Mutagena sredstva kako djeluju, vrste i primjeri



mutagena sredstva, Također se nazivaju mutageni, molekule različite prirode koje uzrokuju promjene u bazama koje su dio DNA lanaca. Na taj način, prisutnost ovih agensa pojačava brzinu mutacije u genetskom materijalu. Klasificirani su kao fizikalni, kemijski i biološki mutageni.

Mutageneza je sveprisutan događaj u biološkim entitetima i ne mora nužno značiti negativne promjene. Zapravo, on je izvor varijacija koje dopuštaju evolucijske promjene.

indeks

  • 1 Što je mutacija?
    • 1.1 Jesu li mutacije uvijek smrtonosne??
    • 1.2 Kako nastaju mutacije?
  • 2 Vrste mutagenih agenasa
    • 2.1 Kemijski mutageni
    • 2.2 Fizički mutageni
    • 2.3. Biološke mutagene
  • 3 Kako djeluju: vrste mutacija uzrokovanih mutagenim agensima
    • 3.1. Tautomerizacija baza
    • 3.2 Ugradnja analognih baza
    • 3.3 Izravno djelovanje na temelju
    • 3.4 Dodavanje ili brisanje podloga
  • 4 Reference

Što je mutacija?

Prije ulaska u temu mutagena, potrebno je objasniti što je mutacija. U genetici, mutacija je trajna i nasljedna promjena u nizu nukleotida u molekuli genetskog materijala: DNA.

Sve informacije potrebne za razvoj i kontrolu organizma nalaze se u njegovim genima - koji se fizički nalaze u kromosomima. Kromosomi se sastoje od duge molekule DNA.

Općenito, mutacije utječu na funkciju gena i mogu izgubiti ili modificirati svoju funkciju.

Budući da promjena u DNA sekvenci utječe na sve kopije proteina, određene mutacije mogu biti ekstremno toksične za stanicu ili tijelo općenito.

Mutacije se mogu pojaviti u različitim skalama u organizmima. Točkaste mutacije utječu na jednu bazu u DNA, dok veće mutacije mogu utjecati na cijelu regiju kromosoma.

Jesu li mutacije uvijek smrtonosne??

Neispravno je misliti da mutacija uvijek dovodi do stvaranja bolesti ili patoloških stanja za organizam koji ga nosi. Zapravo, postoje mutacije koje ne mijenjaju slijed proteina. Ako čitatelj želi bolje razumjeti razlog te činjenice, može čitati o degeneraciji genetskog koda.

Zapravo, pod svjetlom biološke evolucije, stanje sine qua non za promjenu u populacijama koje nastaju je postojanje varijacije. Ova varijacija proizlazi iz dva glavna mehanizma: mutacije i rekombinacije.

Stoga je u kontekstu darvinističke evolucije nužno da postoje varijante u populaciji - i da su te varijante povezale veću biološku prilagodbu.

Kako nastaju mutacije?

Mutacije mogu nastati spontano ili mogu biti inducirane. Unutarnja kemijska nestabilnost dušikovih baza može se prevesti u mutacije, ali na vrlo niskoj frekvenciji.

Česti uzrok spontanih točkastih mutacija je deaminacija citozina u uracil u dvostrukoj spirali DNA. Proces replikacije ove trake dovodi do kćeri mutanata, gdje je izvorni GC par zamijenjen AT parom..

Iako je replikacija DNA događaj koji se događa s iznenađujućom preciznošću, nije savršen u cijelosti. Pogreške u replikaciji DNA također dovode do pojave spontanih mutacija.

Osim toga, prirodna izloženost organizma određenim čimbenicima okoliša dovodi do pojave mutacija. Među tim čimbenicima imamo ultraljubičasto zračenje, ionizirajuće zračenje, razne kemikalije, među ostalima.

Ti su čimbenici mutageni. Zatim ćemo opisati klasifikaciju tih agenasa, kako oni djeluju i njihove posljedice u ćeliji.

Vrste mutagenih agenasa

Sredstva koja uzrokuju mutacije u genetskom materijalu su vrlo raznolika u prirodi. Prvo ćemo istražiti klasifikaciju mutagena i dati primjere svake vrste, zatim ćemo objasniti različite načine na koje mutageni mogu proizvesti promjene u molekuli DNA..

Kemijski mutageni

Mutageni kemijske prirode uključuju sljedeće klase kemikalija: akridine, nitrozamine, epokside, između ostalih. Za ove agente postoji podklasifikacija u:

Analogne baze

Molekule koje imaju strukturnu sličnost s dušičnim bazama imaju sposobnost induciranja mutacija; 5-bromouracil i 2-aminopurin su najčešći.

Sredstva koja reagiraju s genetskim materijalom

Dušična kiselina, hidroksilamin i niz alkilirajućih sredstava reagiraju izravno u bazama koje čine DNA i mogu se promijeniti iz purina u pirimidin i obratno.

Intersticijalni agensi

Postoji niz molekula kao što su akridini, etidijev bromid (široko korišteni u laboratorijima molekularne biologije) i proflavin, koji imaju ravnu molekularnu strukturu i uspijevaju ući u lanac DNA.

Oksidativne reakcije

Normalni metabolizam stanice ima kao sekundarni proizvod niz reaktivnih kisikovih vrsta koje oštećuju stanične strukture i također genetski materijal.

Fizičke mutagene

Druga vrsta mutagenih sredstava je fizikalna. U ovoj kategoriji nalazimo različite vrste zračenja koja utječu na DNK.

