MUTAGĒNI AĢENTI: TO DARBĪBA, VEIDI UN PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

Par mutagēnas vielas, zināms arī mutagēni ir molekulas ir dažāda rakstura, kas rada izmaiņas bāzēm, kas ir daļa no DNS struktūras. Tādā veidā šo līdzekļu klātbūtne pastiprina mutāciju ātrumu ģenētiskajā materiālā. Tos klasificē fizikālos, ķīmiskos un bioloģiskos mutagēnos.

Mutaģenēze ir visuresošs notikums bioloģiskās entītijās, un tas ne vienmēr nozīmē negatīvas izmaiņas. Faktiski tas ir variāciju avots, kas ļauj evolucionāri mainīties.

UV starojums var sabojāt DNS.
Avots: atvasināts darbs: Mouagip (saruna) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David HerringŠis W3C neprecizētais vektora attēls tika izveidots, izmantojot Adobe Illustrator.

Kas ir mutācija?

Pirms iedziļināties mutagēnu tēmā, ir jāpaskaidro, kas ir mutācija. Ģenētikā mutācija ir pastāvīgas un pārmantojamas izmaiņas nukleotīdu secībā ģenētiskā materiāla molekulā: DNS.

Visa organisma attīstībai un kontrolei nepieciešamā informācija atrodas tā gēnos, kas fiziski atrodas hromosomās. Hromosomas veido viena gara DNS molekula.

Mutācijas parasti ietekmē gēna darbību, un tas var zaudēt vai mainīt savu funkciju.

Tā kā izmaiņas DNS secībā ietekmē visas olbaltumvielu kopijas, noteiktas mutācijas var būt ārkārtīgi toksiskas šūnai vai ķermenim kopumā.

Organismos mutācijas var notikt dažādos mērogos. Punktu mutācijas ietekmē atsevišķu DNS bāzi, savukārt lielāka mēroga mutācijas var ietekmēt veselus hromosomas reģionus.

Vai mutācijas vienmēr ir letālas?

Nav pareizi domāt, ka mutācija vienmēr izraisa slimību vai patoloģisku apstākļu rašanos organismam, kas to pārnēsā. Faktiski ir mutācijas, kas nemaina olbaltumvielu secību. Ja lasītājs vēlas labāk izprast šī fakta iemeslu, viņš var lasīt par ģenētiskā koda deģenerāciju.

Faktiski, ņemot vērā bioloģisko evolūciju, sine qua non nosacījums, lai notiktu izmaiņas populācijā, ir variāciju esamība. Šīs izmaiņas rodas no diviem galvenajiem mehānismiem: mutācijas un rekombinācijas.

Tādējādi darviniešu evolūcijas kontekstā ir nepieciešams, lai populācijā būtu varianti - un šie varianti būtu saistīti ar lielāku bioloģisko piemērotību.

Kā rodas mutācijas?

Mutācijas var rasties spontāni vai tās var izraisīt. Slāpekļa bāzu iekšējā ķīmiskā nestabilitāte var izraisīt mutācijas, bet ar ļoti zemu frekvenci.

Biežs spontānu punktu mutāciju iemesls ir citozīna deaminēšana uz uracilu DNS dubultā spirālē. Šīs virknes replikācijas process noved pie mutācijas meitas, kur sākotnējais GC pāris ir aizstāts ar AT pāri.

Lai arī DNS replikācija ir notikums, kas notiek ar pārsteidzošu precizitāti, tas nav pilnīgi ideāls. Kļūdas DNS replikācijā rada arī spontānas mutācijas.

Turklāt organisma dabiskā iedarbība uz noteiktiem vides faktoriem izraisa mutāciju parādīšanos. Starp šiem faktoriem cita starpā var minēt ultravioleto starojumu, jonizējošo starojumu, dažādas ķīmiskas vielas.

Šie faktori ir mutagēni. Zemāk mēs aprakstīsim šo aģentu klasifikāciju, to darbību un to sekas šūnā.

