinación Ilegítima
La topoisomerasa ILa topoisomerasa I
Corta en dos CCCorta en dos CCCATCAT
Exones II duplicadosExones II duplicados

¿Qué son las Mutaciones Cromosómicas?¿Qué son las Mutaciones Cromosómicas?
Son cambios que afectan la estructura deSon cambios que afectan la estructura de
los cromosomas o su número.los cromosomas o su número.

Mutaciones (Aberraciones) CromosómicasMutaciones (Aberraciones) Cromosómicas
Aberraciones Numéricas:Aberraciones Numéricas:
Aumenta o disminuye la dotación de unAumenta o disminuye la dotación de un
cromosoma dadocromosoma dado
Aberraciones Estructurales:Aberraciones Estructurales:
Cambian porciones del cromosomaCambian porciones del cromosoma

¿Cómo se clasifican las Aberraciones Numéricas?¿Cómo se clasifican las Aberraciones Numéricas?
MonosomíasMonosomías ((mono-mono- = 1 y= 1 y
-somía =-somía = cromosoma). Porcromosoma). Por
ejemplo: síndromeejemplo: síndrome X0 (Turner)X0 (Turner)
incidencia de 1:10incidencia de 1:1044
Trisomías (Trisomías (tritri- = 3). Por- = 3). Por
ejemplo los síndromes:ejemplo los síndromes:
Trisomía 21, 1:800;Trisomía 21, 1:800;
Trisomía 18, 1:8000 yTrisomía 18, 1:8000 y
XXY(Klinefelter) 1:10XXY(Klinefelter) 1:1033
AneuploidíasAneuploidías
((anan-=no,-=no,eueu-=buenoy-=buenoyploplo-=número)-=número)

¿Cómo se clasifican las Aberraciones Estructurales?¿Cómo se clasifican las Aberraciones Estructurales?
DeleciónDeleción ((delec-delec- = destruir)= destruir):: Mutación por pérdida de un trozo de Cro-Mutación por pérdida de un trozo de Cro-
mosoma. Ejemplo:mosoma. Ejemplo: Síndrome de cri du chatSíndrome de cri du chat del(5p)del(5p) = deleción= deleción
del brazo corto del cromosoma 5.del brazo corto del cromosoma 5.
InserciónInserción ((inin- = meter,- = meter, sercserc- = tejer)- = tejer).. Mutación por entretejer unaMutación por entretejer una
parte de un cromosoma en otro.parte de un cromosoma en otro.
TranslocacionesTranslocaciones
InversiónInversión ((in-in- = hacia dentro,= hacia dentro, vers-vers- = girar)= girar).. Mutación por girar 180° unMutación por girar 180° un
trozo de cromosoma: inv(3)p25q21)trozo de cromosoma: inv(3)p25q21)
T. BalanceadasT. Balanceadas
T. No-balanceadasT. No-balanceadas
T. RecíprocaT. Recíproca
T. RobersonianaT. Robersoniana

¿Qué son las deleciones?¿Qué son las deleciones?
En estas mutaciones el cromosoma pierde porcionesEn estas mutaciones el cromosoma pierde porciones
de si mismode si mismo

¿Qué son las inserciones?¿Qué son las inserciones?
Son mutaciones que integran secuencias de ADNSon mutaciones que integran secuencias de ADN
extrañas a los cromosomasextrañas a los cromosomas

¿Qué son las inversiones?¿Qué son las inversiones?
Son mutaciones que implican la rotura delSon mutaciones que implican la rotura del
cromosoma en dos puntos y el giro de 180 gradoscromosoma en dos puntos y el giro de 180 grados
del trozo intermedio que se une, así, invertido.del trozo intermedio que se une, así, invertido.

¿Qué son las translocaciones?¿Qué son las translocaciones?
DeDe trans- =trans- = de un lado a otrode un lado a otro y loc- =y loc- = lugarlugar. Las. Las
Translocaciones sTranslocaciones son mutaciones en las que porciones de unon mutaciones en las que porciones de un
cromosoma roto se unen a otro cromosomacromosoma roto se unen a otro cromosoma

Un jemplo de aberración estructural porUn jemplo de aberración estructural por
translocacióntranslocación
Por ejemplo: la Translocación recíproca dePor ejemplo: la Translocación recíproca de
sendos trozos de los cromosomas 9 y 22:sendos trozos de los cromosomas 9 y 22:
t (9; 22) (q34; q11)t (9; 22) (q34; q11) provoca la Leucemiaprovoca la Leucemia
mieloide crónica al formar 2 genesmieloide crónica al formar 2 genes
híbridos, el importante es el genhíbridos, el importante es el gen BCRBCR--ABLABL
((cromosoma Filadelfiacromosoma Filadelfia) que coloca una) que coloca una
señal de activación a un protooncogenseñal de activación a un protooncogen
(tirosin-cinasa) que induce la leucemia(tirosin-cinasa) que induce la leucemia

¿Qué son las Mutaciones Genómicas?¿Qué son las Mutaciones Genómicas?
Son cambiosSon cambios
muy raros quemuy raros que
afectan laafectan la
estructura delestructura del
juego completojuego completo
de cromosomasde cromosomas
El manzano proviene
de un ancestro que
duplicó su genoma
hace 60 a 65 Ma y
luego perdió 1
cromosoma
Velasco RVelasco R et alet al (2010)(2010) The genome of the domesticated appleThe genome of the domesticated apple ((Malus 3 domestica BorkhMalus 3 domestica Borkh.)..). Nat GenetNat Genet 42: 833–83942: 833–839

Tipos de MutágenosTipos de Mutágenos
FísicosFísicos
QuímicosQuímicos
BiológicosBiológicos
Luz UV-B: 320-280 nm, UV-C: 280-200 nmLuz UV-B: 320-280 nm, UV-C: 280-200 nm
R-XR-X
RayosRayos αα,, ββ yy γγ
M. Directos: Benzopirenos, Nitrosoureas, …M. Directos: Benzopirenos, Nitrosoureas, …
M. indirectos: Nitrosaminas, Aflatoxinas, HPA,…M. indirectos: Nitrosaminas, Aflatoxinas, HPA,…
Virus: Retrovirus, AdenovirusVirus: Retrovirus, Adenovirus
Transposones:Transposones: Alu, LINE-1Alu, LINE-1, …, …
Secuencias de inserciónSecuencias de inserción

Penetración de la Luz UV en la PielPenetración de la Luz UV en la Piel
Melanoma un
tipo de
cáncer
maligno de la
piel

El agua también es un potente MutágenoEl agua también es un potente Mutágeno

Duplicaciones por RetrotransposiciónDuplicaciones por Retrotransposición
Exones barajeadosExones barajeados
Señal de terminaciónSeñal de terminación
Señal de inicioSeñal de inicio

Mutación como Fuerza EvolutivaMutación como Fuerza Evolutiva
La mutación es una fuerza evolutivaLa mutación es una fuerza evolutiva
débil. Si sólo ella actúa, el cambio en ladébil. Si sólo ella actúa, el cambio en la
información a lo largo de lasinformación a lo largo de las
generaciones es pequeño.generaciones es pequeño.

Pero la Mutación es una espléndida fuentePero la Mutación es una espléndida fuente
de variación que puede ser seleccionadade variación que puede ser seleccionada
5x105x1088
5x105x1088
5x105x1088
5x105x1066
5x105x1066
5x105x1066
Elena,Elena, et alet al (1996)(1996)
3000 transferencias3000 transferencias
mutacionesCultivo sucesivo de E. Coli
en medio mínimo
Tamañocelular
Tiempo transferencias

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