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¿Cuáles son las principales causas de mutaciones en el ADN?

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Sé que las mutaciones puntuales pueden cambiar la secuencia de bases de un gen alterando un codón específico que codifica un aminoácido en particular. ¿Son estas mutaciones eventos puramente aleatorios que ocurren cuando el ADN se copia en una célula? Además, ¿pueden los factores ambientales influir en la cantidad de mutaciones que se producen?


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¿Pueden los factores ambientales jugar un papel en la cantidad de mutaciones que ocurren?

¡Sí! Los factores ambientales que aumentan la tasa de mutación se denominan mutágenos. Definitivamente querrás echar un vistazo al artículo de Wikipedia. También puede leer la página de wikipedia sobre mutagénesis.

Algunas sustancias químicas aumentan la tasa de mutación, los agentes físicos como la radiación también aumentan la tasa de mutación. Hay virus que también son mutágenos. Además, el número de mutaciones que produce un organismo también puede ser fenotípicamente plástico. Por ejemplo, se ha demostrado que las plantas aumentan el número de mutaciones que producen en respuesta al entorno estresante. La razón (o al menos la razón comúnmente declarada) es que producen muchas mutaciones, "esperando" que al menos una de las crías lleve una mutación beneficiosa y esté muy en forma incluso en este entorno que es estresante para los padres. Muchos virus y algunas bacterias también actúan como mutágenos.

¿Son estas mutaciones eventos puramente aleatorios que ocurren cuando el ADN se copia en una célula?

Las mutaciones son aleatorias en el sentido de que es imposible predecir con certeza que una determinada mutación ocurrirá en un determinado locus (locus = posición en el genoma). Como consecuencia, también es cierto que las mutaciones son aleatorias en el sentido de que es imposible predecir el efecto sobre el fenotipo (y sobre la aptitud) de una mutación futura. La tasa de mutación varía a lo largo del genoma. Normalmente, la secuencia de ADN repetida tiende a tener una mayor tasa de mutación. Además, los transposones provocan muchas mutaciones y las regiones cercanas a los transposones tienen una tasa de mutación más alta. Pero de nuevo, deberías echar un vistazo de cerca a las páginas de wikipedia que vinculé arriba.

Tenga en cuenta que una respuesta completa requeriría entrar en la terminología del término "aleatorio", que en sí mismo es una cuestión de filosofía. Cuando se utiliza el término aleatorio, siempre es importante especificar qué se quiere decir exactamente (lo que no se hace en la pregunta), ya que se puede argumentar que desde que ocurrió el Big Bang todo ha sido determinista.


Hay muchos tipos diferentes ("escalas", podría decirse, y mecanismos) de mutación en el genoma.

Tal vez su pregunta fue realmente sobre mutaciones de base, pero quiero agregar una cosa tangencial interesante (que también señala la importancia de aclarar el término 'mutación'):

Duplicaciones segmentarias: mutación genómica no aleatoria

Hay mutaciones que no llamarías aleatorias; que ocurren una y otra vez en pacientes de algunos trastornos. Al estudiar a pacientes con Charcot-Marie-Tooth 1A (y otras enfermedades), los genetistas identificaron estructuras en el genoma que actúan como 'plataformas' para mutaciones a gran escala, es decir, reordenamientos cromosómicos.

Ciertos lugares del genoma son ricos en duplicaciones segmentarias, segmentos parálogos del genoma que pueden ser razonablemente grandes (1-400 kb), pueden contener genes y tener una identidad muy alta (> 90%), lo que los hace propensos a recombinarse.

La presencia de duplicaciones segmentarias (SD) crea inestabilidad genómica local; propensión a la recombinación, provocando reordenamientos - el término "trastorno genómico" fue acuñado para las enfermedades que surgen de estos reordenamientos.

Estos trastornos genómicos son típicamente desequilibrios de dosis de genes. En el caso de Charcot-Marie-Tooth 1A, la duplicación de una región entre 2 SD contiene un gen implicado en la mielinización. La deleción de esa región provoca otra neuropatía. La hemofilia A puede ser causada por la inversión de una región entre 2 SD que se encuentra parcialmente dentro de un gen largo que codifica un factor de coagulación. La inversión altera totalmente los exones.

Lea más aquí: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1226196/


¿Cuáles son las causas de la mutación?

Las mutaciones son el resultado de errores durante la replicación del ADN u otros tipos de daños al ADN. Dicho ADN puede sufrir una reparación propensa a errores o provocar un error durante la replicación.

Explicación:

Las mutaciones pueden deberse a la exposición a sustancias químicas específicas o radiación. Estos agentes hacen que el ADN se descomponga.

Los productos químicos que cambian el emparejamiento de bases normal pueden generar mutaciones al
1) eliminar grupos amino.
2) cambiar una base por modificación covalente
3) provocan entrecruzamiento de cadenas de ADN.

Las radiaciones de rayos X y UV pueden provocar
1) fragmentación del ADN
2) dimerización de timidina
3) cambio en el equilibrio de formas tautoméricas de bases.

Las mutaciones también pueden resultar de la inserción o deleción de segmentos de ADN debido a elementos genéticos móviles.

Las mutaciones juegan un papel en los procesos biológicos tanto normales como anormales, incluida la evolución, el cáncer y el desarrollo del sistema inmunológico, incluida la diversidad de las uniones. Debido a los efectos dañinos que las mutaciones pueden tener en los genes, los organismos tienen mecanismos como la reparación del ADN para prevenir o corregir mutaciones al revertir la secuencia mutua a su estado original.


¿Qué es una mutación de inserción?

Una mutación de inserción es cuando se agregan bases de ADN adicionales a una secuencia de genes en el ADN.

Explicación:

Una mutación de inserción es cuando, por accidente, se agregan bases de ADN adicionales al ADN. La inserción cambia drásticamente la naturaleza de las proteínas producidas por la cadena de ADN.

La adición de ADN adicional interrumpe el marco de lectura del ADN, lo que resulta en la producción de aminoácidos incorrectos. La interrupción puede causar el cambio del código de información de ADN en un codón (la secuencia de tres ADN que codifica los aminoácidos y la información) de producir un aminoácido al código de información para finalizar o detener la lectura para más aminoácidos que causan la proteína debe ser más corta de lo normal

Algunos teóricos proponen que la mutación por inserción es un medio para aumentar la información y la complejidad del ADN requerido para el Descenso con Modificación conocido como evolución darwiniana. Las mutaciones de inserción aumentan la cantidad de ADN. Sin embargo, más ADN no necesariamente aumenta la información.

Las mutaciones de inserción provocan la producción de aminoácidos incorrectos, provocan la terminación temprana de la cadena de aminoácidos (proteína) y cambian la información altamente estructurada almacenada en el ADN a proteínas no funcionales que producen sin sentido.


Mutación

un cambio permanente espontáneo o inducido artificialmente en las estructuras que son responsables del almacenamiento y transmisión de información genética en los organismos vivos. La capacidad de mutación es una propiedad universal de todas las formas de vida, desde los virus y microorganismos hasta las plantas superiores, los animales y el hombre. La mutación es la base de la variación hereditaria en la naturaleza.

