Durante la síntesis del ADN suelen producirse errores, por lo que es necesario que las polimerasas sean fidedignas, es decir, que tengan capacidad de corregir errores. Si mutamos la actividad exo 3’ → 5’, es decir, la prueba de lectura, tenemos el fenotipo mutador.
Meter un nucleótido incorrecto y dar lugar a un emparejamiento no correcto no frenaría la replicación del ADN. Eso es lo menos grave, la consecuencia es que muta más de la cuenta. Cuando se emplea la polimerasa δ se observa que la polimerasa es capaz de corregir los emparejamientos incorrectos.
- Fidelidad de las polimerasas de ADN
La fiabilidad de la polimerasa se puede medir de muchas maneras. Actualmente por secuenciación, pero más genéticamente se usa el fago phiX174 replicado con una polimerasa y vemos si hay mutaciones. Aquí no es necesario secuenciar, es un fenotipo observable.
En el ADN de un fago phiX174 que presenta Am (ambor, que es un represor) se somete a una replicación in vitro para obtener el fago de doble cadena, el cual se infecta con E. coli para mutar Am. Cuando este fago es infectado con E. coli puede detectar Am el cual es suprimido, por lo que se permite la replicación debido a que Am es un represor de la replicación así que al reprimir Am se permite la replicación.
Posteriormente, se replica con la polimerasa quien adquiere Am. Por lo tanto, si la polimerasa es fidedigna obtendrá Am reprimido y producirá la replicación, pero si no es fidedigna obtendrá Am activo por lo que no se producirá la replicación.
- Daños en el ADN
+ Tautómeros de bases
Bases que en un momento de su vida cambian su forma ceto por la enol estableciendo una forma de emparejamiento errónea. Los más importantes son los análogos (formas imino y enol) los cuales cambian sus radicales estableciendo una serie de puentes de hidrógenos distintos (alteración de la estructura Watson y Crick). Estos análogos sirven para engañar a la polimerasa y usarlo como agente mutagénico.
Esto se produce debido a que a baja frecuencia una base puede estar en otro tautómero lo que conlleva al emparejamiento erróneo. Por lo tanto, el efecto que conduce a la mutación se produce durante la replicación del ADN, cuando un tautómero poco frecuente de la cadena molde se empareja con una base no complementaria. En la siguiente ronda de replicación, se separan los miembros del par de bases mal emparejadas, y cada uno especifica su base complementaria normal. El resultado final en una mutación puntual.
Un ejemplo es el 5-Bromouracil, cuando el 5-Bromouracil se mete en la célula se puede emparejar con adenina, por lo que provoca muchas mutaciones.
+ Desaminación de bases
La desaminación es la transición donde un grupo animo de la adenina o de la citosina se convierte en un grupo ceto. El efecto más importante de estos cambios es la alteración de la especificidad de emparejamiento de estas dos bases durante la replicación del ADN. Puede producirse de dos maneras:
. Desaminación de C por hidrólisis
En este proceso se añade una molécula de H2O a la C lo que provoca la liberación del grupo NH4+ (amino), por lo que se convierte en U. Esto provoca un error debido a que el U queda emparejado por la G a la que estaba unida la C.
Esto también para con la 5me-Citosina, la cual es muy abundante en mamíferos. La desaminación de esta C provoca que se convierta en T por lo que se detecta el error, así que la T se une con A. Este daño es menos aparente que en el caso del uracilo ya que el uracilo es una base que no tiene que estar en el ADN aunque haya un ciclo de replicación, la U presente en una de las cadenas va a ser reconocida como extraña. Esta timina tendrá un peligro mayor ya que cuando se replique (y se asiente, generándose la mutación) será invisible a la maquinaria.
. Desaminación de C por bisulfito
En este proceso se añade HSO3- (disulfito) en una C por lo que se convierte en U el cual sigue unido a la G que estaba unida la C.
