Mutaciones. Definición y tipos

Las mutaciones suelen ser conocidas por el público general, asociadas a las películas de terror y ciencia ficción, en la que aparecen los “mutantes”, que en general son horribles monstruos malvados y deformes.
En realidad, las mutaciones son cambios en la secuencia de bases del ADN de una célula.
Por ejemplo una secuencia “AAATTTCCCAAA”:
Puede cambiar a “AGATTTCCCAAA” (en este caso cambió una base por otra y se denomina “puntual”).
Puede cambiar a “AATTTCCCAAA” (se pierde una base, o más y se denomina deleción)
Puede cambiar a “AAAATTTCCCAAA” (se agrega una base y se denomina adición).

Estos ejemplos muestran alteraciones en una sola base, pero pueden afectar a varias.
Las mutaciones pueden producirse por errores en la duplicación del ADN, sustancias químicas que dañan al ADN (sustancias mutagénicas), radiaciones, etc.

La consecuencia más directa de una mutación es provocar un cambio en la proteína: eso se debe a que si hay un cambio en la secuencia de bases del ADN, habrá un cambio en la secuencia de bases del ARN, y por lo tanto, un cambio en la secuencia de aminoácidos de la proteína. Veamos algunos ejemplos:

- Si un codón cambia por otro, puede cambiar un aminoácido por otro, y la proteína tendrá una estructura primaria distinta (aunque la diferencia con la proteína normal sea de sólo un aminoácido). En este caso, la mutación se denominan “de sustitución”, porque se sustituye un aminoácido por otro.
- Si un codón cambia por otro, puede surgir un codón de terminación (y la proteína se termina de sintetizar antes de tiempo, quedando incompleta). Esas mutaciones se denominan “sin sentido”, porque producen un codón sin sentido.
- Si un codón cambia por otro, puede surgir un codón sinónimo (y la proteína no cambia a pesar de la mutación). Esas mutaciones se denominan “silenciosas”, porque no se manifiestan en la proteína.
- Si se pierde una base (deleción) o se inserta una base (adición) la secuencia de codones se leerá de manera diferente durante la traducción. Veamos unos ejemplos:

En la secuencia de ARN mensajero normal “AAAUUUCCCAAA”, la secuencia de codones se lee como “AAA UUU CCC AAA”

En la secuencia con deleción “AAUUUCCCAAA”, la secuencia de codones se lee como “AAU UUC CCA AA…. etc.”

En la secuencia con adición “AAAAUUUCCCAAA”, la secuencia de codones se lee como “AAA AUU UCC CAA A… etc.”

Es decir, cambia el marco de lectura del ARN mensajero, y la proteína sintetizada tendrá una estructura primaria totalmente distinta a la normal.
En otra sección del blog se explicarán las consecuencias que tienen las mutaciones para las células.

Fotosíntesis y respiración: procesos complementarios

La fotosíntesis y la respiración son procesos complementarios.
Cuando los autótrofos fotosintetizan, toman dióxido de carbono de la atmósfera. Luego, como producto de la respiración, vuelven a liberar este gas, que puede utilizarse nuevamente en la fotosíntesis. Por otra parte, cuando fotosintetizan liberan oxígeno a la atmósfera, que luego puede utilizarse en la respiración.
De manera similar, pero ahora entre organismos distintos, el dióxido de carbono liberado por los heterótrofos durante la respiración, puede ser utilizado por los autótrofos para fotosintetizar. Y como producto de la fotosíntesis, los autótrofos liberan oxígeno que utilizan los heterótrofos para respirar, volviendo a liberar dióxido de carbono, y así sucesivamente.

Para realizar la respiración celular, todos los seres vivos requieren moléculas orgánicas, a las que oxidan. Los heterótrofos las obtienen de otros seres vivos, ya que al consumirlos incorporan carbohidratos, lípidos y proteínas (siendo los dos primeras, las principales fuentes de energía).
Los autótrofos también requieren moléculas orgánicas para realizar la respiración celular, pero las fabrican ellos mismos mediante la fotosíntesis.

