Mutagénne látky, ako pôsobia, typy a príklady

mutagénne činidlá, tiež nazývané mutagény, sú molekuly rôznej povahy, ktoré spôsobujú zmeny v bázach, ktoré sú súčasťou reťazcov DNA. Týmto spôsobom prítomnosť týchto činidiel zosilňuje rýchlosť mutácie v genetickom materiále. Sú klasifikované ako fyzikálne, chemické a biologické mutagény.

Mutagenéza je všadeprítomnou udalosťou v biologických entitách a nemusí sa nevyhnutne premietnuť do negatívnych zmien. V skutočnosti je to zdroj variácie, ktorý umožňuje evolučnú zmenu.

index

• 1 Čo je mutácia?
  • 1.1 Sú mutácie vždy smrteľné??
  • 1.2 Ako vznikajú mutácie?
• 2 Druhy mutagénnych látok
  • 2.1 Chemické mutagény
  • 2.2 Fyzikálne mutagény
  • 2.3 Biologické mutagény
• 3 Ako fungujú: typy mutácií spôsobené mutagénnymi látkami
  • 3.1 Tautomerizácia báz
  • 3.2 Zahrnutie analogických báz
  • 3.3 Priama akcia na základniach
  • 3.4 Pridanie alebo vymazanie báz
• 4 Odkazy

Čo je to mutácia?

Pred vstupom do problematiky mutagénov je potrebné vysvetliť, čo je mutácia. V genetike je mutácia trvalá a dedičná zmena v sekvencii nukleotidov v molekule genetického materiálu: DNA.

Všetky informácie potrebné pre vývoj a kontrolu organizmu sa nachádzajú v jeho génoch - ktoré sú fyzicky umiestnené v chromozómoch. Chromozómy sú zložené z dlhej molekuly DNA.

Vo všeobecnosti mutácie ovplyvňujú funkciu génu a môžu stratiť alebo modifikovať svoju funkciu.

Keďže zmena v sekvencii DNA ovplyvňuje všetky kópie proteínov, určité mutácie môžu byť pre bunku alebo telo všeobecne toxické..

Mutácie sa môžu vyskytovať v rôznych mierkach organizmov. Bodové mutácie ovplyvňujú jednu bázu v DNA, zatiaľ čo mutácie väčšieho rozsahu môžu ovplyvniť celé oblasti chromozómu.

Sú mutácie vždy smrteľné??

Je nesprávne si myslieť, že mutácia vedie vždy k vzniku chorôb alebo patologických stavov pre organizmus, ktorý ho nesie. V skutočnosti existujú mutácie, ktoré nemenia sekvenciu proteínov. Ak si čitateľ želá lepšie pochopiť dôvod tejto skutočnosti, môže čítať o degenerácii genetického kódu.

V skutočnosti, vo svetle biologickej evolúcie, stav sine qua non pre zmenu výskytu populácií je existencia variácií. Táto variácia vyplýva z dvoch hlavných mechanizmov: mutácie a rekombinácie.

V kontexte darvinovskej evolúcie je teda nevyhnutné, aby existovali varianty v populácii - a že tieto varianty súvisia s väčšou biologickou adaptáciou.

Ako vznikajú mutácie?

Mutácie môžu vzniknúť spontánne alebo môžu byť indukované. Vnútorná chemická nestabilita dusíkatých báz môže byť preložená do mutácií, ale pri veľmi nízkej frekvencii.

Bežnou príčinou spontánnych bodových mutácií je deaminácia cytozínu na uracil v dvojitej skrutkovici DNA. Proces replikácie tohto reťazca vedie k mutantnej dcére, kde pôvodný GC pár bol nahradený AT párom..

Hoci replikácia DNA je udalosť, ktorá sa vyskytuje s prekvapujúcou presnosťou, nie je dokonalá v celom svojom rozsahu. Chyby v replikácii DNA tiež vedú k vzniku spontánnych mutácií.

Okrem toho, prirodzené vystavenie organizmu určitým environmentálnym faktorom vedie k vzniku mutácií. Medzi týmito faktormi máme okrem iného ultrafialové žiarenie, ionizujúce žiarenie, rôzne chemikálie.

Tieto faktory sú mutagénne. Ďalej popíšeme klasifikáciu týchto látok, spôsob ich pôsobenia a ich následky v bunke.

Druhy mutagénnych činidiel

Činidlá, ktoré spôsobujú mutácie v genetickom materiáli, sú svojou povahou veľmi rôznorodé. Po prvé, preskúmame klasifikáciu mutagénov a poskytneme príklady každého typu, potom vysvetlíme rôzne spôsoby, ktorými môžu mutagény produkovať zmeny v molekule DNA..

Chemické mutagény

Mutagény chemickej povahy zahŕňajú nasledujúce triedy chemikálií: okrem iného akridíny, nitrózamíny, epoxidy. Pre tieto látky existuje subklasifikácia:

Analogické bázy

Molekuly, ktoré majú štrukturálnu podobnosť s dusíkatými bázami, majú schopnosť indukovať mutácie; Najbežnejšie sú 5-brómuracil a 2-aminopurín.

Činidlá, ktoré reagujú s genetickým materiálom

Kyselina dusitá, hydroxylamín a rad alkylačných činidiel reagujú priamo v bázach, ktoré tvoria DNA a môžu sa meniť z purínu na pyrimidín a naopak..

Intersticiálne činidlá

Existuje množstvo molekúl, ako sú akridíny, etídiumbromid (široko používaný v laboratóriách molekulárnej biológie) a proflavín, ktoré majú plochú molekulovú štruktúru a dokážu vstúpiť do reťazca DNA.

