Volver a la portadaBiología · 1.° de Bachillerato General Unificado · Cambiar asignatura
Empezar gratis
1° BGU · Biología
Genética y herencia · La herencia biológica

Alteraciones génicas, cromosómicas y genómicas

En Quito, a 2.850 msnm, el sol quema la piel en pocos minutos aunque el día esté fresco. Los docentes insisten en el bloqueador solar porque la radiación ultravioleta puede dañar el ADN de las células de la piel. ¿Qué le pasa exactamente al ADN? ¿Todo daño es igual de grave? ¿Y por qué algunos cambios se heredan y otros no? Al final de la página lo respondemos.

Qué es una mutación

El ADN se copia miles de millones de veces durante la vida de un organismo, y a veces la copia sale con un error. También puede dañarse por fuera, por ejemplo con radiación. Un cambio de este tipo se llama mutación.

Lo que provoca una mutación es un agente mutágeno. Hay dos grandes familias:

  • Físicos: radiación ultravioleta (UV), rayos X, rayos gamma y radiación de materiales radiactivos.

  • Químicos: humo del cigarrillo, algunos plaguicidas, el benceno, las aflatoxinas de los hongos que crecen en granos mal almacenados y los colorantes industriales.

Además, los errores espontáneos al copiar el ADN también producen mutaciones, sin agente externo.

Esquema: un agente mutágeno cambia el ADN de una célula y el cambio se transmite si afecta a células reproductoras Agente mutágeno UV, rayos X, químicos Cambio en el ADN mutación Se copia al dividirse la célula Si ocurre en células sexuales, puede pasar a los hijos

Células somáticas y germinales

Si la mutación ocurre en una célula de la piel (célula somática), afecta solo a esa persona y a las células que salgan de esa célula. No pasa a sus hijos. Si ocurre en un óvulo, un espermatozoide o las células que los forman (células germinales), puede heredarse.

¿Toda mutación es mala?

No. Hay tres posibilidades:

  • Perjudicial: la proteína resultante no funciona (por ejemplo, la anemia falciforme).

  • Neutra: no cambia nada apreciable, porque cae en una zona sin función o no cambia la proteína.

  • Beneficiosa: da una ventaja en un ambiente concreto.

Las mutaciones son la materia prima de la evolución: sin ellas no habría variación sobre la cual actúe la selección natural, como en los pinzones de Galápagos.

Practica★☆☆Sin empezar
Define qué es una mutación y menciona dos agentes mutágenos, uno físico y uno químico. Indica además si toda mutación es perjudicial y justifica brevemente.

Define qué es una mutación y menciona dos agentes mutágenos, uno físico y uno químico. Indica además si toda mutación es perjudicial y justifica brevemente.

Resolver

Alteraciones génicas

Las alteraciones génicas (o mutaciones puntuales) cambian la secuencia de nucleótidos de un solo gen. Para ver su efecto necesitas recordar cómo un gen se convierte en proteína: el ADN se transcribe a ARN mensajero (ARNm) y este se traduce a aminoácidos, leyendo de tres en tres bases (codones).

De la hebra molde al ARNm

La enzima que transcribe lee la hebra molde del ADN en sentido $3' \to 5'$ y construye el ARNm en sentido $5' \to 3'$, con bases complementarias: A–U, T–A, G–C y C–G. En el ARN no hay timina (T), hay uracilo (U).

El código genético

Cada codón del ARNm corresponde a un aminoácido (hay 64 codones para 20 aminoácidos). Por eso el código es redundante: varios codones dan el mismo aminoácido. AUG es el codón de inicio (metionina) y UAA, UAG y UGA son codones de parada.

Aminoácido Codones del ARNm
Metionina (Met), inicio AUG
Fenilalanina (Phe) UUU, UUC
Leucina (Leu) UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG
Isoleucina (Ile) AUU, AUC, AUA
Valina (Val) GUU, GUC, GUA, GUG
Serina (Ser) UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
Prolina (Pro) CCU, CCC, CCA, CCG
Treonina (Thr) ACU, ACC, ACA, ACG
Alanina (Ala) GCU, GCC, GCA, GCG
Tirosina (Tyr) UAU, UAC
Histidina (His) CAU, CAC
Glutamina (Gln) CAA, CAG
Asparagina (Asn) AAU, AAC
Lisina (Lys) AAA, AAG
Ácido aspártico (Asp) GAU, GAC
Ácido glutámico (Glu) GAA, GAG
Cisteína (Cys) UGU, UGC
Triptófano (Trp) UGG
Arginina (Arg) CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG
Glicina (Gly) GGU, GGC, GGA, GGG
Parada (stop) UAA, UAG, UGA

Tipos de mutación génica

Según lo que le pasa a la base:

  • Sustitución: una base se cambia por otra.

  • Inserción: se añade un nucleótido.

  • Deleción: se pierde un nucleótido.

