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1° EMS · Biología
La genética molecular · Del ADN a la proteína

Las mutaciones

Después de un fin de semana largo en la playa de Punta del Este, a Valentina se le pela la espalda; con los años, tanto sol puede dejar errores permanentes en el ADN de sus células. Ningún sistema de copia es perfecto. Aun con la fidelidad de la ADN polimerasa y sus mecanismos de corrección, de vez en cuando se cuela un error permanente en la secuencia del ADN. Esos errores, las mutaciones, pueden pasar desapercibidos, causar una enfermedad o convertirse en la materia prima sobre la que actúa la selección natural. ¿Cómo se clasifican y por qué unas son inofensivas y otras graves?

Tipos de mutación

En la anemia falciforme basta un cambio de una sola base en el gen de la hemoglobina ($GAG \to GTG$) para que se produzca una hemoglobina defectuosa. En otras personas, lo que se pierde es medio brazo de un cromosoma completo. ¿Cómo se clasifican alteraciones tan distintas en escala?

Efecto de una sustitución, una inserción y una deleción sobre la agrupación en tripletes: la sustitución afecta a un triplete; la inserción y la deleción desplazan el marco de lectura. original ATG CCA TTC sustitución ATG CGA TTC afecta a 1 triplete inserción ATG TCC ATT C desplaza el marco de lectura deleción ATG CAT TC desplaza el marco de lectura Cada recuadro agrupa un triplete; en color, lo que cambia.

Las mutaciones cromosómicas estructurales cambian la forma de un cromosoma: en la deleción se pierde un fragmento; en la duplicación un fragmento queda repetido; en la inversión un fragmento se da vuelta y se reinserta en sentido contrario; y en la translocación un fragmento pasa a otro cromosoma no homólogo. Aunque no siempre cambie la cantidad de ADN (la inversión no la cambia), los genes quedan en otro lugar o en otro orden.

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

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

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En el esquema, la secuencia A es un fragmento de ARNm normal y las secuencias B y C han sufrido una mutación. Indicá qué tipo de mutación (sustitución, inserción o…

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

A B C AUG GCC UUA GCA AUG GAC UUA GCA AUG GCU UAG CA ?
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¿Qué es una mutación cromosómica estructural? Poné dos ejemplos de alteraciones estructurales de los cromosomas (deleción, duplicación, inversión o translocación) y…

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

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El marco de lectura y las mutaciones silenciosas

El ribosoma lee el ARNm de tres en tres, sin saltarse nada. Por eso importa más cuántas bases se añaden o se pierden que cuáles son.

Una deleción de una base en un ARNm cambia todos los codones posteriores y, con ellos, los aminoácidos. original GAACGUUCAGCA GluArgSerAla se elimina la 3.ª base (A) de GAA tras la deleción GACGUUCAG AspValGln todo distinto desde ahí
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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…

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?

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En un gen se produce la deleción de un único nucleótido dentro de la región codificante. Explicá qué le ocurre al marco de lectura a partir de ese punto, por qué pueden…

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

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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…

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, justificá 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). Razoná 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. Predecí razonadamente cuál de los dos pacientes podría beneficiarse de esta terapia y por qué en el otro resultará totalmente ineficaz.
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Sustituciones según su efecto

No todas las sustituciones pesan igual. Se clasifican según lo que pasa con el codón y con el aminoácido.

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Clasificá 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…

Clasificá 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. Indicá cuál de las tres suele ser más grave y por qué.

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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…

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, predecí 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. Justificá 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? Justificá tu respuesta indicando la propiedad del código genético que explica este hecho.
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Agentes mutágenos y sistemas de reparación

Si dejás dos cultivos de bacterias idénticos, en uno aparecen variantes sin intervención externa; en el otro, tras exponerlo a luz ultravioleta, aparecen muchas más. ¿De dónde salen las mutaciones?

Un daño en el ADN puede ser reparado, o bien no reparado y fijado como mutación permanente. daño en el ADN sistema de reparación reparado no reparado mutación fijada
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Nombrá dos agentes mutágenos, uno físico y uno químico, y explicá de forma breve cómo dañan el ADN.

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

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

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

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Explicá qué es la tasa de mutación y razoná por qué los seres vivos mantienen tasas de mutación bajas pero no nulas, relacionándolo con el equilibrio entre estabilidad…

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

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Mutaciones somáticas, germinales y cromosómicas numéricas

Un tumor de piel por exceso de sol y el síndrome de Down son ambos efectos de mutaciones, pero solo uno puede pasar a los hijos. ¿Cuál y por qué?

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Explicá 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…

Explicá 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.

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El síndrome de Down se debe a la presencia de una copia extra del cromosoma 21 (trisomía 21). Explicá qué tipo de mutación es, cómo puede originarse por una no…

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

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Mutación, selección y evolución

Las mutaciones aportan alelos nuevos; la recombinación de la meiosis solo reparte de otra manera los que ya existen. Las mutaciones no surgen para resolver una necesidad: un mutágeno puede aumentar su frecuencia, pero no fabrica la variante útil. Después, la selección natural cambia la frecuencia de cada variante según su efecto sobre la supervivencia y la reproducción en un ambiente concreto. Así, mutación (variabilidad) + selección (filtro) a lo largo de generaciones producen adaptación, y con el tiempo nuevas especies: la biodiversidad.

Un alelo dañino que se mantiene: la anemia falciforme

El alelo $Hb^S$ en homocigosis ($Hb^SHb^S$) causa anemia falciforme. Aun así, en regiones donde la malaria es frecuente se mantiene en la población, porque los heterocigotos ($Hb^AHb^S$) resisten mejor la infección por Plasmodium y sobreviven y se reproducen más: es una ventaja del heterocigoto. La selección actúa a favor y en contra del alelo a la vez, y por eso su frecuencia se estabiliza.

Los heterocigotos no están enfermos, así que gran parte de los alelos $Hb^S$ viaja escondida en ellos y pasa a la descendencia.

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¿Son todas las mutaciones perjudiciales? Razoná tu respuesta y poné un ejemplo de mutación que haya resultado beneficiosa para una especie.

¿Son todas las mutaciones perjudiciales? Razoná tu respuesta y poné un ejemplo de mutación que haya resultado beneficiosa para una especie.

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

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

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Resumen

Volvé al principio: el sol de la playa puede dejar mutaciones somáticas en la piel de Valentina, pero no pasan a sus hijos; y un solo cambio de base ($GAG \to GTG$) basta para causar anemia falciforme, mientras que otro cambio igual de pequeño puede ser silencioso; lo decisivo es en qué codón cae y si altera el marco de lectura.

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