MUTAGENA SREDSTVA: KAKO DJELUJU, VRSTE I PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2025

U mutageno sredstva, također poznati mutageni, su molekule na različite prirode koje uzrokuju promjene u bazama koje čine dio DNA. Na ovaj način, prisutnost ovih uzročnika povećava brzinu mutacije u genetskom materijalu. Razvrstavaju se u fizičke, kemijske i biološke mutagene.

Mutageneza je sveprisutni događaj u biološkim entitetima i ne mora se nužno pretvoriti u negativne promjene. Zapravo je izvor varijacija koji omogućuje evolucijsku promjenu.

DNA se može oštetiti UV svjetlom.

Izvor: izvedeni rad: Mouagip (razgovor) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David HerringOva W3C neodređena vektorska slika stvorena je s Adobe Illustratorom.

Što je mutacija?

Prije nego što pređemo na temu mutagena, potrebno je objasniti što je mutacija. U genetici, mutacija je trajna i nasljedna promjena u slijedu nukleotida u molekuli genetskog materijala: DNA.

Sve informacije potrebne za razvoj i kontrolu organizma nalaze se u njegovim genima - koji se fizički nalaze na kromosomima. Hromosomi se sastoje od jedne duge molekule DNK.

Mutacije općenito utječu na funkciju gena i on može izgubiti ili promijeniti svoju funkciju.

Budući da promjena u nizu DNK utječe na sve kopije proteina, određene mutacije mogu biti vrlo toksične za stanicu ili za organizam općenito.

Mutacije se mogu dogoditi na različitim mjerilima u organizmima. Točkaste mutacije utječu na jednu bazu u DNK, dok mutacije većih razmjera mogu utjecati na čitave regije kromosoma.

Jesu li mutacije uvijek smrtonosne?

Pogrešno je mišljenje da mutacija uvijek dovodi do stvaranja bolesti ili patoloških stanja za organizam koji ga nosi. U stvari, postoje mutacije koje ne mijenjaju slijed proteina. Ako čitatelj želi bolje razumjeti razlog ove činjenice, može pročitati o degeneriranju genetskog koda.

Zapravo, pod svjetlom biološke evolucije, uvjet da se promjena populacije mora dogoditi je postojanje varijacija. Ova varijacija proizlazi iz dva glavna mehanizma: mutacije i rekombinacije.

Dakle, u kontekstu Darwinove evolucije, potrebno je da u populaciji postoje varijante - i da ove varijante imaju veću biološku adekvatnost s njima.

Kako nastaju mutacije?

Mutacije mogu nastati spontano ili ih mogu izazvati. Svojstvena kemijska nestabilnost dušičnih baza može rezultirati mutacijama, ali na vrlo niskoj frekvenciji.

Čest uzrok spontanih točkastih mutacija je deaminacija citozina u uracil u dvostrukoj spirali DNK. Postupak replikacije ovog lanca dovodi do mutirane kćeri, gdje je izvorni par GC zamijenjen AT parom.

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

Nadalje, prirodno izlaganje organizma određenim čimbenicima okoliša dovodi do pojave mutacija. Među tim čimbenicima imamo, među ostalim, ultraljubičasto zračenje, ionizirajuće zračenje, razne kemikalije.

Ti su čimbenici mutageni. U nastavku ćemo opisati klasifikaciju ovih uzročnika, kako djeluju i njihove posljedice u stanici.

Vrste mutagenih sredstava

Uzročnici koji uzrokuju mutacije u genetskom materijalu su vrlo raznolike prirode. Prvo ćemo istražiti klasifikaciju mutagena i dati primjere svake vrste, a zatim ćemo objasniti različite načine na koje mutageni mogu uzrokovati promjene u molekuli DNK.

Kemijski mutageni

Mutageni kemijske prirode uključuju sljedeće klase kemikalija: između ostalog, akridine, nitrozamine, epokside. Za ove agense postoji potkategorija:

Analogne baze

Molekule koje pokazuju strukturnu sličnost s dušičnim bazama imaju mogućnost induciranja mutacija; među najčešćim su l 5-bromuracil i 2-aminopurin.

Sredstva koja reagiraju s genetskim materijalom

Dušična kiselina, hidroksilamin i brojna alkilirajuća sredstva izravno reagiraju na bazama koje čine DNA i mogu se mijenjati iz purina u pirimidin i obrnuto.

Sredstva za grijanje

Postoji niz molekula kao što su akridini, etidijev bromid (široko korišten u laboratorijima za molekularnu biologiju) i proflavin, koji imaju ravnu molekularnu strukturu i uspijevaju ući u pramen DNK.

Oksidativne reakcije

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

Fizički mutageni

Druga vrsta mutagenih sredstava su fizička. U ovoj kategoriji nalazimo različite vrste zračenja koje utječu na DNK.

