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Tema 12 alteraciones  del material genético
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Tema 12 alteraciones del material genético

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  • 1. ALTERACIONES DELMATERIAL GENÉTICO TEMA 12
  • 2. TEMARIO SELECTIVIDAD• Alteraciones del material genético: Mutaciones génicas, genómicas y cromosómicas.• 8.- La mutación como fuente de variabilidad genética. Implicaciones de las mutaciones en la evolución y aparición de nuevas especies.• 9.- Mutaciones Génicas: sustitución, delección, adición (bases). Cromosómicas: deleción, duplicación e inversión de un segmento, translocación de un segmento entre cromosomas no homólogos. Genómicas: poliploidía, haploidía, aneuploidía (trisomías 21, síndrome de Turner).• 10.- Agentes mutágenos.
  • 3. CONCEPTO• Una de las características del material genético (ADN) es la gran fidelidad con la que se transmite de generación en generación, sin embargo en ocasiones puede sufrir cambios que se transmiten a la descendencia. Estos cambios se denominan mutaciones.
  • 4. CONCEPTO• Las mutaciones se definen como cambios o variaciones del material genético de las células, que aparecen de forma brusca y aleatoria. La frecuencia con que aparecen es muy pequeña.
  • 5. MUTACIÓN Y EVOLUCIÓN• El origen evolutivo de los organismos es un hecho científico que nadie discute en la actualidad. La evolución biológica es el proceso de transformación de unas especies en otras mediante una serie de variaciones que se han ido sucediendo, generación tras generación, a lo largo de millones de años.• Lamarck fue uno de los primeros que trato de explicar los mecanismos evolutivos. En 1801 elaboro una teoría de la evolución según la cual, los seres vivos evolucionan a través del tiempo, en un proceso continuo, de formas más simples a otras más complejas. Se apoyaba en dos hechos: 1) La función crea el órgano, 2) La herencia de los caracteres adquiridos. Consideraba que el uso de un órgano lo desarrolla y el desuso conduce a su eliminación gradual, y que estos cambios adquiridos se transmitían a la descendencia.
  • 6. MUTACIÓN Y EVOLUCIÓN• Darwin en 1859 en su libro el origen de las especies recoge las pruebas que avalan la teoría de la evolución de las especies basada en el papel que ejerce la selección natural, que permite que los individuos mejor adaptados sobrevivan.
  • 7. MUTACIÓN Y EVOLUCIÓN• La teoría de Darwin se resume en cuatro puntos:• 1)Capacidad reproductiva alta. La mayoría de las especies tienen una gran capacidad reproductora, y producen una gran cantidad de descendientes, la mayor parte de los cuales no llegaran a la edad adulta y no se reproducirán.• 2)Lucha por la existencia. El crecimiento de una población está limitado por los recursos (alimento, luz, espacio, etc.), al existir más individuos de los que pueden sobrevivir con estos recursos, se establece entre ellos una lucha por la existencia.• 3)Variabilidad individual. Dentro de una especie existe gran variabilidad individual, de tal manera que algunos individuos presentan características que los diferencian del resto.• 4)Supervivencia del más apto. Algunas de estas características individuales dan al poseedor una mayor capacidad de sobrevivir hasta la madurez y reproducirse y así transmitir a sus descendientes esas características.• De generación en generación se van acentuando las características favorables y después de muchos años de selección natural los individuos de una población pueden diferir de sus antecesores, si estas diferencias son muy importantes, pueden originar una nueva especie.
  • 8. MUTACIÓN Y EVOLUCIÓN• Darwin no pudo explicar cómo se crea la variabilidad individual en una misma población y cómo se transmiten los caracteres a la descendencia.