Según su efecto en la proteína:

Efecto Qué ocurre Consecuencia
Silenciosa El codón cambia, pero sigue codificando el mismo aminoácido La proteína no cambia
Cambio de sentido El codón pasa a codificar otro aminoácido Un aminoácido distinto; el efecto va de nulo a grave
Sin sentido El codón pasa a ser de parada Proteína más corta, casi siempre inservible
Desplazamiento del marco Inserción o deleción de 1 o 2 nucleótidos Se lee distinto todo lo que viene después

La silenciosa existe gracias a la redundancia del código: GGU y GGC son ambos glicina, así que cambiar la última base no altera nada.

Practica★★☆Sin empezar
Un fragmento de la hebra molde de un gen tiene la secuencia de ADN: $3'$-TAC GGT ACA-$5'$. Por una mutación, la segunda base del segundo triplete (G) se cambia por A. a)…

Un fragmento de la hebra molde de un gen tiene la secuencia de ADN: $3'$-TAC GGT ACA-$5'$. Por una mutación, la segunda base del segundo triplete (G) se cambia por A.

  1. a) Escribe el ARN mensajero que se obtiene antes y después de la mutación.
  2. b) Explica qué tipo de mutación génica es, según su efecto sobre la secuencia de aminoácidos, y por qué podría no cambiar la proteína.
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
La secuencia de nucleótidos de un fragmento de ADN es ATG CCA GTT AAC. Compara estos dos casos: i) se pierde la primera C del segundo triplete; ii) se sustituye la A del…

La secuencia de nucleótidos de un fragmento de ADN es ATG CCA GTT AAC. Compara estos dos casos:

  1. i) se pierde la primera C del segundo triplete;

ii) se sustituye la A del último triplete por G.

Para cada caso, escribe la nueva secuencia, indica el tipo de mutación y explica cuál tendría mayor efecto sobre la proteína y por qué.

Resolver

Alteraciones cromosómicas estructurales

A veces el cambio no es de una base sino de un trozo grande de un cromosoma, que puede contener muchos genes. Son las alteraciones cromosómicas: cambian la estructura de un cromosoma, no el número total. Suelen aparecer cuando los cromosomas se rompen (por radiación, por ejemplo) y se vuelven a unir mal.

Cuatro alteraciones cromosómicas estructurales representadas con segmentos de letras: deleción, duplicación, inversión y translocación Normal Deleción Duplicación Inversión Translocación ABCDE ABDE ABCBCDE ADCBE ABC VWXDE

Las letras representan segmentos con genes. Fíjate en qué cambia en cada fila:

Alteración Qué ocurre En la figura
Deleción Se pierde un segmento Falta C
Duplicación Un segmento se repite B y C aparecen dos veces
Inversión Un segmento gira 180° y se reinserta B–C–D queda como D–C–B
Translocación Un segmento pasa a otro cromosoma no homólogo D–E se cambia al cromosoma V–W–X
Practica★☆☆Sin empezar
Une cada tipo de alteración cromosómica estructural con su descripción: deleción, duplicación, inversión, translocación. 1) Un segmento se repite. 2) Un segmento se…

Une cada tipo de alteración cromosómica estructural con su descripción: deleción, duplicación, inversión, translocación.

1) Un segmento se repite.

2) Un segmento se pierde.

3) Un segmento gira 180° y se reinserta.

4) Un segmento se transfiere a otro cromosoma no homólogo.

Resolver

Alteraciones genómicas

Las alteraciones genómicas cambian el número de cromosomas. No se rompe ningún cromosoma: lo que cambia es cuántos hay. Una persona tiene 46 cromosomas en sus células somáticas ($2n = 46$): 23 pares, y en cada par un cromosoma viene de la madre y otro del padre.

Aneuploidías: sobra o falta un cromosoma

  • Trisomía: hay tres copias de un cromosoma en lugar de dos. La trisomía 21 (síndrome de Down) da 47 cromosomas.

  • Monosomía: solo hay una copia. El síndrome de Turner (45, X) es una monosomía del cromosoma sexual: falta un X.

  • Otro ejemplo es el síndrome de Klinefelter (47, XXY).

Poliploidías: juegos completos de más

Un organismo poliploide tiene tres, cuatro o más juegos completos de cromosomas ($3n$, $4n$…). En animales es casi siempre letal, pero en plantas es frecuente. Los bananos que se exportan desde la Costa ecuatoriana son triploides ($3n$) y por eso no forman semillas: se multiplican por hijuelos, no por semillas.

¿Cómo se originan?

La causa más común es la no disyunción en la meiosis: un par de cromosomas homólogos (o las cromátides hermanas) no se separa, y los dos van al mismo gameto. Resultan gametos con un cromosoma de más ($n+1$) o de menos ($n-1$). Si uno de ellos se une a un gameto normal ($n$), el cigoto es trisómico o monosómico.

