5.2 SISTEMAS DE REPARACIÓN.

Los agentes que causan daños en el DNA tienen distintos orígenes. Por una parte, están las alquilaciones (metilaciones principalmente), las desaminaciones, la oxidación y los rayos UV. La acumulación de mutaciones en células somáticas es el origen de muchos cánceres y las células cancerosas reparan mal las mutaciones. Por eso muchos tratamientos antineoplásicos sobre la base de inducir mutaciones que los tumores no saben reparar.

Tanto por daños físico-ambientales como por errores de síntesis, las biomoléculas pueden sufrir alteraciones químicas. Puesto que el DNA no puede recambiarse como otras biomoléculas ya que permanece intacto de una división a otra, la estabilidad de la molécula se consigue mediante dos maquinarias: la fidelidad de la replicación y la reparación de daños. 

Los mecanismos de reparación se van a clasificar en 5 grupos principales:

1.   Reparación directa

2.   Reparación por escisión de nucleótidos (REN)

3.   Reparación por escisión de la base (REB)

4.   Reparación de apareamientos erróneos (mismatch)

5.   Sistemas de recuperación: Reparación por recombinación y respuesta SOS 

Reparación directa:

    Es un sistema de reparación que no requiere eliminación de nucleótidos o bases nitrogenadas, sino que se emplean enzimas para reparar directamente alteraciones nucleotídicas. Los principales enzimas empleados son la fotoliasa (separa los dímeros de timinas formados por radiación UV) y la metiltransferasa (retira grupos metilo añadidos al ADN).

Reparación por escisión de nucleótidos (REN)

   Corrige los errores voluminosos que la escisión de base no reconoce (bloqueo de la horquilla de replicación o del complejo transcripcional).  

Reparación por escisión de bases(REB):

     Son sistemas de reparación dependientes de homología. Reparan los daños causados por metilación, desaminación, oxidación o pérdida espontanea de bases (Glicosilasas DNA + Endonucleasas AP + Desoxirribofosfodiesterasa + Polimerasa + Ligasa).

                                                

Reparación de apareamientos erróneos (mismatch)

Reparación postreplicativa: Corrige emparejamientos erróneos.

Reparación por recombinación y respuesta SOS 

    Evita el bloqueo en la replicación mediante la adición de bases no específicas (E. coli)

Bibliografía:

*Griffiths, A.J.F.; Wessler, S.R.; Lewontin, R.C. y Carroll, S.B. (2008) Genética. 9ª. edición. McGraw-Hill. Interamericana. Madrid
*Griffths, A.J.F; Gelbart, W.M.; Miller, J.H.; Lewontin, R.C. (2000) Genetica moderna. McGraw-Hill/ Interamericana.

5.1.2.2 AGENTE MUTAGÉNICOS

Un agente mutagénico es es un agente físico, químico o biológico que altera o cambia la información genética (usualmente ADN) de un organismo y ello incrementa la frecuencia de mutaciones por encima del nivel natural. Cuando numerosas mutaciones causan el cáncer adquieren la denominación de carcinógenos. No todas las mutaciones son causadas por mutágenos. Hay "mutaciones espontáneas", llamadas así debido a errores en la reparación y la recombinación del ADN.

Hay que destacar que, gracias a las mutaciones, actualmente existe gran biodiversidad. Si no fuera por las variaciones que producen las alteraciones en el ADN, no habría variabilidad fenotípica, ni adaptación a los cambios ambientales. Por lo tanto, las mutaciones tienen su parte positiva, ya que todo proceso biológico tienes sus ventajas e inconvenientes. Aunque también hay que decir que el cáncer"es considerado como el producto final de uno o más fenómenos de mutación.

5.1.3 Agentes Físicos

Son radiaciones que pueden alterar la secuencia y estructura del ADN. Son ejemplos la radiación ultravioleta que origina dímeros de pirimidina (generalmente detimina), y la radiación gamma y la alfa que son ionizantes.También se considerar agentes físicos los ultrasonidos,con 400.000 vibraciones por segundo,que han inducido mutaciones en Drosophila y en algunas plantas superiores, y centrifugación, que también producen variaciones cromosómicas estructurales.