Mutagēnu līdzekļu veidi

Aģenti, kas izraisa mutācijas ģenētiskajā materiālā, ir ļoti dažādi. Vispirms mēs izpētīsim mutagēnu klasifikāciju un sniegsim katra veida piemērus, pēc tam izskaidrosim dažādos veidus, kā mutagēni var izraisīt izmaiņas DNS molekulā.

Ķīmiski mutagēni

Ķīmiska rakstura mutagēnos ietilpst šādas ķīmisko vielu klases: akridīni, nitrozamīni, epoksīdi, cita starpā. Šiem aģentiem ir apakšklasifikācija:

Analogas bāzes

Molekulām, kurām ir strukturāla līdzība ar slāpekļa bāzēm, ir spēja izraisīt mutācijas; starp visizplatītākajiem ir l-bromuracils un 2-aminopurīns.

Aģenti, kas reaģē ar ģenētisko materiālu

Slāpekļskābe, hidroksilamīns un vairāki alkilējošie līdzekļi tieši reaģē uz bāzēm, kas veido DNS, un tās var mainīties no purīna uz pirimidīnu un otrādi.

Starpkaršanas līdzekļi

Ir virkne molekulu, piemēram, akridīni, etiīdija bromīds (plaši izmanto molekulārās bioloģijas laboratorijās) un proflavīns, kurām ir plakana molekulārā struktūra un kurām izdodas iekļūt DNS virknē.

Oksidācijas reakcijas

Normālam šūnas metabolismam kā sekundārais produkts ir virkne reaktīvo skābekļa sugu, kas bojā šūnu struktūras un arī ģenētisko materiālu.

Fiziski mutagēni

Otra veida mutagēnie līdzekļi ir fiziski. Šajā kategorijā mēs atrodam dažādus starojuma veidus, kas ietekmē DNS.

Bioloģiski mutagēni

Visbeidzot, mums ir bioloģiskie mutanti. Tie ir organismi, kas var izraisīt mutācijas (ieskaitot anomālijas hromosomu līmenī) vīrusos un citos mikroorganismos.

Kā viņi darbojas?: Mutāciju veidi, ko izraisa mutagēni aģenti

Mutagēnu līdzekļu klātbūtne izraisa izmaiņas DNS pamatos. Ja rezultāts ir saistīts ar puriskās vai pirimidīna bāzes maiņu vienai un tai pašai ķīmiskajai dabai, mēs runājam par pāreju.

Turpretī, ja izmaiņas notiek starp dažāda veida bāzēm (pirimidīna purīns vai pretējs), procesu mēs saucam par transversiju. Pārejas var notikt šādiem notikumiem:

Bāzes tautomerizācija

Ķīmijā terminu izomērs lieto, lai aprakstītu molekulām ar vienādu molekulu formulu īpašību, ka tām ir dažādas ķīmiskās struktūras. Tautomēri ir izomēri, kas no saviem vienaudžiem atšķiras tikai funkcionālās grupas stāvoklī, un starp abām formām pastāv ķīmisks līdzsvars.

Viens no tautomerisma veidiem ir ketoenols, kur notiek ūdeņraža migrācija un tā mainās starp abām formām. Ir arī izmaiņas starp imino formu uz aminoskābēm. Pateicoties tā ķīmiskajam sastāvam, DNS bāzes izjūt šo parādību.

Piemēram, adenīns parasti ir atrodams aminogrupā un pāri - parasti - ar timīnu. Tomēr, kad tas atrodas iminoizomērā (ļoti reti), tas pārī ar nepareizu bāzi: citozīnu.

Analogu bāzu iekļaušana

Tādu molekulu iekļaušana, kas atgādina bāzes, var izjaukt bāzes pārī veidošanās modeli. Piemēram, 5-bromouracila iekļaušana (timīna vietā) izturas kā citozīns un noved pie AT pāra aizstāšanas ar CG pāri.