  • 9. MUTACIÓN Y EVOLUCIÓN• En 1947 se enuncio la teoría sintética o neodarvinista, se la llamo así porque integra en una única teoría las aportaciones de tres disciplinas: la genética, la paleontología y la sistemática. Fue defendida por: Dobzhansky (genético), Mayr (zoólogo) y Simpson (paleontólogo).• -Rechaza la teoría de Lamarck que postulaba sobre la herencia de los caracteres adquiridos.• -Considera que, en la evolución, la unidad no es el individuo sino la población, que se define como un conjunto de individuos de la misma especie unidos por lazos de apareamiento y parentesco.• -Se aceptan los principios darvinistas de la variabilidad de los individuos y de la selección natural y se aporta la explicación de dicha variabilidad.• -La evolución se produce de manera gradual como consecuencia de pequeños cambios que van surgiendo en una población, con lo que el proceso para que aparezca una nueva especie es muy largo.• -La variabilidad de los individuos se debe fundamentalmente a dos razones: las mutaciones y la recombinación genética que tiene lugar en la meiosis.
  • 10. MUTACIÓN Y EVOLUCIÓN• En los individuos con reproducción asexual se debe únicamente a las mutaciones, y en los organismos con reproducción sexual se debe a las mutaciones y sobre todo a la recombinación genética que ocurre en la meiosis. Esta se produce por la combinación al azar de los cromosomas homólogos y por el sobrecruzamiento que se produce entre las cromátidas homólogas.• Cualitativamente la mutación es más importante que la recombinación, ya que la mutación da lugar a nuevos genes, mientras que la recombinación únicamente origina agrupaciones distintas de los mismos genes. Por consiguiente la mutación constituye la base de la variabilidad. Sin mutación no habría evolución.
  • 11. IMPORTANCIA EVOLUTIVA• Algunas mutaciones son perjudiciales para los individuos que las padecen pudiendo llegar a ser letales, otras por el contrario son beneficiosas aumentando la probabilidad de supervivencia del organismo estas constituyen la base de la evolución, otras son neutras no producen ni beneficio ni perjuicio.
  • 12. IMPORTANCIA EVOLUTIVA• Por todo esto las mutaciones son una fuente de variación para la población, al hacer que existan diferencias entre los individuos.• Cuando hay cambios ambientales puede ser que los individuos mutados tengan una mayor posibilidad de sobrevivir en las nuevas condiciones. En esto consiste la selección natural.• Las mutaciones permiten la evolución.
  • 13. TIPOS• Las mutaciones se manifiestan en las células en las que se producen y en su descendencia, por eso sólo son heredables cuando afectan a las células germinales (gametos); si afectan a las células somáticas, sólo aparecerá en aquella parte del cuerpo que se forma por división de esas células, en ellas se pueden producir lesiones, tumores etc. pero en este caso no pasan a la descendencia.
  • 14. TIPOS• Por esto, se pueden clasificar en dos tipos, atendiendo al tipo de célula afectada: – Mutación somática. Afecta a células somáticas y no se transmite a la descendencia. – Mutación germinal. Afectan a células germinales, se transmiten a la descendencia y tienen importancia evolutiva.
  • 15. TIPOS• Según la causa que las produce pueden ser: – Espontáneas: aparecen de forma natural, por errores en la replicación del ADN, en la meiosis, etc. – Inducidas: aparecen de forma artificial por la acción de algún agente físico o químico denominados agentes mutágenos que alteran la estructura o la composición del ADN. Ej: radiaciones o sustancias químicas.
  • 16. TIPOS• Según el nivel al que se dan, o la extensión del material genético afectado, se diferencian tres tipos: – Mutaciones puntuales o génicas. – Mutación cromosómica – Mutaciones genómicas
  • 17. TIPOS• Según el nivel al que se dan, o la extensión del material genético afectado, se diferencian tres tipos: – Mutaciones puntuales o génicas: Cuando el cambio ocurre a nivel molecular, al alterarse la secuencia de nucleótidos de un gen.
  • 18. TIPOS• Según el nivel al que se dan, o la extensión del material genético afectado, se diferencian tres tipos: – Mutación cromosómica: Cuando el cambio afecta a la secuencia de genes de un cromosoma.
  • 19. TIPOS• Según el nivel al que se dan, o la extensión del material genético afectado, se diferencian tres tipos: – Mutaciones genómicas: Cuando el cambio afecta al número de cromosomas.