En este grupo encontramos las radiaciones ionizantes, el calor y recientemente se ha mencionado la exposición a campos electromagneticos de gran potencia.

Los rayos ultravioleta, gamma y X, y las emisiones α y β pueden causar mutaciones, por ejemplo los UV ocasionan daños moleculares y las radiaciones mas fuertes tienden a romper las hebras de ADN. La radiación cosmica y recientemente el Radon se ha encontrado que son mutagenicos.

  

5.1.4 Agentes Químicos

Son compuestos químicos capaces de alterar las estructuras del ADN de forma brusca, como por ejemplo el ácido nitroso (agente desaminizante), brominasy algunos de sus compuestos. Los mutagenos químicos entran en tres grupos:

1. Análogo de bases: 

Son estructuras similares a las bases nitrogenadas, pero contienen modificaciones que aumentan la posibilidad de apareamientos erroneos y tautomerizacion. P.e. 5-Bromuroacilo (5Btu), se incorpora en lugar de timina, pero tiende a cambiar de forma y aparearse con guanina.

La 2-aminopurina (2AP) se comporta como Adenina, pero con frecuencia se tautomeriza y se aparea con la Citosina.

                                    

2. Agentes desaminantes o alquilantes: 

Estos quimicos modifican los grupos laterales de bases. Esta modificacion no es en si una mutación pero induce errores en la replicación.    P.e. metil sulfonato, etilmetano sulfonato, dimetilsulfonato, dimetilsulfato, dietilo sulfato, N-metil-N-nitro-N-nitrosoguanidina, mostaza de nitrógeno, oxido de etileno.

Desaminacion: Tres de las bases del DNA tienen grupos aminos y estos pueden eliminarse por reaccion con agentes como el acido nitroso. Los productos de la reacción y sus propiedades de apareamiento son:

Adenina ----Hipoxantina, que se aparea con Citosina

Guanina ----xantina, que se aparea con Citosina

Citosina------Uracilo, que se aparea con Adenina

Alquilacion: Diversas posiciones de la pirimidina son susceptibles a la alquilacion, que producen tanto trasversiones como transiciones.

3. Mutagénos que provocan desplazamiento del marco de lectura:

Se trata de productos quimicos, en especial derivados de acridina, que inducen la inserción o deleccion de una base, mas que una transición o transversión.

                                                      

Bibliografía:
*Departamento de Genética. Facultad de Genética. Universidad Complutense de Madrid. Mutación.
*Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Mutación.

CLASIFICACIÓN DE LAS MUTACIONES

Existen diferentes clasificaciones de las Mutaciones, entre las cuales encontramos:

1. MUTACIONES PUNTUALES O A NIVEL DEL DNA:

Son aquellas que ocurren a nivel de un par de nucleotidos en la doble cadena de DNA, puede tener causas espontáneas o ser inducida.

a) Transiciones: Son las mutaciones que ocasionan la sustitucion  de una purina por una purina o una pirimidina por una pirimidina. La polimerasa de DNA III  tien la capacidad de reparar estos errores en la replicación.

b) Transversiones: Ocurre cuando una pirimidina es sustituida por una purina y viceversa.

c) Mutaciones de cambio de fase: Ocurre cuando hay una delección de una base, lo que ocasiona que el cuadro de lectura del DNA cambie, esto conlleva a proteinas muy modificadas.

Inserción:  + A-T   TGGTCGTAT        TGGTCAGTAT

                                 ACCAGCATA        ACCAGTCATA  

Deleción:   - G-C   TGGTCGTAT         TGGTCATAT

                                 ACCAGCATA         ACCAGTATA  

2. MUTACIONES CROMOSÓMICAS: 

a) Mutaciones en un segmento de cromosoma:

Una parte del cromosoma se puede separar, invertir y después unirse de nuevo al cromosoma en el mismo lugar. A esto se le llama inversión. 

Si el fragmento separado se une a un cromosoma distinto, o a un fragmento diferente del cromosoma original, el fenómeno se denomina translocación. 