Tieša darbība uz pamatiem

Atsevišķu mutagēnu tieša darbība var tieši ietekmēt DNS pamatus. Piemēram, slāpekļskābe ar oksidatīvas deaminācijas reakcijas palīdzību pārveido adenīnu līdzīgā molekulā - hipoksantīnā. Šī jaunā molekula pārī ar citozīnu (un nevis timīnu, kā parasti to darītu adenīns).

Izmaiņas var notikt arī citozīnā, un uracilu iegūst kā deaminācijas produktu. Vienas bāzes aizstāšana DNS tieši ietekmē peptīdu sekvences transkripcijas un translācijas procesus.

Apstāšanās kodons var parādīties agri, un tulkošana priekšlaicīgi apstājas, ietekmējot olbaltumvielu.

Bāžu pievienošana vai dzēšana

Dažiem mutagēniem, piemēram, starpkalācijas līdzekļiem (cita starpā akridīnam) un ultravioletajam starojumam, ir iespēja modificēt nukleotīdu ķēdi.

Veicot savstarpējus aģentus

Kā mēs minējām, karstuma ietekmējošās vielas ir plakanas molekulas, un tām ir spēja veikt starpkalāciju (tātad to nosaukums) starp šķipsnas pamatiem, to izkropļojot.

Replikācijas laikā šī deformācija molekulā noved pie bāzu izdzēšanas (tas ir, zudumiem) vai ievietošanas. Kad DNS zaudē bāzes vai tiek pievienotas jaunas, tiek ietekmēts atvērtais lasīšanas ietvars.

Atgādiniet, ka ģenētiskajā kodā ir jānolasa trīs nukleotīdi, kas kodē aminoskābi. Ja pievienosim vai noņemsim nukleotīdus (skaitā, kas nav 3), tiks ietekmēts viss DNS lasījums, un olbaltumvielas būs pilnīgi atšķirīgas.

Šos mutāciju veidus sauc par kadru maiņu vai izmaiņām tripletu sastāvā.

Ultravioletais starojums

Ultravioletais starojums ir mutagēns līdzeklis, un tas ir parasts parasto saules staru nejonizējošs komponents. Tomēr komponentu ar augstāko mutagēno ātrumu notver Zemes atmosfēras ozona slānis.

DNS molekula absorbē starojumu un notiek pirimidīna dimēru veidošanās. Tas ir, pirimidīna bāzes ir saistītas ar kovalento saišu palīdzību.

Blakus esošie timīni uz DNS virknes var pievienoties, veidojot timīna dimērus. Šīs struktūras ietekmē arī replikācijas procesu.

Dažos organismos, piemēram, baktērijās, šos dimērus var labot, pateicoties atjaunojoša fermenta, ko sauc par fotolāzi, klātbūtnei. Šis ferments izmanto redzamu gaismu, lai pārveidotu dimērus divās atsevišķās bāzēs.

Tomēr nukleotīdu izgriešanas labošana nav ierobežota ar gaismas izraisītām kļūdām. Remonta mehānisms ir plašs, un tas var novērst dažādu faktoru radītus bojājumus.

Kad cilvēki mūs pārmērīgi pakļauj saulei, mūsu šūnas saņem pārmērīgu ultravioletā starojuma daudzumu. Rezultāts ir timīna dimēru veidošanās, un tie var izraisīt ādas vēzi.

Atsauces

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Būtiskā šūnu bioloģija. Garland zinātne.
2. Kūpers, GM, un Hausmans, RE (2000). Šūna: molekulārā pieeja. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Ielūgums uz bioloģiju. Makmillans.
4. Karp, G. (2009). Šūnu un molekulārā bioloģija: jēdzieni un eksperimenti. Džons Vilijs un dēli.
5. Lodish, H., Berks, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekulāro šūnu bioloģija. Makmillans.
6. Dziedātājs, B., & Kusmierek, JT (1982). Ķīmiskā mutageneze. Gada bioķīmijas pārskats, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Bioķīmija. Panamerican Medical Ed.