Środki mutagenne Czym jest, jak działają, typy, przykłady

Agenci mutagenu, Nazywane również mutanami, są cząsteczkami o różnym naturze, które powodują zmiany w zasadach, które są częścią łańcuchów DNA. W ten sposób obecność tych środków wzmacnia szybkość mutacji w materiale genetycznym. Są one sklasyfikowane jako mutagenów fizycznych, chemicznych i biologicznych.

Mutageneza jest wszechobecnym zdarzeniem w jednostkach biologicznych i niekoniecznie przekłada się na zmiany negatywne. W rzeczywistości jest to źródło zmienności, które pozwala na zmianę ewolucyjną.

Zasadniczo mutacje wpływają na funkcję genu, co może stracić lub modyfikować jego funkcję. Jako zmiana sekwencji DNA wpływa na wszystkie kopie białek, pewne mutacje mogą być wyjątkowo toksyczne dla komórki lub ogólnie dla organizmu.

Rodzaje środków mutagennych

Środki, które powodują mutacje w materiale genetycznym, mają bardzo zróżnicowany charakter. Najpierw zbadamy klasyfikację mutagenów i podamy przykłady każdego typu, wówczas wyjaśnimy różne sposoby, w jakie mutagen może powodować zmiany w cząsteczce DNA.

Chemiczne mutagenos

Mutagenos o charakterze chemicznym obejmują następujące rodzaje chemikaliów: akrydyny, nitrozamina, epoksywy,. Istnieje podklasyfikacja tych agentów w:

Analogiczne podstawy

Cząsteczki, które mają podobieństwo strukturalne z zasadami azotowymi, mają zdolność indukowania mutacji; Wśród najczęstszych jest L 5-bromouracyl i 2-aminopuryna.

Agenci, którzy reagują z materiałem genetycznym

Kwas azotu, hydroksyloamina i seria wynajmowanych środków reagują bezpośrednio w zasadach, które tworzą DNA i mogą zmieniać się z puryn na pirymidyn i odwrotnie.

Agenci międzycaleni

Istnieje wiele cząsteczek, takich jak akrydyny, bromek etydyny (powszechnie stosowany w laboratoriach biologii molekularnej) i proliawina, które mają płaską strukturę molekularną i udostępniają nici DNA.

Reakcje oksydacyjne

Normalny metabolizm komórkowy ma jako produkt wtórny seria reaktywnych form tlenu, które uszkadzają struktury komórkowe, a także materiał genetyczny.

Fizyczne mutany

Drugi rodzaj środków mutagennych jest fizyczny. W tej kategorii znajdujemy różne rodzaje promieniowania, które wpływają na DNA.

Biologiczne mutagens

Wreszcie mamy biologiczne mutanty. Są to organizmy, które mogą indukować mutacje (w tym anomalie w chromosomach) w wirusach i innych mikroorganizmach.

Rodzaje mutacji środków mutagennych

Obecność środków mutagenowych powoduje zmiany w zasadach DNA. Jeśli wynik obejmuje zmianę bazy politycznej lub pirymidynowej dla jednej z tej samej natury chemicznej, mówimy o przejściu.

W przeciwieństwie do tego, jeśli zmiana nastąpi między zasadami różnych typów (puryna przez pirymidynę lub przeciwnie), nazywamy proces transwersją. Przejścia mogą nastąpić w następujących zdarzeniach:

Podstawa tautomeryzacja

W chemii termin izomer służy do opisania właściwości cząsteczek o tym samym wzorze molekularnym prezentacji różnych struktur chemicznych. Tautomeres to izomery, które różnią się tylko od ich pary w pozycji grupy funkcjonalnej, a między dwiema postaciami występuje równowaga chemiczna.

Rodzaj Tautomeía jest keto-enol, w którym występuje migracja wodoru i zmienia się między obiema formami. Istnieją również zmiany między Imino na amino. Dzięki jego składowi chemicznym zasady DNA doświadczają tego zjawiska.