Algunas veces se pierde un fragmento de un cromosoma que forma parte de una pareja de cromosomas homólogos, y este fragmento es adquirido por el otro. Entonces, se dice que uno presenta una deleción o deficiencia (dependiendo si el fragmento que se pierde es intersticial o terminal, respectivamente) y el otro una duplicación. 

b) Cambios en cromosomas enteros y series de cromosomas:

*EUPLOIDIA: 

El número de cromosomas que constituyen una serie básica se denomina numero monoploide (x), los organismos que tienen múltiplos del numero monoploide se denominan euploides.

Por ej. En humanos x= 23.

Los euploides que presentan mas de una serie cromosomica se denominan poliploides.

Poliploides: Se deben distinguir entre los Autopoliploides, que se componen de múltiples series de una misma especie y los Alopoliploides que están compuestos por series procedentes de diferentes especies.

Triploides: Generalmente son autopoliploides, se producen por el cruzamiento entre un 4x (tetraploide) un 2x (diploide). Los gametos 2x y x se unen y dan lugar a un 3x.

Los triploides son típicamente esteriles (el problema es por el emparejamientos de cromosomas durante la meiosis).

                                

*ANEUPLOIDIA: 

El número de uno o mas cromosomas pueden cambiar durante la formación de un nuevo organismo. Dicho organismo se denomina aneuploide, que significa no-euploide. Puede ocurrir que se añadan cromosomas, de manera que se tenga un cromosoma extra o que sean eliminados.

 Nulisomicos (2n -2): Se han perdido dos cromosomas homologos. Es letal en diploides, pero espeies como el trigo (hexaploide) puede soportarlo, aunque las plantas son mas pequeñas. Aparentemente los 4 cromosomas extras del trigo compensan la perdida de los otros 2.

 Monosomicos (2n-1): Cuando se pierde un cromosoma. En tales casos el complemento es perjudicial, por dos razones: los cromosomas que faltan alteran gravemente el equilibrio cromosomico, que ha sido cuidadosamente establecido por la evolución y que es necesario para el equilibrio celular, y la segunda razon, la ausencia de un cromosoma trae como resultado que cualquier alelo recesivo letal  situado en el cromosoma sin pareja se exprese directamente.

En humanos la monosomia para el cromosoma sexual  x (44 autosomas y 1 X) produce un fenotipo conocido como síndrome de Turner. 

 Trisomicos (2n + 1): Ocurre cuando se tiene 1 cromosoma extra. La trisomia tambien produce un desequilibrio cromosomico y puede dar lugar a una anormalidad o a la muerte. En plantas de Datura (toloache) existen viables y fértiles.

                                 

Bibliografía:

• Lacadena, Juan Ramón. Genética. Madrid: Ediciones AGESA, 3ª ed., 1981. Tratado de genética; *Lewontin, R.C. La base genética de la evolución. Barcelona: Ediciones Omega, 1979.

• Puertas, M. J. Genética: fundamentos y perspectivas. Madrid: McGraw-Hill - Interamericana de España,1890.

5.1.2.1 FIJACIÓN DE LA LESIÓN (MUTACIÓN)

Como ya se menciono al principio; Una mutación es el cambio en la secuencia del DNA,  un cambio heredable en el material genético de cualquier célula.

Se dice que aunque la replicación del ADN es muy precisa, no es perfecta. Muy rara vez se producen errores, y el ADN nuevo contiene uno o más nucleótidos cambiados. Un error de este tipo, que recibe el nombre de mutación, puede tener lugar en cualquier zona del ADN. Si esto se produce en la secuencia de nucleótidos que codifica un polipéptido particular, éste puede presentar un aminoácido cambiado en la cadena polipeptídica. Esta modificación puede alterar seriamente las propiedades de la proteína resultante. 

La mayoría de las mutaciones genéticas son perjudiciales para el organismo que las porta. Una modificación aleatoria es más fácil que deteriore y que no mejore la función de un sistema complejo como el de una proteína. Por esta razón, en cualquier momento, el número de sujetos que portan un gen mutante determinado se debe a dos fuerzas opuestas: la tendencia a aumentar debido a la propagación de individuos mutantes nuevos en una población, y la tendencia a disminuir debido a que los individuos mutantes no sobreviven o se reproducen menos que sus semejantes..

