Tipo de Mutaciones

Desde el punto de vista de la secuencia las mutaciones pueden ser:


* Un cambio de una o más bases por otras
* Una adición o inserción de una o más bases
* Una supresión o deleción de una o más bases

El siguiente esquema muestra los tres
tipos de mutaciones.

Mutaciones

En genética, una mutación es un cambio en la secuencia del ADN que constituye el genoma de un organismo, este cambio modifica la información contenida dentro de dicha secuencia y puede o no producir cambios fenotipicos en el organismo, el cambio también puede o no ser heredado a la descedencia, esto último depende de en que momento ocurra la mutación, si esta afecta a todas las células o solo a algunas, si tiene efectos negativos y entonces el organismo muere antes de poder reproducirse, etcétera.

La mutación se da en un organismo con respecto a los demás que pertenecen a la misma población, cuando una mutación permanece y pasa a la decendencia y en cierto momento se presenta en al menos el 1 % de la población, deja de llamarse mutación para denominarse como polimorfismo.

Las mutaciones pueden ser silenciosas o no tener efecto, pueden también producir un efecto positivo que produzca cierto beneficio evolutivo a los organismos que la contengan, y por último pueden causar una desventaja o patología (efecto deletereo) a los organismos que la poseean.

Las mutaciones silenciosas pueden darse de dos formas: la primera sucede cuando la mutación se da en las regiones no codificantes del ADN, en donde no hay genes y por lo tanto no hay posibilidad de mutar estos, la segunda sucede cuando se lleva a cabo una mutación que no produce alteración en la proteína para la que codifica el gen.

Para explicar el segundo tipo de mutaciones silenciosas tenemos que recordar la forma en que ocurren los flujos de información desde el núcleo hacia el citoplasma. Dentro del núcleo se haya el genoma constituido por ADN, en este hay genes, la información de estos se copia en moléculas de RNA mensajero (RNAm) que son exportadas hacia el citoplasma en donde se une con los ribosomas, en estos se lleva acabo el proceso de síntesis de proteínas, éste se lleva a cabo cuando se producen las proteínas con la información contenida por el mRNA, tenemos que recordar que el RNAm es una cadena lineal de nucleótidos y que la proteína es una cadena de aminoácidos, para "traducir" la información del RNAm a información de proteína es necesario un código. A este código se le denomina código genético, este permite transformar la información del RNAm que esta compuesta por una secuencia de cuatro nucleótidos (Adenina, Urasilo, Guanina y Citosina) en una secuecia que esta compuesta por veinte aminoácidos. La información en el RNAm esta formada por "palabras" denominadas tripletes o codones que consisten en trios de nucleótidos, dentro de la secuencia existe una secunecia denominada de inicio que sirve como su nombre lo indica para señalar al ribosoma en donde empieza la secuencia que dará origen a la proteína, este triplete es AUG y codifica para el aminoácido metionina. Así también hay tripletes que codifican para los diecinueve aminoácidos restantes, sin embargo existen casos en los que más de un triplete da origen a un mismo aminoácido, a estos tripletes se les conoce como tripletes sinónimo. Cuando una mutación origina un triplete que es sinónimo al triplete original, entonces también existe una mutación silenciosa.

En la siguiente de la izquierda se muestra una imagen de un RMAm, en donde están esquematizados los tripletes o codones. Recordar que el RNAm es lineal y tienen una sola cadena.

En la siguiente imagen se muestra el código genético, en las zonas grises se indica la posición de la base (nucleótido) dentro del triplete, es decir, primera, segunda o tercera, están indicados los aminoácidos correspondientes usando la abreviatura de las tres letras (P. ej. Fen= fenilalanina, Leu=leucina, Ser=serina, Tir=tirosina, Cis=cisteina, etc.).

Algunas mutaciones pueden ser "beneficas" al proveer de una ventaja evolutiva a los organismos que las poseen. La infección por Plasmodiun falciparum (también por otras especies del mismo género) produce la enfermedad denominada malaria, esta se haya ampliamente distribuida en las zonas con clima tropical y los vectores son las hembras de los mosquitos del género Anopheles.

Se sabe que una mutación en el gen que codifica para la cadena beta de la hemoglobina hace que los portadores del gen mutante sean resistentes a la infección, al hacer que la hemoglobina mutante disminuya su capacidad para transportar oxígeno, limitando de oxígeno al parásito Plasmodium sp. y evitando que este infecte a los eritrocitos (globulos rojos de la sangre). Sin embargo, deberiamos decir que la mutación tiene un efecto bivalente, pues mientras los heterocigotos (Aa) son resistentes a la infección, los homocigotos recesivos (aa) que tienen el gen mutante en ambos alelos desarrollan un tipo de anemia muy agresivo denominado anemia falciforme, mientras que los homocigotos dominantes que no portan al gen mutante en ninguno de los dos alelos son los susceptibles a la infección.