Las mutaciones que aparecen en las células germinales o en las esporas (mutaciones gaméticas) se transmiten de forma hereditaria. Las mutaciones que surgen en células que no están involucradas en la reproducción sexual (mutaciones somáticas) resultan en mosaicismo genético. Esta es una condición en la que una parte del organismo consiste en células mutantes, mientras que la parte restante consiste en células no mutantes. En tales casos, la mutación puede heredarse solo por reproducción vegetativa que involucre brotes mutantes, tallos mutantes, tubérculos mutantes u otras partes somáticas mutantes.

Muchos científicos observaron cambios hereditarios espontáneos en los siglos XVIII y XIX y C. Darwin los conocía bien, pero el estudio exhaustivo de la mutación no se inició hasta la aparición de la genética experimental a principios del siglo XX. El término & ldquomutation & rdquo fue introducido en la genética por H. de Vries en 1901.

Tipos. Las mutaciones se denominan genómicas, cromosómicas o puntuales (gen), según la naturaleza del cambio que se produce en el aparato genético. Las mutaciones genómicas implican cambios en el número total de cromosomas en la célula. Una de esas mutaciones es la poliploidía, un aumento en el número total de conjuntos de cromosomas completos: en lugar de dos conjuntos de cromosomas, típicos de los organismos diploides, puede haber tres, cuatro o incluso más conjuntos. En la haploidía, en lugar de dos conjuntos de cromosomas, solo hay uno. Hay varias formas en las que puede ocurrir aneuploidía, un tercer tipo de mutación genómica: en la nulisomía, uno o más pares de cromosomas homólogos están ausentes en la monosomía, un miembro de un par de cromosomas está ausente, trisomías, tetrasomías, etc. cuando están presentes tres o más parejas homólogas.

Se distinguen varios tipos de mutaciones o aberraciones cromosómicas: (1) inversión, en la que un segmento del cromosoma gira 180 ° de modo que la secuencia normal de los genes se invierte (2) translocación, en la que partes de dos o más no homólogos los cromosomas se intercambian (3) deleciones, que implican la pérdida completa de una parte sustancial de un cromosoma (4) deleciones menores, que implican la pérdida de solo una pequeña parte de un cromosoma (5) duplicación, en la que se duplica parte de un cromosoma ocurre y (6) fractura, en la que un cromosoma se rompe en dos o más partes.

Las mutaciones puntuales son cambios permanentes en la estructura química de genes individuales. Por lo general, estas mutaciones no son visibles al microscopio. Se sabe que las mutaciones ocurren en genes que están situados no solo en los cromosomas sino también en ciertos orgánulos que se reproducen a sí mismos, por ejemplo, en las mitocondrias y plástidos.

Efectos sobre el organismo. Una gran variedad de características bioquímicas, fisiológicas y morfológicas de un organismo pueden cambiar como resultado de una mutación. Los cambios que se encuentran en los mutantes, organismos que han sufrido una mutación, pueden ser indistintos, y solo consisten en pequeñas desviaciones de la apariencia promedio de una determinada característica de la especie. Los cambios en un mutante también pueden ser bastante pronunciados. Los mutantes poliploides generalmente se reconocen por un agrandamiento tanto de las células individuales como del organismo en su conjunto. Si un poliploide tiene un número par de conjuntos de cromosomas (poliploide equilibrado), la fertilidad generalmente se conserva o disminuye solo ligeramente. Pero los poliploides en los que el número de conjuntos de cromosomas es desigual (poliploides desequilibrados) son infértiles o solo ligeramente fértiles. Los cromosomas de poliploides desequilibrados se distribuyen aleatoriamente en las células germinales maduras. Esto da como resultado la formación de gametos aneuploides, la mayoría de los cuales no pueden fertilizarse o no pueden producir cigotos viables. Los mutantes haploides tienen células pequeñas y el organismo en su conjunto es más pequeño que la forma diploide normal de la especie. La infertilidad es completa, o casi completa, porque solo unos pocos gametos contienen un complemento completo de cromosomas. Varias características de los aneuploides se alteran sustancialmente, a menudo lo suficientemente grave como para matar al organismo o volverlo infértil.

Los cambios suelen ser menos pronunciados en los casos de deleción, deleción menor y duplicación; la extensión del cambio en el organismo es generalmente proporcional a la longitud de la parte del cromosoma que se perdió o se duplicó. Las deleciones grandes pueden provocar la muerte del organismo.

Las inversiones y translocaciones no alteran por sí mismas las características del organismo (a menos que se produzca un cambio en la manifestación fenotípica del gen y rsquos debido a la proximidad del gen y rsquos a un nuevo conjunto de genes vecinos). Sin embargo, las translocaciones y las inversiones tienen importantes consecuencias genéticas. En el caso de la inversión en heterocigotos, el intercambio de información genética entre el cromosoma normal y el cromosoma portador de la inversión es complicado. Cuando la translocación ocurre en heterocigotos, resultan células germinales parcialmente aneuploides y en su mayoría células germinales no viables. Esto también ocurre en el caso de las fracturas, porque se pierde el fragmento cromosómico que queda sin centrómero después de la rotura.

Las mutaciones puntuales, que constituyen la mayoría de todas las mutaciones, dan lugar a una gran variedad de cambios. Una modificación de un gen suele provocar cambios en varias características fenotípicas. Las mutaciones puntuales pueden ser dominantes, semidominantes o recesivas. La mutación de un gen puede producir una variante o un alelo de ese gen. Las expresiones fenotípicas de genes alélicos difieren entre sí. La expresión de un alelo mutante puede diferir de la expresión del alelo normal correspondiente en las siguientes formas: (1) el producto (generalmente una enzima) que se codifica en ese sitio genético en particular no se forma en absoluto, (2) el el producto se forma en cantidades anormalmente bajas o altas, (3) se sintetiza una sustancia que inactiva o inhibe el producto de un gen no mutante, y (4) en lugar de que se forme el producto normal, se produce un producto no reactivo, ausente en individuos no mutantes evolucionado. Un gen que ha mutado suele ser tan estable como el gen no mutante del que se originó, y puede volver a su estado original después de una nueva mutación. Tal ocurrencia se conoce como mutación reversible. Las mutaciones puntuales suelen ser perjudiciales, porque interfieren con los procesos vitales y disminuyen la viabilidad y fertilidad del organismo. Un gen mutante a menudo mata a un organismo en desarrollo. Estas mutaciones se denominan letales. Las mutaciones puntuales que tienen un efecto comparativamente pequeño sobre la viabilidad y la fertilidad no son tan comunes como las mutaciones letales, y las que mejoran diversas propiedades del cuerpo son incluso menos frecuentes. A pesar de su ocurrencia relativamente rara, las mutaciones puntuales favorables son muy importantes porque proporcionan el material básico para la selección natural y artificial, procesos cruciales en la evolución y la reproducción.