Na przykład normalnie adenina jest znaleziona jako amino i normalnie wygląda - z Timiną. Jednak gdy znajduje się w swoim izomerze Imino (bardzo niezwykłym), wygląda z niepoprawną podstawą: cytozyną.

Włączenie analogicznych podstaw

Włączenie cząsteczek, które przypominają zasady, może utrudniać podstawowy wzór krycia. Na przykład włączenie 5-bromouracylu (zamiast TIMINA) zachowuje się jak cytozyna i przenosi wymianę AT AT PAR z parą CG.

Bezpośrednie działanie na podstawie baz

Bezpośrednie działanie niektórych mutagenów może bezpośrednio wpływać na zasady DNA. Na przykład kwas azotu zamienia adeninę w podobną cząsteczkę, hipoksantynę, za pomocą oksydacyjnej reakcji dezaminowania. Ta nowa cząsteczka wygląda z cytozyną (a nie z Timiną, tak jak normalnie byłaby adenina).

Zmiana może również wystąpić na cytozynie, a jako produkt złamanego serca uzyskuje się uracyl. Wymiana pojedynczej zasady w DNA ma bezpośrednie konsekwencje dla procesów transkrypcji i translacji sekwencji peptydowej.

Kodon zakończenia może pojawić się z wyprzedzeniem, a tłumaczenie kończy się przedwcześnie, wpływając na białko.

Dodanie lub usunięcie podstaw

Niektóre mutageny, takie jak środki interkalacyjne (między innymi akrydyna) i promieniowanie ultrafioletowe, mają zdolność do modyfikacji łańcucha nukleotydowego.

Przez agentów interkalacyjnych

Jak wspomnieliśmy, środki interkursowe są płaskimi cząsteczkami i mają zdolność interkalate (Stąd jego nazwa) między podstawami nici, zniekształcając.

W momencie replikacji to deformacja w cząsteczce prowadzi do usunięcia (to znaczy do utraty) lub wstawienia podstawy. Gdy DNA traci podstawy lub wpływa na nową ramę odczytu.

Przypomnijmy, że kod genetyczny obejmuje odczyt trzech nukleotydów, które kodują dla aminokwasu. Jeśli dodamy lub usuniemy nukleotydy (w liczbie, która nie jest 3), wpłynie to na odczyt DNA, a białko będzie zupełnie inne.

Ten rodzaj mutacji jest nazywany Przesunięcie ramki o Zmiany w składzie trojaczek.

Promieniowanie ultrafioletowe

Promieniowanie ultrafioletowe jest środkiem mutagenowym i jest normalnym nieonizującym składnikiem zwykłego światła słonecznego. Jednak składnik o najwyższej szybkości mutagennej jest uwięziony przez warstwę ozonową atmosfery Ziemi.

Cząsteczka DNA pochłania promieniowanie i występuje tworzenie się średnic pirymidyny. Oznacza to, że zasady pirymidyny wiążą się z kowalencyjnymi wiązaniami.

Sąsiednie timiny w łańcuchu DNA mogą dołączyć do dimerów Timinas. Struktury te wpływają również na proces replikacji.

W niektórych organizmach, takich jak bakterie, dimery te można naprawić dzięki obecności enzymu naprawczego zwanego fotolizazą. Ten enzym wykorzystuje światło widzialne do konwersji dimerów w dwóch oddzielnych podstawach.

Jednak naprawa podziału nukleotydów nie jest ograniczona do błędów spowodowanych światłem. Mechanizm naprawy jest szeroki i może naprawić szkody spowodowane różnymi czynnikami.

Kiedy ludzie nadmiernie nas narażają na słońce, nasze komórki otrzymują nadmierne ilości promieniowania ultrafioletowego. Konsekwencją jest generowanie Timina Dímeros i może powodować raka skóry.

Bibliografia

1. Alberts, ur., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… I Walter, P. (2015). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
2. Cooper, g. M., & Hausman, r. I. (2000). Komórka: zbliżaj się do molekularnej. Sinauer Associates.