¿Qué mutaciones se denominan espontáneas? Si traducimos el término a un lenguaje accesible, entonces estos son errores naturales que ocurren en el proceso de interacción del material genético con el medio interno y/o externo. Estas mutaciones suelen ser aleatorias. Se observan en los genitales y otras células del cuerpo.
Causas exógenas de mutaciones
La mutación espontánea puede ocurrir bajo la influencia de productos químicos, radiación, temperaturas altas o bajas, aire enrarecido o alta presión.
Cada año, en promedio, una persona absorbe alrededor de una décima parte de un rad de radiación ionizante que constituye el fondo de radiación natural. Este número incluye la radiación gamma del núcleo de la Tierra, el viento solar y la radiactividad de los elementos que se encuentran en el espesor de la corteza terrestre y disueltos en la atmósfera. La dosis recibida también depende de dónde se encuentre la persona. Una cuarta parte de todas las mutaciones espontáneas ocurren debido a este factor.
La radiación ultravioleta, contrariamente a la creencia popular, juega un papel menor enla aparición de rupturas de ADN, ya que no puede penetrar lo suficientemente profundo en el cuerpo humano. Pero la piel a menudo sufre de exposición solar excesiva (melanoma y otros tipos de cáncer). Sin embargo, los organismos unicelulares y los virus mutan cuando se exponen a la luz solar.
Las temperaturas demasiado altas o bajas también pueden causar cambios en el material genético.
Causas endógenas de mutaciones
Las razones principales por las que puede ocurrir una mutación espontánea siguen siendo factores endógenos. Estos incluyen subproductos metabólicos, errores en el proceso de replicación, reparación o recombinación, y otros.
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Fallas en la replicación:
- transiciones espontáneas e inversiones de bases nitrogenadas;
- inserción incorrecta de nucleótidos debido a errores en las ADN polimerasas;- reemplazo químico de nucleótidos, por ejemplo, guanina-citosina a adenina-guanina.
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Errores de restauración:-mutaciones en los genes responsables de la reparación de secciones individuales de la cadena de ADN después de que se rompan bajo la influencia de factores externos.
- Problemas con la recombinación:- las fallas en los procesos de entrecruzamiento durante la meiosis o la mitosis conducen a la pérdida y finalización de las bases.
Estos son los principales factores que provocan mutaciones espontáneas. Las razones de los fracasos pueden residir en la activación de genes mutadores, así como en la conversión de compuestos químicos seguros en metabolitos más activos que afectan al núcleo celular. Además, también hay factores estructurales. Estos incluyen repeticiones de la secuencia de nucleótidos cerca del sitioreordenamientos de cadena, la presencia de secciones de ADN adicionales de estructura similar al gen, así como elementos móviles del genoma.
Patogénesis de la mutación
La mutación espontánea ocurre debido al impacto de todos los factores anteriores que actúan juntos o por separado en un período determinado de la vida de la célula. Existe un fenómeno como una violación deslizante del emparejamiento de las hebras de ADN de la hija y la madre. Como resultado, a menudo se forman bucles a partir de péptidos que no han podido encajar adecuadamente en la secuencia. Después de eliminar el exceso de fragmentos de ADN de la hebra hija, los bucles pueden resecarse (eliminaciones) e incorporarse (duplicaciones, inserciones). Los cambios que han aparecido se fijan en los próximos ciclos de división celular.
La tasa y el número de mutaciones que ocurren dependen de la estructura primaria del ADN. Algunos científicos creen que absolutamente todas las secuencias de ADN son mutagénicas si se doblan.
Mutaciones espontáneas más comunes
¿Cuál es la manifestación más común de mutaciones espontáneas en el material genético? Ejemplos de tales condiciones son la pérdida de bases nitrogenadas y la eliminación de aminoácidos. Los residuos de citosina se consideran especialmente sensibles a ellos.
Se ha comprobado que hoy en día más de la mitad de los vertebrados tienen una mutación de residuos de citosina. Después de la desaminación, la metilcitosina cambia a timina. La copia posterior de esta sección repite el error o lo elimina, o lo duplica ymuta en un nuevo fragmento.
Otra razón para las frecuentes mutaciones espontáneas es una gran cantidad de pseudogenes. Debido a esto, se pueden formar recombinaciones homólogas desiguales durante la meiosis. Esto da como resultado reordenamientos en genes, giros y duplicaciones de secuencias de nucleótidos individuales.
Modelo polimerasa de mutagénesis
Según este modelo, las mutaciones espontáneas ocurren como resultado de errores aleatorios en las moléculas que sintetizan el ADN. Por primera vez, Bresler presentó un modelo de este tipo. Sugirió que las mutaciones aparecen debido al hecho de que las polimerasas en algunos casos insertan nucleótidos no complementarios en la secuencia.
Años más tarde, después de largas pruebas y experimentos, este punto de vista fue aprobado y aceptado en el mundo científico. Incluso se han deducido ciertos patrones que permiten a los científicos controlar y dirigir mutaciones al exponer ciertas secciones de ADN a la luz ultravioleta. Entonces, por ejemplo, se descubrió que la adenina se incrusta con mayor frecuencia frente al triplete dañado.
Modelo tautomérico de mutagénesis
Watson y Crick (los descubridores de la estructura del ADN) propusieron otra teoría que explica las mutaciones espontáneas y artificiales. Sugirieron que la mutagénesis se basa en la capacidad de algunas bases de ADN para convertirse en formas tautoméricas que cambian la forma en que se conectan las bases.