Causas e inducción artificial.. La poliploidía generalmente surge al comienzo de las divisiones de células mitóticas (división celular de células somáticas) en las que los cromosomas se separan con éxito pero en las que la división celular, por alguna razón, no avanza más allá de ese punto de separación. La poliploidía se puede inducir artificialmente tratando la célula, una vez que ha comenzado la mitosis, con sustancias que interfieren con la división celular. Con menos frecuencia, la poliploidía resulta de la fusión de dos células somáticas o de la participación de dos espermatozoides en la fertilización de un solo óvulo. La haploidía suele ser el resultado de la partenogénesis, el desarrollo de un embrión sin fertilización del óvulo. La partenogénesis se induce artificialmente utilizando polen muerto o polen de una especie distante para polinizar la planta. La principal causa de aneuploidía es la no disyunción accidental durante la meiosis (división celular de las células germinales) de un par de cromosomas homólogos. La no disyunción hace que ambos cromosomas de un par homólogo entren en una sola célula germinal o evita por completo que ambos cromosomas entren en la célula germinal. Con menos frecuencia, los aneuploides se originan a partir de unas pocas células germinales no viables formadas en poliploides desequilibrados.

Las causas de las aberraciones cromosómicas y de la categoría más importante de mutaciones, las mutaciones puntuales, permanecieron desconocidas durante mucho tiempo. Así, se desarrolló el concepto erróneo conocido como autogénesis, según el cual las mutaciones genéticas espontáneas surgen en la naturaleza aparentemente sin la participación de factores ambientales. No fue hasta que se desarrollaron métodos para evaluar cuantitativamente las mutaciones genéticas que las mutaciones podrían ser inducidas por una variedad de factores químicos y físicos. Estos factores se denominan mutágenos.

Los primeros datos sobre el efecto del radio sobre la variación hereditaria en hongos inferiores fueron obtenidos en la URSS por G. A. Nadson y G. S. Filippov en 1925. En 1927, G. Muller dio una prueba convincente de que las mutaciones pueden ser inducidas artificialmente. Drosophila descubrió la poderosa propiedad mutagénica de los rayos X. La investigación posterior sobre los efectos genéticos de la radiación en diferentes organismos reveló la capacidad universal de todas las radiaciones ionizantes para inducir no solo mutaciones genéticas sino también aberraciones cromosómicas.

La acción mutagénica de ciertos agentes químicos fue descubierta por primera vez en la URSS por M. N. Meisel & rsquo (1928), V. V. Sakharov (1933) y M. E. Lobashev (1934). El ADN de Heterologus, el primer mutágeno químico poderoso, fue descubierto en 1939 por S. M. Gershenzon y sus colaboradores. En 1946, el genetista soviético I. A. Rapoport descubrió la poderosa acción mutagénica del formaldehído y la etilenimina. Ese mismo año, los genetistas británicos C. Auerbach y D. Robson descubrieron el poderoso gas mostaza mutágeno. Desde entonces se han encontrado cientos de otros mutágenos químicos. Los mutágenos físicos y químicos poderosos aumentan la frecuencia de mutaciones genéticas y aberraciones cromosómicas por muchos factores a menudo: los mutágenos químicos más poderosos, los supermágenos, muchos de los cuales fueron descubiertos y estudiados por el genetista soviético Rapoport y colaboradores, aumentan la mutación y la aberración. tasas por un factor de 100 o más por encima de la frecuencia de nivel básico de mutación espontánea.

Los experimentos que utilizaron cultivos celulares y animales de laboratorio revelaron que muchos virus pueden inducir mutaciones. En los virus, son los ácidos nucleicos autóctonos los que parecen actuar como mutágenos. Por lo tanto, los virus no solo son los agentes causantes de muchas enfermedades en los animales, el hombre, las plantas y los microorganismos, sino que también sirven como una de las fuentes de variación hereditaria. Todos los mutágenos provocan mutaciones puntuales al alterar directa o indirectamente la estructura molecular de los ácidos nucleicos en los que se codifica la información genética.

Las mutaciones se han estudiado más en el maíz, en Drosophila, y en algunos microorganismos. Los estudios experimentales sobre mutaciones espontáneas e inducidas han revelado una serie de características importantes de la mutación de genes. La frecuencia con la que se produce la mutación espontánea varía de un gen a otro y de un organismo a otro, variando para un gen individual desde una mutación por 105 genes hasta una mutación por 107 genes en una generación. Algunos genes, llamados genes mutables, pueden mutar con mucha más frecuencia. La frecuencia de la mutación hacia adelante y la de la mutación hacia atrás en el mismo gen son a menudo diferentes. Los mutágenos aumentan la frecuencia de mutación para todos los genes aproximadamente a la misma velocidad, de modo que el espectro de mutación y mdash la relación entre el número de genes que mutan más comúnmente y el número de genes que mutan con menos frecuencia y mdash permanece aproximadamente igual para los procesos de mutación espontánea e inducida. Los mutágenos químicos pueden afectar espectros de mutación ligeramente diferentes de otros mutágenos.

Es solo en los microorganismos que algunos mutágenos químicos pueden aumentar significativamente la tasa de mutación de ciertos genes sobre la tasa de mutación de los otros genes. Los sitios del cromosoma que son susceptibles de mutación se denominan puntos calientes. Un fenómeno similar ocurre durante la acción mutagénica de los ácidos nucleicos virales sobre organismos multicelulares. La relación entre el número de mutaciones puntuales y el número de aberraciones cromosómicas depende de si los mutágenos son químicos o físicos. Los mutágenos químicos son responsables de un mayor número de mutaciones puntuales que los mutágenos físicos. También existen otras diferencias en las formas en que funcionan los mutágenos químicos y físicos.

No todos los cambios inducidos por mutágenos en el ADN se expresan como mutaciones. Una parte dañada del ADN a menudo se elimina o escinde en el curso de la recombinación por las enzimas reparadoras de la célula, que restauran la estructura del ADN. Durante la replicación posterior del ADN, la porción dañada se reemplaza por un fragmento normal correspondiente.

La frecuencia con la que aparece cualquier mutación depende de muchos factores externos e internos, por ejemplo, temperatura, presión parcial de oxígeno, edad del organismo y fase de desarrollo y condición fisiológica de la célula. Las características del genotipo son muy importantes, porque incluso dentro de una sola especie, genéticamente diferentes cepas pueden diferir con respecto a sus mutabilidades. En varios organismos se han descrito genes mutantes, que aumentan drásticamente la frecuencia de mutaciones. Debido a su dependencia de factores genéticos, la mutabilidad se puede aumentar o disminuir mediante selección artificial. Las diferencias en la mutabilidad entre las diversas especies son una consecuencia del efecto de la selección natural en el curso de la evolución de la especie.

Importancia en la evolución, el fitomejoramiento y la medicina. La base para comprender el papel de la mutación en la evolución fue establecida en la década de 1920 por el genetista soviético S. S. Chetverikov, los científicos británicos J. Haldane y R. Fisher, y el científico estadounidense S. Wright, pioneros en el campo de la genética evolutiva. Se demostró que todos los cambios hereditarios que sirven como materia prima para la selección natural surgieron por mutación. La variación recombinante, que resulta de la formación de nuevas combinaciones de genes a través del cruzamiento, es en última instancia también la consecuencia de aquellas mutaciones que fueron responsables de las diferencias genéticas de los individuos parentales.

