Мутагенни агенти как действат, видове и примери

на мутагенни агенти, наричани също мутагени, са молекули с различна природа, които причиняват промени в базите, които са част от ДНК веригите. По този начин, присъствието на тези агенти усилва скоростта на мутация в генетичния материал. Те се класифицират като физични, химични и биологични мутагени.

Мутагенезата е повсеместно събитие в биологичните единици и не е задължително да води до отрицателни промени. Всъщност това е източникът на вариациите, който позволява еволюционната промяна.

индекс

• 1 Какво е мутация?
  • 1.1 Мутациите винаги ли са смъртоносни??
  • 1.2 Как възникват мутациите?
• 2 Видове мутагенни агенти
  • 2.1 Химични мутагени
  • 2.2 Физични мутагени
  • 2.3 Биологични мутагени
• 3 Как работят те: видове мутации, причинени от мутагенни агенти
  • 3.1. Тавтомеризация на основи
  • 3.2 Включване на аналогични бази
  • 3.3 Пряко действие на базата
  • 3.4 Добавяне или заличаване на бази
• 4 Препратки

Какво е мутация?

Преди да влезем в темата за мутагените, е необходимо да обясним какво е мутация. В генетиката мутацията е постоянна и наследствена промяна в последователността на нуклеотидите в молекулата на генетичния материал: ДНК.

Цялата информация, необходима за развитието и контрола на организма, се намира в неговите гени - които физически се намират в хромозомите. Хромозомите са съставени от дълга ДНК молекула.

Като цяло мутациите засягат функцията на ген и могат да загубят или модифицират своята функция.

Тъй като промяната в ДНК последователността засяга всички копия на протеините, някои мутации могат да бъдат изключително токсични за клетката или за тялото като цяло.

Мутациите могат да се появят в различни мащаби в организмите. Точковите мутации засягат една база в ДНК, докато по-големите мутации могат да засегнат цели области на хромозомата.

Мутациите винаги ли са смъртоносни??

Неправилно е да се мисли, че мутацията винаги води до образуването на болести или патологични състояния за организма, който го носи. Всъщност, има мутации, които не променят последователността на протеините. Ако читателят иска да разбере по-добре причината за този факт, той може да чете за дегенерацията на генетичния код.

В действителност, под светлината на биологичната еволюция, състоянието sine qua non за да настъпи промяната в популациите е съществуването на вариация. Това изменение се дължи на два основни механизма: мутация и рекомбинация.

Така, в контекста на еволюцията на Дарвин, е необходимо да има варианти в популацията - и че тези варианти са свързани с по-голяма биологична адаптация..

Как възникват мутациите?

Мутациите могат да възникнат спонтанно или могат да бъдат индуцирани. Присъщата химическа нестабилност на азотните основи може да се превърне в мутации, но при много ниска честота.

Честа причина за спонтанни точкови мутации е деаминирането на цитозин до урацил в двойната спирала на ДНК. Процесът на репликация на тази верига води до мутантна дъщеря, където оригиналната GC двойка е заменена с AT чифт..

Въпреки че репликацията на ДНК е събитие, което се случва с изненадваща точност, то не е съвършено в своята цялост. Грешки в репликацията на ДНК също водят до появата на спонтанни мутации.

Освен това естественото излагане на организма на определени фактори на околната среда води до появата на мутации. Сред тези фактори имаме ултравиолетова радиация, йонизиращо лъчение, различни химикали и др.

Тези фактори са мутагенни. След това ще опишем класификацията на тези агенти, как те действат и техните последствия в клетката.

Видове мутагенни агенти

Агентите, които причиняват мутации в генетичния материал, са много разнообразни по своя характер. Първо, ще проучим класификацията на мутагените и ще дадем примери за всеки тип, след което ще обясним различните начини, по които мутагените могат да предизвикат промени в молекулата на ДНК..

Химични мутагени

Мутагените от химическа природа включват следните класове химикали: акридини, нитрозамини, епоксиди и др. Съществува подкласификация за тези агенти в:

Аналогични основи

Молекули, които имат структурно сходство с азотни бази имат способността да индуцират мутации; l 5-броморацил и 2-аминопурин са най-честите.

Агенти, които реагират с генетичния материал

Азотната киселина, хидроксиламинът и серията от алкилиращи агенти реагират директно в основите, които образуват ДНК и могат да преминат от пурин към пиримидин и обратно.

Интерстициални агенти

Има редица молекули като акридини, етидиев бромид (широко използвани в лабораториите за молекулярна биология) и профлавин, които имат плоска молекулярна структура и успяват да влязат в ДНК веригата..

Окислителни реакции

Нормалният метаболизъм на клетката има като вторичен продукт серия от реактивни кислородни видове, които увреждат клетъчните структури и също генетичния материал.

