MUTAGENINIAI AGENTAI: KAIP JIE VEIKIA, TIPAI IR PAVYZDŽIAI - BIOLOGIJA - 2025

Kad mutageninio agentai, taip pat žinomi mutagenai, yra molekulės yra skirtingo pobūdžio, kad pokyčių priežastimi bazių, kad įeina į DNR grandinę. Tokiu būdu šių veiksnių buvimas padidina mutacijos greitį genetinėje medžiagoje. Jie skirstomi į fizinius, cheminius ir biologinius mutagenus.

Mutagenezė yra visur paplitęs įvykis biologiniuose dariniuose, ir tai nebūtinai reiškia neigiamus pokyčius. Tiesą sakant, būtent variacijų šaltinis įgalina evoliucinius pokyčius.

DNR gali pakenkti UV šviesa.
Šaltinis: išvestinis darbas: „Mouagip“ (aptarimas) DNA_UV_mutation.gif: NASA / Davidas HerringŠis W3C neapibrėžtas vektoriaus vaizdas buvo sukurtas naudojant „Adobe Illustrator“.

Kas yra mutacija?

Prieš pradedant mutagenų temą, būtina paaiškinti, kas yra mutacija. Genetikoje mutacija yra nuolatinis ir paveldimas genetinės medžiagos molekulės: DNR nukleotidų sekos pokytis.

Visa organizmo vystymuisi ir kontrolei reikalinga informacija yra jo genuose, kurie fiziškai yra chromosomose. Chromosomos yra sudarytos iš vienos ilgos DNR molekulės.

Mutacijos paprastai daro įtaką geno funkcijai ir jis gali prarasti arba pakeisti jo funkciją.

Kadangi DNR sekos pasikeitimas paveikia visas baltymų kopijas, tam tikros mutacijos gali būti nepaprastai toksiškos ląstelei ar organizmui apskritai.

Mutacijos organizme gali vykti skirtingais masteliais. Taškinės mutacijos veikia vieną DNR bazę, tuo tarpu didesnio masto mutacijos gali paveikti ištisas chromosomos sritis.

Ar mutacijos visada mirtinos?

Klaidinga manyti, kad mutacija visada sukelia ligas ar patologines sąlygas organizmui, kuris jį perneša. Tiesą sakant, yra mutacijų, kurios nekeičia baltymų sekos. Jei skaitytojas nori geriau suprasti šio fakto priežastį, jis gali perskaityti apie genetinio kodo išsigimimą.

Tiesą sakant, atsižvelgiant į biologinę evoliuciją, būtina sine qua non sąlyga, kad pasikeistų populiacijos, yra variacijos. Šis kitimas atsiranda dėl dviejų pagrindinių mechanizmų: mutacijos ir rekombinacijos.

Taigi darvinistinės evoliucijos kontekste būtina, kad populiacijoje būtų variantų - ir kad šie variantai turėtų didesnį biologinį pakankamumą.

Kaip atsiranda mutacijos?

Mutacijos gali atsirasti savaime arba gali būti sukeltos. Vidinis cheminis azoto bazių nestabilumas gali sukelti mutacijas, tačiau labai retai.

Dažna spontaniškų taškinių mutacijų priežastis yra citozino priskyrimas uracilui DNR dviguboje spiralėje. Šios grandinės replikacijos procesas sukelia dukterį mutantą, kur pradinė GC pora buvo pakeista AT pora.

Nors DNR replikacija yra įvykis, įvykstantis stebėtinai tiksliai, jis nėra visiškai tobulas. DNR replikacijos klaidos taip pat lemia spontaniškas mutacijas.

Be to, natūralus organizmo poveikis tam tikriems aplinkos veiksniams lemia mutacijų atsiradimą. Tarp šių veiksnių turime ultravioletinę spinduliuotę, jonizuojančiąją spinduliuotę, įvairias chemines medžiagas.