A diferencia del caso de la modificación, en la mutación un solo factor mutagénico da lugar a una variedad de mutaciones que afectan a varias características de diferentes maneras. Por tanto, las mutaciones no son adaptativas en sí mismas. Sin embargo, las mutaciones que aparecen constantemente en cualquier especie, muchas de las cuales persisten de forma latente durante mucho tiempo dentro de la población en forma de mutaciones recesivas, sirven como reservorio de variación hereditaria que permite a la selección natural reestructurar las características hereditarias de una especie y adaptar la especie a las mismas. condiciones ambientales cambiantes, como cambios en el clima, biocenosis o migración. Así, el valor adaptativo del cambio evolutivo es consecuencia de la preservación por selección natural de los portadores de aquellas mutaciones y combinaciones de mutaciones que resultan útiles en una situación particular. Las mutaciones que fueron perjudiciales o neutrales en algunas condiciones pueden resultar útiles en diferentes condiciones.

Las mutaciones puntuales son las más valiosas en términos de su papel en la evolución. A pesar de la mutación relativamente infrecuente de cada gen, la frecuencia general de mutación puntual espontánea es grande porque hay decenas de miles de genes en el genotipo de organismos multicelulares. Como resultado, un gran porcentaje (alrededor del 5 al 30 por ciento en plantas y animales superiores) de los gametos o esporas formados por un organismo porta varias mutaciones genéticas, creando así el prerrequisito para una selección natural efectiva. Las aberraciones cromosómicas que dificultan la recombinación (inversiones y translocaciones) contribuyen al aislamiento reproductivo y a la posterior divergencia de grupos de organismos. Las duplicaciones conducen a un aumento en el número y variedad de genes en el genotipo, debido a la posterior diferenciación de los genes en las porciones duplicadas de los cromosomas. La poliploidía juega un papel importante en la evolución de las plantas: junto con el aislamiento reproductivo, a veces puede restaurar la fertilidad de híbridos interespecies infértiles.

El desarrollo de métodos de mutagénesis artificial facilitó considerablemente el estudio del fitomejoramiento. Los fitomejoradores dispusieron de mucho más material de partida que cuando se utilizaron mutaciones espontáneas raras. En 1930, los científicos soviéticos A. A. Sapegin y L. N. Delone fueron los primeros en utilizar radiación ionizante para producir trigo. El método de selección por radiación se utilizó más tarde para producir nuevas variedades de alto rendimiento de plantas como el trigo, la cebada, el arroz y el altramuz. La selección por radiación también se utiliza para obtener cepas valiosas de microorganismos utilizados en la industria. Los mutágenos químicos también pueden producir buenos resultados en el fitomejoramiento.

Las mutaciones genómicas, las aberraciones cromosómicas y las mutaciones puntuales causan muchas enfermedades hereditarias y anomalías congénitas en el hombre. Por lo tanto, proteger a los seres humanos de los mutágenos es una tarea muy importante. A este respecto, fue de gran valor la iniciativa de la Unión Soviética de prohibir los ensayos nucleares atmosféricos, que contaminan el medio ambiente con sustancias radiactivas. Es muy importante para los trabajadores de la industria atómica, para quienes manipulan isótopos radiactivos y para quienes utilizan los rayos X para protegerse escrupulosamente de las radiaciones. Es necesario estudiar la posible acción mutagénica de nuevos fármacos, plaguicidas y productos químicos industriales y prohibir la producción de sustancias que resulten mutagénicas. La prevención de infecciones virales también es importante para proteger a la descendencia contra la acción mutagénica de los virus.


¿Cuáles son las principales causas de mutaciones en el ADN? - biología

Notas de biología escolar: variación genética: causas y consecuencias de las mutaciones

Una introducción a la variación genética, las causas y formación de mutaciones y consecuencias.

Notas de revisión de biología escolar de Doc Brown: biología GCSE, biología IGCSE, biología de nivel O,

Cursos de ciencias escolares de los grados 8, 9 y 10 de EE. UU. O equivalentes para

Estudiantes de biología de 14-16 años

Subíndice de esta página

(a) Introducción a la variación genética

Esta página te ayudará a comprenderlo.

Variantes genéticas son causadas por alteraciones en las secuencias de nucleótidos comunes en el ADN de los genes.

El término variante se puede utilizar para describir una alteración que puede ser benigna (inofensiva), patógena (dañina) o de significado desconocido.

El término variante se utiliza cada vez más en lugar del término mutación.

Las variantes son clave para una evolución exitosa porque los cambios de genotipo (generalmente del tipo más pequeño) pueden conducir a cambios en el fenotipo.

Humano variación genética es el genético diferencias tanto dentro como entre poblaciones.

Puede haber varios variantes de cualquier dado gene en la población humana, es decir, dos alelos diferentes.

Los diferentes alelos, diferentes versiones de un mismo gen, pueden conducir a diferencia en fenotipos - las características que presenta un organismo.

Una mutación puede definirse como cualquier cambio en un ADN en comparación con lo normal que da como resultado una anormal variante .

(b) Pueden ocurrir cambios en el ADN del genoma: mutaciones y variantes de amp

A veces, el ADN puede mudar, es decir, un se produce un cambio aleatorio en una secuencia de ADN de un organismo.

Es posible que el mutación para ser heredada.

Esto cambia automáticamente la secuencia de bases en la molécula de ADN.

Por tanto, la expresión génica se puede alterar o inhibir.

Aquí estamos tratando con una versión diferente del gen: una variante genética (también llamado alelo).

Cualquier mutación cambia la secuencia de bases en una hebra de ADN que produce una forma diferente del gen (alelo) y se denomina variante genética.

En el curso de la evolución, es más probable que las mutaciones ventajosas se hereden a través de generaciones sucesivas.

Todas las diferentes versiones de genes se llaman variantes genéticas o alelos y están formados por mutaciones (¡pero no asuma que todos son dañinos para el funcionamiento de un organismo!).

A pesar de la frecuencia de las mutaciones, la mayoría tiene poco o ningún efecto sobre la proteína sintetizada en los ribosomas.

El cambio en la estructura de las proteínas suele ser leve e inofensivo y su función o apariencia relativamente no se ve afectada.

Sin embargo, Ciertas mutaciones pueden tener un gran efecto en una proteína con graves consecuencias..

Este resultado de esta variante genética puede codificar una secuencia diferente de aminoácidos y consecuentemente mayo cambiar el forma de la estructura proteica final y su actividad.

p.ej. teóricamente, para una enzima (proteína), su actividad puede aumentar, disminuir o inhibir completamente su acción.

Una mutación podría incluso conducir a la codificación de un aminoácido diferente y, por lo tanto, se produce una proteína diferente.

Es posible que la proteína no sea útil o potencialmente dañina y el sistema inmunológico la trate como una sustancia "extraña".

Si la proteína ya no tiene la forma correcta, es posible que no pueda realizar su función, p.

(i) una forma alterada podría significar una enzima mi no puede realizar su acción catalítica porque las moléculas de sustrato S no se pueden bloquear en el sitio activo - vea el diagrama a continuación (de mi página de Enzimas - estructura y funciones).

