Mutagēnas vielas, kā tās darbojas, veidi un piemēri

The mutagēnas vielas, ko sauc arī par mutagēniem, ir dažādas dabas molekulas, kas izraisa izmaiņas bāzēs, kas ir daļa no DNS ķēdēm. Šādā veidā šo vielu klātbūtne pastiprina mutācijas ātrumu ģenētiskajā materiālā. Tie ir klasificēti kā fizikāli, ķīmiski un bioloģiski mutagēni.

Mutagenesis ir visuresošs notikums bioloģiskajās vienībās, un tas ne vienmēr izpaužas kā negatīvas izmaiņas. Faktiski tas ir variācijas avots, kas ļauj attīstīties evolūcijai.

Indekss

• 1 Kas ir mutācija?
  • 1.1 Vai mutācijas vienmēr ir letālas??
  • 1.2 Kā rodas mutācijas?
• 2 Mutagēno vielu veidi
  • 2.1 Ķīmiskās mutagēnas
  • 2.2 Fizikālās mutagēnas
  • 2.3. Bioloģiskie mutagēni
• 3 Kā tās darbojas: mutāciju izraisītu mutāciju veidi
  • 3.1. Bāzu tautomerizācija
  • 3.2. Līdzīgu pamatu iekļaušana
  • 3.3. Tieša rīcība uz pamatnēm
  • 3.4 Bāzes pievienošana vai dzēšana
• 4 Atsauces

Kas ir mutācija?

Pirms nonākt mutagēnu tēmā ir nepieciešams izskaidrot, kas ir mutācija. Ģenētikā mutācija ir pastāvīga un iedzimta nukleotīdu secības izmaiņas ģenētiskā materiāla molekulā: DNS.

Visa informācija, kas nepieciešama organisma attīstībai un kontrolei, ir tās gēnos, kas fiziski atrodas hromosomās. Hromosomas sastāv no garas DNS molekulas.

Parasti mutācijas ietekmē gēna funkciju, un tās var zaudēt vai mainīt tās funkciju.

Tā kā izmaiņas DNS sekvencē ietekmē visas proteīnu kopijas, dažas mutācijas var būt ļoti toksiskas šūnai vai organismam kopumā..

Mutācijas var rasties dažādos svaros organismos. Punktu mutācijas ietekmē vienu bāzi DNS, bet lielākas mutācijas var ietekmēt visus hromosomas reģionus.

Vai mutācijas vienmēr ir letālas??

Ir nepareizi domāt, ka mutācija vienmēr izraisa slimības vai patoloģiskus apstākļus organismam, kas to ved. Faktiski ir mutācijas, kas nemaina proteīnu secību. Ja lasītājs vēlas labāk izprast šī fakta iemeslu, viņš var lasīt par ģenētiskā koda deģenerāciju.

Patiesībā, ņemot vērā bioloģisko evolūciju, stāvoklis sine qua non lai mainītos populācijas, ir atšķirības. Šī atšķirība rodas no diviem galvenajiem mehānismiem: mutāciju un rekombināciju.

Tādējādi, darvina evolūcijas kontekstā ir nepieciešams, lai populācijā būtu varianti - un ka šie varianti ir saistīti ar lielāku bioloģisko adaptāciju.

Kā rodas mutācijas?

Mutācijas var rasties spontāni vai tās var izraisīt. Slāpekļa bāzu iekšējo ķīmisko nestabilitāti var pārvērst mutācijās, bet ļoti zemā frekvencē.

Parasti spontānu punktu mutāciju cēlonis ir citozīna deaminācija uracilam DNS dubultā spirāle. Šīs virknes replikācijas process izraisa mutantu meitu, kur sākotnējais GC pāri ir aizstāts ar AT pāri..

Lai gan DNS replikācija ir notikums, kas notiek ar pārsteidzošu precizitāti, tas nav pilnīgs. DNS replikācijas kļūdas izraisa arī spontānu mutāciju parādīšanos.

