Mutagenní látky, jak působí, typy a příklady

mutagenních činidel, také nazývané mutageny, jsou molekuly různé povahy, které způsobují změny v bázích, které jsou součástí řetězců DNA. Tímto způsobem přítomnost těchto činidel zesiluje rychlost mutace v genetickém materiálu. Jsou klasifikovány jako fyzikální, chemické a biologické mutageny.

Mutageneze je všudypřítomná událost v biologických entitách a nemusí se nutně promítnout do negativních změn. Ve skutečnosti je to zdroj variace, který umožňuje evoluční změnu.

Index

• 1 Co je mutace?
  • 1.1 Jsou mutace vždy smrtelné??
  • 1.2 Jak vznikají mutace?
• 2 Typy mutagenních látek
  • 2.1 Chemické mutageny
  • 2.2 Fyzikální mutageny
  • 2.3 Biologické mutageny
• 3 Jak fungují: typy mutací způsobené mutagenními látkami
  • 3.1 Tautomerizace bází
  • 3.2 Vložení analogických bází
  • 3.3 Přímé působení na základnách
  • 3.4 Přidání nebo vymazání bází
• 4 Odkazy

Co je to mutace?

Před vstupem do problematiky mutagenů je nutné vysvětlit, co je mutace. V genetice je mutace trvalá a dědičná změna v sekvenci nukleotidů v molekule genetického materiálu: DNA.

Všechny informace potřebné pro vývoj a kontrolu organismu spočívají v jeho genech - které jsou fyzicky umístěny v chromozomech. Chromozomy se skládají z dlouhé molekuly DNA.

Obecně mutace ovlivňují funkci genu a mohou ztrácet nebo modifikovat svou funkci.

Protože změna v sekvenci DNA ovlivňuje všechny kopie proteinů, určité mutace mohou být pro buňku nebo tělo obecně toxické..

Mutace se mohou vyskytovat v různých měřítcích v organismech. Bodové mutace ovlivňují jedinou bázi v DNA, zatímco mutace ve větším měřítku mohou ovlivnit celé oblasti chromozomu.

Jsou mutace vždy smrtelné??

Je nesprávné si myslet, že mutace vždy vede k tvorbě nemocí nebo patologických stavů pro organismus, který ho nese. Ve skutečnosti existují mutace, které nemění sekvenci proteinů. Pokud si čtenář přeje lépe pochopit důvod této skutečnosti, může číst o degeneraci genetického kódu.

Ve skutečnosti, s ohledem na biologickou evoluci, stav sine qua non pro změnu populace, která má nastat, je existence variace. Tato variace vychází ze dvou hlavních mechanismů: mutace a rekombinace.

V kontextu darvinovské evoluce je tedy nezbytné, aby existovaly varianty v populaci - a že tyto varianty spojily větší biologickou adaptaci..

Jak vznikají mutace?

Mutace mohou vznikat spontánně nebo mohou být indukovány. Vlastní chemická nestabilita dusíkatých bází může být převedena do mutací, ale při velmi nízké frekvenci.

Běžnou příčinou spontánních bodových mutací je deaminace cytosinu na uracil ve dvojité šroubovici DNA. Proces replikace tohoto řetězce vede k mutantní dceři, kde původní GC pár byl nahrazen AT párem..

Ačkoli replikace DNA je událost, která nastane s překvapivou přesností, není dokonalá v celém svém rozsahu. Chyby v replikaci DNA také vedou ke vzniku spontánních mutací.

Kromě toho přirozená expozice organismu určitým faktorům prostředí vede ke vzniku mutací. Mezi těmito faktory máme mimo jiné ultrafialové záření, ionizující záření, různé chemikálie.

Tyto faktory jsou mutagenní. Dále popíšeme klasifikaci těchto látek, způsob jejich působení a jejich důsledky v buňce.

Typy mutagenních činidel

Činidla, která způsobují mutace v genetickém materiálu, jsou v přírodě velmi různorodá. Nejprve prozkoumáme klasifikaci mutagenů a uvedeme příklady každého typu, pak vysvětlíme různé způsoby, kterými mohou mutageny produkovat změny v molekule DNA..

Chemické mutageny

Mutageny chemické povahy zahrnují následující třídy chemických látek: akridiny, nitrosaminy, epoxidy, mezi jinými. Pro tyto látky existuje subklasifikace:

Analogické báze

Molekuly, které mají strukturní podobnost s dusíkatými bázemi, mají schopnost indukovat mutace; Nejběžnější jsou 5-bromouracil a 2-aminopurin.

Činidla, která reagují s genetickým materiálem

Kyselina dusitá, hydroxylamin a řada alkylačních činidel reagují přímo v zásadách, které tvoří DNA a mohou se měnit z purinu na pyrimidin a naopak..

Intersticiální látky

Existuje celá řada molekul, jako jsou akridiny, ethidiumbromid (široce používaný v laboratořích molekulární biologie) a proflavin, které mají plochou molekulární strukturu a dokáží vstoupit do řetězce DNA.

