MUTACIONS GÈNIQUES: EN QUÈ CONSISTEIXEN, TIPUS I CONSEQÜÈNCIES - BIOLOGIA - 2025

Les mutacions gèniques o puntuals són aquelles en què un al·lel d'un gen canvia, convertint-se en un de diferent. Aquest canvi passa dins d'un gen, en un locus o punt, podent ser localitzada.

A contra, en les mutacions cromosòmiques, solen afectar-se conjunts de cromosomes, un cromosoma sencer o segments d'aquest. No necessàriament impliquen mutacions gèniques, encara que pogués succeir en el cas de trencaments de cromosomes que afectin un gen.

Figura 1. Mutació en un gen que controla la forma de la cua de l'ratolí. Font: By (Photograph courtesy of Emma Whitelaw, University of Sydney, Austràlia.), Via Wikimedia Commons

Amb el desenvolupament de les eines moleculars aplicades a la seqüenciació de l'ADN, es va redefinir el terme mutació puntual. En l'actualitat aquest terme sol usar-se per referir-nos a alteracions en un parell o uns pocs parells de bases nitrogenades adjacents en l'ADN.

Què són les mutacions?

La mutació és el mecanisme per excel·lència que introdueix variació genètica en les poblacions. Consisteix en el canvi brusc en el genotip (ADN) d'un organisme, no a causa de recombinació o reordenació genètica, sinó per herència o per efecte de factors negatius de l'ambient (com toxines i virus).

Una mutació pot transcendir a la descendència si ocorre en les cèl·lules germinals (òvuls i espermatozoides). Pot originar en l'individu petites variacions, enormes variacions -causant fins i tot malalties-, o poden quedar silents, sense cap efecte.

Les variacions en el material genètic, poden llavors generar diversitat fenotípica en la naturalesa, sigui entre individus de diferents espècies o fins i tot de la mateixa espècie.

Tipus de canvis mutacionals gènics o puntuals

Hi ha dos tipus de canvis mutacionals gèniques:

Canvis de bases nitrogenades

Consisteixen en la substitució d'un parell de bases nitrogenades per un altre. Es divideixen al seu torn en dos tipus: les transicions i les transversions.

• Transicions: impliquen la substitució d'una base per una altra de la mateixa categoria química. Per exemple: una purina per una altra purina, adenina per guanina o guanina per adenina (A → G o G → A). També pot donar-se el cas de la substitució d'una pirimidina per una altra pirimidina.Por exemple: citosina per timina o timina per citosina (C → T o T → C).
• Transversions: són canvis que impliquen diferents categories químiques. Per exemple, el cas de l'canvi d'una pirimidina per una purina: T → A, T → G, C → G, C → A; o un purina per una pirimidina: G → T, G → C, A → C, A → T.

Per convenció aquests canvis es descriuen fent referència a l'ADN de cadena doble i, per tant, s'han de detallar les bases que formen el parell. Per exemple: una transició seria GC → AT, mentre que una transversión podria ser GC → TA.

Figura 2. Tipus de canvis mutacionals puntuals. Font: (By Sara - Own work, CC BY-SA 3.0,

Insercions o delecions

Consisteixen en l'entrada o sortida d'un parell o múltiples parells de nucleòtids d'un gen. Tot i que la unitat que s'afecta és el nucleòtid, solem referir-nos sempre a el parell o parells de bases involucrades.

conseqüències

Conceptes bàsics

Per estudiar les conseqüències de les mutacions gèniques hem abans repassar dues propietats de el codi genètic fonamentals.

1. La primera és que el codi genètic és degenerat. Això significa que un mateix tipus d'aminoàcid en la proteïna, pot ser codificat per més d'un triplet o codó en l'ADN. Aquesta propietat implica l'existència de més triplets o codons en l'ADN que tipus d'aminoàcids.
2. La segona propietat és que els gens posseeixen codons de terminació, usats per a la terminació de la traducció durant la síntesi proteica.

-Escenaris de les mutacions gèniques

Les mutacions puntals poden portar conseqüències diverses, depenent de el lloc específic on tinguin lloc. Per tant, podem visualitzar dos escenaris possibles:

1. La mutació ocorre en una part de el gen en la qual està xifrada la proteïna.
2. La mutació ocorre en seqüències reguladores o un altre tipus de seqüències no implicades en la determinació de la proteïna.