  • 20. MUTACIONES GENICAS• Son las que se producen a nivel molecular. El error afecta a la secuencia de nucleótidos de un solo gen por ello también se denominan puntuales.• Si la mutación afecta a una región intrónica o a otra región no esencial del ADN, no tendrá consecuencias, será una mutación silenciosa. Pero si afecta a una región exónica, aunque sólo se trate del cambio de un nucleótido, supondrá una alteración en la secuencia de un gen, que se puede traducir en una modificación en la secuencia de aminoácidos de una proteína.
  • 21. MUTACIONES GENICAS
  • 22. MUTACIONES GENICAS• Algunas mutaciones (pocas) son beneficiosas ya que mejoran el gen haciendo que la nueva proteína pueda realizar mejor su función. En estos casos son esenciales para la evolución, los individuos portadores de la mutación poseen ventajas adaptativas respecto a sus congéneres y con el paso del tiempo gracias a la selección natural el gen mutado sustituirá al gen original.• Las mutaciones no siempre se manifiestan, pues por regla general, los genes mutados son recesivos respecto a los alelos normales, por lo que para que se manifiesten tienen que estar en homocigosis.
  • 23. TIPOS MUTACIONES GENICAS• Las mutaciones génicas pueden ser de dos tipos: – Mutaciones producidas por sustituciones de bases. Se producen al sustituir una base por otra distinta. – Mutaciones producidas por pérdida o inserción de nucleótidos. Se originan por la pérdida o adición de algún nucleótido en la molécula de ADN.
  • 24. MUTACIONES GENICAS: Mutaciones producidas por sustituciones de bases• Se producen al sustituir una base por otra distinta.• Pueden ser a su vez de dos tipos: – Transiciones: cuando se sustituye una base por otra del mismo tipo, es decir una base púrica por otra púrica o una pirimidínica por otra pirimidínica. – Transversiones: cuando se sustituye una base por otra de distinto tipo, es decir una púrica por una pirimidínica o viceversa. Esto es posible porque las bases pueden presentar formas tautómeras (son formas en las que cambia la posición de alguno de los átomos de hidrógeno) que permiten apareamientos atípicos.
  • 25. MUTACIONES GENICAS:Mutaciones producidas por sustituciones de bases
  • 26. MUTACIONES GENICAS: Mutaciones producidas por sustituciones de bases• Estas mutaciones afectan a un solo nucleótido y por consiguiente sólo se vera afectado un codón, como el código genético está degenerado puede que no tenga consecuencias ya que puede originar otro codón sinónimo que codifique el mismo aminoácido. Puede ocurrir que el nuevo codón codifique un aminoácido diferente, en este caso salvo que dicho aminoácido forme el centro activo de un enzima no tendrá consecuencias graves. Si el nuevo triplete es un codón sin sentido la nueva proteína será más corta. Si la mutación afecta al codón sin sentido haciendo que aparezca un codón normal, se producirá una proteína más larga, en estos casos las consecuencias serán más graves.
  • 27. MUTACIONES GENICAS:Mutaciones producidas por sustituciones de bases
  • 28. MUTACIONES GENICAS:Mutaciones producidas por sustituciones de bases
  • 29. MUTACIONES GENICAS:Mutaciones producidas por sustituciones de bases
  • 30. MUTACIONES GENICAS: producidas por pérdida o inserción de nucleótidos• Se originan por la pérdida (delección) o adición (inserción) de algún nucleótido en la molécula de ADN.• Son más graves que las anteriores puesto que a partir del punto de inserción o de deleción todos los tripletes estarán cambiados y por lo tanto el mensaje (proteína) será totalmente diferente.
  • 31. MUTACIONES GENICAS:producidas por pérdida oinserción de nucleótidos
  • 32. CAUSAS MUTACIONES GENICAS• Errores de lectura no corregidos producidos durante la replicación del ADN.• Lesiones fortuitas.• Transposiciones.• La acción de determinados agentes mutagénicos que alteran el ADN.
  • 33. CAUSAS MUTACIONES GENICAS: Errores de lectura• Debidos a:• Cambios tautoméricos. Cada base puede aparecer de dos formas, una normal y otra rara. Normalmente están en equilibrio pero durante la replicación puede producirse errores de lectura. Ej: la forma rara de C se complementa con A en lugar de G.• La tautomería da lugar a transiciones.
