Este documento describe los diferentes tipos de mutaciones genéticas y sus efectos. Discute mutaciones puntuales como sustituciones, deleciones e inserciones, y cómo pueden afectar la codificación de proteínas. También cubre mutaciones cromosómicas como inversiones y traslocaciones. Explica que las mutaciones son la fuente primaria de variabilidad genética y cómo los sistemas de reparación de ADN controlan la tasa de mutación y afectan la evolución.

1. Evolución Orgánica. Prof. Sinatra K. Salazar
MUTACIONES GÉNICAS

2. COMPETENCIA ESPECÍFICA
ANALIZA LAS MUTACIONES COMO EVENTOS QUE ORIGINAN CAMBIOS
EN EL GENOMA, GENERAN VARIABILIDAD GENÉTICA Y ESTÁN
SUJETOS AL PROCESO EVOLUTIVO.
NUCLEO TEMATICO
a. MUTACIONES GÉNICAS. Mutaciones puntuales. Tipos y Origen
de las mutaciones puntuales. Mutaciones reversibles e
irreversibles. Recombinación intragénica.
b. CAMBIOS EN EL GENOMA. Tamaño del Genoma y ADN repetitivo.
Duplicación Génica, Familia de genes e importancia evolutiva.
Mezclado de Exones. Conversión génica. Transposiciones y retro-
transposiciones.
c. MUTACIONES CROMOSÓMICAS. Inversiones. Traslocaciones.
Cambios Robertsonianos. Poliploidia. Importancia evolutiva de los
diferentes tipos de mutaciones.
d. LAS MUTACIONES COMO FUENTE DE VARIACIÓN GENÉTICA

3. La evolución desde los organismos primitivos hasta los más
de dos millones de especies descritas en la actualidad, ha
ocurrido gracias a numerosos cambios en la cantidad y
calidad del material hereditario (ADN).
Estos cambios son las “mutaciones”, debidas a errores en el
almacenaje de la información genética y posterior
propagación
por replicación.
Las mutaciones son la “fuente primaria
de variabilidad genética”

4. UNA MUTACIÓN ES UNA ALTERACIÓN EN LA SECUENCIA DE ADN.
Puede implicar desde un pequeño evento como la alteración de un
solo par de bases nucleotídicas hasta la ganancia o pérdida de
cromosomas enteros.

5. MUTACIÓN
 La variación genética nueva es creada por cambios en el
material genético.
 La mutación es la fuente última de la variación genética.
 La mutación no es adaptativa.
 La mutación ocurre al azar.

6. La TASA DE MUTACIÓN de un gen indica su capacidad
de mutación: probabilidad de que ocurra una
mutación por entidad biológica (virus, célula,
individuo) y por generación.
En Escherichia coli es del orden de 10-8 a 10-9.
En los seres humanos y otros organismos pluricelulares la tasa
de mutación está generalmente comprendida entre 10-5 y 10-6
por locus, por generación y por gameto.
Existe considerable variación de un gen a otro y de
un organismo a otro.

7. MUTACIÓN REVERSIBLE: variación que
altera la constancia del material genético en dos
sentido, o sea, existen mutaciones opuestas que
forman un sistema de fuerzas contrarias,
pudiendo alcanzar un punto de equilibrio en un
punto que dependerá del índice de mutación y
conversión.
u
A1 A2
A1 A2
p0 q0
p0 q0 (p0 + q0 = 1)
v
u
v

8. MUTACIÓN IRREVERSIBLE: variación que altera
la constancia del material genético en un solo sentido,
transformando un alelo en otro en un tiempo que
dependerá del índice de conversión y mutación.
A1 A2
p0 q0 (p0 + q0= 1)
u

9. Mutaciones puntuales pueden tener mayor o
menor efecto sobre los organismos, dependiendo de cómo
afecten a las proteínas correspondientes.

10. MUTACIONES PUNTUALES: alteraciones
producidas por diversas causas y afectan
únicamente a un solo par de bases.
Las causas pueden ser las radiaciones
ultravioletas, altas temperaturas, radiaciones
ionizantes, compuestos químicos, y a veces son
causadas por ERRORES EN LA
REPLICACIÓN Y/O REPARACIÓN DEL
ADN.