Oxidačné reakcie

Normálny metabolizmus bunky má ako sekundárny produkt rad reaktívnych foriem kyslíka, ktoré poškodzujú bunkové štruktúry a tiež genetický materiál.

Fyzikálne mutagény

Druhý typ mutagénnych činidiel je fyzikálny. V tejto kategórii nájdeme rôzne typy žiarenia, ktoré ovplyvňujú DNA.

Biologické mutagény

Nakoniec máme biologické mutanty. Sú to organizmy, ktoré môžu indukovať mutácie (vrátane anomálií na úrovni chromozómov) vo vírusoch a iných mikroorganizmoch..

Typy mutácií spôsobených mutagénnymi látkami

Prítomnosť mutagénnych činidiel spôsobuje zmeny v bázach DNA. Ak výsledok zahŕňa zmenu pyrimidínovej alebo pyrimidínovej bázy na bázu rovnakej chemickej povahy, hovoríme o prechode.

Naopak, ak dôjde k zmene medzi bázami rôznych typov (purín pyrimidínom alebo inak), tento proces nazývame transverziou. Prechody môžu nastať v dôsledku nasledujúcich udalostí:

Tautomerizácia báz

V chémii sa termín izomér používa na opis vlastností molekúl s rovnakým molekulovým vzorcom, ktoré predstavujú rôzne chemické štruktúry. Tautoméry sú izoméry, ktoré sa líšia len od svojho páru v polohe funkčnej skupiny a medzi týmito dvoma formami je chemická rovnováha.

Typ tautomérie je keto-enol, kde dochádza k migrácii vodíka a strieda sa medzi oboma formami. Existujú tiež zmeny medzi imino a aminoskupinou. Vďaka svojmu chemickému zloženiu zažívajú základy DNA tento fenomén.

Napríklad adenín sa bežne nachádza ako aminoskupina a páry - normálne - s tymínom. Keď sa však nachádza vo svojom imino izoméri (veľmi zriedkavo), páruje sa s nesprávnou bázou: cytozínom.

Zahrnutie analogických báz

Začlenenie molekúl, ktoré sa podobajú bázam, môže interferovať so vzorom párovania báz. Napríklad inkorporácia 5-brómuracilu (namiesto tymínu) sa chová ako cytozín a vedie k nahradeniu dvojice AT párom CG..

Priama akcia na základniach

Priame pôsobenie určitých mutagénov môže priamo ovplyvniť DNA bázy. Napríklad kyselina dusitá konvertuje adenín na podobnú molekulu, hypoxantín, pomocou oxidačnej deaminačnej reakcie. Táto nová molekula sa páruje s cytozínom (a nie s tymínom, ako by normálne adenín).

K zmene môže dôjsť aj na cytozíne a v dôsledku deaminácie sa získa uracil. Substitúcia jednej bázy v DNA má priame dôsledky na procesy transkripcie a translácie peptidovej sekvencie.

Stop kodón sa môže objaviť vopred a translácia sa zastaví predčasne, čo ovplyvní proteín.

Pridanie alebo vymazanie báz

Niektoré mutagény, ako sú interkalačné činidlá (okrem iného akridín) a ultrafialové žiarenie majú schopnosť modifikovať nukleotidový reťazec.

Interkalačné činidlá

Ako už bolo uvedené, interkalačné činidlá sú ploché molekuly a majú schopnosť interkalovaná (odtiaľ jeho názov) medzi základmi prameňa, deformujúc ho.

V čase replikácie táto deformácia v molekule vedie k delécii (tj strate) alebo inzercii báz. Keď DNA stratí bázy alebo sa pridajú nové, otvorí sa otvorený čítací rámec.

Pripomeňme, že genetický kód zahŕňa čítanie troch nukleotidov, ktoré kódujú aminokyselinu. Ak pridáme alebo odstránime nukleotidy (v počte, ktorý nie je 3), ovplyvní sa všetky čítanie DNA a proteín bude úplne odlišný..

Tieto typy mutácií sa nazývajú posun rámu alebo zmeny v zložení tripletov.

Ultrafialové žiarenie

Ultrafialové žiarenie je mutagénne činidlo a je normálnou neionizujúcou zložkou bežného slnečného svetla. Avšak zložka s najvyššou mutagénnou rýchlosťou je zachytená ozónovou vrstvou zemskej atmosféry.

Molekula DNA absorbuje žiarenie a dochádza k tvorbe pyrimidínových dimérov. To znamená, že pyrimidínové bázy sú viazané kovalentnými väzbami.

Priľahlé tymíny v reťazci DNA sa môžu spojiť za vzniku tymínových dimérov. Tieto štruktúry tiež ovplyvňujú proces replikácie.

V niektorých organizmoch, ako sú napríklad baktérie, je možné tieto diméry opraviť vďaka prítomnosti reparatívneho enzýmu nazývaného fotoliase. Tento enzým využíva viditeľné svetlo na premenu dimérov na dve oddelené bázy.

Nukleotidová excízia však nie je obmedzená na chyby spôsobené svetlom. Mechanizmus opravy je rozsiahly a môže opraviť škody spôsobené rôznymi faktormi.

Keď nás ľudia nadmerne vystavujú slnku, naše bunky dostávajú nadmerné množstvo ultrafialového žiarenia. Dôsledkom je tvorba tymínových dimérov a môže spôsobiť rakovinu kože.

referencie

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Základná bunková biológia. Garland Science.
2. Cooper, G.M., & Hausman, R.E. (2000). Bunka: Molekulárny prístup. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Pozvánka na biológiu. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Bunková a molekulárna biológia: koncepty a experimenty. John Wiley & Sons.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekulárna bunková biológia. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, J. T. (1982). Chemická mutagenéza. Ročný prehľad biochémie, 51(1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). biochémie. Panamericana Medical.