  • 34. CAUSAS MUTACIONES GENICAS: Errores de lectura• Debidos a:• Cambios de fase. Deslizamiento del filamento que se está formando sobre el molde, apareciendo bucles.• Puede dar lugar a adiciones y delecciones.
  • 35. CAUSAS MUTACIONES GENICAS: Agentes mutágenos• Son una serie de factores físicos y químicos que aumentan la frecuencia de mutación. Los agentes mutágenos más importantes son: – Mutágenos químicos – Mutágenos físicos
  • 36. REPARACIÓN MUTACIONES GENICAS• Corrección de pruebas de la ADN-polimerasa. La enzima, con actividad exonucleasa, comprueba si el nucleótido añadido es el correcto. Si no es así lo cambia por el correcto.• Reparación por escisión del ADN. Una endonucleasa corta el fragmento, la exonucleasa elimina el fragmento, la ADN-polimerasa I sintetiza el fragmento correcto y una ADN ligasa lo une.• Reparación sin escisión. Enzimas fotorreactivas que eliminan los dímeros de timina.• Sistema SOS. Se introducen base al azar para que la polimerasa no se bloquee.
  • 37. MUTACIONES CROMOSOMICAS• Son alteraciones en la secuencia normal de genes que componen un cromosoma, pueden afectar al número de genes o al orden en que se encuentran los mismos en el cromosoma.• Pueden ser de cuatro tipos:• Deleción• Duplicación• Inversión• Translocación:
  • 38. MUTACIONES CROMOSOMICAS
  • 39. MUTACIONES CROMOSOMICAS: Deleción• Es la pérdida de un fragmento del cromosoma por rotura del mismo; el fragmento perdido puede contener decenas de genes. Si la pérdida es grande puede tener efectos letales.
  • 40. MUTACIONES CROMOSOMICAS: Deleción
  • 41. MUTACIONES CROMOSOMICAS: Duplicación• Es la repetición de un fragmento del cromosoma. La duplicación de un cromosoma suele estar relacionada con la deleción de otro cromosoma.
  • 42. MUTACIONES CROMOSOMICAS: Duplicación
  • 43. MUTACIONES CROMOSOMICAS: Inversión• Es el cambio de orientación de un fragmento del cromosoma, sin cambiar su posición en el cromosoma. En este caso no hay pérdida ni ganancia de genes sólo cambia el orden. Si la inversión incluye el centrómero se denomina pericéntrica y sino paracéntrica.
  • 44. MUTACIONES CROMOSOMICAS: Inversión
  • 45. MUTACIONES CROMOSOMICAS: Translocación• Es el cambio de posición de un fragmento del cromosoma, que se traslada a otro lugar del mismo cromosoma o a otro cromosoma homólogo o no. Puede ser: – Recíproca. Cuando se produce por intercambio de segmentos entre dos cromosomas no homólogos, esta es la más frecuente. – Transposición o no recíproca. Cuando un segmento de un cromosoma se traslada a otro lugar del mismo cromosoma o a otro cromosoma diferente, sin reciprocidad.
  • 46. MUTACIONES CROMOSOMICAS: Translocación
  • 47. MUTACIONES CROMOSOMICAS: Translocación
  • 48. EFECTOS MUTACIONES CROMOSOMICAS• Las deleciones y duplicaciones producen un cambio en la cantidad de genes y por tanto tienen efectos fenotípicos, por lo general deletéreos.• Sin embargo las inversiones y translocaciones no suelen tener efecto fenotípico, pues el individuo tiene los genes correctos, aunque de las translocaciones pueden derivarse problemas de fertilidad por apareamiento defectuoso de los cromosomas durante la gametogénesis o la aparición de descendientes con anomalías.