(ii) Si sustancias como el colágeno, la principal molécula de proteína estructural en los tejidos conectivos de su cuerpo, no se forman correctamente, el tejido muscular puede debilitarse o ser completamente inútil para brindar apoyo físico al cuerpo de un organismo.

Las variantes genéticas se pueden heredar de una generación a otra p.ej. madre a hijo.

Ver más sobre las consecuencias de las mutaciones (en esta página)

y los efectos del ADN no codificante (en esta página)

y ver página de evolución para muchas más notas sobre la variación

(c) ¿Qué causa las mutaciones?

Las mutaciones son relativamente poco comunes, en la copia de código de ADN, se estima que hay una probabilidad de 1 en 10 9 (1 en mil millones) de una mutación, aunque otros factores pueden entrar en juego para aumentar esto, p. exposición a radiaciones ionizantes e ingestión de moléculas cancerígenas.

Las mutaciones ocurren todo el tiempo y pueden ocurrir bastante espontáneamente - un evento aleatorio.

Hay varias formas diferentes en que pueden ocurrir mutaciones y cambiar la secuencia de bases en el ADN, p.

Puede ocurrir una mutación si ocurre un error en la replicación cromosómica (Replicación de ADN) es decir, puede que no sea tan perfecto como el que se muestra en el siguiente diagrama (ver Estructura de ADN y ARN y síntesis de proteínas ).

La posibilidad de una mutación aumenta si un organismo está expuesto a ciertas sustancias químicas, en particular las conocidas como sustancias cancerígenas p.ej. algunos constituyentes del alquitrán de tabaco.

A carcinógeno se define como cualquier sustancia (por ejemplo, un químico cancerígeno), radionúclido o radiación que promueve la carcinogénesis, la formación de cáncer.

Esto puede deberse a la capacidad de la sustancia o la radiación de dañar el genoma o de la alteración de los procesos metabólicos celulares.

Algunas moléculas provocan mutaciones al interferir con la descompresión del ADN y producir errores en la replicación.

La radiación de materiales radiactivos es particularmente eficaz para causar mutaciones, de ahí los peligros asociados con la exposición a alfa, beta y gamma. radiaciones ionizantes.

La energía de las partículas es lo suficientemente grande como para romper enlaces químicos, induciendo cambios en la estructura molecular del ADN.

Ver Radiación gamma alfa, beta y amperios - peligros de las emisiones radiactivas - problemas de salud y seguridad y radiación ionizante gcse física

Mutación por deleción :

Una base puede ser eliminado al azar de la secuencia de bases de ADN. Por lo general, solo se elimina una base.

Esto cambiará la forma en que se lee la secuencia de bases de nucleótidos y afectará a otras bases más abajo en la cadena de ADN.

Se reconocen los tripletes incorrectos, por lo que se codificarán los aminoácidos incorrectos. Entonces, en el diagrama, esta sección de la secuencia de bases cambia de.

. ATC GRAMO TT AGC CGA. etc. a. ATC TTA GCC GA. . etc.

En otras palabras, se produce una secuencia de aminoácidos anormal.

Esto cambiará la forma en que se lee la secuencia de bases de los códigos de triplete al hacer que el ARN codifique una síntesis de proteínas. La mutación tendrá efectos en la cadena de ADN, es decir, es posible que ahora no codifique la secuencia correcta de aminoácidos para producir la proteína adecuada con su estructura correcta.

Esto podría afectar la estructura de la proteína e inhibir su función.

Es posible que no se produzca la proteína correcta, con graves consecuencias.

Se puede insertar una nueva base en la secuencia de bases de ADN en una posición que NO debería ocupar en un gen.

Esto cambiará la forma en que se leen los códigos de triplete, es decir, cambia el código de aminoácidos y el código de los aminoácidos incorrectos.

En el diagrama, los codones triples originales son. ATC GTT AGC CGA. etc., pero después de la inserción de la base T después del primer triplete, los codones del triplete ahora se leen de manera bastante diferente.

por lo que esta parte de la secuencia de bases se convierte en. ATC T GT TAG CCG A ... etc.

Además, como consecuencia, se cambia más de un triplete de aminoácidos porque puede verse afectada una secuencia completa de bases. Se codificarán los aminoácidos incorrectos.

Una vez más, esta mutación cambiará la forma en que se lee la secuencia de bases de los códigos de triplete al hacer que el ARN codifique una síntesis de proteínas. La mutación tendrá efectos en la cadena de ADN y es posible que no codifique la secuencia correcta de aminoácidos para producir la proteína adecuada. Esto podría afectar la estructura de la proteína e inhibir su función. Es posible que no se produzca la proteína correcta, con graves consecuencias.

Se pueden insertar una o bases en una sola mutación. Si se insertan una o dos bases, se aplica lo anterior.

PERO, si se insertan tres bases, ¡la secuencia original antes y después de la inserción permanece intacta! ¿Es la consecuencia un aminoácido extra en el polipéptido-proteína? ¿Se puede seguir produciendo la misma proteína funcional?

Mutación de sustitución :

Otra base en el ADN se sustituye al azar por una base diferente. cambiando la secuencia de bases.

Aquí hay dos posibles resultados:

(i) puede que no haya ningún efecto general porque algunos aminoácidos están codificados por más de un triplete y la sustitución podría dar lugar a uno de esos otros códigos de triplete.

p.ej. en el diagrama el segundo triplete GRAMO TT mutado a ATT , pero aún puede codificar el mismo aminoácido.

(ii) la secuencia no se puede leer correctamente porque el código no coincide con el aminoácido particular requerido.

Se codificará el aminoácido incorrecto, o es posible que no codifique ningún aminoácido en absoluto.

Nuevamente, al igual que con otros tipos de mutación, se cambia la forma en que se lee la secuencia de bases de los códigos de tripletes de ADN, al hacer que el ARN codifique una síntesis de proteínas. La mutación tiene efectos en la cadena de ADN que afectan la codificación de los aminoácidos para producir la proteína adecuada. Esto afecta la estructura de la proteína e inhibe su función y tal vez no se produzca la proteína correcta, con graves consecuencias.

(e) ¿Cuáles son las consecuencias de las mutaciones?

Recordatorios importantes:

(i) Las enzimas son proteínas. Catalizan la mayoría de las reacciones en los organismos.

Tienen una forma y estructura molecular específicas que les permite catalizar reacciones específicas.

Si la molécula de proteína enzimática no se sintetiza correctamente, entonces no puede realizar su función catalítica en bioquímica. Esto se ilustra con el diagrama y las notas a continuación.

A La estructura de la proteína de la enzima está formada correctamente a partir de ADN codificado correctamente, es decir, ninguna mutación ha tenido un efecto adverso. La secuencia de aminoácidos es correcta y, por lo tanto, la proteína se enrolla en su estructura 3D correcta y el sitio activo puede aceptar la molécula de sustrato.

B El cambio químico puede tener lugar porque la estructura de la proteína del sitio activo tiene la forma 3D correcta para aceptar la molécula de sustrato que 'encaja' - el mecanismo de 'llave y cerradura'.