Turklāt organisma dabiskā iedarbība uz noteiktiem vides faktoriem izraisa mutāciju parādīšanos. Šo faktoru vidū ir arī ultravioletais starojums, jonizējošais starojums, dažādas ķīmiskās vielas.

Šie faktori ir mutagēni. Tālāk mēs aprakstīsim šo aģentu klasifikāciju, kā tie darbojas un to sekas šūnā.

Mutagēnu vielu veidi

Aģenti, kas izraisa mutācijas ģenētiskajā materiālā, ir ļoti atšķirīgi. Pirmkārt, mēs izpētīsim mutagēnu klasifikāciju un sniegsim katra veida piemērus, tad mēs izskaidrosim dažādos veidus, kā mutagēni var radīt izmaiņas DNS molekulā.

Ķīmiskās mutagēnas

Ķīmiskā rakstura mutagēni ietver šādas ķīmisko vielu kategorijas: akridīni, nitrozamīni, epoksīdi, cita starpā. Šiem aģentiem ir apakšgrupas klasifikācija:

Līdzīgas bāzes

Molekulām, kurām ir strukturāla līdzība ar slāpekļa bāzēm, ir spēja izraisīt mutācijas; 5-bromouracils un 2-aminopurīns ir visizplatītākie.

Aģenti, kas reaģē ar ģenētisko materiālu

Slāpekļskābe, hidroksilamīns un virkne alkilējošu vielu reaģē tieši bāzēs, kas veido DNS un var pāriet no purīna uz pirimidīnu un otrādi..

Intersticiālie līdzekļi

Ir vairākas molekulas, piemēram, akridīni, etīdija bromīds (plaši izmanto molekulāras bioloģijas laboratorijās) un proflavīns, kam ir plakana molekulārā struktūra un kas spēj iekļūt DNS ķēdē.

Oksidatīvās reakcijas

Šūnas normālam metabolismam kā sekundāram produktam ir virkne reaktīvu skābekļa sugu, kas bojā šūnu struktūras un arī ģenētisko materiālu.

Fizikālās mutagēnas

Otrais mutagēno vielu veids ir fizisks. Šajā kategorijā mēs atrodam dažādus starojuma veidus, kas ietekmē DNS.

Bioloģiskie mutagēni

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

Kā tās darbojas: mutāciju izraisītu mutāciju veidi

Mutagēnu vielu klātbūtne izraisa izmaiņas DNS bāzēs. Ja rezultāts ir pirimidīna vai pirimidīna bāzes maiņa uz tādu pašu ķīmisko dabu, mēs runājam par pāreju.

Turpretim, ja izmaiņas notiek starp dažādu tipu bāzēm (purīnu ar pirimidīnu vai citādi), mēs to saucam par pārvēršanu. Pārejas var notikt šādu notikumu dēļ:

Bāzu tautomerizācija

Ķīmijā terminu “izomērs” izmanto, lai raksturotu molekulas ar tādu pašu molekulāro formulu, kurā ir dažādas ķīmiskās struktūras. Tautomēri ir izomēri, kas funkcionālās grupas pozīcijā atšķiras tikai no pāriem, un starp abām formām ir ķīmiskais līdzsvars..

Tautomerijas veids ir keto-enols, kur notiek ūdeņraža migrācija un pārmaiņus abas formas. Ir arī pārmaiņas starp imino un amino formu. Pateicoties tās ķīmiskajam sastāvam, šī fenomena pamatā ir DNS bāzes.

Piemēram, adenīns parasti atrodams kā amino un pāris - parasti - ar timīnu. Tomēr, ja tas ir atrodams imino izomērā (ļoti reti), tas pārī ar nepareizu bāzi: citozīnu.

