Ejercicios: Las mutaciones

Explique qué es una mutación y cuándo suelen aparecer (errores al copiar el ADN o acción de agentes externos).

Distinga entre una mutación que ocurre en una célula somática (por ejemplo, de la piel) y otra que ocurre en una célula germinal: ¿cuál de ellas puede transmitirse a la descendencia?

Cite tres agentes mutágenos, físicos o químicos, y explique brevemente cómo actúan sobre el ADN.

Distinga los términos mutación y mutágeno, y ponga un ejemplo de cada uno.

Las mutaciones pueden ser perjudiciales, neutras o beneficiosas. Explique qué significa cada caso y ponga un ejemplo de una mutación beneficiosa desde el punto de vista del organismo que la sufre.

Las mutaciones génicas pueden ser sustituciones (cambiar una base por otra), inserciones (añadir una base) o deleciones (perder una base). Ilustre los tres tipos cambiando la palabra PALO y explique cada uno.

Además de las mutaciones que cambian una base, hay mutaciones cromosómicas que afectan a trozos de cromosoma o a cromosomas enteros. Explique la diferencia usando el símil de un libro: cambiar una letra frente a perder o duplicar una página.

El síndrome de Down se debe a la presencia de tres copias del cromosoma 21 en lugar de dos (trisomía 21). Explique por qué no es una mutación de un gen concreto, sino un cambio en el número de cromosomas, y en qué momento de la formación de los gametos puede originarse.

La mayoría de las mutaciones no tienen consecuencias. Explique dos razones por las que muchas mutaciones pasan desapercibidas (sistemas de reparación del ADN y características del código genético).

Explique qué relación existe entre la acumulación de mutaciones en genes que controlan el ciclo celular y la aparición del cáncer.

Se dice que las mutaciones son «la materia prima de la evolución». Razone por qué sin mutaciones no existiría variabilidad genética nueva sobre la que actuar.

Razone por qué insertar o perder una base suele ser más grave para la proteína que cambiar una base por otra, usando la frase de palabras de tres letras «EVA VIO UNA OCA» como modelo del marco de lectura de los codones.

En una población de bacterias, las mutaciones se hacen notar mucho más rápido que en una población de elefantes. Relaciónelo con su reproducción asexual muy rápida (una bacteria puede dividirse cada $20$ minutos) y con el enorme número de individuos.

El tabaco, la radiación ultravioleta y algunos virus aumentan el riesgo de padecer cáncer, pero no todas las personas expuestas enferman. Explique por qué el cáncer se considera una enfermedad multifactorial en la que intervienen las mutaciones acumuladas, el azar y la predisposición genética de cada persona.

Un niño presenta una mutación dominante que ninguno de sus padres tiene. Explique cómo es posible que aparezca «de nuevo» (mutación de novo) si la mutación ocurrió en el óvulo o en el espermatozoide que dieron lugar a ese niño, y si podrá transmitirla a sus hijos.

El virus de la gripe cambia un poco cada año. Relacione ese cambio con su alta tasa de mutación al copiar su material genético y explique por qué la vacuna de la gripe hay que actualizarla cada temporada, mientras que otras vacunas duran años.

Un paciente al que se le ha extirpado con éxito un melanoma en la espalda plantea dos dudas en la consulta médica:

1. «Me preocupa haberle transmitido esta mutación a mi hijo recién nacido».

2. «Como ya me quitaron el tumor y mi piel está morena y curtida, ahora soy inmune y ya no necesito ponerme protector solar».

Rebata de forma fundamentada ambas afirmaciones:

1. a) Justifique por qué su hijo no heredará este melanoma, diferenciando entre mutaciones en células somáticas y en células germinales.
2. b) Explique por qué es biológicamente falso que la piel se «inmunice» frente al cáncer, detallando la relación entre radiación ultravioleta acumulada, mutaciones en protooncogenes o genes supresores de tumores y el descontrol del ciclo celular.

Observe el esquema que ilustra el cambio genético y celular en la anemia falciforme. Imagine que en un tamizaje genético se identifican dos personas con mutaciones en ese mismo codón (GAA):

• Persona A: sufre una mutación puntual silenciosa en la que GAA pasa a GAG (que también codifica ácido glutámico).

• Persona B: sufre la deleción de la primera base (se pierde la G), alterando el marco de lectura.

1. a) Prediga razonadamente el fenotipo de la persona A a nivel celular, explicando qué característica del código genético evita que desarrolle anemia falciforme.
2. b) Compare el impacto celular y funcional esperable en la persona B frente al caso de anemia falciforme mostrado en el esquema. Justifique por qué una deleción de un único nucleótido suele ser biológicamente más destructiva para la proteína que la sustitución puntual representada.