C Una o más mutaciones han provocado un cambio en la secuencia de aminoácidos, lo que ha provocado un cambio en la forma de la proteína en el sitio activo, por lo que la molécula de sustrato no puede "acoplarse" y ser modificada químicamente por la enzima.

Tenga en cuenta que todo el resto de la estructura de la enzima es correcta, e incluso si no se debe a una mutación que afecte la secuencia de aminoácidos, es posible que no afecte el sitio activo. Una de las razones por las que las mutaciones no siempre tienen un efecto perjudicial sobre la estructura y función de la proteína-enzima.

(ii) Si una mutación produce un cambio en los códigos de triplete para los aminoácidos, entonces la proteína final formada puede tener una estructura y función diferente a la que se suponía que se había formado (esto se explicó en la sección (a) anterior.

Es poco probable que la proteína producida pueda realizar la función que se pretendía del código de ADN.

La proteína puede hacer algo diferente o puede ser incapaz de hacer nada.

Una sola mutación que cambia la función de una sola molécula de proteína puede tener un efecto significativo sobre el fenotipo.

Tenga en cuenta que la mayoría de las mutaciones no tienen ningún efecto sobre los fenotipos de un organismo.

Algunas mutaciones pueden tener un efecto pequeño, pero hay mutaciones raras que pueden producir un nuevo fenotipo en una especie; ver evolución.

El trastorno genético de la fibrosis quística es causado por la deleción de tres bases con un efecto perjudicial masivo sobre el fenotipo.

El gen 'dañado' codifica una proteína que controla el movimiento de la sal y el agua dentro y fuera de las células: control de membrana semipermeable. Desafortunadamente, la proteína producida por la variante de fibrosis quística no funciona correctamente. El resultado en el individuo es una producción excesiva de mucosa en los pulmones y el sistema digestivo y esto causa dificultad para respirar y digerir los alimentos.

Algunas mutaciones tienen un efecto leve en la función de la proteína y tienen un efecto relativamente pequeño en el fenotipo; supongo que la molécula de proteína está lo suficientemente bien formada para realizar su función, pero tal vez no perfectamente.

Las mutaciones del ADN codificante no cambian necesariamente la secuencia de aminoácidos de una proteína.

Aquí, tales mutaciones no tienen ningún efecto sobre el fenotipo, es decir, ningún efecto sobre las características de un organismo.

Esto contrasta fuertemente con los que padecen fibrosis quística.

En los seres humanos, la codificación de las proteínas es solo aproximadamente el 1,5% de nuestro ADN, que incluye entre 20 000 y 25 000 genes, la mayor parte del resto es ADN no codificante, ¡pero no está ahí solo para compensar los números!

Parece que muchas secciones de ADN se describen como "no codificantes", lo que significa que no codifican ninguna proteína.

Sin embargo, estos Las secciones no codificantes de ADN realizan otras funciones esenciales, incluido el encendido y apagado de genes..

Esto significa si un gen se expresa o no.

La palabra 'expresión'en genética significa que ese gen se enciende y se usa para producir una proteína que contribuye a un fenotipo, lo que se produce en una característica particular.

Por lo tanto, Cualquier mutación en este ADN no codificante puede prevenir la síntesis de proteínas. y la falta de esta proteína puede afectar negativamente al fenotipo del organismo: la expresión génica.

Algunos ejemplos específicos

Las moscas de la fruta tienen una enzima XDH que participa en la producción de un pigmento rojo.

Las moscas de la fruta con actividad normal de la enzima XDH tienen los ojos rojos.

Las moscas de la fruta sin actividad XDH tienen ojos marrones porque no se produce pigmento rojo.

Entonces, hay partes de las cadenas de ADN que NO codifique ninguna proteína, pero son de gran importancia .

Cada vez más investigaciones científicas muestran que algunas de estas secciones no codificadas encender y apagar genes, en otras palabras, controlan si un gen es expresado para hacer una proteína.

Por lo tanto Algunas de estas regiones no codificantes del ADN están involucradas en la síntesis de proteínas..

Antes de que pueda ocurrir la transcripción, la ARN polimerasa tiene que unirse a una sección no codificante de ADN adyacente al gen específico (para una proteína específica).

Si se ha producido una mutación en esta sección del ADN, puede afectar la capacidad de la ARN polimerasa para unirse a ella; podría ser más difícil o más fácil (o sin efecto).

La cantidad y precisión de la cantidad de ARNm que se transcribe depende de qué tan bien se lleve a cabo esta unión y, por lo tanto, afecta qué tan bien se produce la proteína.

Por tanto, la producción de la proteína puede verse afectada y, dependiendo de su función, ese fenotipo específico también puede verse afectado.

Esto significa que las variantes genéticas en regiones no codificantes del ADN pueden afectar los fenotipos exhibidos por un organismo, a pesar del hecho de que estas secciones no codificantes de ADN sí codifican proteínas.

Resumen de la estructura de ADN y ARN y síntesis de proteínas notas de revisión de biología de gcse

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Un nuevo estudio revela que la física cuántica puede provocar mutaciones en nuestro ADN

Crédito: Pixabay / CC0 Public Domain

La biología cuántica es un campo de la ciencia emergente, establecido en la década de 1920, que analiza si el mundo subatómico de la mecánica cuántica juega un papel en las células vivas. La mecánica cuántica es un campo interdisciplinario por naturaleza, que reúne a físicos nucleares, bioquímicos y biólogos moleculares.

En un artículo de investigación publicado por la revista Física Química Física Química, un equipo del Centro de Doctorado en Biología Cuántica Leverhulme de Surrey utilizó simulaciones por computadora de última generación y métodos mecánicos cuánticos para determinar el papel que juega el túnel de protones, un fenómeno puramente cuántico, en las mutaciones espontáneas dentro del ADN.

El túnel de protones implica la desaparición espontánea de un protón de un lugar y la reaparición del mismo protón cerca.

El equipo de investigación descubrió que los átomos de hidrógeno, que son muy ligeros, proporcionan los enlaces que mantienen unidas las dos hebras de la doble hélice del ADN y pueden, bajo ciertas condiciones, comportarse como ondas dispersas que pueden existir en múltiples ubicaciones a la vez. gracias al túnel de protones. Esto lleva a que estos átomos se encuentren ocasionalmente en la hebra incorrecta de ADN, lo que conduce a mutaciones.

Aunque la vida útil de estas mutaciones es corta, el equipo de Surrey ha revelado que aún pueden sobrevivir al mecanismo de replicación del ADN dentro de las células y podrían tener consecuencias para la salud.

