Ejercicios: Las mutaciones

¿Qué es una mutación? Explique la diferencia entre una mutación génica (o puntual) y una mutación cromosómica, poniendo un ejemplo de cada una.

En el esquema, la secuencia A es un fragmento de ARNm normal y las secuencias B y C han sufrido una mutación. Indique qué tipo de mutación (sustitución, inserción o deleción) ha ocurrido en cada una de ellas y razone cuál provoca un corrimiento del marco de lectura y por qué.

Nombre dos agentes mutágenos, uno físico y uno químico, y explique de forma breve cómo dañan el ADN.

Clasifique las siguientes mutaciones puntuales según su efecto sobre la proteína: una sustitución que no cambia el aminoácido, una sustitución que lo cambia por otro y una sustitución que convierte un codón en uno de terminación. Indique cuál de las tres suele ser más grave y por qué.

¿Qué es una mutación cromosómica estructural? Ponga dos ejemplos de alteraciones estructurales de los cromosomas (deleción, duplicación, inversión o translocación) y explique brevemente en qué consiste una de ellas.

Las mutaciones pueden ser espontáneas o inducidas. Explique la diferencia entre ambas y ponga un ejemplo de causa de cada tipo.

¿Son todas las mutaciones perjudiciales? Razone su respuesta y ponga un ejemplo de mutación que haya resultado beneficiosa para una especie.

Explique qué es la tasa de mutación y razone por qué los seres vivos mantienen tasas de mutación bajas pero no nulas, relacionándolo con el equilibrio entre estabilidad genética y variabilidad.

Una mutación cambia el codón GAA por GAG, y ambos codones codifican el mismo aminoácido (ácido glutámico). ¿Cómo se denomina este tipo de mutación y por qué no altera la proteína resultante?

Explique la diferencia, en cuanto a sus consecuencias y a su transmisión a la descendencia, entre una mutación que se produce en una célula somática y otra que se produce en una célula germinal.

Se dice que las mutaciones son la fuente primaria de variabilidad genética. Explique qué relación existe entre las mutaciones, la evolución de las especies y la biodiversidad.

En un gen se produce la deleción de un único nucleótido dentro de la región codificante. Explique qué le ocurre al marco de lectura a partir de ese punto, por qué pueden cambiar todos los aminoácidos posteriores y razone si será más dañina una deleción de este tipo situada al principio del gen o al final.

Las células poseen sistemas de reparación del ADN que corrigen muchos de los daños que escapan a la ADN polimerasa. Explique qué ocurre cuando un daño no se repara y razone por qué las personas con xeroderma pigmentoso, que tienen defectuoso el sistema que repara los dímeros de timina causados por la luz ultravioleta, presentan un riesgo tan alto de cáncer de piel.

El síndrome de Down se debe a la presencia de una copia extra del cromosoma 21 (trisomía 21). Explique qué tipo de mutación es, cómo puede originarse por una no disyunción durante la meiosis y razone por qué las mutaciones de este tipo afectan a muchos caracteres simultáneamente.

Los retrovirus, como el VIH, copian su genoma mediante la transcriptasa inversa, una enzima sin actividad correctora. Razone por qué estos virus presentan tasas de mutación muy altas y explique qué consecuencias tiene este hecho para el tratamiento de las infecciones que causan y para el desarrollo de vacunas.

En el gen CFTR, la mutación más frecuente causante de fibrosis quística (ΔF508) consiste en la pérdida de tres nucleótidos: CTT. La secuencia de la hebra codificante de ADN entre los codones 506 y 509 es:

5'-... ATC ATC TTT GGT ...-3' (Ile506 - Ile507 - Phe508 - Gly509).

Tras la deleción de los tres nucleótidos centrales CTT (la última base de ATC 507 y las dos primeras de TTT 508), la secuencia resultante queda: 5'-... ATC ATT GGT ...-3'.

1. a) Sabiendo que tanto ATC como ATT codifican isoleucina, justifique por qué esta mutación no altera la pauta de lectura posterior y cuál es la única alteración que sufre la estructura primaria de la proteína CFTR.
2. b) En otro paciente se detecta la deleción de un solo nucleótido en esa misma región (la pérdida de la 'C' en el triplete 507). Razone qué consecuencias tendrá esta mutación sobre la pauta de lectura, sobre la secuencia de aminoácidos aguas abajo y sobre la probabilidad de que la proteína resulte truncada.
3. c) Existen fármacos en desarrollo ('correctores') que logran que la proteína CFTR llegue a la membrana celular si conserva su tamaño completo, aunque carezca de un aminoácido. Prediga razonadamente cuál de los dos pacientes podría beneficiarse de esta terapia y por qué en el otro resultará totalmente ineficaz.

