МУТАГЕННИ АГЕНТИ: КАК РАБОТЯТ, ВИДОВЕ И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На мутагенни агенти, също известни мутагени, са молекули с различен характер, че да предизвика промени в базите, които са част от нишките на ДНК. По този начин присъствието на тези агенти усилва скоростта на мутация в генетичния материал. Те се класифицират на физически, химични и биологични мутагени.

Мутагенезата е повсеместно събитие в биологичните образувания и не е непременно да се превърне в негативни промени. Всъщност източникът на вариация позволява еволюционната промяна.

ДНК може да се повреди от UV светлина.

Източник: производна работа: Mouagip (беседа) DNA_UV_mutation.gif: НАСА / Дейвид ХерингТози W3C-неопределено векторно изображение е създадено с Adobe Illustrator.

Какво е мутация?

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

Цялата информация, необходима за развитието и контрола на един организъм, се намира в неговите гени - които са физически разположени върху хромозомите. Хромозомите са изградени от една дълга молекула ДНК.

Мутациите като цяло засягат функцията на даден ген и той може да загуби или промени функцията си.

Тъй като промяна в последователността на ДНК засяга всички копия на протеини, определени мутации могат да бъдат изключително токсични за клетката или за организма като цяло.

Мутациите могат да възникнат в различни мащаби в организмите. Точковите мутации засягат една база в ДНК, докато мутациите с по-голям мащаб могат да засегнат цели участъци на хромозома.

Мутациите винаги ли са смъртоносни?

Неправилно е да се смята, че мутацията винаги води до генериране на заболявания или патологични състояния на 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 прочете за изродеността на генетичния код.

Всъщност, в светлината на биологичната еволюция, условието за промяна в популациите е наличието на вариация. Тази промяна възниква от два основни механизма: мутация и рекомбинация.

По този начин в контекста на дарвинистката еволюция е необходимо да има варианти в популацията - и тези варианти да бъдат свързани с по-голяма биологична годност.

Как възникват мутациите?

Мутациите могат да възникнат спонтанно или могат да бъдат предизвикани. Вътрешната химическа нестабилност на азотните основи може да доведе до мутации, но с много ниска честота.

Честа причина за спонтанните точкови мутации е дезаминиране на цитозин до урацил в ДНК двойната спирала. Процесът на репликация на тази нишка води до мутантна дъщеря, където оригиналната GC двойка е заменена от AT двойка.

Въпреки че репликацията на ДНК е събитие, което се случва с изненадваща точност, то не е напълно перфектно. Грешките в репликацията на ДНК също водят до спонтанни мутации.

Освен това естественото излагане на организма на определени фактори от околната среда води до появата на мутации. Сред тези фактори имаме ултравиолетово лъчение, йонизиращо лъчение, различни химикали, между другото.

Тези фактори са мутагени. По-долу ще опишем класификацията на тези агенти, как те действат и техните последици 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 това ще обясним различните начини, по които мутагените могат да причинят промени в молекулата на ДНК.

Химични мутагени

Мутагените от химическо естество включват следните класове химикали: акридини, нитрозамини, епоксиди, между другото. Има подкласификация на тези агенти в:

Аналогови бази

Молекулите, които показват структурно сходство с азотните основи, имат способността да индуцират мутации; сред най-често срещаните са 5-бромоурацил и 2-аминопурин.

Агенти, които реагират с генетичен материал

Азотната киселина, хидроксиламинът и редица алкилиращи агенти реагират директно върху основите, които съставят ДНК и могат да се променят от пурин в пиримидин и обратно.

Интерхегенти

Има серия от молекули като акридини, етидиев бромид (широко използван в лаборатории 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, а също и генетичния материал.

Физически мутагени

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

Биологични мутагени

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

Как работят?: Видове мутации, причинени от мутагенни агенти

Наличието на мутагенни агенти причинява промени в основите на ДНК. Ако резултатът включва промяна на пурикова или пиримидинова основа за един и същ химичен характер, ние говорим за преход.