12. TIPOS MUTACIONES PUNTUALES
Los tipos de cambios que pueden ocurrir a
nivel de un par de bases del ADN:
mutaciones puntuales. se clasifican en
1. SUBSTITUCIONES (cambio de un
par de bases por otro).
2. DELECIONES (pérdida de un par de
bases)
3. INSERCIONES (adición de un par de
bases).
Las substituciones pueden ser de dos tipos
atendiendo al tipo de base substituida en
cada hebra:
TRANSICIONES si la substitución es de
base púrica por base púrica y pirimidínica
por pirimidínica.
TRANSVERSIONES si la substitución es
de base púrica por base pirimidínica.

13. Origen de duplicaciones por deslizamiento de hebra. El deslizamiento de dos
bases de la secuencia GC repetida, en la cadena copia (deslizamiento de hebra en
dirección 3’ 5'), da lugar a la duplicación de una unidad GC.
Origen de las Mutaciones Puntuales

14. Origen de delecciones por deslizamiento de hebra. Si el deslizamiento ocurre
en la cadena molde, el resultado es la delección de una unidad GC.
Origen de las Mutaciones Puntuales

15. Las MUTACIONES PUNTUALES se clasifican en
tres grandes grupos según sus efectos en la
codificación del ARNm:
A) NO desvían el marco de lectura
Sustituciones
Mutaciones silenciosas
Mutaciones de sentido erróneo
Mutaciones sin sentido
B) Desvían el marco de lectura
Adiciones
Delecciones

16. Mutaciones Silenciosas
La sustitución NO genera cambio en la codificación
del codón.
Si en el codón CUU, que codifica para el aminoácido
Leucina, se produjese una sustitución en su tercer
base, cambiando el Uracilo por la Adenina, el
resultado de la misma nos daría el codón CUA. El
codón “mutado” también codifica a la Leucina.

17. Algunas sustituciones no tienen efecto en el polipéptido. Dos mutaciones por substitución de
un par de bases que no tienen efecto en el polipéptido. Los nuevos codones generados por las
dos mutaciones codifican los mismos aminoácidos.

18. Mutaciones de Sentido Erróneo
mutaciones que generan la sustitución de un
aminoácido por otro y que, en general, alteran la
funcionalidad de la proteína sintetizada.

19. Algunas sustituciones provocan un cambio en un aminoácido. Un ejemplo de mutación por
substitución de un par de bases (transversión) que origina un cambio en un aminoácido. Este tipo
de efecto pueden producirlo tanto las transiciones como las transversiones. En muchos casos, el
polipéptido mutante puede mantener su función normal.

20. Mutaciones sin Sentido sustituciones que
generan un codón sin sentido o codón de Stop,
ocasionando una terminación artificial del
proceso traduccional. Son las más graves de las
sustituciones.

21. Algunas sustituciones origina un cordón de terminación. Un ejemplo de mutación por
substitución de un par de bases que conduce a la aparición de un codón de terminación. Este tipo
de efecto pueden producirlo tanto las transiciones como las transversiones. En la mayor parte de
los casos, el cambio que originan estas mutaciones en el polipéptido es muy drástico y la
correspondiente proteína no suele ser funcional.

23. Daños en el ADN mostrados como
roturas en los cromosomas.
A medida que la célula envejece, la tasa de
reparaciones del ADN decrece hasta que
no puede mantener el ritmo de los daños al
ADN.
La célula pasa a uno de estos destinos:
 SENESCENCIA: estado irreversible de
inactividad.
 APOPTOSIS: suicidio celular o muerte
celular programada.
 CARCINOGÉNESIS.
Sistemas enzimáticos
para reparar los daños en el ADN

24. Sistemas enzimáticos para reparar
los daños en el ADN
Supervivencia de los
Organismos
Fallo de estos sistemas conduce
Aumento de la Tasa de Mutación

25. LA TASA DE MUTACIÓN probabilidad
de que ocurra una mutación por entidad
biológica y por generación. Capacidad de
mutación de un gen.

26. Tomas Lindahl
Paul Modrich
Aziz Sancar

28. •Las células cuentan con mecanismos complejos que vigilan
la integridad del ADN activando vías de reparación.
•La respuesta celular por daños en el ADN y su reparación
es mediada por vías de señalización, que requiere múltiples
proteínas sensoras, transductoras y efectoras, en una red de
interacción de diferentes vías de reparo .
•Los procesos de reparación del ADN reconocen,
remueven y reparan errores en la molécula, constituyendo
los principales mecanismos celulares que garantizan la
estabilidad genética y, consecuentemente, la supervivencia
de la célula.