+ Radicales libres de O2
La hidrólisis del ADN produce la liberación de radicales O2. Estos radicales libres están cargados negativamente lo que provoca la rotura del enlace fosfodiester, lo cual es la peor modificación que puede sufrir el ADN. Esta liberación de radicales de O2 también puede producirse por oxidación, es decir, por la introducción de grupos hidroxis.
Una de las consecuencias de la liberación de estos radicales es que se produce un cambio en la concentración en sangre de Glicol-T de los organismos. Esto tiene efecto en la longevidad de los organismos, el daño acumulado en el DNA, cuanto más consumo de O2, mayor oxidación de la timina, glicol-T en orina. Entonces existe una relación entre un alto metabolismo oxidativo y la longevidad ya que cuanto mayor es el metabolismo oxidativo más daños sufre el ADN.
+ Mutágenos que entrelazan cadenas
Los agentes intercalantes son grupos más complejos que presenta una estructura similar a un par de bases por lo que se pueden unir a otra base. Esto le permite intercalarse en la secuencia de ADN, lo que provoca errores en la replicación. Generalmente lo que se produce son desfases, es decir, provocan inserciones y deleciones de nucleótido único durante la replicación. Los agentes intercalantes actúan sobre todo en las regiones muy repetitivas.
. Cis-platino
Agente que engancha varias bases y se unen a varias bases en dos cadenas diferentes de manera covalente (bloqueo de la replicación). También se puede unir al ADN y a la proteína covalentemente. Es el responsable de la escoliosis.
. Psoraleno
Agente que une a la cadena para enlazar la cadena. Esta unión necesita radiación (UV).
. Naranja de acridina
Todos los antitumorales actúan disminuyendo la velocidad de replicación de las células tumorales, para ello se une a las cadenas impidiendo la replicación.
+ Daños causados por la luz ultravioleta
Las bases purínicas y pirimidínicas absorben con rapidez la luz UV, que es altamente mutagénica, como resultado se forma uniones químicas entra las moléculas pirimídinicas adyacentes en la misma cadena de AND y se crean dímeros pirimídicos, los cuales distorsionan la configuración del ADN por lo que se bloquea la replicación.
- Fijación de mutaciones
Lo primero que debemos hacer es diferenciar entre daño y mutación. Un daño es una aberración en la estructura de Watson y Crick del ADN, que puede ser detectado y corregido. Pero si no es corregido da lugar a una mutación.
Mientras que una mutación es ya un cambio en la estructura primaria del ADN que no puede ser detectado, es decir, una mutación se produce como consecuencia de no eliminar un daño. Las mutaciones solo pueden ser revertidas, nunca eliminadas.
Una mutación se fija cuando un daño no es detectado por lo que no se repara, así que causa una mutación. Esto necesita de dos ciclos de replicación. Por ejemplo, la desanimación de la C produce U por lo que la C está dañada pero no mutada.
Entonces en la primera replicación frente a ese U (C dañada) se pone un A, esto sigue sin ser mutación porque aún puede ser detectado el daño en la C. Seguidamente se produce una nueva replicación en la cual frente a la A se pone T, en este paso ya se ha fijado la mutación. Por lo tanto, la mutación no se fija hasta que no se produce los dos ciclos de división (replicación) debido a que antes de que se produzcan los dos ciclos el daño puede ser detectado por lo que puede ser reparado.
También puede fijarse a partir de un ciclo de replicación y luego una reparación. En este caso después de la primera replicación se detecta un U y se pone la T.
- Respuestas biológicas al daño en el ADN
+ Activación de checkpoints
Un daño puede producir la parada en la horquilla de replicación, por lo que se detecta el daño para repararlo.
+ Reparación
Existen células que presentan un mecanismo de reparación de daños.
+ Respuesta al estrés
El daño produce un estrés al cual cada célula tiene una respuesta dependiendo del tipo de estrés.
+ Apoptosis
Muerte celular programada para eliminar el daño de forma radical.
+ Tolerancia al daño
Existen células que presentan mecanismos que le permite resistir los daños.
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Artículo redactado por Pablo Rodríguez Ortíz, Graduado en Biología por la Universidad de Málaga.