  • 49. EFECTOS MUTACIONES CROMOSOMICAS• "Le cri du chat" (grito de gato) como ejemplo de mutación cromosómica estructural: En la especie humana, una deleción particular en el cromosoma 5 provoca el síndrome "cri du chat" (grito de gato) que se caracteriza por microcefalia, retraso mental profundo y detención del crecimiento. El nombre alude al tipo de llanto particular de los bebés con este síndrome.•
  • 50. EFECTOS MUTACIONES CROMOSOMICAS• Importancia evolutiva de las mutaciones cromosómicas estructurales.-• La deleción apenas tiene importancia evolutiva, mientras que la duplicación posee una importancia evolutiva grande. A su vez, las inversiones y translocaciones están también asociadas de una forma importante a la evolución de los seres vivos. Así, por ejemplo, la fusión de dos cromosomas acrocéntricos puede dar lugar a uno metacéntrico, como ha ocurrido con el cromosoma 2 de la especie humana, que es el resultado de la fusión de dos cromosomas de un mono antepasado antropomorfo. Distintos genes de hemofilia se han adquirido también por duplicaciones en el transcurso de la evolución.
  • 51. MUTACIONES GENOMICAS• Son alteraciones que afectan al número de cromosomas de una especie, ya sea por exceso o por defecto. Se detectan estudiando el cariotipo. Pueden ser de dos tipos: euploidías y aneuploidías.• Euploidías: Es una alteración (aumento o disminución) en el número de dotaciones cromosómicas (juegos de cromosomas) de un individuo.• Aneuploidías: Son alteraciones en las que el individuo presenta algún cromosoma de más o de menos respecto a la dotación cromosómica normal de la especie.
  • 52. MUTACIONES GENOMICAS• Euploidías:• Es una alteración (aumento o disminución) en el número de dotaciones cromosómicas (juegos de cromosomas) de un individuo.
  • 53. MUTACIONES GENOMICAS• Euploidías:
  • 54. MUTACIONES GENOMICAS• Euploidías:
  • 55. MUTACIONES GENOMICAS• Euploidías:
  • 56. MUTACIONES GENOMICAS
  • 57. MUTACIONES GENOMICAS: Euploidías• Es una alteración (aumento o disminución) en el número de dotaciones cromosómicas (juegos de cromosomas) de un individuo.• Pueden ser: poliploidías y monoploidías. – Poliploidía: Cuando aumenta el número de dotaciones cromosómicas de un individuo diploide. Pueden ser: triploides, tetraploides, ….. poliploides. Son más frecuentes en vegetales. – Monoploidía o haploidía: Cuando disminuye el número de dotaciones cromosómicas de un individuo diploide.
  • 58. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías• Son alteraciones en las que el individuo presenta algún cromosoma de más o de menos respecto a la dotación cromosómica normal de la especie. Las más frecuentes son: las trisomias y las monosomias.
  • 59. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías• Las más frecuentes son: las trisomias y las monosomias. – Trisomías: Son aneuploidias en las que el individuo tiene un cromosoma de más y por lo tanto alguna de las parejas de homólogos tienen en lugar de dos tres cromosomas homólogos, su dotación cromosómica será 2n + 1. – Monosomías: Son aneuploidias en las que el individuo tiene un cromosoma de menos y por lo tanto alguna de las parejas de homólogos en lugar de dos solo tienen un cromosoma, su dotación cromosómica sería 2n - 1.
  • 60. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 61. MUTACIONES GENOMICAS: aneuploidías• Las aneuploidías se suelen formar porque en la meiosis que tiene lugar al formarse los gametos, alguna de las parejas de cromosomas homólogos no se separan, pasando los dos cromosomas homólogos al mismo gameto mientras que otros gametos no reciben ningún cromosoma homólogo de esa pareja.• Estas alteraciones pueden afectar tanto a los autosomas como a los cromosomas sexuales.
  • 62. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías• Las principales aneuploidías que se pueden dar en la especie humana son:• Afectan a los autosomas: – Síndrome de Down o mongolismo: Trisomía del cromosoma 21 (47 cromosomas). Deficiencia mental, rasgos de raza mongólica. – Síndrome de Edwards: Trisomía del cromosoma 18 (47 cromosomas). Retraso mental, membrana interdigital en los pies.
