Mutagene agenter hvordan de fungerer, typer og eksempler



den mutagene midler, også kalt mutagener, er molekyler av forskjellig natur som forårsaker endringer i basene som er en del av DNA-kjedene. På denne måten forsterker nærværet av disse midlene mutasjonshastigheten i det genetiske materialet. De er klassifisert som fysiske, kjemiske og biologiske mutagene.

Mutagenese er en allestedsnærværende hendelse i biologiske enheter, og oversetter ikke nødvendigvis til negative endringer. Faktisk er det kilden til variasjon som tillater evolusjonær endring.

index

  • 1 Hva er en mutasjon?
    • 1.1 Er mutasjoner alltid dødelige??
    • 1.2 Hvordan mutasjoner oppstår?
  • 2 Typer mutagene midler
    • 2.1 Kjemiske mutagenser
    • 2.2 Fysiske mutagenser
    • 2.3 Biologiske mutagenser
  • 3 Hvordan virker de?: Typer mutasjoner forårsaket av mutagene midler
    • 3.1 Tautomerisering av baser
    • 3.2 Inkorporering av analoge baser
    • 3.3 Direkte tiltak på basene
    • 3.4 Tillegg eller sletting av baser
  • 4 referanser

Hva er en mutasjon?

Før du går inn i emnet mutagenser, er det nødvendig å forklare hva en mutasjon er. I genetikk er en mutasjon en permanent og arvelig forandring i sekvensen av nukleotider i molekylet av genetisk materiale: DNA.

All informasjon som er nødvendig for utvikling og kontroll av en organisme ligger i sine gener - som er fysisk lokalisert i kromosomene. Kromosomer er sammensatt av et langt DNA-molekyl.

Vanligvis påvirker mutasjoner funksjonen til et gen, og det kan miste eller endre funksjonen.

Ettersom en forandring i DNA-sekvensen påvirker alle kopier av proteinene, kan visse mutasjoner være ekstremt giftige for cellen eller til kroppen generelt.

Mutasjoner kan forekomme i forskjellige skalaer i organismer. Punktmutasjoner påvirker en enkelt base i DNA, mens større mutasjoner kan påvirke hele områder av et kromosom.

Er mutasjonene alltid dødelige??

Det er feil å tro at mutasjonen alltid fører til generering av sykdommer eller patologiske forhold for organismen som bærer den. Faktisk er det mutasjoner som ikke endrer sekvensen av proteiner. Hvis leseren ønsker å bedre forstå årsaken til dette faktum, kan han lese om degenerasjonen av den genetiske koden.

Faktisk, under lyset av den biologiske utviklingen, tilstanden sine qua non for endringen i populasjoner som skal forekomme er eksistensen av variasjon. Denne variasjonen oppstår fra to hovedmekanismer: mutasjon og rekombinasjon.

Dermed er det i sammenheng med darwinistisk evolusjon nødvendig at det finnes varianter i befolkningen - og at disse variantene har knyttet en større biologisk tilpasning.

Hvordan mutasjoner oppstår?

Mutasjoner kan oppstå spontant, eller de kan induseres. Den inneboende kjemiske ustabiliteten til nitrogenbaserte baser kan omsettes til mutasjoner, men i svært lav frekvens.

En vanlig årsak til spontane punktmutasjoner er deaminering av cytosin til uracil i DNA-dobbelthelixen. Replikeringsprosessen av denne strengen fører til en mutant datter, hvor det opprinnelige GC-paret har blitt erstattet av et AT-par..

Selv om DNA-replikasjon er en hendelse som oppstår med overraskende presisjon, er det ikke perfekt i sin helhet. Feil i DNA-replikasjon fører også til utseende av spontane mutasjoner.

I tillegg fører den naturlige eksponeringen av en organisme til bestemte miljøfaktorer til forekomsten av mutasjoner. Blant disse faktorene har vi ultraviolett stråling, ioniserende stråling, ulike kjemikalier, blant annet.

Disse faktorene er mutagene. Neste vil vi beskrive klassifiseringen av disse stoffene, hvordan de virker og deres konsekvenser i cellen.

Typer av mutagene midler

Agenter som forårsaker mutasjoner i det genetiske materialet er meget varierte i naturen. Først vil vi undersøke klassifiseringen av mutagener og gi eksempler på hver type, da vil vi forklare de forskjellige måtene mutagene kan produsere endringer i DNA-molekylet.