Fotografía del protozoario Plasmodium falciparum

Eritrocitos de una persona con anemia falciforme

Eritrocitos de una persona sana

Para ejemplificar el caso de las mutaciones que tienen un efecto puramente negativo o deletereo, usaremos a la enfermedad fenilcetonuria. Esta es de tipo genético y se debe a la mutación del gen que codifica a para la enzima fenilalanina hidroxilasa, esta enzima se expresa principalmente en el hígado y se encarga de hidroxilar al aminoácido fenilalanina que se encuentra en las proteínas, de esta forma este aminoácido puede ser eliminado y/o metabolizado. Los fenilcetonuricos al tener una deficiencia de la enzima, tienden a acumular la fenilalanina en tejidos con alto contenido graso como el nervioso del sistema nervioso central, esta acumulación resulta tóxica para las neuronas, de esta forma provoca la muerte neuronal y con esto retraso mental. En México la incidencia (cantidad de casos) de fenilcetonuria son bajos, sin embargo en Europa la incidencia es varias veces más alta, por esto se ha implementado dentro de la prueba del tamiz que se realiza a los recién nacidos, un ensayo para la fenilcetonuria, en caso de que el recién nacido arroje un resultado positivo para la enfermedad, se comienza la administración de alimentos libres de fenilalanina, de esta forma se evita el retraso mental y otras manifestaciones de la enfermedad.

Reproducción

La reproducción es un proceso biológico que permite la autoperpetuación de las especies a través de la generación de nuevos organismos que ocuparan el lugar de los que vayan muriendo, ya sea por que terminen su ciclo de vida o por otra razón. Las formas de reproducción se clasifican en sexual y asexual.

Tipos de Reproducción

La reproducción asexual sucede cuando un solo organismo produce nuevos organismos que son genéticamente idénticos a el. Mientras que en la reproducción sexual intervienen dos organismos (progenitores) que generan uno o varios organismos (progenie) que posee la mitad de la información genética de cada uno de los progenitores, siendo geneticamente distinto a ellos.

La reproducción asexual es un proceso que permite a un solo organismo generar nuevos organismos que son copias idénticas de él, desde el punto de vista genético. Por lo tanto este tipo de reproducción no requiere de procesos como la meiosis, formación de gametos o la fecundación. En este tipo de reproducción no hay recombinación del material genético de los progenitores, por lo tanto no se genera variabilidad genética. Las bacterias se reproducen de forma asexual, y algunas plantas tienen la capacidad de reproducirse de forma asexual y sexual a la vez.

La reproducción asexual es un proceso que permite a dos organismos de la misma especie combinar su material genético para producir uno o varios nuevos organismos que poseen la mitad de la información genética de cada uno de los progenitores. Para este proceso se requiere de la meiosis para la reducción a la mitad del número cromosómico, de la formación del gameto o gametogénesis y finalmente de la fecundación.

Estrategias Reproductivas

Las estrategias reproductivas adoptadas por las diferentes especies son muy diversas. Algunas, como la humana, tardan muchos años en alcanzar la madurez sexual y producen muy pocos descendientes. Otras, por el contrario, alcanzan la madurez de forma temprana y sus proles son frecuentes y numerosas. Estas dos estrategias son conocidas como la selección k (pocas crías) y la selección r (muchas crías) y están condicionadas por circunstancias diversas. Los animales con pocos descendientes pueden invertir más recursos en la nutrición y protección de los mismos, garantizando su supervivencia hasta la edad adulta. Por el contrario, los animales que producen muchos descendientes, prácticamente no se ocupan de ellos por lo que una gran parte de los mismos no alcanzan la edad adulta. Sin embargo, el número de los que lo consiguen permite garantizar la supervivencia de la población.

Ciclo de Vida

El ciclo de vida de una especie o grupo taxonómico, son las fases que transcurren para el paso de una generación a otra. En el caso de los organismos que se reproducen de forma sexual, se dice que ocurre una alternancia de fases, dado que hay una alternancia en las fases haploide (1n) y diploide (2n). En el siguiente esquema se muestra el ciclo de vida general para todos los organismos que se reproducen sexualmente, no olvidar que en algunos grupos taxonómicos la fase dominante no es la diploide, es decir algunos organismos permanecen la mayor parte de su vida en la fase haploide, por ejemplo las plantas no vasculares.

Principio, Ley o Equilibrio de Hardy-Weinberg

El principio de Hardy-Weinberg (PWH) recibe el nombre del matemático inglés G. H. Hardy y el físico alemán Wilhelm Weinberg, que establecieron el teorema de forma independiente en 1908, y es un postulado que se aplica a la genética de poblaciones, que nos indica que una población, se haya en equilibrio cuando no actúan factores externos como la selección natural, migraciones y/o mutaciones. Este equilibrio se manifiesta cuando se observa que las proporciones genotípicas y por lo tanto fenotípicas (respecto a un caracter) de una población se mantienen constantes, como consecuencia de esto se asume que la herencia mendeliana (leyes de Mendel) no induce cambios evolutivos por si misma.

