Mutagena sredstva, kako delujejo, vrste in primeri



The mutagene snovi, imenovane tudi mutageni, so molekule različne narave, ki povzročajo spremembe baz, ki so del DNA verig. Na ta način prisotnost teh agensov poveča hitrost mutacije v genetskem materialu. Razvrščene so kot fizikalne, kemične in biološke mutagene.

Mutageneza je povsod dogodek v bioloških entitetah in ni nujno posledica negativnih sprememb. Pravzaprav je vir variacij, ki omogoča evolucijske spremembe.

Indeks

  • 1 Kaj je mutacija?
    • 1.1 Ali so mutacije vedno smrtonosne??
    • 1.2 Kako nastanejo mutacije?
  • 2 Vrste mutagenih snovi
    • 2.1 Kemični mutageni
    • 2.2 Fizične mutagene
    • 2.3 Biološke mutagene
  • 3 Kako delujejo: vrste mutacij, ki jih povzročajo mutageni dejavniki
    • 3.1 Tautomerizacija baz
    • 3.2 Vključitev analognih osnov
    • 3.3 Neposredno ukrepanje na podlagi
    • 3.4 Dodajanje ali brisanje baz
  • 4 Reference

Kaj je mutacija?

Pred vstopom v temo mutagenov je treba pojasniti, kaj je mutacija. V genetiki je mutacija trajna in dedna sprememba v zaporedju nukleotidov v molekuli genskega materiala: DNA.

Vse informacije, potrebne za razvoj in nadzor organizma, se nahajajo v njegovih genih - ki se fizično nahajajo v kromosomih. Kromosomi so sestavljeni iz dolge molekule DNA.

Na splošno mutacije vplivajo na funkcijo gena in lahko izgubijo ali spremenijo svojo funkcijo.

Ker sprememba zaporedja DNA vpliva na vse kopije beljakovin, so lahko nekatere mutacije zelo strupene za celico ali telo..

Mutacije se lahko pojavijo v različnih skalah v organizmih. Točkaste mutacije vplivajo na eno samo bazo v DNA, medtem ko lahko večje mutacije vplivajo na celotne regije kromosoma.

Ali so mutacije vedno smrtonosne??

Napačno je misliti, da mutacija vedno vodi v nastanek bolezni ali patoloških stanj za organizem, ki ga prenaša. Dejansko obstajajo mutacije, ki ne spreminjajo zaporedja proteinov. Če želi bralec bolje razumeti razlog za to dejstvo, lahko prebere o degeneraciji genetskega koda.

V bistvu, pod svetlobo biološke evolucije, je stanje sine qua non za spremembo populacij, ki nastanejo, je obstoj variacije. Ta variacija izhaja iz dveh glavnih mehanizmov: mutacije in rekombinacije.

Zato je v okviru Darwinove evolucije potrebno, da obstajajo različice v populaciji - in da so te različice povezane z večjo biološko prilagoditvijo..

Kako nastanejo mutacije?

Mutacije lahko nastanejo spontano ali pa jih je mogoče inducirati. Lastna kemijska nestabilnost dušikovih baz se lahko prevede v mutacije, vendar zelo nizko.

Najpogostejši vzrok spontanih točkovnih mutacij je deaminacija citozina v uracil v dvojni vijačnici DNA. Postopek replikacije tega sklopa vodi do hčerke mutanta, kjer je prvotni GC par zamenjal AT par..

Čeprav je replikacija DNK dogodek, ki se pojavi s presenetljivo natančnostjo, ni popoln v celoti. Napake v replikaciji DNK vodijo tudi v pojav spontanih mutacij.

Poleg tega naravna izpostavljenost organizma določenim okoljskim dejavnikom vodi do pojava mutacij. Med temi dejavniki imamo med drugim ultravijolično sevanje, ionizirajoče sevanje, različne kemikalije.

Ti dejavniki so mutageni. Nato bomo opisali razvrstitev teh dejavnikov, kako delujejo in kakšne so njihove posledice v celici.

Vrste mutagenih snovi

Sredstva, ki povzročajo mutacije v genskem materialu, so zelo raznolika po naravi. Najprej bomo raziskali klasifikacijo mutagenov in podali primere vsake vrste, nato pa bomo razložili različne načine, kako lahko mutageni povzročijo spremembe v molekuli DNA..

Kemični mutageni

Kemični učinki mutagenov vključujejo naslednje razrede kemikalij: akridine, nitrozamine, epokside, med drugim. Za te agente obstaja podklasifikacija v:

Analogne baze

Molekule, ki imajo strukturno podobnost z dušikovimi bazami, so sposobne inducirati mutacije; Najpogostejši so 5-bromouracil in 2-aminopurin.

Sredstva, ki reagirajo z genskim materialom

Dušikova kislina, hidroksilamin in vrsta alkilirnih sredstev reagirajo neposredno v bazah, ki tvorijo DNA, in se lahko spremenijo iz purina v pirimidin in obratno.

Intersticijska sredstva

Obstajajo številne molekule, kot so akridini, etidijev bromid (ki se pogosto uporabljajo v laboratorijih molekularne biologije) in proflavin, ki imajo ravno molekularno strukturo in uspejo vstopiti v verigo DNA..

Oksidativne reakcije

Normalni metabolizem celice ima kot sekundarni produkt vrsto reaktivnih kisikovih vrst, ki poškodujejo celične strukture in tudi genski material.