Después de la publicación, la hipótesis se desarrolló activamente. Se descubrieron nuevas formas de nucleótidos después deirradiándolos con luz ultravioleta. Esto dio a los científicos nuevas oportunidades para la investigación. La ciencia moderna sigue debatiendo el papel de las formas tautoméricas en la mutagénesis espontánea y su influencia en el número de mutaciones detectadas.
Otros modelos
La mutación espontánea es posible en violación del reconocimiento de los ácidos nucleicos por las ADN polimerasas. Poltaev y sus coautores dilucidaron el mecanismo que garantiza el cumplimiento del principio de complementariedad en la síntesis de moléculas hijas de ADN. Este modelo permitió estudiar las regularidades de aparición de mutagénesis espontánea. Los científicos explicaron su descubrimiento por el hecho de que la razón principal del cambio en la estructura del ADN es la síntesis de pares de nucleótidos no canónicos.
Sugirieron que la sustitución de bases ocurre debido a la desaminación de segmentos de ADN. Esto conduce a un cambio de citosina a timina o uracilo. Debido a tales mutaciones, se forman pares de nucleótidos incompatibles. Por lo tanto, durante la próxima replicación, ocurre una transición (reemplazo puntual de bases de nucleótidos).
Clasificación de mutaciones: espontáneas
Existen diferentes clasificaciones de mutaciones según el criterio subyacente. Hay una división según la naturaleza del cambio en la función del gen:
- hipomórfico (los alelos mutados sintetizan menos proteínas, pero son similares a los originales);
- amorfo (el gen ha perdido completamente sus funciones);
- antimórfico (el el gen mutado cambia completamente ese rasgo, que representa);- neomórfico (aparecen nuevos signos).
Pero una clasificación más común que divide todas las mutaciones en proporción a la variableestructura. Destacar:
1. Mutaciones genómicas. Estos incluyen la poliploidía, es decir, la formación de un genoma con un juego triple o más de cromosomas, y la aneuploidía, el número de cromosomas en el genoma no es un múltiplo del número haploide.
2. Mutaciones cromosómicas. Se observan reordenamientos significativos de secciones individuales de cromosomas. Hay una pérdida de información (deleción), su duplicación (duplicación), un cambio en la dirección de las secuencias de nucleótidos (inversión), así como la transferencia de secciones cromosómicas a otro lugar (translocación).3. Mutación genética. La mutación más común. En la cadena de ADN, se reemplazan varias bases nitrogenadas aleatorias.
Consecuencias de las mutaciones
Las mutaciones espontáneas son las causas de tumores, enfermedades de almacenamiento, disfunciones de órganos y tejidos en humanos y animales. Si una célula mutada se encuentra en un gran organismo multicelular, entonces, con un alto grado de probabilidad, será destruida al desencadenar la apoptosis (muerte celular programada). El cuerpo controla el proceso de preservación del material genético y, con la ayuda del sistema inmunitario, se deshace de todas las posibles células dañadas.
En un caso entre cientos de miles, los linfocitos T no tienen tiempo de reconocer la estructura afectada y da lugar a un clon de células que también contiene el gen mutado. El conglomerado de células ya tiene otras funciones, produce sustancias tóxicas y afecta negativamente el estado general del organismo.
Si la mutación no ocurrió en la célula somática, sino en la germinal, entonces los cambios se observarán en los descendientes. Ellos sonse manifiestan por patologías congénitas de órganos, deformidades, trastornos metabólicos y enfermedades de almacenamiento.
Mutaciones espontáneas: significado
En algunos casos, las mutaciones que antes parecían inútiles pueden ser útiles para adaptarse a nuevas condiciones de vida. Esto representa la mutación como una medida de la selección natural. Los animales, pájaros e insectos se camuflan según su zona de residencia para protegerse de los depredadores. Pero si su hábitat cambia, entonces, con la ayuda de mutaciones, la naturaleza trata de proteger a la especie de la extinción. Bajo nuevas condiciones, los más aptos sobreviven y transmiten esta habilidad a otros.
La mutación puede ocurrir en regiones inactivas del genoma y luego no se observan cambios visibles en el fenotipo. Es posible detectar "roturas" solo con la ayuda de estudios específicos. Esto es necesario para estudiar el origen de las especies animales emparentadas y elaborar sus mapas genéticos.
El problema de la espontaneidad de las mutaciones
En los años 40 del siglo pasado, existía la teoría de que las mutaciones son causadas únicamente por la influencia de factores externos y ayudan a adaptarse a ellos. Para probar esta teoría, se desarrolló un método especial de prueba y repetición.
El procedimiento consistía en sembrar una pequeña cantidad de bacterias de la misma especie en tubos de ensayo y después de varias inoculaciones se les añadían antibióticos. Algunos de los microorganismos sobrevivieron y fueron transferidos a un nuevo medio. La comparación de bacterias de diferentes tubos mostró que surgió resistenciaespontáneamente, tanto antes como después de la exposición a los antibióticos.
El método de repetición fue que los microorganismos se transfirieron a un paño de lana y luego se transfirieron simultáneamente a varios medios limpios. Se cultivaron nuevas colonias y se trataron con un antibiótico. Como resultado, las bacterias ubicadas en las mismas partes del medio sobrevivieron en diferentes tubos de ensayo.