Šie veiksniai yra mutagenai. Žemiau aprašysime šių veiksnių klasifikaciją, kaip jie veikia ir jų pasekmes ląstelėje.

Mutageninių agentų tipai

Agentai, sukeliantys genetinės medžiagos mutacijas, yra labai įvairaus pobūdžio. Pirmiausia ištirsime mutagenų klasifikaciją ir pateiksime kiekvieno tipo pavyzdžius, tada paaiškinsime skirtingus būdus, kuriais mutagenai gali sukelti DNR molekulės pokyčius.

Cheminiai mutagenai

Cheminio pobūdžio mutagenams priskiriamos šios cheminių medžiagų klasės: akridinai, nitrozaminai, epoksidai ir kt. Šiems veiksniams gali būti priskirta klasifikacija:

Analogiškos bazės

Molekulės, turinčios struktūrinį panašumą su azotinėmis bazėmis, turi savybę sukelti mutacijas; tarp labiausiai paplitusių yra 5-bromuracilis ir 2-aminopurinas.

Agentai, reaguojantys su genetine medžiaga

Azoto rūgštis, hidroksilaminas ir daugybė alkilinančių medžiagų reaguoja tiesiogiai ant bazių, kurios sudaro DNR ir gali pasikeisti iš purino į pirimidiną ir atvirkščiai.

Kvėpuojančios medžiagos

Yra daugybė molekulių, tokių kaip akridinai, etidžio bromidas (plačiai naudojamas molekulinės biologijos laboratorijose) ir proflavinas, kurie turi plokščią molekulinę struktūrą ir sugeba patekti į DNR grandinę.

Oksidacinės reakcijos

Normalus ląstelės metabolizmas turi antrinį produktą reaktyviųjų deguonies rūšių, kurios pažeidžia ląstelių struktūras ir genetinę medžiagą.

Fiziniai mutagenai

Antrojo tipo mutageniniai agentai yra fiziniai. Šioje kategorijoje randami skirtingi radiacijos tipai, veikiantys DNR.

Biologiniai mutagenai

Galiausiai turime biologinius mutantus. Tai yra organizmai, galintys sukelti virusų ir kitų mikroorganizmų mutacijas (įskaitant anomalijas chromosomų lygyje).

Kaip jie veikia?: Mutageninių veiksnių sukeltų mutacijų tipai

Mutageninių agentų buvimas sukelia DNR bazių pokyčius. Jei rezultatas susijęs su purio arba pirimidino bazės pakeitimu dėl tos pačios cheminės prigimties, mes kalbame apie perėjimą.

Priešingai, jei pokytis vyksta tarp skirtingų tipų bazių (pirimidino purinas ar priešingai), procesą vadiname transversija. Perėjimai gali įvykti dėl šių įvykių:

Bazės tautomerizacija

Chemijoje terminas izomeras naudojamas apibūdinti molekulių, turinčių tą pačią molekulinę formulę, savybę turėti skirtingas chemines struktūras. Tautomerai yra izomerai, kurie nuo savo bendraamžių skiriasi tik funkcinės grupės padėtimi, o tarp dviejų formų yra cheminė pusiausvyra.

Vienas tautomerizmo tipas yra keto-enolis, kuriame vyksta vandenilio migracija ir keičiasi abi formos. Taip pat yra pokyčių tarp imino į amino formą. Dėl savo cheminės sudėties DNR pagrindai patiria šį reiškinį.

Pavyzdžiui, adeninas paprastai randamas kaip amino, o poros - paprastai - su timinu. Tačiau kai jis yra savo imino izomere (labai retas), jis poruojasi su neteisinga baze: citozinu.

Analogiškų bazių įtraukimas

Jame esančios molekulės, primenančios pagrindus, gali sutrikdyti bazių poravimo modelį. Pavyzdžiui, 5-bromuracilio (vietoj timino) įterpimas elgiasi kaip citozinas ir lemia, kad AT pora pakeičiama CG pora.