De este modo, a través de estos procesos complementarios, los átomos realizan un ciclo pasando de un proceso a otro, ya sea entre los mismos autótrofos, o entre autótrofos y heterótrofos. Veamos los ejemplos con el carbono y el oxígeno.

El carbono está en la atmósfera como dióxido de carbono, luego pasa a formar parte de una molécula de glucosa durante la fotosíntesis, y posteriormente vuelve a liberarse como dióxido de carbono durante la respiración, al oxidarse esa glucosa, y así sucesivamente.

En cuanto al oxígeno, está formando parte de la molécula de agua que es absorbida por un autótrofo. Luego, durante la fotosíntesis, el oxígeno se libera a la atmósfera y es tomado por el organismo durante la respiración. En este proceso, el oxígeno se reduce con hidrógenos y pasa a formar parte de una molécula de agua, que luego es incorporada por un autótrofo, y así sucesivamente.

Virus: estructura

Los virus son partículas inertes que no presentan las características habituales de los seres vivos, ya que no se alimentan, no respiran, no metabolizan, etc.. Solamente pueden multiplicarse, pero para ello, tienen que ingresar a una célula. Los virus no son células, su nivel de organización es el de complejos de macromoléculas.
Todos los virus están formados por una cápside de proteínas y algunos presentan una envoltura lipídica en forma de bicapa, similar a la membrana plasmática, que rodea a la cápside. De acuerdo con la presencia de envoltura, los virus se clasifican en envueltos (con ella) o desnudos (sin ella).
La cápside de los virus desnudos y la envoltura de los envueltos presentan glicoproteínas. Estas se unen a los receptores de las células, para sí poder ingresar en ellas por transporte en masa.
En el interior, los virus presentan material genético, que en algunos es ADN y en otros es ARN (no ambos).
Por último, algunos virus contienen enzimas en el interior de la cápside, que participan en la replicación una vez que ingresan a la célula.

En el siguiente link puede observarse uno de los mecanismos de entrada de los virus envueltos a la célula, que es por fusión entre la envoltura y la membrana plasmática. Otro mecanismo posible es la endocitosis mediada por receptor.
http://www.microbelibrary.org/microbelibrary/files/ccImages/Articleimages/Foley/envelopedvirusentry.GIF


Esquema de virus envuelto


Foto de virus del herpes (envuelto)

Alimentos: materia y energía

El concepto de que los alimentos aportan energía es bastante familiar, pero no lo es tanto el concepto de que también aportan materia. Sabemos que el alimento es necesario para el organismo, es decir, concebimos a un organismo que necesita el alimento para seguir funcionando, pero no tenemos en cuenta de que se formó gracias a este último.
Sabemos que nuestro cuerpo está formado por células y sustancias producidas por ellas, y que a su vez, las células están formadas por estructuras integradas por proteínas, lípidos, hidratos de carbono y ácidos nucleicos, y que estas moléculas están formadas por átomos, principalmente, C, H, O, N, P, y S. En última instancia, estamos hechos de átomos
¿De dónde salieron las moléculas y los átomos de los que estamos hechos? Alguna vez, todos fuimos una célula, producto de la fecundación de un óvulo y un espermatozoide, y podemos decir que en ese momento estábamos hechos del material proporcionado por ambas células.
Pero una vez que dejamos de ser una sola célula y estamos hechos de millones de ellas… ¿de dónde salieron los átomos y moléculas para formar esas nuevas células? Esas células no vinieron del exterior, sino que se produjeron en nuestro organismo, y para ello, se necesitaron biomoléculas ¿de dónde salieron estas biomoléculas?.
La pregunta también podría plantearse de otro modo: para formar las proteínas de nuestras células, previamente se necesitaron aminoácidos; para los oligosacáridos y polisacáridos se necesitaron monosacáridos; para los ácidos nucleidos se necesitaron nucleótidos; para los lípidos, glicerol y ácidos grasos, etc. ¿De dónde salieron los monómeros para fabricar esas molécula más complejas?
La respuesta es: de los alimentos. Con los alimentos obtenemos moléculas orgánicas que pueden degradarse en monómeros (durante la digestión) y con esos monómeros, fabricar otros polímeros. Por ejemplo, una proteína que comemos puede digerirse en aminoácidos, y con ellos, podemos fabricar una proteína.
Pero los monómeros también pueden “desarmarse” en las células formando cadenas carbonadas más pequeñas, y esas cadenas se utilizan para fabricar monómeros diferentes. Por ejemplo, partiendo de un monosacárido puede fabricarse un aminoácido.
Por último, existen ácidos grasos y aminoácidos que nuestras células no pueden fabricar. Se denominan “aminoácidos/lípidos esenciales”, y la única forma de obtenerlos es con los alimentos. Por el contrario, los aminoácidos/lípidos que nuestras células sí pueden fabricar, se denominan “no esenciales”, pero recordemos que para fabricarlos siempre se requiere partir de cadenas carbonadas previas, que en última instancia, provienen de los alimentos.