29. LA REPARACIÓN DIRECTA es realizada por la acción de una única
enzima capaz de reparar la lesión, sin necesidad de substituir la base dañada.
La estructura original de la molécula del ADN revierte la lesión. Existen tres
mecanismos en la reparación directa: fotorreactivación,
alquiltransferencia y desmetilación oxidativa.

30. LOS SISTEMAS DE REPARACIÓN INDIRECTA son aquellos que
intervienen sobre el ADN, durante la replicación, transcripción
o sobre hebras de ADN fragmentadas.
La ADN polimerasa y algunos de los componentes moleculares del mecanismo
de replicación, llevan a cabo la supervisión de la copia recién sintetizada.
Existen tres mecanismos en la reparación indirecta:
1. Reparación por escisión de bases (Base Excision Repair)
2. Reparación por escisión de nucleótidos (Nucleotide Excision Repair)
3. Reparación por apareamiento erróneo (Mitsmach Repair).
El principio de los tres mecanismos de reparación implica: corte, empalme de la
región dañada e inserción de nuevas bases, seguido por la ligación de la cadena.

31. Reparación por escisión de bases
- BER (Base Excision Repair)
Reparación por escisión de bases: Remueve las bases dañadas o modificadas mediante la glicosilasa y
origina un sitio AP (apurínico/apirimidínico), el cual es reconocido por la AP-endonucleasa. Finalmente,
una exonucleasa degrada el sitio AP en la cadena que es sintetizado por la ADN polimerasa y sellado por la
ligasa.

32. Reparación por escisión de nucleótidos -
NER (Nucleotide Excision Repair)
Repara daños en el ADN causados
por la radiación UV, agentes
mutagénicos, quimioterapia, entre
otros. En este mecanismo de
reparación participan diferentes
proteínas, 4 en procariotas y más de
30 en mamíferos
Reparación por escisión de nucleótidos - NER: El complejo de los tres polipéptidos (UvrABC) en E. coli
actúa como endonucleasa, localizando la lesión y removiendo los nucleótidos con daño. La escisión de es
realizada por la UvrC y la UvrD helicasa libera los oligonucleótidos con daño, la ADN polimerasa I
sintetiza y la ligasa une la secuencia corregida a la cadena de ADN.

33. EL MECANISMO DE
REPARACIÓN DE ERRORES DE
APAREAMIENTO (MMR), es
responsable de remover las bases
desapareadas, causadas por daños
espontáneos, desaminación de bases,
oxidación, metilación y daños en los
procesos de replicación o
recombinación.
La importancia del MMR radica en
mantener la estabilidad genómica y
reducir las mutaciones durante la
replicación, puesto que individuos
con mutaciones relacionadas al
MMR, presentan una alta
predisposición de tumores, síndromes
y cáncer.

34. MECANISMO DE REPARACIÓN DE QUIEBRES EN DOBLE
CADENA
DSB (DOUBLE-STRAND BREAKS)
•Uno de los daños más severos al ADN, son los cortes en cadena doble (DSB),
los cuales surgen por múltiples causas, tanto endógenas como exógenas.
•Los DSB pueden inducir inestabilidad genómica por traslocaciones y pérdida
de material genético, entre otros. En eucariotas un DSB no reparado puede
provocar la inactivación de un gen esencial, lo cual es suficiente para inducir
muerte celular por apoptosis.
•Cuando este sistema falla, el corte puede persistir y provocar alteraciones
importantes en el genoma .
EXISTEN DOS VÍAS PRINCIPALES PARA LA REPARACIÓN DE DSB:
1. Recombinación homóloga
2. Recombinación de extremos no homólogos

35. La mutación y recombinación de
ADN son las principales causas
de la evolución.
La tasa de reparación
del ADN influye sobre la
tasa de evolución
Con una tasa elevada de
mutación se incrementa la
tasa de evolución.
Con un nivel elevado de
reparación de ADN, la tasa de
mutación se reduce, bajando la
velocidad evolutiva.