Tiesioginis veiksmas pagrindais

Tiesioginis tam tikrų mutagenų veikimas gali tiesiogiai paveikti DNR pagrindus. Pavyzdžiui, azoto rūgštis paverčia adeniną į panašią molekulę - hipoksantiną - per oksidacinę deaminacijos reakciją. Ši nauja molekulė poruojasi su citozinu (o ne timinu, kaip paprastai darytų adeninas).

Pokytis taip pat gali vykti citozinui, o uracilas gaunamas kaip deaminacijos produktas. Vienos bazės pakaitalas DNR turi tiesioginių padarinių peptido sekos transkripcijos ir transliacijos procesams.

Stabdantis kodonas gali pasirodyti anksti, o vertimas sustabdomas per anksti, paveikdamas baltymą.

Bazių pridėjimas arba pašalinimas

Kai kurie mutagenai, tokie kaip jungiamieji agentai (be kita ko, akridinas) ir ultravioletinė spinduliuotė, gali modifikuoti nukleotidų grandinę.

Tarpininkavimo agentai

Kaip jau minėjome, kaitinimo agentai yra plokščiosios molekulės, ir jie turi galimybę tarpininkauti (taigi ir jų pavadinimas) tarp stygos pagrindų, iškraipydami ją.

Replikacijos metu ši deformacija molekulėje sukelia bazių ištrynimą (tai yra praradimą) arba įterpimą. Kai DNR netenka bazių arba pridedama naujų, paveikiama atvira skaitymo sistema.

Prisiminkite, kad genetinis kodas apima trijų nukleotidų, kurie koduoja aminorūgštį, nuskaitymą. Jei pridėsime arba pašalinsime nukleotidus (skaičiumi, kuris nėra 3), tai paveiks DNR rodmenis, o baltymai bus visiškai skirtingi.

Šie mutacijų tipai yra vadinami kadrų poslinkiu arba tripletų sudėties pokyčiais.

Ultravioletinė radiacija

Ultravioletinė spinduliuotė yra mutageninė medžiaga, ji yra normalus įprastų saulės spindulių nejonizuojantis komponentas. Tačiau komponentą, kurio mutageniškumas yra didžiausias, laiko žemės atmosferos ozono sluoksnis.

DNR molekulė sugeria radiaciją ir susidaro pirimidino dimerai. Tai yra, pirimidino bazės yra sujungtos kovalentinių ryšių pagalba.

Gretimi DNR grandinės timinai gali prisijungti ir sudaryti timino dimerus. Šios struktūros taip pat veikia replikacijos procesą.

Kai kuriuose organizmuose, pavyzdžiui, bakterijose, šie dimerai gali būti ištaisyti dėl to, kad yra atstatantis fermentas, vadinamas fotolisaze. Šis fermentas naudoja matomą šviesą dimerams paversti dviem atskiromis bazėmis.

Tačiau nukleotidų ekscizijos taisymas neapsiriboja šviesos padarytomis klaidomis. Remonto mechanizmas yra platus ir gali atitaisyti įvairių veiksnių padarytą žalą.

Kai žmonės viršija saulės spindulius, mūsų ląstelės gauna per daug ultravioletinių spindulių. Pasekmė yra timino dimerų generacija ir jie gali sukelti odos vėžį.

Nuorodos

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… ir Walter, P. (2015). Esminė ląstelių biologija. Girlianda mokslas.
2. Cooperis, GM ir Hausmanas, RE (2000). Ląstelė: molekulinis požiūris. „Sinauer Associates“.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Kvietimas į biologiją. Macmillanas.
4. Karp, G. (2009). Ląstelių ir molekulių biologija: sąvokos ir eksperimentai. Johnas Wiley ir sūnūs.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… ir Matsudaira, P. (2008). Molekulinių ląstelių biologija. Macmillanas.
6. Dainininkas, B., ir Kusmierek, JT (1982). Cheminė mutagenezė. Metinė biochemijos apžvalga, 51 (1), 655–691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemija. Panamerican Medical Ed.