-Conseqüències funcionals de el primer escenari

Les mutacions gèniques en el primer escenari generen els següents resultats:

mutació silenciosa

Succeeix quan canvia una codó per un altre que codifica el mateix aminoàcid (això és conseqüència de la degeneració de el codi). A aquestes mutacions se'ls crida silencioses, ja que en termes reals no canvia la seqüència aminoacídica resultant.

Mutació de canvi de sentit

Ocorre quan el canvi de l'codó determina un canvi d'aminoàcid. Aquesta mutació pot tenir efectes diferents depenent de la naturalesa de el nou aminoàcid introduït.

Si el mateix és de naturalesa química similar a l'original (substitució sinònima), és possible que l'efecte sobre la funcionalitat de la proteïna resultant sigui menyspreable (aquest tipus de canvi sol anomenar canvi conservatiu).

Quan per contra, la naturalesa química de l'aminoàcid resultant és molt dissímil a l'original, l'efecte pot ser variable, podent arribar a inutilitzar la proteïna resultant (canvi no conservatiu).

La ubicació específica d'una mutació d'aquest tipus dins de el gen, pot generar efectes variables. Per exemple, quan la mutació succeeix en part de la seqüència que donarà lloc a el centre actiu de la proteïna, és d'esperar que el dany sigui més gran que si la mateixa es passa en regions menys crítiques.

Mutació sense sentit

Succeeix quan el canvi genera un codó de terminació de la traducció. Aquest tipus de mutació en general produeix proteïnes difuncionals (una proteïna truncada).

Insercions o delecions

Tenen un efecte equivalent a la mutació sense sentit, encara que no idèntic. L'efecte es produeix a l'canviar el marc de lectura de l'ADN (fenomen conegut com a desplaçament de el marc de lectura o Frameshift).

Aquesta variació produeix un ARN-missatger (mARN) amb un desfasament a partir de el lloc on es va produir la mutació (inserció o deleció), i per tant un canvi de la seqüència aminoacídica proteica. Els productes proteics obtinguts a partir de gens amb aquest tipus de mutacions seran totalment disfuncionals.

excepcions

Una excepció pogués resultar quan es presenten insercions o delecions d'exactament tres nucleòtids (o múltiples de tres).

En aquest cas, tot i el canvi, el marc de lectura roman inalterat. No obstant això, no es pot descartar per això, que la proteïna resultant sigui disfuncional, bé per la incorporació d'aminoàcids (en el cas de la inserció) o per la pèrdua dels mateixos (en el cas de delecions).

-Conseqüències funcionals de l'segon escenari

Les mutacions es poden presentar en seqüències de tipus reguladores o altres seqüències no implicades en determinar proteïnes.

En aquests casos, l'efecte de les mutacions és molt més difícil de predir. Dependrà llavors, de com afecti la mutació puntual a la interacció d'aquest fragment de l'ADN amb els múltiples reguladors de l'expressió gènica que existeixen.

Novament la ruptura de el marc de lectura o la simple pèrdua d'un fragment necessari per a la unió d'un regulador, poden causar efectes que van des de la disfuncionalitat dels productes proteics, fins al descontrol en les quantitats dels mateixos.

-Casos infreqüents que comporten a malalties

Un exemple de mutació puntual molt infreqüent és l'anomenada mutació amb guany de sentit.

Aquesta consisteix en la transformació de l'codó de terminació en un codó codificant. Aquest és el cas d'una variant de l'hemoglobina anomenada hemoglobina Constant Spring (variant al·lèlica HBA2 * 0001), originada pel canvi de el codó de terminació UAA a l'codó CAA.

En aquest cas, la mutació puntual resulta en una hemoglobina inestable α-2 estesa en 30 aminoàcids, provocant una malaltia de la sang anomenada alfa-talassèmia.

referències

1. Eyre-Walker, A. (2006). The Distribution of Fitness Effects of New Deleterious Amino Acid Mutations in Humans. Genetics, 173 (2), 891-900. doi: 10.1534 / genetics.106.057570
2. Hartwell, LH et al. (2018). Genetics from Gens to Genomes. Sixth edition, MacGraw-Hill Education. pp.849
3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Genètica Humana: Conceptes, mecanismes i aplicacions de la Genètica en el camp de la Biomedicina. Pearson Educació, SA pp. 289
4. Nussbaum, RL et al. (2008). Genètica en Medicina. Setena edició. Saunders, pp. 578.
5. Stoltzfus, A., and Cable, K. (2014). Mendelian-Mutationism: The Forgotten Evolutionary Synthesis. Journal of the History of Biology, 47 (4), 501-546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2