Agentes mutagénicos: cómo actúan, tipos y ejemplos
Los agentes mutagénicos, también llamados mutágenos, son moléculas de distinta naturaleza que causan cambios en las bases que forman parte de las cadenas de ADN. De esta forma, la presencia de estos agentes amplifica la tasa de mutación en el material genético. Se clasifican en mutágenos físicos, químicos y biológicos.
La mutagénesis es un evento ubicuo en los entes biológicos, y no necesariamente se traduce en cambios negativos. De hecho, es la fuente de variación que permite el cambio evolutivo.
Índice del artículo
- 1 ¿Qué es una mutación?
- 2 Tipos de los agentes mutagénicos
- 3 ¿Cómo actúan?: tipos de mutaciones provocadas por agentes mutagénicos
- 4 Referencias
Antes de entrar en el tema de los mutágenos, es menester explicar qué es una mutación. En genética, una mutación es un cambio permanente y heredable en la secuencia de nucleótidos en la molécula de material genético: el ADN.
Toda la información necesaria para el desarrollo y control de un organismo reside en sus genes – los cuales se ubican físicamente en los cromosomas. Los cromosomas están compuestos por una larga molécula de ADN.
Generalmente las mutaciones afectan la función de un gen y este puede perder o modificar su función.
Como un cambio en la secuencia de ADN afecta a todas las copias de las proteínas, ciertas mutaciones pueden ser extremadamente tóxicas para la célula o para el organismo en general.
Las mutaciones pueden ocurrir a distintas escalas en los organismos. Las mutaciones puntuales afectan a una sola base en el ADN, mientras que las mutaciones a mayor escala pueden afectar regiones completas de un cromosoma.
Es incorrecto pensar que la mutación siempre lleva a la generación de enfermedades o de condiciones patológicas para el organismo que la porta. De hecho, existen mutaciones que no cambian la secuencia de las proteínas. Si el lector desea entender mejor la razón de este hecho, puede leer sobre la degeneración del código genético.
De hecho, bajo la luz de la evolución biológica, la condición sine qua non para que ocurra el cambio en las poblaciones es la existencia de variación. Esta variación surge por dos mecanismos principales: la mutación y la recombinación.
Así, en el contexto de la evolución darwiniana, es necesario que existan variantes en la población – y que estas variantes tengan asociadas una mayor adecuación biológica.
Las mutaciones pueden surgir de manera espontánea o bien pueden ser inducidas. La inestabilidad química intrínseca de las bases nitrogenadas puede traducirse en mutaciones, pero a una frecuencia muy baja.
Una causa común de las mutaciones puntuales espontáneas es la desaminación de la citosina a uracilo en la doble hélice de ADN. El proceso de replicación de esta hebra lleva a una hija mutante, donde el par original GC ha sido reemplazado por un par AT.
Aunque la replicación del ADN es un evento que ocurre con una precisión sorprendente, no es perfecta en su totalidad. Los errores en la replicación del ADN también llevan a la aparición de mutaciones espontáneas.
Además, la exposición natural de un organismo a ciertos factores ambientales lleva a la aparición de mutaciones. Entre estos factores tenemos a la radiación ultravioleta, radiación ionizante, diversos químicos, entre otros.
Estos factores son mutágenos. A continuación describiremos la clasificación de estos agentes, cómo actúan y sus consecuencias en la célula.
Los agentes que causan mutaciones en el material genético son de naturaleza muy diversa. Primero, exploraremos la clasificación de los mutágenos y daremos ejemplos de cada tipo, luego explicaremos las distintas maneras en que los mutágenos pueden producir los cambios en la molécula de ADN.
Los mutágenos de naturaleza química incluyen las siguientes clases de químicos: acridinas, nitrosaminas, epóxidos, entre otros. Existe una subclasificación para estos agentes en:
Bases análogas
Las moléculas que presentan similitud estructural con las bases nitrogenadas tienen la capacidad de inducir mutaciones; entre los más comunes están el l 5-bromouracilo y la 2-aminopurina.
Agentes que reaccionen con el material genético
El ácido nitroso, la hidroxilamina y una serie de agentes alquilantes reaccionan de manera directa en las bases que forman el ADN y pueden cambiar de purina a pirimidina y viceversa.
Agentes intercalentes
Existen una serie de moléculas como las acridinas, bromuro de etidio (muy usado en los laboratorios de biología molecular) y la proflavina, que tienen una estructura molecular plana y logran ingresar a la hebra de ADN.
Reacciones oxidativas
El metabolismo normal de la célula tiene como producto secundario una serie de especies reactivas del oxígeno que dañan a las estructuras celulares y también al material genético.