Biološke mutagene

Konačno, imamo biološke mutante. To su organizmi koji mogu izazvati mutacije (uključujući anomalije na razini kromosoma) u virusima i drugim mikroorganizmima.

Kako djeluju: vrste mutacija uzrokovanih mutagenim agensima

Prisutnost mutagenih sredstava uzrokuje promjene u bazama DNA. Ako rezultat uključuje promjenu pirimidinske ili pirimidinske baze na istu kemijsku prirodu, govorimo o prijelazu.

Nasuprot tome, ako do promjene dođe između baza različitih tipova (purin, pirimidin ili drugačije), proces nazivamo transverzijom. Do prijelaza može doći zbog sljedećih događaja:

Tautomerizacija baza

U kemiji se pojam izomer koristi za opisivanje svojstava molekula s istom molekulskom formulom koja predstavlja različite kemijske strukture. Tautomeri su izomeri koji se razlikuju samo od svog para u položaju funkcionalne skupine, a između dvaju oblika postoji kemijska ravnoteža.

Tip tautomerie je keto-enol, gdje dolazi do migracije vodika i naizmjenično se mijenja između oba oblika. Postoje također promjene između imino i amino oblika. Zahvaljujući kemijskom sastavu, baza DNK doživljava ovaj fenomen.

Primjerice, adenin se normalno nalazi kao amino i para - normalno - s timinom. Međutim, kada se nađe u imino izomeru (vrlo rijetko), upari se s netočnom bazom: citozinom.

Uključivanje analognih baza

Inkorporiranje molekula koje podsjećaju na baze mogu ometati uzorak osnovnog uparivanja. Na primjer, ugradnja 5-bromouracila (umjesto timina) ponaša se kao citozin i dovodi do zamjene AT para parom CG para.

Izravno djelovanje na baze

Izravno djelovanje određenih mutagena može izravno utjecati na baze DNA. Na primjer, dušična kiselina pretvara adenin u sličnu molekulu, hipoksantin, reakcijom oksidativnog deaminiranja. Ova nova molekula sparuje se s citozinom (a ne s timinom, kao što bi inače bio adenin).

Promjena se može pojaviti i na citozinu, a kao rezultat deaminacije dobiva se uracil. Zamjena jedne baze u DNA ima izravne posljedice na procese transkripcije i translacije peptidne sekvence.

Stop kodon se može pojaviti unaprijed, a prijevod prerano prestaje, utječući na protein.

Dodavanje ili brisanje baza

Neki mutageni kao što su interkalacijski agensi (među ostalima akridin) i ultraljubičasto zračenje imaju sposobnost modificiranja nukleotidnog lanca.

Interkalacijskim sredstvima

Kao što je spomenuto, interkalacijska sredstva su ravne molekule i imaju sposobnost izmjenjuju (odatle i njegovo ime) između podnožja pramenova, iskrivljujući ga.

U vrijeme replikacije ova deformacija u molekuli dovodi do delecije (tj. Gubitka) ili umetanja baza. Kada se doda DNK ili se dodaju nove baze, to utječe na otvoreni okvir čitanja.

Podsjetimo se da genetski kod uključuje čitanje triju nukleotida koji kodiraju aminokiselinu. Ako dodamo ili uklonimo nukleotide (u broju koji nije 3) to će utjecati na čitanje DNA, a protein će biti potpuno drugačiji.

Ove vrste mutacija se nazivaju pomak okvira ili promjene u sastavu trojki.

Ultraljubičasto zračenje

Ultraljubičasto zračenje je mutageno sredstvo i normalna je neionizirajuća komponenta običnog sunčevog svjetla. Međutim, komponenta s najvećom mutagenom stopom zarobljena je ozonskim slojem Zemljine atmosfere.

Molekula DNA apsorbira zračenje i nastaje formiranje pirimidinskih dimera. To jest, pirimidinske baze su vezane kovalentnim vezama.

Susjedni timini u DNK lancu mogu se spojiti u timinske dimere. Ove strukture također utječu na proces replikacije.

U nekim organizmima, kao što su bakterije, ti se dimeri mogu popraviti zahvaljujući prisutnosti reparativnog enzima koji se naziva fotolaza. Ovaj enzim koristi vidljivo svjetlo za pretvaranje dimera u dvije odvojene baze.

Međutim, popravak nukleotidne ekscizije nije ograničen na pogreške uzrokovane svjetlom. Mehanizam za popravak je opsežan i može popraviti štetu uzrokovanu raznim čimbenicima.

Kada nas ljudi prekomjerno izlože suncu, naše stanice primaju prekomjerne količine ultraljubičastog zračenja. Posljedica toga je stvaranje timinskih dimera i može uzrokovati rak kože.

reference

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... i Walter, P. (2015). Bitna biologija stanice. Znanost o Garlandu.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2000). Stanica: Molekularni pristup. Sinauer Associates.
  3. Curtis, H., i Barnes, N.S. (1994). Poziv na biologiju. Macmillan.
  4. Karp, G. (2009). Stanična i molekularna biologija: pojmovi i eksperimenti. John Wiley & Sons.
  5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... i Matsudaira, P. (2008). Biologija molekularnih stanica. Macmillan.
  6. Singer, B., i Kusmierek, J.T. (1982). Kemijska mutageneza. Godišnji pregled biokemije, 51(1), 655-691.
  7. Voet, D., & Voet, J.G. (2006). biokemija. Ed Panamericana Medical.