Lípidos y jabones

La manera en que actúa un jabón al lavarnos las manos, puede ayudar a comprender las interacciones entre los lípidos y el agua, lo cual facilitará luego, abordar la estructura de las membranas biológicas.
Una molécula de jabón es un ácido graso en el cual, el hidrógeno del grupo carboxilo fue reemplazado por un átomo de sodio o uno de potasio (esto se consigue transformando a una grasa haciéndola reaccionar con hidróxido de sodio o de potasio, mediante un proceso llamado saponificación).
El jabón tiene una cabeza altamente hidrofílica (mucho más hidrofílica que el grupo carboxilo del ácido graso) y una cola hidrofóbica. Si uno tiene las manos impregnadas en azúcar y se las lava con agua, las manos se limpian. Esto se debe a que el hidrato es soluble en agua, entonces, esta lo “arrastra”. No ocurre lo mismo si uno tiene las manos impregnadas en aceite o grasa. En cambio, como los lípidos no son solubles en agua, no se incorporan a ella, en consecuencia, el agua resbala por sobre las manos aceitosas, sin “arrastrar” al lípido.
Pero si el agua tiene moléculas de jabón, todas las cabezas polares de los jabones se solubilizan en el agua, mientras que las colas hidrofóbicas la rechazan. Y si rechazan el agua ¿hacia dónde se dirigen?. Se dirigen hacia otras sustancias que también rechazan el agua, que son precisamente, las molécuas de aceite. El resultado es que todas las colas hidrofóbicas rodean a las moléculas de aceite formando una estructura esférica denominada micela. La pared externa de la micela, al estar formada por todas las cabezas polares, es soluble en agua. Entonces el agua arrastra a la micela, que se lleva las moléculas de aceite en su interior.
















La micela está representada como una esfera. Su interior está formado por las colas hidrofóbicas unidas a las moléculas de aceite (no mostradas, sería el espacio en blanco). La pared de la micela, en contacto con el agua, está constituida por las cabezas polares.