En una región donde la malaria es endémica, la frecuencia del alelo mutante $Hb^S$ (responsable de la anemia falciforme en homocigosis) se mantiene estable en torno a 0,12 debido a la ventaja selectiva que confiere a los heterocigotos frente a la infección por Plasmodium.

1. a) Tras una campaña sanitaria intensiva, se logra erradicar por completo la malaria en dicha región. Prediga razonadamente cómo evolucionará la frecuencia del alelo $Hb^S$ a lo largo de las siguientes generaciones.
2. b) Justifique por qué el alelo $Hb^S$ no desaparecerá de forma inmediata de la población a pesar de ser letal o gravemente perjudicial en homocigosis.
3. c) Una persona afirma: «Al haber desaparecido la malaria, la mutación $Hb^S$ ha dejado de existir en la población». Rebata esta afirmación distinguiendo con claridad entre el origen de una mutación y su valor adaptativo en función del ambiente.

Para estudiar el origen de la resistencia a antibióticos, se diseñó un experimento inspirado en el de fluctuación de Luria y Delbrück: se inocularon 20 tubos independientes con un número idéntico y muy bajo de bacterias sensibles a la ampicilina, permitiendo su crecimiento hasta saturación. Simultáneamente, se cultivó un matraz grande con un volumen equivalente al de los 20 tubos juntos. A continuación, se sembraron alícuotas iguales en placas con ampicilina:

• Las muestras procedentes del matraz grande produjeron un número de colonias resistentes muy similar entre sí (media de 24 colonias, con varianza muy baja).

• Las muestras de los 20 tubos independientes mostraron una enorme fluctuación: la mayoría de los tubos dieron 0 o 1 colonia resistente, mientras que unos pocos dieron más de 300 colonias.

1. a) Interprete estos resultados: ¿demuestran que la resistencia es inducida por el contacto con el antibiótico o que se debe a mutaciones espontáneas preexistentes? Justifique su respuesta explicando la causa de la gran varianza entre los tubos independientes.
2. b) Prediga qué resultado se habría observado en las placas de los 20 tubos si la presencia del antibiótico fuera el estímulo directo que provoca la mutación en una pequeña fracción constante de bacterias.

En el gen de una enzima metabólica esencial, se analizan dos mutantes independientes que presentan alteraciones en el codón número 45, cuyo triplete original en el ARNm es GGU (glicina):

• Mutante 1: presenta el codón AGU (serina).

• Mutante 2: presenta el codón UGU (cisteína).

1. a) Si el residuo 45 se encuentra en la superficie de la enzima, expuesto al medio acuoso y lejos del centro catalítico, prediga razonadamente cuál de las dos sustituciones tendrá menor probabilidad de alterar la conformación activa de la proteína.
2. b) Se comprueba que, al oxidar levemente el medio, el mutante 2 forma agregados moleculares gigantes e inactivos formados por dímeros covalentes de la enzima, fenómeno ausente en el tipo silvestre y en el mutante 1. Justifique a nivel químico este comportamiento.
3. c) Si una tercera cepa mutante presenta en ese mismo codón el triplete GGA, ¿qué consecuencia fenotípica tendrá sobre la actividad enzimática? Justifique su respuesta indicando la propiedad del código genético que explica este hecho.

En un ensayo de evolución experimental en laboratorio, se someten dos poblaciones bacterianas (cepa estándar con tasa de mutación normal y cepa mutadora con una tasa de mutación 150 veces superior por defecto en la reparación del ADN) a dosis letales crecientes de un nuevo fármaco tóxico.

1. a) Durante los primeros ciclos de exposición, la cepa mutadora genera clones viables resistentes con una rapidez significativamente mayor que la cepa estándar. Interprete este resultado en términos de variabilidad genética y selección natural.
2. b) Tras mil generaciones en un medio óptimo y constante, sin presencia de ningún tóxico, la cepa mutadora experimenta un marcado descenso en su eficacia biológica (fitness) y un declive poblacional frente a la cepa estándar. Justifique este declive basándose en la naturaleza de la mayoría de las mutaciones y el concepto de carga mutacional.
3. c) A partir de los resultados anteriores, formule una hipótesis que explique por qué la selección natural ha favorecido tasas de mutación muy reducidas, pero no estrictamente iguales a cero, en los seres vivos.