Un paciente con amigdalitis bacteriana suspende el tratamiento con antibiótico al tercer día de los siete prescritos porque ya no tiene fiebre ni molestias. Su justificación es: «Si sigo tomando antibiótico, las bacterias aprenderán a combatirlo y mutarán para hacerse resistentes; es mejor dejarlo ya para no forzarlas a mutar».

1. a) Identifique el error conceptual de su planteamiento y rebata su afirmación, distinguiendo claramente entre el origen aleatorio y preexistente de las mutaciones y el papel selector del antibiótico.
2. b) Prediga qué ocurrirá en la población bacteriana residual de su garganta si suspende el tratamiento a medias, y razone por qué este mal uso contribuye a la proliferación de cepas multirresistentes.

En un laboratorio se analizan dos variantes mutantes de un gen que codifica una enzima esencial de 320 aminoácidos. En el ARNm, la secuencia normal que codifica los aminoácidos 10, 11 y 12 es 5'-AUG GCU UUA-3' (metionina-alanina-leucina):

• Variante 1: sufre la deleción de un único nucleótido (la C del codón GCU).

• Variante 2: sufre la deleción del triplete GCU completo (se pierden tres nucleótidos a la vez).

1. a) Sabiendo que en la Variante 1 el nuevo codón que se forma al unirse los nucleótidos contiguos es GUU (valina), explique qué significa que se ha alterado la pauta de lectura (frameshift) y cómo afectará esto a la secuencia de aminoácidos desde ese punto hasta el final de la proteína.
2. b) Justifique cuál de las dos variantes tiene mayor probabilidad de conservar parte de la actividad funcional de la enzima y cuál dará lugar casi con total seguridad a una proteína afuncional o truncada prematuramente.

Analice la siguiente aparente contradicción médica y evolutiva:

1. Durante la Revolución Industrial, los hijos de familias inmigrantes de piel oscura que vivían en ciudades brumosas del norte de Europa padecieron altos índices de raquitismo (deformidades óseas por déficit grave de síntesis de vitamina D).

2. En la actualidad, las poblaciones de ascendencia británica (piel muy clara) que habitan en Australia presentan una de las mayores incidencias de melanoma y de degradación de folato en sangre por exceso de radiación ultravioleta.

1. a) A partir de estos datos, rebata la idea popular de que «una mutación es por sí misma intrínsecamente beneficiosa o perjudicial para una especie».
2. b) Diseñe una hipótesis evolutiva que explique por qué las mutaciones que redujeron la síntesis de melanina fueron seleccionadas favorablemente cuando los grupos humanos colonizaron latitudes altas, analizando el compromiso biológico entre la protección contra la radiación UV y la producción de vitamina D.

Reto del tema. Imagine que trabaja para una agencia de bioseguridad alimentaria y debe realizar una evaluación preliminar de una muestra vegetal doméstica. Resolverá este caso mediante un breve informe bioforense organizado en cuatro fases:

1. Extracción y medición: Extraiga el ADN de $100\text{ g}$ de tomate o banano empleando sal, lavaplatos y alcohol muy frío al $96\,\%$. Mida con una regla milimetrada la altura de la interfase mucosa precipitada (anotando su valor, ej. $0,6\text{ cm}$) y explique la función físico-química de cada reactivo.

2. Expresión génica: A partir de la secuencia molde $3'\text{-TAC\,TTC\,AAA\,ACT-}5'$, escriba la molécula de ARNm complementaria y deduzca la secuencia peptídica correspondiente usando el código genético, detallando dos diferencias estructurales entre ADN y ARN.

3. Mutación en bases de datos: Modifique la secuencia molde anterior sustituyendo su cuarta base, contando desde el extremo $3'$, por una adenina. Consulte el portal científico oficial NCBI (Gene database) para buscar un ejemplo de mutación puntual y clasifique la mutación simulada según su efecto en la proteína resultante.

4. Dictamen bioforense: Redacte una propuesta razonada que distinga lo que indica el rendimiento del extracto (cantidad aproximada de material recuperado, que depende sobre todo del tejido y del procedimiento) de las consecuencias fenotípicas que provocan las mutaciones en los cultivos, e indique qué análisis (comparación de secuencias o marcadores con una muestra de referencia) harían falta para verificar la autenticidad y estabilidad genética.

Se valorará:

• Rigor en el procedimiento experimental casero y obtención precisa del dato métrico.

• Exactitud al modelar la transcripción, traducción y tipología de la mutación.

• Argumentación científica coherente que integre estructura molecular, expresión y fenotipo.