El Dr. Marco Sacchi, líder del proyecto e investigador de la Royal Society University en la Universidad de Surrey, dijo: "Muchos han sospechado durante mucho tiempo que el mundo cuántico, que es extraño, contrario a la intuición y maravilloso, juega un papel en la vida como la conocemos. Si bien la idea de que algo puede estar presente en dos lugares al mismo tiempo puede resultar absurda para muchos de nosotros, esto sucede todo el tiempo en el mundo cuántico, y nuestro estudio confirma que el túnel cuántico también ocurre en el ADN a temperatura ambiente. "

Louie Slocombe, un Ph.D. estudiante del Centro de Formación de Doctorado en Biología Cuántica de Leverhulme y coautor del estudio, dijo:

"Aún queda un largo y emocionante camino por delante para comprender cómo funcionan los procesos biológicos a nivel subatómico, pero nuestro estudio, y muchos otros en los últimos años, han confirmado que la mecánica cuántica está en juego. En el futuro, esperamos para investigar cómo los tautómeros producidos por túnel cuántico pueden propagarse y generar mutaciones genéticas ".


¿Cuáles son las principales causas de mutaciones en el ADN? - biología

Un mutágeno es un agente de sustancia que puede provocar una alteración permanente en la composición física de un gen de ADN de manera que el mensaje genético cambie.

Una vez que el gen ha sido dañado o cambiado, el ARNm transcrito de ese gen ahora llevará un mensaje alterado.

El polipéptido elaborado mediante la traducción del ARNm alterado ahora contendrá una secuencia diferente de aminoácidos. La función de la proteína producida al plegar este polipéptido probablemente cambiará o se perderá. En este ejemplo, la enzima que cataliza la producción del pigmento de color de las flores se ha alterado de tal manera que ya no cataliza la producción del pigmento rojo.

La proteína alterada no produce ningún producto (pigmento rojo).

  • imitan las bases correctas de nucleótidos en una molécula de ADN, pero no logran emparejar correctamente las bases durante la replicación del ADN.
  • eliminar partes del nucleótido (como el grupo amino en la adenina), lo que nuevamente provoca un emparejamiento inadecuado de bases durante la replicación del ADN.
  • añaden grupos de hidrocarburos a varios nucleótidos, lo que también provoca un emparejamiento incorrecto de bases durante la replicación del ADN.

Radiación La radiación de alta energía de un material radiactivo o de rayos X es absorbida por los átomos de las moléculas de agua que rodean el ADN. Esta energía se transfiere a los electrones que luego se alejan del átomo. Atrás queda un radical libre, que es una molécula altamente peligrosa y altamente reactiva que ataca a la molécula de ADN y la altera de muchas maneras.
La radiación también puede causar roturas de doble cadena en la molécula de ADN, que los mecanismos de reparación de la célula no pueden corregir.

La luz solar contiene radiación ultravioleta (el componente que provoca el bronceado) que, cuando es absorbida por el ADN, provoca la formación de un enlace cruzado entre ciertas bases adyacentes. En la mayoría de los casos normales, las células pueden reparar este daño, pero los dímeros no reparados de este tipo hacen que el sistema de replicación omita el error dejando un espacio, que se supone que se rellena más tarde.
Unprotected exposure to UV radiation by the human skin can cause serious damage and may lead to skin cancer and extensive skin tumors.

Spontaneous mutations occur without exposure to any obvious mutagenic agent. Sometimes DNA nucleotides shift without warning to a different chemical form (know as an isomer ) which in turn will form a different series of hydrogen bonds with it's partner. This leads to mistakes at the time of DNA replication.

Science at a Distance
© 1997, 1998, 1999, 2000 Professor John Blamire


Jumping the barrier

Proton tunneling relies on the quantum principle of uncertainty, which does not apply to the larger world. For example, in the world of big things, one can be certain of both the location of a train and the speed it's traveling, and using that information, one can predict when that train should arrive at the next station.

However, when it comes to subatomic particles, their exact location and speed cannot be calculated at the same time scientists can capture only a hazy picture of what a particle is up to, by calculating the probability that it may appear in a certain spot, traveling at a particular rate. In the context of proton tunneling, scientists can calculate the probability of a proton being in one position or another &mdash and theoretically that proton has a nonzero probability of being literally anywhere in the universe.

What that means is that particles can pass through barriers that they seemingly shouldn't be able to, sometimes even letting them leap through walls, Live Science previously reported.

To predict when and where proton transfer might occur in the DNA, the team determined the amount of energy required for the particles to break from their "stable" positions and into "unstable" positions. This threshold is known as the "energy barrier," and the energy needed to bounce back into the stable state is the "reverse barrier."

The team found that the energy barrier for classical proton transfer, driven by heat, is quite high compared with that for proton tunneling. The predicted rate of proton tunneling so far exceeded that of classical transfer that, without taking tunneling into account, the probability of a proton leaping to the opposite DNA base would be "very, very close to zero," Slocombe said.

"Within the limitations of the authors' calculations, it seems that tunneling plays a modest [to] fairly large role during proton transfer" between bases in a pair, Hay told Live Science.

The team also found that the reverse barrier for proton tunneling between A&ndashT pairs was much, much lower than for G&ndashC pairs. This means that, in the event that a proton tunneled from the A to the T side of a pair, for example, "it would just roll back instantly," Slocombe said the reverse barrier is so low that the proton would easily pop back into its stable state.

"Whereas for G&ndashC, it has this rather large reverse barrier, which means that the state is somewhat stable for a significant portion of time," Slocombe said. So once a proton hopped the energy barrier of a G&ndashC pair, it may stay in its unstable position for some time. If this occurs just before DNA replication begins, the proton may get stuck on the "wrong side" of the strand, Slocombe said.

That's because, to copy itself, DNA first unzips, breaking the bonds between the base pairs. An enzyme called polymerase then swoops in and starts fitting new bases into the open slots, like puzzle pieces. The problem is that, when polymerase encounters a proton in an unstable position, it can end up selecting the wrong puzzle piece for the attached base. For example, a proton may leap to a G, and when polymerase comes by, the enzyme attaches a T rather than a C and doesn't catch the error.


Gene Mutations of DNA Chain Types: Tautomerism and Substitutions

Some of the important types of gene mutations of DNA chain are: (a) Tautomerism and (b) Substitutions (replacements)!

Gene or point mutations are stable changes in genes i.e. DNA chain. Although each gene is a potential site for a mutation, yet some genes mutate more frequently than other genes. Such mutable genes are widely found in plants and animals. In bacteria spontaneously arising gene mutations occur with a frequency of about one in 10 6 gene duplications.

Many times a change in a gene or nucleotide pair does not produce detectable mutation. Thus the point or gene mutation means the process by which new alleles of a gene are produced. The smallest part of gene that can mutate is called a muton. The smallest muton in a gene is a single base pair of DNA. The various types are:

(a) Tautomerism:

The changed pairing qualities of the bases (pairing of purine with purine and pyrimidine with pyrimidine) are due to phenomenon called tautomerism. Tautomers are the alternate forms of bases and are produced by rearrangements of electrons and protons in the molecules (Fig. 6.46).

Tautomerism is caused by certain chemical mutagens. In the next replication purines pair with pyrimidines and the base pair is altered at a particular locus. The uncommon forms are unstable and at the next replication, cycle revert back to their normal forms.

Due to tautomerisation the amino (-NH2) group of cytosine and adenine is converted into imino (-NH) group and likewise keto (C=0) of thymine and guanine is converted to enol group (-OH). Tautomeric thymine pairs with normal guanine and cytosine with adenine. Such pairing of nitrogenous bases are known as forbidden base pairs or unusual base pair.