За разлика от това, ако промяната се случи между основи от различни типове (пурин за пиримидин или обратното), ние наричаме процеса трансверсия. Преходи могат да възникнат за следните събития:

Базова тавтомеризация

В химията терминът изомер се използва за описание на свойството на молекулите с една и съща молекулна формула да имат различни химични структури. Тавтомерите са изомери, които се различават само от връстниците си по позицията на функционална група, а между двете форми има химическо равновесие.

Един вид тавтомеризъм е кето-енол, при който се случва миграцията на водород и се редува между двете форми. Има промени и между имино към амино форма. Благодарение на своя химичен състав, основите на ДНК изпитват това явление.

Например, аденинът обикновено се намира като амино, а двойки - нормално - с тимин. Въпреки това, когато е в своя имино изомер (много рядко), той се сдвоява с грешна основа: цитозин.

Включване на аналогични бази

Включването на молекули, които приличат на бази, може да наруши модела на сдвояване на основата. Например, включването на 5-броморацил (вместо тимин) се държи като цитозин и води до заместване на AT двойка с CG двойка.

Директно действие върху основите

Директното действие на някои мутагени може да повлияе директно върху основите на ДНК. Например, азотната киселина превръща аденина в подобна молекула, хипоксантин, чрез реакция на окислително дезаминиране. Тази нова молекула се съчетава с цитозин (а не с тимин, както обикновено би имал аденин).

Промяната може да се случи и на цитозин, а урацил се получава като продукт на дезаминиране. Еднократното заместване на базата в ДНК има директни последствия върху процесите на транскрипция и транслация на пептидната последователност.

Стоп кодон може да се появи рано и преводът спира преждевременно, засягайки протеина.

Добавяне или изтриване на бази

Някои мутагени като интеркалиращи агенти (акридин, между другото) и ултравиолетово лъчение имат способността да променят нуклеотидната верига.

Чрез интеркалиране на агенти

Както споменахме, агентите за нагряване са плоски молекули и те имат способността да се преплитат (оттук и името им) между основите на нишката, изкривявайки я.

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

Спомнете си, че генетичният код включва четенето на три нуклеотида, които кодират аминокиселина. Ако добавим или премахнем нуклеотиди (в число, което не е 3), всички показания на ДНК ще бъдат засегнати и протеинът ще бъде напълно различен.

Тези видове мутации се наричат ​​изместване на рамката или промени в състава на тройките.

Ултравиолетова радиация

Ултравиолетовото лъчение е мутагенно средство и е нормален нейонизиращ компонент на обикновената слънчева светлина. Компонентът с най-висока мутагенна скорост обаче се улавя от озоновия слой на земната атмосфера.

ДНК молекулата абсорбира радиация и възниква образуването на пиримидинови димери. Тоест, пиримидиновите основи са свързани чрез ковалентни връзки.

Съседни тимини на нишката на ДНК могат да се присъединят и да образуват тиминови димери. Тези структури също влияят върху процеса на репликация.

В някои организми, като бактерии, тези димери могат да бъдат поправени благодарение на наличието на възстановяващ ензим, наречен фотоляза. Този ензим използва видима светлина, за да превърне димерите в две отделни основи.

Възстановяването на нуклеотидната ексцизия обаче не се ограничава до грешки, причинени от светлина. Механизмът за ремонт е обширен и може да поправи щети, причинени от различни фактори.

Когато хората ни преекспонират на слънцето, клетките ни получават прекомерно количество ултравиолетова радиация. Следствието е генерирането на диминови тимери и те могат да причинят рак на кожата.

Препратки

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Съществена клетъчна биология. Garland Science.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). Клетката: Молекулен подход. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Покана за биология. Macmillan.
4. Карп, Г. (2009). Клетъчна и молекулярна биология: концепции и експерименти. John Wiley & Sons.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Молекулярно-клетъчна биология. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, JT (1982). Химична мутагенеза. Годишен преглед на биохимията, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Биохимия. Panamerican Medical Ed.