Sustancias orgánicas e inorgánicas

En el curso se ha visto que las sustancias orgánicas se diferencian de las inorgánicas, en que las primeras están formadas por cadenas carbonadas. Sin embargo, hace muchos años, cuando aún no se conocía la estructura químicas de las sustancias orgánicas, esta diferencia no se había establecido.
El término “orgánicas” viene de “organismos”, pues se definía a las sustancias orgánicas como aquellas que provenían de los seres vivos (ya sea en forma directa o indirecta), es decir, la materia de la que están compuestos los seres vivos, o que producen los seres vivos. En cambio, las inorgánicas, si bien se encontraban en los seres vivos (por ejemplo, agua y sales) formaban parte del mundo inanimado.
Si bien estas afirmaciones no eran erróneas, conducían a un concepto que sí lo era: la creencia de que había una química exclusiva de la vida y una química exclusiva del mundo no vivo, cada una con sus propias leyes; y además, que las sustancias orgánicas solamente podían ser fabricadas por un ser vivo.
Esta visión cambió cuando los químicos lograron sintetizar sustancias orgánicas en el laboratorio, y comprobar que estas eran iguales a las que fabrican los seres vivos. Por lo tanto ya no podía afirmarse que hubiera una química exclusiva de la vida y otra química exclusiva del mundo inanimado; de modo que la diferencia entre sustancias orgánicas e inorgánicas, debería ser otra.
La diferencia entre ambos tipos de sustancias, como se dijo al inicio, es que las sustancias orgánicas presentan cadenas carbonadas, es decir, varios átomos de carbono unidos entre sí. Estas cadenas pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas. Por supuesto que los átomos de carbono también están unidos a otros átomos diferentes, pero el “eje”, “esqueleto” o “andamio” de la molécula, es una cadena de átomos de carbono. La inmensa variedad de cadenas que pueden formarse combinando átomos de carbono, es lo que permite que exista una gran variedad de moléculas orgánicas.
Otra forma de apreciar que no existe una química de la vida y una química del mundo inanimado, es considerando lo siguiente: un átomo de carbono puede formar parte de una molécula inorgánica (por ejemplo, dióxido de carbono) y ese mismo átomo, posteriormente, formar parte de una molécula orgánica (por ejemplo, glucosa), y más adelante, ser componente de otra molécula orgánica distinta, o de otra inorgánica. Es decir, podemos imaginarnos a los átomos (no sólo a los carbonos, sino a todos) como “piezas”, que al combinarse de distintas maneras forman distintos tipos de moléculas, tanto orgánicas como inorgánicas.
¿Pero cómo puede un átomo que forma parte de una molécula orgánica, “salir” de ella y combinarse con otros átomos y armar una molécula inorgánica. En otras unidades de la materia se verán algunos procesos por los cuales los seres vivos, en sus células, pueden transformar una sustancia orgánica en sustancias inorgánicas (es decir, “desarmar” las orgánicas, y con esos mismos átomos, “armar” inorgánicas. El ejemplo opuesto es lo que ocurre en la fotosíntesis, donde a partir de los átomos que forman sustancias inorgánicas (dióxido de carbono y agua) pueden fabricarse sustancias orgánicas (azúcares).
Es importante aclarar, que si bien los ejemplos mencionaron al átomo de carbono, lo mismo vale para el resto de los átomos: todos pueden formar parte de moléculas orgánicas o inorgánicas en distintos momentos.

Especies e híbridos

Los individuos de la misma especia son aquellos que pueden reproducirse entre sí, y dejar descendencia fértil. Hay casos en los que individuos de distintas especies pueden tener hijos, pero esto son estériles, confirmando así, que sus padres pertenecen a especies distintas.
El ejemplo más habitual es la cruza entre una yegua (Equus caballus) con un burro (Equus asinus) que dan una mula (foto izquierda). Menos conocido (y menos común) es el resultado de la cruza entre un caballo y una burra: el burdégano (foto derecha).










Pero existen ejemplos todavía menos conocidos (y más curiosos) de otras cruzas que se han producido:

Cebrallo: cebra y caballo

Cebrasno: cebra con burro




Pumapardo: puma y leopardo



Leopón: león y leopardo


Coyolobo: coyote y lobo


Jaglión: jaguar con león


Ligrón: tigre y leona


Ligre: león y tigresa

La “cama” es un híbrido entre un camello y una llama (centro de la foto). Se obtuvo por inseminación artificial, ya que el camello dromedario es mucho más grande que la llama como para poder preñarla.

Se puede consultar más información en

http://www.latierradesimba.com/los-animales-f8/todos-los-hibridos-que-encontre-t1285.htm