Biološki mutageni

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

Kako djeluju?: Vrste mutacija uzrokovanih mutagenim uzročnicima

Prisutnost mutagenih uzročnika uzrokuje promjene u bazama DNA. Ako rezultat uključuje promjenu purne ili pirimidinske baze za jednu te istu kemijsku prirodu, govorimo o prijelazu.

Suprotno tome, ako se promjena dogodi između baza različitih vrsta (purin za pirimidin ili suprotno) proces nazivamo transverzijom. Prijelazi se mogu dogoditi za sljedeće događaje:

Osnovna tautomerizacija

U kemiji se izraz izomer koristi kako bi se opisalo svojstvo molekula iste molekularne formule da imaju različite kemijske strukture. Tautomeri su izomeri koji se od vršnjaka razlikuju samo po položaju funkcionalne skupine, a između dva oblika postoji kemijska ravnoteža.

Jedna vrsta tautomerizma je keto-enol, gdje dolazi do migracije vodika i izmjenjuje se između oba oblika. Također postoje promjene između imino u amino oblik. Zahvaljujući svom kemijskom sastavu, baze DNK doživljavaju ovu pojavu.

Na primjer, adenin se obično nalazi kao amino, a parovi - normalno - s timinom. Međutim, kad se nalazi u svom imino izomeru (vrlo rijedak), pari se s pogrešnom bazom: citozinom.

Uključivanje analognih baza

Uključivanje molekula koje nalikuju bazama može poremetiti obrazac spajanja baza. Na primjer, ugradnja 5-bromuracila (umjesto timina) ponaša se poput citozina i dovodi do zamjene AT para CG parom.

Izravno djelovanje na osnovama

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

Promjena se može dogoditi i na citozinu, a uracil se dobiva kao produkt deaminacije. Supstitucija jednostruke baze u DNA ima izravne posljedice na transkripcijske i translacijske postupke peptidne sekvence.

Stop kodon može se pojaviti rano, a prijevod prestaje prijevremeno, utječući na protein.

Dodavanje ili brisanje baza

Neki mutageni kao što su interkalirajuća sredstva (između ostalog i akridin) i ultraljubičasto zračenje imaju sposobnost modificiranja nukleotidnog lanca.

Interkalizacijskim sredstvima

Kao što smo spomenuli, agensi za interheing su ravne molekule i oni imaju sposobnost isprepletanja (otuda i njihova imena) između baza niti, iskrivljavajući ga.

U trenutku replikacije ta deformacija u molekuli dovodi do brisanja (tj. Do gubitka) ili umetanja baza. Kada DNK izgubi baze ili se dodaju nove, utječe se na otvoreni okvir za čitanje.

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

Ove se vrste mutacija nazivaju pomak okvira ili promjena u sastavu trostrukih.

Ultraljubičasto zračenje

Ultraljubičasto zračenje je mutageno sredstvo i normalno je neionizirajuća komponenta obične sunčeve svjetlosti. Međutim, komponenta s najvećom mutagenom stopom zarobljena je ozonskim slojem Zemljine atmosfere.

Molekula DNK apsorbira zračenje i dolazi do stvaranja pirimidinskih dimera. Odnosno, pirimidinske baze povezane su kovalentnim vezama.

Susjedni timini na lancu DNA mogu se pridružiti tako da formiraju timinske dimere. Te strukture također utječu na proces replikacije.

U nekim organizmima, kao što su bakterije, ti se dimeri mogu popraviti zahvaljujući prisutnosti popravljajućeg enzima koji se naziva fotolyaza. Ovaj enzim koristi vidljivu svjetlost za pretvorbu dimera u dvije odvojene baze.

Međutim, popravak nukleotidne ekscizije nije ograničen na pogreške uzrokovane svjetlošću. Mehanizam popravka je opsežan i može popraviti štetu uzrokovanu različitim čimbenicima.

Kada nas ljudi prekomjerno izlažu suncu, naše stanice primaju preveliku količinu ultraljubičastog zračenja. Posljedica je stvaranje timinskih dimera i oni mogu izazvati rak kože.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Bitna stanična biologija. Garland Science.
2. Cooper, GM i Hausman, RE (2000). Stanica: Molekularni pristup. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., i Barnes, NS (1994). Poziv na biologiju. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Stanična i molekularna biologija: koncepti i eksperimenti. John Wiley & Sinovi.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, Kalifornija, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekularna stanična biologija. Macmillan.
6. Singer, B., i Kusmierek, JT (1982). Kemijska mutageneza. Godišnji pregled biokemije, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., i Voet, JG (2006). Biokemija. Panamerican Medical Ed.