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13.10: Mutaciones
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Mutations
 
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TRANSCRIPCIÓN

13.10: Mutations

13.10: Mutaciones

Overview

Mutations are changes in the sequence of DNA. These changes can occur spontaneously or they can be induced by exposure to environmental factors. Mutations can be characterized in a number of different ways: whether and how they alter the amino acid sequence of the protein, whether they occur over a small or large area of DNA, and whether they occur in somatic cells or germline cells.

Consequences of Point Mutations at the Molecular Level

Mutations that occur at a single nucleotide are called point mutations. When point mutations occur within genes, the consequences can vary in severity depending on what happens to the encoded amino acid sequence. A silent mutation does not change the amino acid identity and will have no effect on an organism. A missense mutation changes a single amino acid, and the effects might be serious if the change alters the function of the protein. A nonsense mutation produces a stop codon that truncates the protein, likely rendering it nonfunctional. Frameshift mutations occur when one or more nucleotides are inserted into or deleted from a protein-coding DNA sequence, affecting all of the codons downstream of the location of the mutation.

Chromosomal Alterations Are Large-Scale Mutations

The most drastic type of mutation, chromosomal alteration, changes the physical structure of a chromosome. Chromosomal alterations can include deletion, duplication, or inversion of large stretches of DNA within a single chromosome, or integration of a portion of a different chromosome. These mutations are typically far more serious than point mutations because they encompass many genes and regulatory elements. Chromosomal alterations can be detected by karyotyping the affected cell.

Only Germline Mutations Are Inherited

Mutations can occur in any cell, but only germline mutations—those present in egg and sperm cells—can be transmitted to offspring. For instance, hereditary diseases are a subtype of genetic disorder that are caused by deleterious germline mutations. They can be autosomal, occuring on chromosomes one through 22, or sex-linked, occurring on the X or Y chromosome. One example of a hereditary disease is cystic fibrosis (CF), a disease that primarily affects the lungs. It is caused by a deletion within the gene CFTR that removes a single amino acid from the CFTR protein. CF is an autosomal recessive disease, meaning that a person with one mutated copy of the gene and one normal copy will not develop the disease; other diseases, like Huntington’s disease, a neurodegenerative disorder, are autosomal dominant, meaning that only one mutated copy of the gene is necessary for the disease to develop.

Some Mutations Are Caused by Environmental Factors

Both somatic mutations—those that occur outside the germline—and germline mutations can arise spontaneously during DNA replication, but they can also be caused by exposure to radiation or chemicals in the environment. External factors that damage DNA and cause mutations are called mutagens. One well-characterized environmental mutagen is ultraviolet (UV) radiation. UV radiation carries more energy than visible light and damages DNA by breaking the bonds between base pairs, causing thymine bases on the same strand of DNA to pair with one another in characteristic thymine dimers. The sun is a natural source of UV radiation. The most damaging wavelengths, UV-C, are intercepted high in the atmosphere, but UV-A and UV-B rays reach the surface of the Earth. Artificial sources of UV exposure include tanning beds, which transmit primarily UV-A rays with smaller amounts of UV-B. Fortunately, cells have mechanisms to repair damaged DNA, but sometimes the damage is not repaired before cell division in rapidly-dividing cells, such as skin cells. If the DNA damage occurs in a genomic region that is important for regulation of cell growth and division, it can lead to cancer if it is not repaired.

Visión general

Las mutaciones son cambios en la secuencia del ADN. Estos cambios pueden ocurrir espontáneamente o pueden ser inducidos por la exposición a factores ambientales. Las mutaciones se pueden caracterizar de varias maneras diferentes: si alteran la secuencia de aminoácidos de la proteína y cómo, si se producen en un área pequeña o grande del ADN, y si se producen en células somáticas o células germinales.

Consecuencias de las mutaciones puntuales a nivel molecular

Las mutaciones que se producen en un solo nucleótido se denominan mutaciones puntuales. Cuando se producen mutaciones puntuales dentro de los genes, las consecuencias pueden variar en gravedad dependiendo de lo que sucede con la secuencia de aminoácidos codificados. Una mutación silenciosa no cambia la identidad del aminoácido y no tendrá ningún efecto sobre un organismo. Una mutación errónea cambia un solo aminoácido, y los efectos pueden ser graves si el cambio altera la función de la proteína. Una mutación sin sentido produce un codon de parada que trunca la proteína, probablemente haciéndola no funcional. Las mutaciones de Frameshift se producen cuando uno o más nucleótidos se insertan o eliminan de una secuencia de ADN codificante de proteínas, afectando a todos los codones aguas abajo de la ubicación de la mutación.

Las alteraciones cromosómicas son mutaciones a gran escala

El tipo más drástico de mutación, la alteración cromosómica, cambia la estructura física de un cromosoma. Las alteraciones cromosómicas pueden incluir la eliminación, duplicación o inversión de grandes extensiones de ADN dentro de un solo cromosoma, o la integración de una porción de un cromosoma diferente. Estas mutaciones suelen ser mucho más graves que las mutaciones puntuales porque abarcan muchos genes y elementos reguladores. Las alteraciones cromosómicas se pueden detectar mediante el cariotipado de la célula afectada.

Solo se heredan las mutaciones germinales

Las mutaciones pueden ocurrir en cualquier célula, pero solo las mutaciones germinales (las presentes en los óvulos y los espermatozoides) pueden transmitirse a la descendencia. Por ejemplo, las enfermedades hereditarias son un subtipo de trastorno genético causado por mutaciones germinales nocibas. Pueden ser autosómicos, ocurrir en cromosomas uno a 22, o vinculados al sexo, que ocurren en el cromosoma X o Y. Un ejemplo de una enfermedad hereditaria es la fibrosis quística (FQ), una enfermedad que afecta principalmente a los pulmones. Es causada por una deleción dentro del gen CFTR que elimina un solo aminoácido de la proteína CFTR. La FQ es una enfermedad autosómica recesiva, lo que significa que una persona con una copia mutada del gen y una copia normal no desarrollará la enfermedad; otras enfermedades, como la enfermedad de Huntington, un trastorno neurodegenerativo, son autosómicas dominantes, lo que significa que sólo una copia mutada del gen es necesaria para que la enfermedad se desarrolle.

Algunas mutaciones son causadas por factores ambientales

Ambas mutaciones somáticas ,las que ocurren fuera de la línea germinal— y las mutaciones germinales pueden surgir espontáneamente durante la replicación del ADN, pero también pueden ser causadas por la exposición a radiación o productos químicos en el medio ambiente. Los factores externos que dañan el ADN y causan mutaciones se denominan mutágenos. Un mutágeno ambiental bien caracterizado es la radiación ultravioleta (UV). La radiación UV transporta más energía que la luz visible y daña el ADN al romper los lazos entre los pares de bases, haciendo que las bases de timina en la misma cadena de ADN se emparejen entre sí en dimers característicos de timina. El sol es una fuente natural de radiación UV. Las longitudes de onda más dañinas, UV-C, son interceptadas en alta atmósfera, pero los rayos UV-A y UV-B llegan a la superficie de la Tierra. Las fuentes artificiales de exposición a los rayos UV incluyen lechos de bronceado, que transmiten principalmente rayos UV-A con cantidades más pequeñas de UV-B. Afortunadamente, las células tienen mecanismos para reparar el ADN dañado, pero a veces el daño no se repara antes de la división celular en células de división rápida, como las células de la piel. Si el daño del ADN ocurre en una región genómica que es importante para la regulación del crecimiento y la división celular, puede conducir al cáncer si no se repara.

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