MUTAGENA SREDSTVA: KAKO DELUJEJO, VRSTE IN PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

V mutageni sredstva, znana tudi mutageni, so molekule za različne narave, ki povzroči spremembo bazami, ki tvorijo del verige DNK. Na ta način prisotnost teh povzročiteljev poveča stopnjo mutacije v genskem materialu. Razvrščamo jih v fizične, kemične in biološke mutagene.

Mutageneza je vseprisotni dogodek v bioloških entitetah in ne pomeni nujno negativnih sprememb. Pravzaprav je izvor sprememb tisti, ki omogoča evolucijsko spremembo.

DNA lahko poškoduje UV svetloba.
Vir: izpeljano delo: Mouagip (pogovori) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David HerringTa nespecificirana vektorska slika W3C je bila ustvarjena z Adobe Illustratorjem.

Kaj je mutacija?

Preden se lotimo teme mutagenov, je treba razložiti, kaj je mutacija. V genetiki je mutacija trajna in dedna sprememba zaporedja nukleotidov v molekuli genskega materiala: DNK.

Vse informacije, potrebne za razvoj in nadzor organizma, se nahajajo v njegovih genih - ki se fizično nahajajo na kromosomih. Kromosomi so sestavljeni iz ene dolge molekule DNK.

Mutacije na splošno vplivajo na delovanje gena in lahko svojo funkcijo izgubi ali spremeni.

Ker sprememba v zaporedju DNK vpliva na vse kopije beljakovin, so lahko nekatere mutacije izjemno strupene za celico ali za telo na splošno.

Mutacije se lahko pojavijo na različnih lestvicah v organizmih. Točne mutacije vplivajo na eno bazo v DNK, medtem ko mutacije večjega obsega lahko prizadenejo celotna področja kromosoma.

So mutacije vedno smrtonosne?

Nepravilno je mišljenje, da mutacija vedno povzroči nastanek bolezni ali patoloških stanj za organizem, ki ga nosi. Pravzaprav obstajajo mutacije, ki ne spremenijo zaporedja beljakovin. Če želi bralec bolje razumeti razlog za to dejstvo, lahko prebere o degeneriranju genetskega koda.

V bistvu je v skladu z biološko evolucijo nujni pogoj spremembe prebivalstva v spremembi prebivalstva. Ta sprememba izhaja iz dveh glavnih mehanizmov: mutacije in rekombinacije.

V kontekstu darwinske evolucije je torej potrebno, da obstajajo različice v populaciji - in da so te različice povezane z večjo biološko kondicijo.

Kako nastanejo mutacije?

Mutacije lahko nastanejo spontano ali jih lahko sprožimo. Vsebinska kemična nestabilnost dušikovih baz lahko povzroči mutacije, vendar na zelo nizki frekvenci.

Pogost vzrok spontanih točkovnih mutacij je deaminacija citozina do uracila v dvojni vijačnici DNK. Postopek razmnoževanja tega sklopa vodi do mutirane hčerke, kjer je prvotni par GC zamenjal par AT.

Čeprav je podvajanje DNK dogodek, ki se zgodi s presenetljivo natančnostjo, ni povsem popoln. Napake pri podvajanju DNK vodijo tudi do spontanih mutacij.

Poleg tega naravna izpostavljenost organizma nekaterim dejavnikom iz okolja povzroči nastanek mutacij. Med temi dejavniki imamo med drugim tudi ultravijolično sevanje, ionizirajoče sevanje, različne kemikalije.

Ti dejavniki so mutageni. Spodaj bomo opisali klasifikacijo teh povzročiteljev, kako delujejo in njihove posledice v celici.

Vrste mutagenih sredstev

Sredstva, ki povzročajo mutacije v genskem materialu, so po naravi zelo raznolika. Najprej bomo raziskali klasifikacijo mutagenov in podali primere vsake vrste, nato pa razložili različne načine, kako lahko mutageni proizvajajo spremembe v molekuli DNK.

Kemični mutageni

Mutageni kemične narave vključujejo naslednje razrede kemikalij: akridini, nitrozamini, epoksidi. Za te dejavnike obstaja podrazvrstitev:

Analogne podlage

Molekule, ki kažejo strukturno podobnost z dušikovimi bazami, lahko inducirajo mutacije; med najpogostejšima sta l 5-bromuracil in 2-aminopurin.

Sredstva, ki reagirajo z genskim materialom

Dušikova kislina, hidroksilamin in številna alkilirajoča sredstva reagirajo neposredno na baze, ki sestavljajo DNK in se lahko spremenijo iz purina v pirimidin in obratno.

Sredstva za segrevanje

Obstaja vrsta molekul, kot so akridini, etidijev bromid (široko uporabljan v laboratorijih za molekularno biologijo) in proflavin, ki imajo ravno molekularno strukturo in uspejo vnesti v verigo DNK.

Oksidativne reakcije

Normalna presnova celice ima kot sekundarni izdelek vrsto reaktivnih kisikovih vrst, ki poškodujejo celične strukture in tudi genetski material.

Fizični mutageni

Druga vrsta mutagenih povzročiteljev je fizična. V tej kategoriji najdemo različne vrste sevanja, ki vplivajo na DNK.

