Definición de mutación por sustitución
Una mutación por sustitución es un tipo de error de replicación durante la replicación del ADN que coloca el nucleótido o la secuencia de nucleótidos equivocados en la posición incorrecta. Un tipo de mutación de sustitución, una mutación puntual, se produce cuando se sustituye un solo nucleótido. Esto se puede ver en la imagen de abajo.
Importante, una mutación de sustitución resulta en un ADN de la misma longitud. No suma ni resta el número de nucleótidos de la secuencia. Una mutación de sustitución de un solo nucleótido es la más común, ya que la mayoría de los intercambios de nucleótidos a gran escala implican otros mecanismos. Por ejemplo, una translocación recíproca implica el movimiento de porciones enteras de cromosomas, y cambia una porción por otra de otro cromosoma.
Como ocurre con todas las mutaciones, una mutación de sustitución puede cambiar drásticamente las proteínas creadas por un organismo. Las proteínas encargadas de leer el ADN procesan la molécula en unidades de tres pares de bases a la vez. Cada uno de estos codones especifica un aminoácido diferente. Si la secuencia cambia aunque sea por un solo nucleótido, se coloca un aminoácido diferente dentro de la proteína. La función de cada proteína depende de la interacción específica entre los aminoácidos que la componen. Una mutación de sustitución puede desplazar muchos más de un nucleótido. En este caso, puede hacer que la proteína sea completamente disfuncional o darle una función totalmente nueva. Así pueden surgir nuevas adaptaciones, si se transfieren a la descendencia y son beneficiosas. Sin embargo, la gran mayoría de las mutaciones son deletéreas, o causan efectos negativos.
¿Qué causa una mutación de sustitución?
Una mutación de sustitución puede ser causada por una serie de fuentes directamente relacionadas con la lectura y el almacenamiento del ADN. Por ejemplo, cada hora cada célula del cuerpo pierde alrededor de 1.000 nucleótidos de la columna vertebral del ADN. Estos nucleótidos se caen debido al proceso de depuración. En el proceso de sustitución, las proteínas que gestionan el ADN se equivocan aproximadamente el 75% de las veces, porque hay 4 nucleótidos para elegir. Otras proteínas deben venir después y comprobar si el ADN tiene errores. Si no detectan la mutación de sustitución, ésta puede permanecer y replicarse.
Otro factor que puede impulsar una mutación de sustitución es la desaminación, el proceso por el que los grupos amino se degradan de los nucleótidos. Una de las únicas formas en las que la maquinaria de las proteínas puede diferenciar los nucleótidos son los grupos amino unidos a ellos. Cuando éstos se desprenden, la maquinaria proteica puede reconocer erróneamente el nucleótido y suministrar el par de nucleótidos equivocado. Cuando el ADN se replica, el nuevo nucleótido se establecerá en una nueva línea celular.
Además de estos impulsores internos que pueden causar una mutación de sustitución, también hay fuerzas externas que pueden causar intercambios de nucleótidos. Los carcinógenos y mutágenos son una clase especial de químicos que impiden drásticamente la maquinaria de las proteínas y causan muchas mutaciones. Incluso la luz solar puede degradar e impedir la función del ADN, provocando una mutación de sustitución.
Ejemplos de mutaciones de sustitución
Anemia de células falciformes
La enfermedad de la sangre anemia de células falciformes es causada por una simple mutación de sustitución. En la mutación, se sustituye un solo nucleótido en la porción de ADN que codifica una unidad de hemoglobina. La hemoglobina es un complejo multiproteico, responsable de transportar el oxígeno y mantener la forma de las células sanguíneas. La mutación de sustitución hace que un ácido glutámico de la proteína se cambie por un aminoácido valina.
Aunque esto no parezca un gran cambio en una proteína que contiene más de 140 aminoácidos, marca la diferencia. La valina, a diferencia del ácido glutámico, es hidrofóbica. Como tal, repele las interacciones polares donde el ácido glutámico las atraería. Esto afecta gravemente a la capacidad de funcionamiento de la proteína. Las células sanguíneas reflejan inmediatamente este cambio, volviéndose arrugadas y con forma de hoz. Con una menor capacidad para transportar oxígeno, estas células también son más propensas a coagularse dentro de los pequeños capilares de los órganos. Esto puede conducir a un mayor riesgo de ataque al corazón, derrame cerebral y otras enfermedades cardiovasculares.
Interesantemente, la mutación de sustitución ha sobrevivido en la población por una razón sorprendente. El parásito que causa la malaria depende de las células sanguíneas humanas para parte de su ciclo vital. Las personas con la mutación falciforme son menos susceptibles de contraer la malaria. Al parecer, la diferente forma y función de las células sanguíneas impide sus procesos reproductivos.
Coloreo
En el ojo, ciertas células son responsables de captar los colores rojo, verde y azul. Estas células dependen de diferentes proteínas, que reaccionan a los distintos colores. Una mutación en el ADN que codifica una de estas proteínas puede conducir a la condición de daltonismo. Las personas que padecen esta afección tienen dificultades para distinguir los colores, mientras que su visión sigue siendo clara por lo demás. A menudo, sólo se elimina un color. Las diferentes proteínas están codificadas en diferentes lugares del ADN, lo que hace que sea poco probable que se produzca una sustitución en los tres genes.
Tipos de mutaciones por sustitución
Transición
Hay dos tipos básicos que puede tener una mutación por sustitución. Dentro de los cuatro nucleótidos, hay dos tipos: las purinas y las pirimidinas. La adenina (A) y la guanina (G) son purinas, mientras que la citosina (C) y la timina (T) son pirimidinas. Si una purina cambia a una purina, la mutación de sustitución se considera una transición. Del mismo modo, si una pirimidina se convierte en una pirimidina, la mutación de sustitución también es una transición. En la imagen de abajo, las transiciones están etiquetadas por las líneas alfa.
Transversión
Lo contrario de la transición es la transversión. En una mutación de sustitución que implique una transversión, una purina es sustituida por una pirimidina, o vis versa. En la imagen anterior, una transversión está marcada por las líneas beta. Las transversiones son mucho menos probables que las transiciones. Esto se debe probablemente al hecho de que la maquinaria utilizada para reparar y corregir el ADN es más específica para la purina frente a la pirimidina que para especificar entre nucleótidos individuales.
Cuestionario
1. ¿Cuál es la diferencia entre una mutación de sustitución y una mutación de deleción?
A. No hay diferencia
B. Una deleción provoca un desplazamiento de marco
C. Una sustitución provoca un desplazamiento del marco
2. Observe la siguiente secuencia de ADN
- CTTGACTC
- CCTGACTC
¿Cuál de las siguientes ha ocurrido?
A. Mutación de deleción
B. Mutación de inserción
C. Mutación de sustitución
3. Se produjo una mutación de sustitución en un organismo. Ocurrió para cambiar la secuencia de aminoácidos sólo ligeramente, y el nuevo aminoácido es sólo ligeramente diferente del anterior. ¿Resultará la mutación en un cambio funcional?
A. No
B. Sí
C. Tal vez…