No disyunción en la meiosis: un par de cromosomas no se separa y origina dos gametos con dos copias y dos sin ninguna copia Célula con el par 21 (2 copias) El par no se separa 22 00 n + 1 n − 1

Los números dentro de los gametos indican cuántos cromosomas 21 recibe cada uno. Al unirse con un gameto normal (1 copia): $2 + 1 = 3$ copias (trisomía 21) o $0 + 1 = 1$ copia (monosomía).

Practica★★☆Sin empezar
Una persona tiene 47 cromosomas en sus células somáticas, con tres cromosomas 21. Otra persona tiene 45 cromosomas, con un solo cromosoma X y ningún otro sexual…

Una persona tiene 47 cromosomas en sus células somáticas, con tres cromosomas 21. Otra persona tiene 45 cromosomas, con un solo cromosoma X y ningún otro sexual (síndrome de Turner).

  1. a) Indica el nombre de cada tipo de alteración y por qué se clasifica como genómica.
  2. b) Explica qué error en la meiosis pudo originarlas.
  3. c) Señala una diferencia entre una alteración genómica y una cromosómica estructural.
Resolver

Comparar y reconocer las alteraciones

Ya tienes tres niveles. Para decidir de cuál se trata, hazte esta pregunta: ¿qué ha cambiado?

Nivel Qué cambia Ejemplos ¿Se ve en el cariotipo?
Génico Uno o pocos nucleótidos de un gen Sustitución, inserción, deleción de bases; anemia falciforme No
Cromosómico La estructura de un cromosoma Deleción, duplicación, inversión, translocación Sí, si el cambio es grande
Genómico El número de cromosomas Trisomía 21, síndrome de Turner, poliploidía Sí

El cariotipo es la foto ordenada de los cromosomas de una célula. Permite contar los cromosomas y detectar cambios grandes de estructura, pero no ve un cambio de una sola base, porque ese es demasiado pequeño. Para detectarlo hay que secuenciar el ADN.

Un cambio pequeño con efectos grandes

En la anemia falciforme, una sola sustitución en el gen de la cadena beta de la hemoglobina cambia un aminoácido (ácido glutámico por valina). Esa pequeña diferencia hace que la hemoglobina se apelmace en forma de fibras y los glóbulos rojos se deformen. Una proteína depende de su secuencia: un aminoácido distinto en un sitio clave puede cambiar su forma y, con ella, su función.

Qué se hereda

La herencia depende de dónde ocurre la alteración, no de su tipo. Una mutación en células germinales puede pasar a la descendencia. Si es en células somáticas, solo afecta a ese individuo. Además, un organismo con alteraciones muy grandes puede ser estéril. Los bananos triploides, por ejemplo, no pueden hacer meiosis normal porque no se pueden aparear tres juegos de cromosomas, y por eso se propagan por hijuelos.

Practica★☆☆Sin empezar
Clasifica cada alteración como génica, cromosómica o genómica: a) sustitución de una base nitrogenada por otra en un gen; b) pérdida de un fragmento de un cromosoma; c)…

Clasifica cada alteración como génica, cromosómica o genómica:

  1. a) sustitución de una base nitrogenada por otra en un gen;
  2. b) pérdida de un fragmento de un cromosoma;
  3. c) presencia de un cromosoma 21 de más (trisomía);
  4. d) inversión de un segmento cromosómico;
  5. e) inserción de un nucleótido en un gen.
Resolver
Practica★★★Sin empezar
La anemia falciforme se debe a la sustitución de una sola base en el gen de la cadena beta de la hemoglobina, lo que cambia un aminoácido de la proteína. El síndrome de…

La anemia falciforme se debe a la sustitución de una sola base en el gen de la cadena beta de la hemoglobina, lo que cambia un aminoácido de la proteína. El síndrome de Down, en cambio, suele deberse a una trisomía del cromosoma 21.

  1. a) Compara ambas alteraciones: nivel de alteración, causa, cantidad de material genético afectado y mecanismo de origen.
  2. b) Explica por qué un cambio en una sola base puede tener efectos tan marcados sobre el fenotipo.
  3. c) Argumenta cuál de las dos alteraciones podría detectarse observando un cariotipo y por qué la otra no.
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Un equipo de investigación estudia plantas de banano expuestas durante años a radiación ultravioleta intensa en un invernadero experimental. Encuentran tres hallazgos:…

Un equipo de investigación estudia plantas de banano expuestas durante años a radiación ultravioleta intensa en un invernadero experimental. Encuentran tres hallazgos: (1) en algunas plantas, un gen tiene un nucleótido cambiado; (2) en otras, un fragmento de un cromosoma está en otro cromosoma no homólogo; (3) en otras, el número de juegos completos de cromosomas es el triple del normal.

  1. a) Clasifica cada hallazgo según su nivel (génico, cromosómico o genómico) y nómbralo.
  2. b) Explica por qué la radiación puede originar los tres.
  3. c) Analiza cuál de las alteraciones se transmitiría a la descendencia si ocurriera en células somáticas y si ocurriera en células germinales, y justifica.
Resolver

Resumen

Ver todos los ejercicios de este apartado