Biološki mutageni

Nazadnje imamo biološke mutante. So organizmi, ki lahko povzročijo mutacije (vključno z nepravilnostmi na ravni kromosomov) pri virusih in drugih mikroorganizmih.

Kako delujejo?: Vrste mutacij, ki jih povzročajo mutageni povzročitelji

Prisotnost mutagenih povzročiteljev povzroča spremembe v bazi DNK. Če rezultat vključuje spremembo purične ali pirimidinske baze za enako kemijsko naravo, govorimo o prehodu.

V nasprotju s tem, če se sprememba zgodi med bazami različnih vrst (purin za pirimidin ali obratno), imenujemo postopek transverzija. Prehodi se lahko zgodijo za naslednje dogodke:

Osnovna tavtomerizacija

V kemiji se izraz izomer uporablja za opis lastnosti molekul z isto molekularno formulo, da imajo različne kemijske strukture. Tavtomeri so izomeri, ki se od vrstnikov razlikujejo le po položaju funkcionalne skupine, med obema oblikama pa obstaja kemično ravnovesje.

Ena od vrst tavtomerizma je keto-enol, kjer pride do migracije vodika in izmenično med obema oblikama. Obstajajo tudi spremembe med imino v amino obliko. Zahvaljujoč svoji kemični sestavi osnove DNK doživljajo ta pojav.

Na primer, adenin se običajno nahaja kot amino in pari - običajno - s timinom. Ko pa je v imino izomerju (zelo redek), se pari z napačno bazo: citozinom.

Vključitev analognih podlag

Vključene molekule, ki spominjajo na baze, lahko motijo ​​vzorec združevanja osnov. Na primer, vključitev 5-bromuracila (namesto timijana) se obnaša kot citozin in vodi do zamenjave para AT s parom CG.

Neposredno ukrepanje na podlagah

Neposredno delovanje nekaterih mutagenov lahko neposredno vpliva na podlage DNK. Na primer, dušikova kislina pretvori adenin v podobno molekulo, hipoksantin, z reakcijo oksidativne deaminacije. Ta nova molekula se pari s citozinom (in ne s timinom, kot bi normalno imel adenin).

Sprememba se lahko pojavi tudi na citozinu in uracil dobimo kot produkt razkroja. Nadomestitev posamezne baze v DNK ima neposredne posledice na procese prepisovanja in prevajanja peptidnega zaporedja.

Stop kodon se lahko pojavi že zgodaj in prevod se predčasno ustavi, kar vpliva na beljakovine.

Dodajanje ali brisanje baz

Nekateri mutageni, kot so interkalirajoča sredstva (med drugim akridin) in ultravijolično sevanje, lahko spremenijo nukleotidno verigo.

Z vmešavalnimi sredstvi

Kot smo že omenili, so sredstva za segrevanje ploščate molekule in imajo sposobnost, da se medsebojno (v nadaljevanju njihovo ime) prepletajo med bazami niti in jo izkrivljajo.

V času replikacije ta deformacija v molekuli vodi do brisanja (torej do izgube) ali vstavitve baz. Ko DNK izgubi podlage ali doda nove, vpliva na odprt okvir za branje.

Spomnimo se, da genska koda vključuje branje treh nukleotidov, ki kodirajo aminokislino. Če dodamo ali odstranimo nukleotide (v številu, ki ni 3), bo to vplivalo na vse odčitke DNK in beljakovine bodo popolnoma drugačne.

Te vrste mutacij imenujemo premik okvirja ali spremembe v sestavi trojčkov.

Ultravijolično sevanje

Ultravijolično sevanje je mutageno sredstvo in je normalna neionizirajoča sestavina navadne sončne svetlobe. Vendar je komponenta z najvišjo mutageno stopnjo ujeta v ozonski plast Zemljine atmosfere.

Molekula DNA absorbira sevanje in pride do nastanka pirimidinskih dimerjev. Se pravi, da se pirimidinske baze povezujejo s kovalentnimi vezmi.

Sosednji timini na verigi DNK se lahko pridružijo in tvorijo timinske dimere. Te strukture vplivajo tudi na proces podvajanja.

V nekaterih organizmih, kot so bakterije, lahko te dimomere popravimo zahvaljujoč prisotnosti popravljalnega encima, imenovanega fotolyaza. Ta encim uporablja vidno svetlobo za pretvorbo dimerov v dve ločeni bazi.

Popravljanje nukleotidne ekscizije ni omejeno na napake, ki jih povzroča svetloba. Mehanizem popravil je obsežen in lahko popravi škodo, ki jo povzročijo različni dejavniki.

Ko nas ljudje prekomerno izpostavljajo soncu, naše celice prejemajo prevelike količine ultravijoličnega sevanja. Posledica tega je nastajanje timinskih dimerjev, ki lahko povzročijo kožni rak.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Bistvena celična biologija. Garland Science.
2. Cooper, GM in Hausman, RE (2000). Celica: Molekularni pristop. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., in Barnes, NS (1994). Povabilo k biologiji. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Celična in molekularna biologija: koncepti in poskusi. John Wiley & Sons.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, poslanec,… & Matsudaira, P. (2008). Molekularna celična biologija. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, JT (1982). Kemijska mutageneza. Letni pregled biokemije, 51 (1), 655–691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemija. Panamerican Medical Ed.