El documento resume los diferentes tipos de agentes mutagénicos, incluyendo agentes físicos como la radiación ionizante y no ionizante, agentes químicos como análogos de bases, agentes intercalantes y agentes que reaccionan con el ADN, y agentes biológicos como virus. Explica cómo cada uno puede causar mutaciones en el ADN que conducen a enfermedades y variabilidad genética.

1. Mutaciones: Agentes Físicos, Químicos y Biológicos Realizado por: Pablo Fernández Galindo 4º A

2. Índice. Agentes Físicos: Efectos de la radiación ionizante y no ionizante. Agentes Químicos: Análogo de bases, agentes intercalantes y agentes que reaccionan con el ADN. Agentes Biológicos. Efectos de las mutaciones. Enfermedades. Conclusión.

3. Definición. La mutación se refiere a cualquier cambio del material genético de las células, no debido a fenómenos de recombinación o segregación, que se transmite a las células hijas y generaciones sucesivas dando lugar a células e individuos mutantes. La mutación es la fuente primaria de variabilidad genética y como tal es indispensable para que se produzca el fenómeno evolutivo. La información genética consiste de las cuatro bases nitrogenadas que componen el ADN (adenina, timina, citosina, guanina), y la ordenación de estas bases en la estructura de doble hélice del ADN.

4. Tipos de mutaciones. Mutaciones Físicas. Mutaciones Químicas. Mutaciones Biológicas.

5. Mutaciones físicas. Radiación. La radiación es un proceso físico mediante el cual la energía viaja por el espacio. Hay 2 formas principales de esta energía: Electromagnética : se describe como ondas de energía eléctrica. Por ejemplo: rayos gamma, rayos X, radiación ultravioleta. Corpuscular : está formado por partículas atómicas y subatómicas que se mueven a grandes velocidades y provocan daños cuando chocan con otras partículas incluyendo las moléculas biológicas. Por ejemplo: partículas alfa y partículas beta. Ambos se conocen como radicaciones ionizantes, porque producen iones capaces de reaccionar física y químicamente al ponerse en contacto con las moléculas biológicas. Pero no todos las formas mutagénicas de la radiación producen iones. La luz ultravioleta es un potente mutágeno con menos energía que la radiación ionizante. Las longitudes de ondas con baja frecuencia tienen poca energía mientras que las longitudes de ondas de alta frecuencia tienen mucha energía.

6. Distinguimos entre: Radiaciones ionizantes : Son radiaciones con pequeña longitud de onda y son por tanto más energéticas lo que conlleva que sean más <<penetrantes>> Es el principal mecanismo por el que la radiaciones interaccionan con la materia orgánica (y por lo tanto con el ADN) En el proceso de penetración esta radiación de alta energía produce iones porque al chocar con los átomos hace que éstos liberen electrones y estos electrones a su vez chocan con otros átomos liberándose nuevos electrones .El cambio del número de electrones transforma un átomo en un estado reactivo iónico. Se ha sugerido que la irradiación, en lugar de roturas físicas únicas, ocasiona “lesiones” cromosómicas que luego estimulan intercambios entre partes del mismo cromosoma o de diferentes cromosomas, dando lugar, a su vez, a delaciones, translocaciones y otras aberraciones cromosómicas. Así pues, las cromátidas de un cromosoma irradiado pueden solaparse en un punto donde coinciden dos lesiones, dando lugar a intercambios completos o incompletos. Si el intercambio es completo, no se observa un daño morfológico aparente ya que hay una transferencia simétrica de material cromosómico entre las cromátidas hermanas. Tales intercambios pueden detectarse mediante técnicas de tinción diferencial. Los intercambios incompletos dan lugar a la pérdida de material en una o en las dos cromátidas. De igual manera, los intercambios inducidos por rayos X pueden dar lugar a inversiones o a translocaciones, aunque en este último caso debería ocurrir entre cromátidas no homólogas. La radiación puede producir aneuploidía por pérdida de cromosomas.