El segundo tipo de agentes mutagénicos son físicos. En esta categoría encontramos a los diferentes tipos de radiación que afectan al ADN.
Por último, tenemos a los mutantes biológicos. Son organismos que pueden inducir mutaciones (entre ellas anomalías a nivel de los cromosomas) en virus y otros microorganismos.
La presencia de agentes mutagénicos ocasionan cambios en las bases del ADN. Si el resultado involucra el cambio de una base púrica o pirimidínica por una de la misma naturaleza química, hablamos de una transición.
En contraste, si el cambio ocurre entre bases de distinto tipo (una purina por una pirimidina o lo contrario) llamamos al proceso una transversión. Las transiciones pueden ocurrir por los siguientes eventos:
En química, se usa el término isómero para describir la propiedad de las moléculas con igual fórmula molecular de presentar estructuras químicas diferentes. Los tautómeros son isómeros que solamente se diferencian de su par en la posición de un grupo funcional, y entre las dos formas existe un equilibrio químico.
Un tipo de tautomería es la ceto-enol, donde ocurre la migración de un hidrógeno y se alterna entre ambas formas. También existe cambios entre la forma imino a amino. Gracias a su composición química, las bases del ADN experimentan este fenómeno.
Por ejemplo, normalmente la adenina se encuentra como amino y se aparea – de forma normal – con la timina. Sin embargo, cuando se encuentra en su isómero de imino (muy poco común) se aparea con una base incorrecta: la citosina.
La incorporación de moléculas que se asemejan a las bases puede entorpecer el patrón de apareamiento de bases. Por ejemplo, la incorporación del 5-bromouracilo (en vez de timina) se comporta como citosina y lleva la sustitución de un par AT por un par CG.
La acción directa de ciertos mutágenos puede afectar directamente a las bases del ADN. Por ejemplo, el ácido nitroso convierte a la adenina en una molécula similar, la hipoxantina, por medio de una reacción de desaminación oxidativa. Esta nueva molécula se aparea con la citosina (y no con la timina, como lo haría normalmente la adenina).
El cambio también puede ocurrir sobre la citosina, y como producto de la desaminación se obtiene uracilo. La sustitución de una sola base en el ADN tiene consecuencias directas sobre los procesos de transcripción y traducción de la secuencia de péptidos.
Puede aparecer de manera adelantada un codón de terminación, y la traducción se detiene de manera prematura, afectando a la proteína.
Algunos mutágenos como los agentes intercalantes (acridina, entre otros) y la radiación ultravioleta tienen la capacidad de modificar la cadena de nucleótidos.
Por agentes intercalantes
Como mencionamos, los agentes intercalentes son moléculas planas, y tienen la capacidad de intercalarse (de allí su nombre) entre las bases de la hebra, distorsionándola.
Al momento de la replicación, esta deformación en la molécula lleva a la deleción (es decir, a una perdida) o inserción de bases. Cuando el ADN pierde bases o se añaden nuevas se ve afectado el marco abierto de lectura.
Recordemos que el código genético involucra la lectura de tres nucleótidos que codifican para un aminoácido. Si añadimos o quitamos nucleótidos (en un número que no es 3) toda la lectura del ADN se verá afectada, y la proteína será totalmente diferente.
Este tipo de mutaciones se denominan frame shift o cambios en la composición de los tripletes.
Radiación ultravioleta
La radiación ultravioleta es un agente mutagénico, y es un componente normal no ionizante de la luz solar ordinaria. Sin embargo, el componente con mayor tasa mutagénica es atrapada por la capa de ozono de la atmósfera terrestre.
La molécula de ADN absorbe la radiación y ocurre la formación de dímeros de pirimidinas. Es decir, las bases de pirimidinas se unen por medio de enlaces covalentes.
Las timinas adyacentes en la cadena de ADN pueden unirse formando los dímeros de timinas. Estas estructuras también afecta el proceso de replicación.
En algunos organismos, como las bacterias, estos dímeros pueden ser reparados gracias a la presencia de una enzima reparadora llamada fotoliasa. Esta enzima usa la luz visible para reconvertir los dímeros en dos bases separadas.
Sin embargo, la reparación por escisión de nucleótidos no se restringe a los errores causados por la luz. El mecanismo de reparación es amplio, y puede reparar daños causados por diversos factores.
Cuando los humanos nos expones de manera excesiva al sol, nuestras células reciben cantidades excesivas de radiación ultravioleta. La consecuencia es la generación de dímeros de timina y pueden causar cáncer de piel.
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