Por lo general, las mutaciones son recesivas, sus efectos perjudiciales no se expresan a menos que dos de ellos coincidan para dar lugar a una situación homocigótica. Esto es más probable en la procreación consanguínea, en el apareamiento de organismos muy relacionados que pueden haber heredado el mismo gen mutante recesivo de un antecesor común. Por esta razón, las enfermedades hereditarias son más frecuentes entre los niños cuyos padres son primos que en el resto de la población.

Mutación somática frente a la mutación germinal

Mutación somática:  
Afecta a las células somáticas del individuo, por lo tanto ocurre en tejidos somáticos. Si esta ocurre en tejido en desarrollo crea una población de células mutantes, con lo que a menudo se expresa fenotipicamente como un sector mutante.

Por definición, una mutación somática no puede trasmitirse a la descendencia, esto es imposible, pero sin embargo hay que tener  en cuenta que  si se toma un explante de un tejido mutante donador, y se hace crecer, la planta derivada de el, puede desarrollar tejido germinal y trasmitir el gen mutante.

Mutación germinal:

Es aquella que ocurre en tejidos germinales, específicamente en gametos (células sexuales). Si estas células participan en la fecundación, la mutación se trasmitirá a la siguiente generación. Son las que afectan a las células productoras de gametos apareciendo, de este modo, gametos con mutaciones. Estas mutaciones se transmiten a la siguiente generación y tienen una mayor importancia desde el punto de vista evolutivo.


                              
Bibliografía:
Departamento de Genética. Facultad de Genética. Universidad Complutense de Madrid. Mutación.Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Mutación.

5.1 CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE LESIÓN AL ADN

Primeramente se dice que una mutación, es una alteración o cambio en la información genética de un ser vivo y que, por lo tanto, va a producir un cambio de características, que se presenta súbita y espontáneamente, y que se puede transmitir o heredar a la descendencia. Este cambio va a estar presente en una pequeña proporción de la población (variante) o del organismo. La unidad genética capaz de mutar es el gen que es la unidad de información hereditaria que forma parte del ADN. En los seres multicelulares, las mutaciones sólo pueden ser heredadas cuando afectan a las células reproductivas. Una consecuencia de las mutaciones puede ser una enfermedad genética, sin embargo, aunque en el corto plazo puede parecer perjudiciales, a largo plazo las mutaciones son esenciales para nuestra existencia. Sin mutación no habría cambio y sin cambio la vida no podría evolucionar.

Las lesiones al ADN se clasifican en 4 tipos que son:

1. Restricción: Mediante actividades metilasa y endonucleasa se protege el DNA propio del foráneo.
2. Recombinación: Se redistribuyen o reorganizan dos moléculas de DNA
3. Reparación: Corrige aquellos errores introducidos en la secuencia del DNA tras la replicación
4. Transposición: Es un tipo especial de recombinación con el que se consigue cambiar de posición un DNA, o sea, reorganizarlo, y en otras lo que hace es amplificarlo.

5.1.1 LESIONES ESPONTÁNEAS

Se consideran alteraciones o lesiones todos aquellos procesos en los que el DNA es sustrato de la reacción y no molde. Además, al final del proceso el DNA resultante es distinto al DNA inicial.

Lesiones espontáneas son entonces los errores que aparecen de manera natural en los procesos de copia del ADN o en el trascurso de la vida celular de un organismo.

Se produce de forma normal en los individuos, en condiciones normales de crecimiento y del ambiente. Representan la base de la evolución biológica. Son las mutaciones provocadas artificialmente por algún agente exógeno generalmente conocido llamado agente mutágeno.

5.1.2 LESIONES INDUCIDAS

Varias actuaciones humanas recientes, como la exposición a los rayos X con fines médicos, los materiales radiactivos y las mutaciones producidas por compuestos químicos, son responsables de lesiones a Nivel de ADN, bien sea con fines de mejoramiento en lineas celulares de investigación o simplemente de carácter involuntario por estar expuesto a una fuente de mutagenos. 