Fizične mutagene

Druga vrsta mutagenih snovi je fizikalna. V tej kategoriji najdemo različne vrste sevanja, ki vplivajo na DNK.

Biološke mutagene

Končno imamo biološke mutante. To so organizmi, ki lahko povzročijo mutacije (vključno z nepravilnostmi na ravni kromosomov) pri virusih in drugih mikroorganizmih..

Kako delujejo: vrste mutacij, ki jih povzročajo mutageni dejavniki

Prisotnost mutagenih snovi povzroči spremembe v DNA podlagah. Če rezultat vključuje spremembo pirimidinske ali pirimidinske baze na enako kemijsko naravo, govorimo o prehodu.

V nasprotju s tem, če pride do spremembe med bazami različnih tipov (purin s pirimidinom ali drugače), proces imenujemo transverzija. Do prehodov lahko pride zaradi naslednjih dogodkov:

Tautomerizacija baz

V kemiji se izraz izomer uporablja za opis lastnosti molekul z enako molekulsko formulo, ki predstavlja različne kemijske strukture. Tautomeri so izomeri, ki se razlikujejo le od svojega para v položaju funkcionalne skupine in med obema oblikama obstaja kemijsko ravnovesje..

Vrsta tavtomerie je keto-enol, kjer poteka migracija vodika in se izmenjuje med obema oblikama. Obstajajo tudi spremembe med imino in amino obliko. Zaradi svoje kemične sestave temeljijo DNK na tem pojavu.

Na primer, adenin se običajno najde kot amino in pari - običajno - s timinom. Vendar pa se, kadar se nahaja v imino izomeru (zelo redko), pari z napačno bazo: citozinom.

Vključitev analognih baz

Vključitev molekul, ki so podobne bazam, lahko moti vzorec osnovnega seznanjanja. Na primer, vključitev 5-bromuracila (namesto timina) se obnaša kot citozin in vodi do zamenjave AT para s CG parom.

Neposredno delovanje na podlagi

Neposredno delovanje določenih mutagenov lahko neposredno vpliva na baze DNA. Na primer, dušikova kislina pretvarja adenin v podobno molekulo, hipoksantin, s pomočjo oksidativne deaminacijske reakcije. Ta nova molekula se pari s citozinom (in ne s timinom, kot bi običajno adenin)..

Sprememba se lahko pojavi tudi na citozinu in kot posledica deaminacije dobimo uracil. Nadomestitev ene same baze v DNA ima neposredne posledice na procese transkripcije in translacije peptidne sekvence.

Stop kodon se lahko pojavi vnaprej in prevod se predčasno ustavi, kar vpliva na protein.

Dodajanje ali brisanje baz

Nekateri mutageni, kot so interkalacijska sredstva (med drugim akridin) in ultravijolično sevanje, lahko spremenijo verigo nukleotidov.

Z vmesnimi sredstvi

Kot smo že omenili, so vmesna sredstva ravne molekule in imajo sposobnost vmes (od tod njegovo ime) med bazami sklopa, ki ga izkrivlja.

V času replikacije ta deformacija v molekuli vodi do izbrisa (tj. Izgube) ali vstavitve baz. Ko se doda DNK ali se dodajo nove baze, se prizadene odprti bralni okvir.

Spomnimo se, da genetska koda vključuje branje treh nukleotidov, ki kodirajo aminokislino. Če dodamo ali odstranimo nukleotide (v številu, ki ni 3), bomo vplivali na celotno branje DNK in beljakovina bo popolnoma drugačna..

Te vrste mutacij se imenujejo premik okvirja ali spremembe v sestavi trojc.

Ultravijolično sevanje

Ultravijolično sevanje je mutageno sredstvo in je normalna neionizirajoča komponenta običajne sončne svetlobe. Vendar pa komponenta z najvišjo stopnjo mutagenosti ujame ozonski plašč Zemljine atmosfere.

Molekula DNA absorbira sevanje in nastane nastajanje pirimidinskih dimer. To pomeni, da pirimidinske baze vežejo kovalentne vezi.

Sosednji timini v verigi DNA se lahko združijo, da tvorijo timinske dimerje. Te strukture vplivajo tudi na proces replikacije.

Pri nekaterih organizmih, kot so bakterije, se ti dimeri lahko popravijo zaradi prisotnosti reparativnega encima, imenovanega fotolaza. Ta encim uporablja vidno svetlobo za pretvorbo dimerjev v dve ločeni bazi.

Vendar popravilo nukleotidne ekscizije ni omejeno na napake, ki jih povzroča svetloba. Mehanizem popravila je obsežen in lahko popravi škodo, ki jo povzročajo različni dejavniki.

Ko nas ljudje pretirano izpostavijo soncu, prejmejo naše celice prekomerno količino ultravijoličnega sevanja. Posledica tega je nastajanje timinskih dimerjev in lahko povzroči kožni rak.

Reference

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Bistvena celična biologija. Garland Science.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2000). Celica: Molekularni pristop. Sinauer Associates.
  3. Curtis, H., in Barnes, N.S. (1994). Vabilo na biologijo. Macmillan.
  4. Karp, G. (2009). Celična in molekularna biologija: koncepti in eksperimenti. John Wiley & Sons.
  5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekularna celična biologija. Macmillan.
  6. Singer, B., & Kusmierek, J.T. (1982). Kemična mutageneza. Letni pregled biokemije, 51(1), 655-691.
  7. Voet, D., & Voet, J.G. (2006). Biokemija. Ed Panamericana Medical.