Oxidační reakce

Normální metabolismus buňky má jako sekundární produkt řadu reaktivních forem kyslíku, které poškozují buněčné struktury a také genetický materiál.

Fyzikální mutageny

Druhý typ mutagenních činidel je fyzikální. V této kategorii najdeme různé typy záření, které ovlivňují DNA.

Biologické mutageny

Nakonec máme biologické mutanty. Jsou to organismy, které mohou indukovat mutace (včetně anomálií na úrovni chromozomů) u virů a jiných mikroorganismů.

Typy mutací způsobené mutagenními činidly

Přítomnost mutagenních látek způsobuje změny bází DNA. Pokud výsledek zahrnuje změnu pyrimidinové nebo pyrimidinové báze na stejnou chemickou povahu, hovoříme o přechodu.

Naproti tomu, pokud dojde ke změně mezi bázemi různých typů (purin pyrimidinem nebo jinak), tento proces nazýváme transverzí. Přechody mohou nastat v důsledku následujících událostí:

Tautomerizace bází

V chemii, termín isomer je používán popisovat vlastnost molekul se stejným molekulárním vzorcem představovat různé chemické struktury. Tautomery jsou izomery, které se liší pouze jejich párem v poloze funkční skupiny a mezi těmito dvěma formami je chemická rovnováha.

Typ tautomerie je keto-enol, kde dochází k migraci vodíku a střídavě mezi oběma formami. Existují také změny mezi imino a aminoskupinou. Základy DNA zažívají díky tomuto chemickému složení tento jev.

Například adenin se obvykle nachází jako aminoskupina a páry - obvykle - s thyminem. Když se však nachází ve svém imino izomeru (velmi vzácném), páruje se s nesprávnou bází: cytosinem.

Začlenění analogických bází

Začlenění molekul, které se podobají základnám, může interferovat se vzorem párování bází. Například inkorporace 5-bromouracilu (místo thyminu) se chová jako cytosin a vede k nahrazení dvojice AT párem CG..

Přímá akce na základnách

Přímé působení určitých mutagenů může přímo ovlivnit DNA báze. Například kyselina dusitá přeměňuje adenin na podobnou molekulu, hypoxanthin, pomocí oxidační deaminační reakce. Tato nová molekula se páruje s cytosinem (a ne s thyminem, jako by normálně adenin).

Změna může také nastat na cytosinu a v důsledku deaminace se získá uracil. Substituce jedné báze v DNA má přímé důsledky pro procesy transkripce a translace peptidové sekvence.

Stop kodon se může objevit předem a translace se předčasně zastaví, což ovlivňuje protein.

Přidání nebo odstranění bází

Některé mutageny, jako jsou interkalační činidla (mimo jiné akridin) a ultrafialové záření, mají schopnost modifikovat nukleotidový řetězec.

Interkalačními činidly

Jak bylo zmíněno, interkalační činidla jsou ploché molekuly a mají schopnost rozptýlené (tedy jeho jméno) mezi základnami pramene, zkreslujícími to.

V době replikace vede tato deformace v molekule k deleci (tj. Ztrátě) nebo vložení bází. Když DNA ztratí báze nebo přidají se nové, ovlivní se otevřený čtecí rámec.

Připomeňme, že genetický kód zahrnuje čtení tří nukleotidů, které kódují aminokyselinu. Pokud přidáme nebo odstraníme nukleotidy (v čísle, které není 3), ovlivní se veškeré čtení DNA a protein bude zcela odlišný..

Tyto typy mutací se nazývají posun rámu nebo změny ve složení tripletů.

Ultrafialové záření

Ultrafialové záření je mutagenní činidlo a je normální neionizující složkou běžného slunečního světla. Složka s nejvyšší mírou mutagenity je však zachycena ozónovou vrstvou zemské atmosféry.

Molekula DNA absorbuje záření a dochází k tvorbě pyrimidinových dimerů. To znamená, že pyrimidinové báze jsou vázány kovalentními vazbami.

Sousedící thyminy v řetězci DNA se mohou spojit, aby se vytvořily thyminové dimery. Tyto struktury také ovlivňují proces replikace.

V některých organismech, jako jsou bakterie, mohou být tyto dimery opraveny díky přítomnosti reparačního enzymu zvaného fotoliase. Tento enzym využívá viditelné světlo k přeměně dimerů na dvě oddělené báze.

Nukleotidová excize však není omezena na chyby způsobené světlem. Mechanismus opravy je rozsáhlý a může opravit poškození způsobené různými faktory.

Když nás lidé nadměrně vystavují slunci, naše buňky dostávají nadměrné množství ultrafialového záření. Důsledkem je tvorba thyminových dimerů a může způsobit rakovinu kůže.

Odkazy

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Základní buněčná biologie. Garland věda.
2. Cooper, G.M., & Hausman, R.E. (2000). Buňka: Molekulární přístup. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Pozvánka na biologii. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Buněčná a molekulární biologie: pojmy a experimenty. John Wiley & Sons.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekulární buněčná biologie. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, J. T. (1982). Chemická mutageneze. Roční přehled biochemie, 51(1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Biochemie. Panamericana Medical.