7. Radiación no ionizante. Un ejemplo es la radiación ultravioleta que puede dar lugar también a aberraciones cromosómicas, su efecto es considerablemente más suave que el de los rayos X debido a que son mucho menos penetrantes y no dan lugar a una trayectoria de iones y por consiguiente ha sido utilizada principalmente para estudiar mutaciones puntuales. Teniendo una longitud de onda demasiado larga como para producir iones, la radiación UV parece actuar afectando tan solo a aquellos compuestos que la absorben directamente. En la célula, la absorción directa de los rayos UV está principalmente confinada a compuestos orgánicos con estructuras en forma de anillo, tales como los nucleótidos,siendo citosina y timina las bases que absorben especialmente las longitudes de onda UV .El mecanismo por el que se produce la mutación es el siguiente:la radiación UV provoca la inserción de una molécula de agua en el doble enlace C-C.También se rompen los dobles enlaces de timina por lo que las bases de timina pueden conectarse para formar un dímero. Esta íntima relación entre la radiación UV y los componentes del DNA también aparece al comparar el espectro de absorción de la radiación UV del DNA y las tasas de mutación ocasionadas por las longitudes de onda UV. Estudios in vitro indican que la formación de dímeros de timina puede ser el principal efecto mutagénico producido por los rayos UV. Tales dímeros distorsionan la hélice de DNA e impiden su replicación, como resultado la célula no se divide y puede morir. También es posible una acción indirecta de la radiación UV porque puede actuar sobre varios precursores del DNA y sobre enzimas que a su vez afectan la mutación. Este proceso puede evitarse por fotorreactivación, es decir, exponiendo las células aradiaciones con longitudes de onda del espectro azul.

8. Mutaciones químicas. La mutagénesis química se descubrió en 1942 cuando Carlota Averbach y J. M. Robson descubrieron que la mostaza nitrogenada (un ingrediente de los gases asfixiantes que se han utilizado en las guerras) producía mutaciones. Al final de la Segunda Guerra Mundial se conocían de 30 a 40 compuestos mutagénicos. Actualmente hay más de 6 millones de sustancias químicas de ese tipo, de los que 500.000 se utilizan en los procesos de fabricación. En 1977 se creó la International Commission for Protection against Environmental Mutagens and Carcinogens que se dedica a la elaboración de normas de evaluación y de reglamentos sobre el uso y distribución de los agentes químicos mutágenos. Se pueden clasificar según su modo de acción en:

9. Análogos de bases. Estos análogos de bases o tautómeros tienen similitud estructural con las bases nitrogenadas que se incorporan en el ADN que se replica en lugar de las bases correspondientes timina y adenina. Cuando uno de estos análogos de bases se introducen en el ADN, la replicación ocurre normalmente aunque se pueden producir errores de lectura que resultan en la incorporación de bases erróneas en la copia de ADN. La estructura normal empareja con la adenina; sin embargo ,el 5-BU puede cambiar con frecuencia a la forma Ecol. o a una forma ionizada que empareja con la guanina. Ésta en otra replicación se apareará con su correspondiente citosina. Agentes intercalantes. Son moléculas planas que se insertan entre dos pares de bases del ADN, separándolas entre sí. Durante la replicación, esta conformación anormal puede conducir a inserciones o deleciones en el ADN, originando mutaciones por corrimiento de lectura. Una de las sustancias más características de este grupo es la acridina. Los colorantes de acridina actúan insertándose ellos mismos entre dos bases púricas vecinas de un sólo filamento del DNA.

10. Agentes que reaccionan con el ADN. Son moléculas que reaccionan directamente con el ADN, el cual no está replicándose, ocasionando cambios químicos en las bases lo que provoca apareamientos incorrectos. Se llama transición si se pasa de una base púrica a otra forma de apareamiento de otra base púrica o de una pirimidina en otra pirimidina; se denomina transversión si una purina se convierte en una pirimidina. Estos agentes son el ácido nitroso, la hidroxilamina, agentes alquilantes y otros. Los agentes alquilantes, junto con la luz ultravioleta son los agentes mutagénicos más potentes. Los compuestos más conocidos son el etil metano sulfonato, metil metano sulfonato, dietil sulfato ,etiletanosulfonato, mostaza nitrogenada, etc. Etil metano sulfonato introduce un metilo en la guanina. El ácido nitroso elimina el grupo amino de adenina y citosina, convirtiendo estas bases en hipoxantina y uracilo, respectivamente. Hidroxilamina añade un grupo hidroxilo al grupo amino de la citosina, haciendo que la base sufra un cambio tautomérico. Etiletanosulfonato y mostaza nitrogenada pueden producir mutaciones por adición de grupos metilo o etilo a la guanina, haciendo que se comporte como un análogo de base de la adenina y dando lugar a errores de apareamiento. La aflatoxina B1 es un carcinógeno poderoso que se une a la posición N7 de la guanina. La formación de este producto da lugar a la rotura del enlace entre la base y el azúcar, liberándose la base y el azúcar, generando un sitio apurínico.