Līdzīgu pamatu iekļaušana

Molekulu iekļaušana, kas atgādina bāzes, var traucēt bāzes savienošanas modeli. Piemēram, 5-bromouracila (timīna vietā) iekļaušana darbojas kā citozīns un izraisa AT pāra aizstāšanu ar CG pāri.

Tieša rīcība uz pamatnēm

Dažu mutagēnu tieša iedarbība var tieši ietekmēt DNS bāzes. Piemēram, ar oksidatīvo deaminācijas reakciju, slāpekļskābe pārvērš adenīnu par līdzīgu molekulu, hipoksantīnu. Šī jaunā molekula pāriet ar citozīnu (un nevis ar timīnu, kā tas parasti būtu adenīns)..

Izmaiņas var notikt arī citozīnā, un deaminācijas rezultātā tiek iegūts uracils. Viena DNS bāzes aizvietošana tieši ietekmē peptīdu secības transkripcijas un translācijas procesus.

Stopkodons var parādīties iepriekš, un tulkojums pārstāj priekšlaicīgi, ietekmējot proteīnu.

Bāzes pievienošana vai dzēšana

Dažām mutagēnām, tādām kā interkalējošie līdzekļi (cita starpā akridīns) un ultravioleto starojumu, ir iespēja modificēt nukleotīdu ķēdi.

Ar interkalējošiem līdzekļiem

Kā jau minēts, interkalējošie līdzekļi ir plakanas molekulas un spēj šķērsoja (tātad tā nosaukums) starp auklas pamatiem, izkropļojot to.

Replikācijas laikā šī deformācija molekulā noved pie pamatu dzēšanas (ti, zuduma) vai ievietošanas. Kad DNS zaudē pamatnes vai jaunas, tiek ietekmēts atvērtais lasīšanas rāmis.

Atgādināt, ka ģenētiskais kods ietver trīs nukleotīdu lasīšanu, kas kodē aminoskābes. Ja mēs pievienojam vai noņemam nukleotīdus (skaitļos, kas nav 3), tiks ietekmēta visa DNS nolasīšana, un proteīns būs pilnīgi atšķirīgs.

Šie mutāciju veidi tiek saukti rāmja nobīde vai tripletu sastāva izmaiņas.

Ultravioletais starojums

Ultravioletais starojums ir mutagēns līdzeklis, un tas ir normāls nejonizējošs komponents parastajā saules gaismā. Tomēr komponents ar visaugstāko mutagēno ātrumu ir iekļuvis Zemes atmosfēras ozona slānī.

DNS molekula absorbē starojumu un notiek pirimidīna dimeru veidošanās. Tas nozīmē, ka pirimidīna bāzes saistās ar kovalentām saitēm.

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

Dažos organismos, piemēram, baktērijās, šos dimerus var labot, pateicoties reparatīvam fermentam, ko sauc par fotoliase. Šis enzīms izmanto redzamu gaismu, lai pārveidotu dimrus divās atsevišķās bāzēs.

Tomēr nukleotīdu izgriešana nav ierobežota ar gaismas izraisītajām kļūdām. Remonta mehānisms ir plašs un var novērst dažādu faktoru radītos bojājumus.

Kad cilvēki pakļauj mūs pārmērīgi saulei, mūsu šūnas saņem pārmērīgu ultravioleto starojumu. Sekas ir timīna dimeru veidošanās un var izraisīt ādas vēzi.

Atsauces

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Essential šūnu bioloģija. Garland Zinātne.
2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2000). Šūna: molekulārā pieeja. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., un Barnes, N. S. (1994). Ielūgums uz bioloģiju. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Šūnu un molekulārā bioloģija: jēdzieni un eksperimenti. John Wiley & Sons.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekulārā šūnu bioloģija. Macmillan.
6. Singers, B., un Kusmierek, J. T. (1982). Ķīmiskā mutagēze. Ikgadējais bioķīmijas pārskats, 51(1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Bioķīmija. Ed. Panamericana Medical.