36. Los mecanismos para la reparación del ADN son antiguos .
a. Se desarrollaron durante el período Precámbrico no mucho
después de que los seres vivos utilizasen ácidos nucleicos
para la codificación de la información genética.
b. La cantidad de oxígeno atmosférico comenzó a
incrementarse, y más tarde, durante la explosión de las
plantas fotosintéticas, los niveles se aproximaron a los
actuales.
c. La toxicidad del oxígeno debida a la formación de radicales
libres hizo que evolucionaran mecanismos capaces de
disminuir y reparar los daños que causaban.
d. Actualmente podemos encontrar mecanismos conservados
de reparación del ADN, compartidos por especies tan
diversas como bacterias, virus, moscas, gusanos y humanos.

37. Recombinación
intragénica

38. Meiosis
Entrecruzamiento

39. “RECOMBINACIÓN GÉNICA” no
implica la aparición en la progenie de
nuevas alternativas para los
caracteres en estudio, sino nuevas
combinaciones de estos en relación a
las observadas en los progenitores.

40. Recombinación entre distintos genes
Recombinación intragénica (dentro del mismo gen)
Formas de recombinación que provoca la ceguera a los colores.
A: la pérdida de los genes
de los pigmentos visuales
B: Formación de genes híbridos de
los pigmentos que codifican
fotorreceptores, con espectros de
absorción anómalos

41. Is intragenic recombination a factor in the maintenance of genetic variation in
natural populations?
KENNETH MORGAN & CURTIS STROBECK
INTRAGENIC recombination between two different existing alleles in a population can create new alleles. The role of this process in
maintaining variation in a natural population has been investigated1 by assuming that a gene consists of two sites, each of which
can mutate to an infinite number of unique 'alleles' (the infinite allele model of Kimura and Crow2). Using this model it was shown
that if the product of the population size, N, and the mutation rate, , is 1, and the recombination rate, r, is the same order of
magnitude as the mutation rate, then intragenic recombination significantly increases the number of alleles maintained in a finite
population. Moreover, this is not equivalent to an increase in the mutation rate as the variance of homozygosity and the variance of
the number of alleles are larger. This implies that the sampling theory of neutral alleles developed by Ewens3 does not apply to the
situation where intragenic recombination is important in maintaining variation4. Application of these results to the study of intragenic
recombination in natural populations would require a large number of independent samples in order to estimate the variance of
homozygosity and the variance of the number of alleles. However, data from natural populations usually consist of the number of
alleles and their frequencies in a single sample. Therefore, for the effect of intragenic recombination to be observable, there must be
a detectable change in the distribution of the allele frequencies in a sample which contains k alleles. We present here the results of
Monte Carlo simulation which show that intragenic recombination in the equilibrium population increases the frequency of the most
common allele, increases the number of alleles which occur only once in the sample, and increases the homozygosity.

42. CONVERSIÓN GÉNICA

43. DUPLICACION
GENICA
CONVERSIÓN
GÉNICA
EVOLUCIÓN
CONCERTADA (los genes
de una familia génica no
evolucionan de forma
independiente)
SOBRECRUZAMIENT
O DESIGUAL
La duplicación de genes conduce a la generación de familias multigénicas,
generando de dos a varias copias del mismo gen. Cada copia puede adquirir
mutaciones puntuales a través del tiempo y adquirir nuevas funciones

44. 1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
1 2 2 3 4 5
Ventaja Evolutiva !!
1 2 2 3 4 5
1 2 2 2 2 3 4 5
Fijación
Este mecanismo ocurre dentro del proceso general de Recombinación
(evolución concertada).
SOBRECRUZAMIENTO DESIGUAL
1 2 3 4 4

45. Conversión Génica: proceso asociado a la
recombinación.
La conversión génica usualmente se define como la
transferencia de información genética de forma no
recíproca entre secuencias de ADN. Sin embargo, la
conversión génica puede estar asociada a eventos de
recombinación tipo crossover, así como también se
generarían eventos de conversión sin tener intercambio de
marcadores aledaños.

46. La Conversión Génica influye en la
evolución de las familias génicas,
generando diversidad y
homogeneidad.
Evolución Orgánica I 2018. Prof. Sinatra K. Salazar

48. Próxima clase:
Cambios en el
Genoma