12. Mutaciones biológicas. Las posibles fuentes de mutágenos biológicos pueden ser todos los preparados de naturaleza biológica utilizados en medicina profiláctica o terapéutica tales como vacunas, antitoxinas ,sangre, suero y antígenos .Los mutágenos biológicos potenciales pueden ser microorganismos, especialmente virus, y algunos agentes químicos .En el caso de los virus se ha demostrado que pueden producir anomalías cromosómicas ,desde la simle rotura a la pulverización de los cromosomas, por ello la vacunación con virus vivos puede imlicar un riesgo potencial .La contaminación viral como consecuencia de las transfusiones, como es el caso de la hepatitis produce roturas cromosómicas tanto en la sangre como en la médula ósea de pacientes afectados de hepatitis. Las moléculas de ADN recombinante tienen un riesgo potencial debido principalmente a que dado que muchos tipos de ADN de células animales contienen secuencias comunes a virus tumorales, el añadir ADN de origen animal a estos nuevos sistemas de replicación o clonado del ADN podría significar la proliferación incontrolada de una información genética cancerígena.

13. Efectos de las mutaciones. Los cambios en un la secuencia de un ácido nucleico debidos a una mutación contempla la sustitución de nucleótidos pares-base e inserciones u omisiones de uno o más nucleótidos dentro de la secuencia de ADN. Aunque muchas de estas mutaciones sean mortales o causen una enfermedad grave, algunas solo tienen efectos secundarios, como los cambios que ocasionan en la sucesión de proteínas codificadas sin significancia alguna. Muchas mutaciones no causan ningún efecto visible, ya sea porque ocurren en los intrones o porque ellos no cambian la sucesión de aminoácidos debido a la redundancia de codones.

14. Enfermedades. Enanismo acondroplásico: en este caso la mutación afecta el gen de un receptor de factor de crecimiento y está ubicado en un cromosoma autosómico. Es dominante, es decir uno de los progenitores debería estar afectado con la enfermedad y el riesgo de transmisión a la descendencia es del 50%. Fibrosis quística: esta enfermedad es causada por un gen localizado en el cromosoma 7 y provoca mal funcionamiento de todo el sistema exocrino. Síndrome de fragilidad del cromosoma X. Esta anomalía provoca un importante retraso mental y se genera por un número mayor de repeticiones de un triplete de nucleótidos, originando una zona de inestabilidad en el cromosoma, que tiende a romperse. Esta es un enfermedad ligada al sexo ya que el cromosoma X es un cromosoma sexual. En los varones se hereda solo de la madre y en las mujeres se hereda un cromosoma de cada progenitor. Hemofilia: Esta enfermedad está ligada al cromosoma X y puede afectar a ambos sexos (pero es menos probable que afecte a una mujer, ya que para que esto ocurra debe tener una madre portadora y un padre enfermo).

15. Xeroderma pigmentosum: variedad de procesos hereditarios que se caracteriza por gran sensibilidad a la luz solar, los pacientes tienen pigmentaciones cutáneas y formación de cánceres cutáneos. Los individuos afectados por este proceso no son capaces de reparar normalmente los daños causados al ADN por la luz ultravioleta. Síndrome de Cockayne: proceso autosómico rara caracterizado por sensibilidad a la luz, retraso mental y muerte temprana. Anemia de Fanconi: proceso autosómico rara caracterizado por disminución de las células sanguíneas circulantes y anomalías cromosómicas. Los individuos son sensibles a los rayos X y a otras radiaciones ionizantes. La reparación del ADN es defectuosa. Síndrome de Bloom: proceso autosómica recesivo caracterizado por enanismo, deterioro de la inmunidad y sensibilidad a la luz solar. La fragilidad y translocación de los cromosomas indican una reparación defectuosa del ADN.

16. Conclusión. 1. Alejarse los más posible de lugares donde aparecen los símbolos:(emisión de radiación ionizante). = 2. Evitar exposición reiterada al Sol (emisión de radiación UV) 3. Evitar plantas químicas (emisión de residuos tóxicos al medio ambiente) 4. Evitar el cigarro y lugares con contaminación por combustión incompleta de hidrocarburos.