Se produce como consecuencia de la exposición a agentes mutagénicos químicos o físicos.

Bibliografía:

* Klug, W.S., Cummings, M.R. y Spencer, C.A. (2006) Conceptos de Genética. 8ª .edición. Pearson Prentice Hall. Madrid: 213-239.

* Pierce, B.A. (2005) Genética: Un enfoque conceptual. 2ª. edición. Edit. Medica Panamericana. Madrid.

INTRODUCCIÓN

La unidad número 5 es llamada "Reparación del material genético" Los daños en el ADN pueden ser reparados para mantener la integridad de la información genética, la importancia biológica de la reparación del ADN es evidente al encontrar múltiples mecanismos de reparación. Estos sistemas incluyen enzimas que simplemente revierten la modificación química, así como complejos enzimáticos más complicados que dependen de la redundancia de la información en la molécula de adn para reparar a la molécula. El DNA está constantemente expuesto a agentes medioambientales que le causan daño (los agentes físicos tales como la radiación y los agentes químicos del medio ambiente y los radicales libres, altamente reactivos producidos en el metabolismo corporal).

En esta unidad vamos a ver diversos temas muy importantes; Uno de ellos es sobre las clasificaciones de los tipos de lesión al ADN, así como las lesiones espontáneas e inducidas que se provocan, y la fijación que se tiene en la lesión. Otro tema muy importante que se verá en la unidad serán las mutaciones, conoceremos su importancia, el papel que desempeñan en genética y en biología molecular, y los distintos tipos que se conocen de mutación.

Así como los agente mutagénicos que las causan que son los físicos y químicos, y sus sistemas de reparación, esto para poder entender la estabilidad y la variabilidad genética, y los vamos a relacionar, con los efectos que se generarán en la organización del genoma.

 OBJETIVOS:

v Definir la mutación, su papel en la genética molecular y los distintos tipos que se conocen.

v Relacionar los distintos mutágenos con los defectos en la organización del genoma.

v Conocer los mecanismos de reparación molecular del material genética de los seres vivos con el fin de entender la estabilidad y la variabilidad genética.

METODOLOGÍA:

La metodología que utilizare en mi portafolio de evidencias de trabajo, así como mis tareas, resumen de las clases, e investigaciones. Serán conforme a los días de clases.

Por ejemplo un día Martes en la clase, el profesor nos habla de los tipos de Mutaciones , ese mismo día visto el tema, por la tarde subiré información sobre el tema mencionado.

Cuando el profesor, programe una fecha para entregar un trabajo de investigación, y se llegue el día de entrega, subiré mi trabajo realizado.

Cuando el profesor, nos deje algún ejercicio en clase, tomare evidencias "Fotografias" Para tenerlas vista en mi portafolio de evidencias, y así mismo comprobar mis trabajos. De igual  manera serán los exámenes aplicados.

Ahora bien, la metodología que utilizare para poder aprobar la quinta unidad con una buena nota serán; Primeramente, asistir a todas las clase, llegando puntual, prestar atención a los temas, cualquier duda o pregunta que tenga, preguntársela al profesor. Cuando deje un trabajo de investigación, revisaré diferentes bibliografías actuales para presentar un buen trabajo. También si es necesario discutiré la información encontrada con mis compañeros de clase, o con el profesor.Realizare esquemas o cuadros sinopticos para poder entender a manera de dibujos los conocimientos adquiridos.


EVIDENCIAS:

Examen: UNIDAD NUMERO 4 “REPLICACIÓN DEL ADN”

PORTADA

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CD. ALTAMIRANO GRO

LIC: BIOLOGIA

MATERIA:

BIOLOGÍA MOLECULAR

UNIDAD NUMERO 5

"REPARACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO"

NOMBRE DE LA ALUMNA:

ALEXA MOLINA VALENZUELA

09930047

SEMESTRE Y GRUPO:

Vl SEMESTRE “A”

NOMBRE DEL PROFESOR:

FRANCISCO JAVIER PUCHE ACOSTA

CD.ALTAMIRANO, GRO     ABRIL/2012