  • 63. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 64. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 65. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 66. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 67. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 68. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 69. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 70. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 71. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías• Las principales aneuploidías que se pueden dar en la especie humana son:• Afectan a los heterocromosomas: – Síndrome de Klinefelter: Trisomía de los heterocromosomas XXY. Hombres estériles, testículos poco desarrollados retraso mental. – Síndrome de Turner: Monosomía en los heterocromosomas X. Mujeres con ovarios atrofiados, enanismo. – Síndrome de Triple X: Trisomía de los heterocromosomas XXX. Infantilismo. – Síndrome de Duplo Y: Trisomía de los heterocromosomas XYY. Hombres con retraso y agresivos.
  • 72. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 73. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 74. MUTACIONES GENOMICAS: Aneuploidías
  • 75. ESTUDIOS
  • 76. CAUSAS MUTACIONES GENICAS: Agentes mutágenos• Son una serie de factores físicos y químicos que aumentan la frecuencia de mutación. Los agentes mutágenos más importantes son: – Mutágenos químicos – Mutágenos físicos
  • 77. CAUSAS MUTACIONESGENICAS: Mutágenos químicos• Son sustancias químicas de distinta naturaleza que producen cambios en el ADN, estos cambios son básicamente de dos tipos: transición de bases e inserción o eliminación de una o varias bases.
  • 78. CAUSAS MUTACIONESGENICAS: Mutágenos químicos• Entre las sustancias químicas conocidas que tienen acción mutágena destacan:• Ácido nitroso. Produce la desaminación de las bases nitrogenadas, transforma la citosina en uracilo y la adenina en hipoxatina esto da lugar a que cuando se produzca la replicación del ADN ocurre una transición de bases puesto que el uracilo se aparea con la adenina y la hipoxantina con la citosina
  • 79. CAUSAS MUTACIONES GENICAS: Mutágenos químicos• Entre las sustancias químicas conocidas que tienen acción mutágena destacan:• Agentes alquilantes. Actúan introduciendo grupos alquilo (metilo, etilo, etc.) en las bases nitrogenadas. El más utilizado es el gas mostaza.• Sustancias análogas a las bases nitrogenadas. Pueden sustituir a las bases normales y producir transiciones de bases. Así el 5-bromouracilo puede sustituir a la timina y la 2-aminopurína puede sustituir a la adenina.
  • 80. CAUSAS MUTACIONES GENICAS: Mutágenos químicos• Entre las sustancias químicas conocidas que tienen acción mutágena destacan:• Sustancias intercalantes. Son sustancias que se pueden intercalar entre las bases de una cadena de ADN y dar origen a inserciones o deleciones de bases. Entre estas sustancias están dos colorantes como la proflavina y la acridina. El benzopireno, que se encuentra en el humo del tabaco se intercala entre las cadenas del ADN las une covalentemente.
  • 81. CAUSAS MUTACIONES GENICAS: Mutágenos físicos• Los principales agentes físicos que producen mutaciones son: las radiaciones ionizantes y las radiación no ionizantes.• Radiaciones ionizantes: Son radiaciones electromagnéticas de longitud de onda muy corta y por lo tanto muy energéticas, que provocan la ionización de los átomos de las sustancias que atraviesan. Entre ellas se encuentran los rayos X, los rayos λ y las partículas α y β liberadas en la desintegración de isótopos radiactivos y emisiones nucleares.• Estas radiaciones pueden producir cambios en las bases nitrogenadas dando lugar a transiciones de bases e igualmente pueden romper las cadenas de ADN y por consiguiente los cromosomas.
  • 82. CAUSAS MUTACIONES GENICAS: Mutágenos físicos• Los principales agentes físicos que producen mutaciones son: las radiaciones ionizantes y las radiación no ionizantes.• Radiación no ionizantes. Aquí se incluyen las radiaciones UV. Son radiaciones electromagnéticas de longitud de onda más larga que las anteriores y por ello menos energéticas. No suele romper los cromosomas. Producen la formación de un enlace covalente entre dos bases pirimidínicas sucesivas de la misma cadena (especialmente entre timinas), lo que da lugar a que se formen dímeros de timina o citosina; como consecuencia se rompen los puentes de hidrógeno con las bases complementarias y la molécula de ADN se desorganiza dificultándose o impidiéndose la replicación.