Физически мутагени

Вторият вид мутагенни агенти са физически. В тази категория откриваме различните видове радиация, които засягат ДНК.

Биологични мутагени

И накрая, имаме биологичните мутанти. Те са организми, които могат да предизвикат мутации (включително аномалии на ниво хромозоми) при вируси и други микроорганизми..

Как действат: видове мутации, причинени от мутагенни агенти

Наличието на мутагенни агенти предизвиква промени в ДНК основите. Ако резултатът включва смяна на пиримидинова или пиримидинова база към същата химическа природа, говорим за преход.

Обратно, ако промяната настъпва между бази от различни типове (пурин от пиримидин или по друг начин), ние наричаме процеса трансверсия. Преходите могат да възникнат поради следните събития:

Тавтомеризация на основи

В химията терминът изомер се използва за описване на свойствата на молекулите с една и съща молекулна формула за представяне на различни химически структури. Тавтомерите са изомери, които се различават само от двойката си в позицията на функционална група, а между двете форми има химическо равновесие.

Тип тавтомерия е кето-енол, където се получава миграция на водород и се редуват между двете форми. Има и промени между имино-амино формата. Благодарение на химическия си състав, основите на ДНК изпитват това явление.

Например, аденин обикновено се намира като амино и двойки - обикновено - с тимин. Въпреки това, когато се открива в имино изомера (много рядко), той се свързва с неправилна основа: цитозин.

Включване на аналогични бази

Включването на молекули, които приличат на основи, може да попречи на основния модел на сдвояване. Например, включването на 5-бромоарацил (вместо тимин) се държи като цитозин и води до замяна на AT чифт с CG двойка.

Директно действие на основите

Директното действие на някои мутагени може директно да повлияе на ДНК основите. Например, азотната киселина превръща аденина в подобна молекула, хипоксантин, посредством реакция на окислително деаминиране. Тази нова молекула се свързва с цитозин (а не с тимин, както нормално е аденин).

Промяната може да настъпи и в цитозина и в резултат на дезаминирането се получава урацил. Заместването на единична база в ДНК има директни последици върху процесите на транскрипция и транслация на пептидната последователност.

Стоп кодонът може да се появи предварително, а транслацията спира преждевременно, засягайки протеина.

Добавяне или заличаване на основи

Някои мутагени като интеркалиращи агенти (акридин, наред с други) и ултравиолетово лъчение имат способността да модифицират нуклеотидната верига.

Чрез интеркалиращи агенти

Както бе споменато, интеркалиращите агенти са плоски молекули и имат способността да вмъкната (оттук и името му) между основите на нишката, изкривявайки го.

По време на репликацията, тази деформация в молекулата води до делеция (т.е. загуба) или вмъкване на основи. Когато ДНК се загуби или се добавят нови, отворената рамка на четене е засегната.

Припомнете си, че генетичният код включва четенето на три нуклеотида, които кодират аминокиселина. Ако добавим или премахнем нуклеотиди (в число, което не е 3), ще бъде засегнато цялото ДНК, а протеинът ще бъде напълно различен.

Тези типове мутации се наричат смяна на рамката или промени в състава на триплетите.

Ултравиолетова радиация

Ултравиолетовото лъчение е мутагенен агент и е нормален нейонизиращ компонент на обикновената слънчева светлина. Въпреки това, компонентът с най-висока мутагенна скорост е уловен от озоновия слой на земната атмосфера.

ДНК молекулата абсорбира радиация и се образува пиримидинов димер. Това означава, че пиримидиновите бази са свързани с ковалентни връзки.

Съседните тимини в ДНК веригата могат да се присъединят, за да образуват тиминови димери. Тези структури също влияят на процеса на репликация.

В някои организми, като бактерии, тези димери могат да бъдат поправени благодарение на наличието на репаративен ензим, наречен фотолиаза. Този ензим използва видима светлина за превръщане на димерите в две отделни бази.

Въпреки това, възстановяването на нуклеотидната ексцизия не се ограничава до грешки, причинени от светлина. Механизмът за ремонт е обширен и може да поправи щетите, причинени от различни фактори.

Когато хората ни излагат прекалено слънцето, нашите клетки получават прекомерно количество ултравиолетова радиация. Резултатът е генериране на тиминови димери и може да причини рак на кожата.

препратки

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Съществена клетъчна биология. Garland Science.
2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2000). Клетката: Молекулен подход. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, N.S. (1994). Покана за биология. Macmillan.
4. Карп, Г. (2009). Клетъчна и молекулярна биология: концепции и експерименти. Джон Уайли и синове.
5. Lodish, Н., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Молекулярна клетъчна биология. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, J. Т. (1982). Химична мутагенеза. Годишен преглед на биохимията, 51(1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, J.G. (2006). биохимия. Ed. Panamericana Medical.