¿Qué son los agentes mutagénicos?
Los agentes mutagénicos, también llamados mutágenos, son moléculas de distinta naturaleza que causan cambios en la información del 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.
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.
Tipos de agentes mutagénicos
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.
Mutágenos químicos
Los mutágenos de naturaleza química incluyen las siguientes clases de químicos: acridinas, nitrosaminas, epóxidos, entre otros. Existe una subclasificación para estos agentes:
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 intercalantes
Existe una serie de moléculas, como las acridinas, bromuro de etidio (muy usado en los laboratorios de biología molecular) y 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 las estructuras celulares y también al material genético.
Mutágenos físicos
El segundo tipo de agentes mutagénicos son físicos. En esta categoría encontramos los diferentes tipos de radiación que afectan al ADN.
Mutágenos biológicos
Por último, tenemos a los mutantes biológicos. Son organismos que pueden inducir mutaciones (entre ellas, anomalías en los cromosomas) en virus y otros microorganismos.
Tipos de mutaciones provocadas por agentes mutagénicos
La presencia de agentes mutagénicos ocasiona 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:
Tautomerización de bases
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 existen 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.
Incorporación de bases análogas
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.
Acción directa sobre las bases
La acción directa de ciertos mutágenos puede afectar directamente 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.
Adición o deleción de bases
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 intercalantes 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 pérdida) 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 afectan 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 exponemos de manera excesiva al sol, nuestras células reciben grandes cantidades de radiación ultravioleta. La consecuencia es la generación de dímeros de timina y pueden causar cáncer de piel.
Referencias
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M., & Walter, P. Essential cell biology. Garland Science.
- Cooper, G. M., & Hausman, R. E. The cell: Molecular approach. Sinauer Associates.