Fig. 6.47. Conversion of an A = T pair to G = C and G = C pair to A = T base by tautomerization (After Burns, 1969).

(b) Substitutions (Replacements):

These are gene mutations where one or more nitrogenous base pairs are changed with others. It may be further of three sub-types i.e. Transition, Transversion and Frameshift. In transition, a purine (adenine or guanine) or a pyrimidine (cytosine or thymine or uracil) in

triplet code of DNA or m-RNA is replaced by its type i.e. a purine replaces purine and pyrimidine replaces pyrimidine.

Transversions are substitution gene mutations in which a purine (adenine or guanine) is replaced by pvrimidine (thymine or cytosine) or vice versa (Fig. 6.48).

Fig. 6.50. The nine codons that can result from a single base change of the tyrosine codon UAU. Heavy lines indicate transversions, other transitions. Two possible stop codons are shown. Altogether there are six possible missense mutations, two possible nonsense mutations and one silent mutation.

During frame-shift type of gene mutations addition or deletion of single nitrogenous base takes place. None of the codon remains in the same original position and the reading of genetic code is shifted laterally either in the forward or backward direction (Fig. 6.52).

Gene mutations that involve the substitution, deletion or insertions of a single base pair are called point mutations. The gene mutations which involve more than one base pairs or entire genes are called gross mutations.


  • By analysing genomic data from worms, scientists detailed how mutations are caused by a combination of DNA damage and inaccurate repair
  • This shows that a single DNA-damaging agent can generate a multitude of mutational signatures depending on the repair mechanisms involved in fixing the original damage
  • The research could help pinpoint the causes of mutations found in the genomes of cancer patients and healthy individuals

1 May 2020, Cambridge – Researchers at EMBL’s European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), the University of Dundee and the Wellcome Sanger Institute analysed over 2700 genomes from C. elegans worms in order to better understand the causes of mutations. Their findings, published today in Nature Communications , characterise how DNA mutations result from the combined action of DNA damage and inaccurate DNA repair mechanisms.

A cell’s DNA is constantly exposed to physical and chemical stresses – or genotoxins – that can damage it and cause mutations. However, cells have a myriad of repair mechanisms to fix DNA lesions soon after they arise. Occasionally, the restorative repair process fails, either by making extra errors, or by failing to detect the DNA lesions altogether. This leads to mutations, which are the root cause of cancer.

Many genotoxin s , like those found in tobacco smoke, w ere thought to cause a unique suite of mutations in the genome, recognisable as a mutational signature. “Detecting such signatures in cancer allows scientists to trace what caused the damage in the first place, and aid prognosis and treatment by pointing to certain vulnerabilities,” explains Nadezda Volkova, recent PhD graduate at EMBL-EBI.

However, many mutational signatures observed in cancer genomes do not seem to relate to any single genotoxin and others appear to result from a combination of factors. To understand the origin of these signatures, Volkova and colleagues tested the effects of more than 150 combinations of twelve genotoxins on C. elegans worms whose DNA repair mechanisms were either unaltered or faulty. The scientists experimentally demonstrated that mutational signatures result from a combined action of DNA damage and specific repair mechanisms.

DNA repair and mutational signatures

“A lot of DNA alterations that we observed in our study occur in human cancer as well, but we found that mutational signatures are more variable than we previously thought,” says Volkova.

The scientists found that different types of DNA alterations induced by the same genotoxin are often fixed by different DNA repair pathways, some error-free, others error-prone. As a result, a single genotoxin may leave a variety of mutational signatures at various rates, depending on the repair process.

While most DNA repair prevents mutations, it can also cause them. For example, Volkova and colleagues demonstrated that one particular mechanism, called translesion synthesis, is responsible for the majority of base mutations caused by genotoxin exposure as a trade-off for more severe and potentially more deleterious mutations. While many of these minor mutations may be harmless, in humans they can increase the probability of developing a tumour.

“In cancer genomics, there is an implicit expectation that for every signature, one could find a single cause: our analysis challenges that expectation. Behind each pattern, there are at least two unknowns: the damage that occurs and the repair capacity of the cell,” says Moritz Gerstung, Group Leader at EMBL-EBI .

Bringing together cancer genomics and DNA repair

While the molecular mechanisms of DNA repair are very well-established, the exact types and frequency of mutations they can generate remained unclear until high-throughput sequencing entered the scene.

This study combines whole genome sequencing with an experimental screen to better understand the causes of mutational signatures. The results have potential implications for cancer research, diagnosis and treatment.

“Understanding the interplay between DNA damage and repair helps to better gauge the risk of cancer predisposition, and to understand the response to cancer treatment,” says Bettina Meier, Senior Research Associate at the University of Dundee.

Mutational signatures have become a pillar of cancer genome analysis because they may shed light on the carcinogens cancer cells have been exposed to, and the repair mechanisms that were perturbed.

However, not all observed mutational signatures and their individual facets are fully understood. An experimental approach ensures that the observed patterns are the direct consequences of the conditions set by the scientists. It also helps understand how multiple DNA repair processes jointly shape mutational signatures.

“It took years to generate all these repair defective C. elegans, to systematically expose them to a panel of genotoxins, and to prepare, sequence and analyse their DNA. It is great to see that experimental work on C. elegans is directly relevant for interpreting cancer genomes,” says Anton Gartner, Group Leader at the University of Dundee, recently appointed Associate Director of the IBS Center for Genomic Integrity at UNIST Ulsan, South Korea.


DNA Mutations

DNA mutations are permanent changes in the ADN sequence of a gene. Mutations range in their severity. Some damage the way a cell or whole organism functions, or even cause lethality, while others have no effect. Mutations also range in the amount of DNA altered. They can involve from a single nucleótido up to large segments of cromosomas. DNA mutations can be:

Image Courtesy of Wikimedia Commons

* Inherited: parents that have mutations can pass them to their offspring.
* Germ line mutations: are present in every cell of an individual, including the egg or sperm used in the production of offspring.
* De novo (new) mutations: occur by chance in one or a few eggs or sperm, or just after fertilization, and are NOT present in every cell of a parent. These explain situations where a child has a genetic disorder that is unseen in the family history.
* Acquired: environmental agents, called mutagens, can alter DNA. An example of a common mutagen are the UV wavelengths in sunlight associated with skin cancer (see image). Acquired mutations are typically not passed to offspring but can be if they alter DNA sequences in egg or sperm.

* Insertion/Duplication/Deletion: the addition or subtraction of nucleotides from DNA sequence. They can be as small as single nucleotides or large enough to visualize on a chromosome and involve tens to hundreds of thousands of nucleotides.
* Point Mutation: the change in one nucleotide for another. For example, an “A” becomes a “T”.
* Translocation: the movement of a segment of DNA from one chromosome to another.
* Inversion: the 180° flip of a DNA segment so that that it is reversed compared to the original structure.

Ultimately whether or not a particular mutation causes a detrimental effect is due to the location of the mutation within a gene (or genes) as well as the significance of that gene’s function.


Ver el vídeo: Las mutaciones del ADN - Biología - Educatina (Mayo 2022).