Mutacions Genètiques: Tipus, Causes i Mecanismes de Reparació del DNA
Les Mutacions: Definició i Classificació General
Les mutacions són alteracions a l'atzar en la seqüència de nucleòtids (nt) del material genètic. Aquest fenomen és fonamental per a l'evolució.
Classificació segons la cèl·lula afectada
- Mutacions Somàtiques: Ocorren en cèl·lules somàtiques.
- Mutacions Germinals: Ocorren en cèl·lules reproductores (esperma, òvuls).
Classificació segons l'origen
- Mutacions Espontànies (Naturals): Apareixen de manera natural.
- Mutacions Artificials (Induïdes): Induïdes mitjançant agents mutàgens.
Classificació segons el material genètic afectat
- Mutacions Gèniques: Alteració de la seqüència de nucleòtids d'un gen.
- Mutacions Cromosòmiques: Alteració de la seqüència de gens d'un cromosoma.
- Mutacions Genòmiques: Alteració en el nombre de cromosomes.
Tipus de Mutacions Gèniques
Les mutacions gèniques afecten la seqüència de nucleòtids d'un gen. Les bases nitrogenades es classifiquen en púriques (Adenina, Guanina) i pirimidíniques (Timina, Citosina).
1. Substitució de Nucleòtids
- Representen aproximadament el 20% de les mutacions espontànies. Són generalment menys greus.
- Transicions: Substitució d'una purina per una altra purina, o una pirimidina per una altra pirimidina.
- Transversions: Substitució d'una purina per una pirimidina, o viceversa.
Alerta: Una substitució pot generar un triplet d'aturada o una proteïna funcionalment diferent, resultant en un efecte més greu.
2. Pèrdua o Inserció de Nucleòtids (Delecions/Addicions)
- Representen aproximadament el 80% de les mutacions espontànies. Són generalment més greus.
- Impliquen la pèrdua (deleció) o la inserció (addició) d'un nucleòtid a la seqüència, provocant un desplaçament del marc de lectura.
Efectes de les Mutacions Gèniques en la Proteïna
- Mutació Sense Canvi (Silenciosa): No altera els aminoàcids de la proteïna resultant.
- Mutació Amb Canvi (Missense): Canvia els aminoàcids de la proteïna.
- Conservativa: L'aminoàcid substituït té propietats similars (p. ex., polar per polar).
- No Conservativa: L'aminoàcid substituït té propietats diferents (p. ex., polar per apolar).
- Mutació Sense Sentit (Nonsense): Apareix prematurament un codó de parada.
Causes de les Mutacions Gèniques
1. Errors de Lectura durant la Duplicació del DNA
- Canvis Tautomèrics: El nucleòtid canvia a una forma tautomèrica (rara), interconvertint-se i provocant aparellaments anormals (p. ex., T*G, A*C, G*T, C*A).
- Canvis de Fase: Lliscament del filament de DNA que forma un bucle. El creixement continua i la mutació queda fixada, sovint resultant en una deleció o addició.
2. Lesions Fortuïtes (Alteracions Estructurals)
- Despurinització: Pèrdua de bases púriques a causa de la ruptura de l'enllaç amb la desoxiribosa.
- Desaminació: Pèrdua de grups amino de les bases, resultant en un aparellament anormal.
- Dímer de Timina: Formació d'un enllaç covalent entre dues timines adjacents, típicament induït pels raigs ultraviolats (UV).
3. Transposicions
Canvis de lloc espontanis dels elements transposables (també anomenats «gens saltadors»).
- Seqüències d'Inserció (IS): Elements transposables més petits que un gen.
- Transposons: Elements que contenen un grup de gens.
Sistemes de Reparació del DNA
El DNA disposa de mecanismes altament eficients per corregir els errors i les lesions, mantenint la integritat genòmica (la DNA polimerasa comet aproximadament 1 error cada 10⁷ nucleòtids afegits).
1. Reparació amb Escissió del DNA
Aquest mecanisme implica la substitució d'un segment danyat:
- L'Endonucleasa detecta l'error i realitza dos talls a banda i banda del segment afectat.
- L'Exonucleasa elimina tots els nucleòtids del segment erroni.
- La DNA Polimerasa sintetitza el segment correcte utilitzant la cadena complementària com a motlle.
- La DNA Lligasa uneix els extrems, completant la reparació.
2. Reparació Sense Escissió (Mecanismes Directes)
Consisteix en la reparació directa de la lesió sense eliminar nucleòtids. Per exemple, els enzims fotoreactius són capaços d'eliminar els dímers de Timina induïts per UV.
3. Sistemes SOS
Aquests són mecanismes d'emergència que s'activen quan el dany és massiu i la duplicació del DNA està bloquejada. Els enzims eliminen el bloqueig introduint nucleòtids a l'atzar (potencialment erronis) per tal de no aturar la divisió cel·lular.
Nota: Si aquests errors afecten la divisió cel·lular, poden contribuir a la formació de cèl·lules canceroses.