En el lenguaje de la genética de poblaciones, el principio de Hardy-Weinberg establece que, bajo ciertas condiciones, tras ciertas generaciones de apareamientos al azar, las frecuencias de los genotipos de un locus individual (posición de un gen) se fijaran en un valor de equilibrio particular. También especifica que esas frecuencias de equilibrio se pueden representar como una función sencilla de las frecuencias alélicas en ese locus. En el caso de un locus con dos alelos A y a, con frecuencias alélicas de p y q respectivamente, el PHW predice que la frecuencia genotípica para el homocigoto dominante AA es p², la del heterocigoto Aa es 2pq y la del homocigoto recesivo aa, es q².

Para aplicar el PHW hay que suponer que:

1) Los organismos son diploides (2n)
2) Que el caracter a analizar, no se haya en un cromosoma que se distribuye de forma diferente de acuerdo al sexo (ejemplo cromosomas sexuales).
3) Los organismos se reproduzcan sexualmente
4) Se produzcan generaciones que se puedan diferenciar perfectamente unas de otras (generaciones discretas)
5) Exista apareamiento aleatorio
6) La población tenga un tamaño bastante grande como para que pueda considerarse como una población infinita.
7) Que la población no experimente selección, migración o intercambio con otras poblaciones, o mutaciones.

La descripción probabilística del PHW es que los alelos de la siguiente generación para cualquier individuo se eligen aleatoria e independientemente unos de otros. Consideremos dos alelos A y a con frecuencias en la población de p y q respectivamente. Las distintas maneras de formar nuevos genotipos se pueden derivar utilizando un cuadro de Punnett, por el que la fracción en cada celda es igual al producto de las probabilidades de la fila y la columna.

Las tres posibles frecuencias genotípicas finales de la descendencia son:

* f(AA) = p²

* f(AA) = 2pq

* f(aa) = q<sup>2

Estas frecuencias se llaman frecuencias de Hardy-Weinberg (o proporciones de Hardy-Weinberg). Y suceden en una generación, en donde se supone que existe apareamiento aleatorio en una población suficientemente grande como para considerarla infinita.

Algunas veces se crea una población juntando machos y hembras con distintas frecuencias alélicas. En este caso, la suposición de una sola población no se cumple y por lo tanto esta generación no presenta un comportamiento de acuerdo con el equilibrio de Hardy-Weinberg, es decir, no esta en equilibrio. Sin embargo las generaciones sucesivas si estarán en equilibrio.

***Ejemplo***</sup>

La fenilcetonuria es un desorden metabólico ocasionado por la deficiencia de la enzima fenilalanina hidroxilasa, esta deficiencia no permite que el aminoácido fenilalanina sea metabolizado en el hígado, por lo tanto empieza la fenilalanina empieza a acumularse en el organismo hasta que daña el sistema nervioso central, causando retraso mental.

Esta enfermedad es causada por un gen recesivo, y solo se presenta en los organismos con genotipo heterocigoto recesivo aa. Siendo p la frecuencia del alelo sano (A) y q la del alelo que provoca la deficiencia (a).

Si se realizara un cruzamiento de los portadores (heterocigotos Aa, que portan el alelo recesivo que produce la enfermedad, pero que no la presentan), el cuadro de Punnett quedaría de la siguiente forma:

Los tres genotipos AA, Aa y aa aparecen en una relación p² : 2pq : q². Si las sumamos obtenemos la unidad es decir, p² + 2pq + q² = (p + q)² = 1

La frecuencia de los genotipos enfermos de fenilcetonuria es de un 0.0001, un valor correspondiente a q². La frecuencia q del gen a será la raíz cuadrada de 0.0001, es decir, 0.01. La enfermedad tiene una incidencia de 1 de cada 10,000 individuos, pero la frecuencia del gen es 100 veces mayor, 1 de cada 100. El gen a se haya en los heterocigotos Aa con frecuencia:

2pq = 2q (1-q) = 2 * 0.01 * (1 - 0.01) = 0.02

Por lo tanto el 2% de los individuos de la población europea porta este gen, lo que da una idea de lo persistente que puede llegar a ser un gen recesivo que se mantiene "oculto" en los organismos heterocigotos.

***El Equilibrio de Hardy-Weinberg Gráficamente***

El principio de Hardy-Weinberg para dos alelos: el eje horizontal muestra las dos frecuencias alélicas p y q, el eje vertical muestra la frecuencia de los genotipos y los tres posibles genotipos se representan por los distintos glifos (círculos AA, cuadrados Aa y puntos aa)