Kjemiske mutagene

Mutagene av kjemisk natur inkluderer følgende klasser av kjemikalier: akridiner, nitrosaminer, epoksyder, blant andre. Det er en underklassifisering for disse stoffene i:

Analog baser

Molekyler som har strukturell likhet med nitrogenbaserte baser har evnen til å indusere mutasjoner; l 5-bromouracil og 2-aminopurin er de vanligste.

Agenter som reagerer med det genetiske materialet

Nitrosyre, hydroksylamin og en rekke alkyleringsmidler reagerer direkte i basene som utgjør DNA og kan forandres fra purin til pyrimidin og vice versa.

Interstitielle midler

Det finnes en rekke molekyler som akridiner, etidiumbromid (mye brukt i molekylærbiologilaboratorier) og proflavin, som har en flat molekylær struktur og klarer å gå inn i DNA-strengen.

Oksidasjonsreaksjoner

Den normale metabolismen av cellen har som sekundærprodukt en rekke reaktive oksygenarter som ødelegger cellestrukturer og også genetisk materiale.

Fysiske mutagenser

Den andre typen mutagene midler er fysisk. I denne kategorien finner vi de forskjellige typer stråling som påvirker DNA.

Biologiske mutagene

Til slutt har vi de biologiske mutantene. De er organismer som kan indusere mutasjoner (inkludert anomalier på nivået av kromosomer) i virus og andre mikroorganismer.

Hvordan virker de?: Typer mutasjoner forårsaket av mutagene midler

Tilstedeværelsen av mutagene midler forårsaker endringer i DNA-basene. Hvis resultatet innebærer endring av en pyrimidin- eller pyrimidinbase til en av samme kjemiske natur, snakker vi om en overgang.

I motsetning til dette, hvis endringen skjer mellom baser av forskjellige typer (en purin av en pyrimidin eller på annen måte), kaller vi prosessen en transversjon. Overganger kan oppstå på grunn av følgende hendelser:

Tautomerisering av baser

I kjemi brukes termen isomer til å beskrive egenskapen til molekyler med samme molekylformel for å presentere forskjellige kjemiske strukturer. Tautomerer er isomerer som bare er forskjellig fra paret i en funksjonsgruppe, og mellom de to formene er det en kjemisk likevekt.

En type tautomeria er keto-enol, hvor migrasjon av et hydrogen forekommer og veksler mellom begge former. Det er også endringer mellom imino og aminosyre. Takket være sin kjemiske sammensetning opplever DNA-basene dette fenomenet.

For eksempel er adenin vanligvis funnet som en amino og par - normalt - med tymin. Men når den er funnet i sin imino-isomer (veldig sjelden), parrer den med en feil base: cytosin.

Inkorporering av analoge baser

Innlemmelsen av molekyler som ligner baser kan forstyrre baseparingsmønsteret. For eksempel oppfører inkorporering av 5-bromouracil (i stedet for tymin) som cytosin og fører til erstatning av et AT-par av et CG-par.

Direkte handling på basene

Den direkte virkning av visse mutagener kan direkte påvirke DNA-basene. For eksempel omdanner salpetersyre adenin til et lignende molekyl, hypoksantin, ved hjelp av en oksidativ deaminasjonsreaksjon. Dette nye molekylparet med cytosin (og ikke med tymin, som normalt ville være adenin).

Endringen kan også forekomme på cytosinet, og som følge av deaminering oppnås uracil. Substitusjonen av en enkelt base i DNA har direkte konsekvenser for prosessene for transkripsjon og oversettelse av peptidsekvensen.

Et stoppkodon kan vises på forhånd, og oversettelsen stopper for tidlig, og påvirker proteinet.

Tillegg eller sletting av baser

Noen mutagene som interkalerende midler (blant annet akridin) og ultrafiolett stråling har evnen til å modifisere nukleotidkjeden.

Ved interkaleringsmidler

Som nevnt er interkaleringsmidlene flate molekyler og har evnen til innskutte (dermed navnet) mellom basen av strengen, forvrenger den.

På tidspunktet for replikasjon fører denne deformasjonen i molekylet til sletting (dvs. tap) eller innsetting av baser. Når DNA mister baser eller nye blir lagt til, påvirkes den åpne leserammen.

Husk at den genetiske koden innebærer lesing av tre nukleotider som kodes for en aminosyre. Hvis vi legger til eller fjerner nukleotider (i et tall som ikke er 3), vil all DNA-lesing bli påvirket, og proteinet vil bli helt annerledes.

Disse typer mutasjoner kalles rammeforskyvning eller endringer i sammensetningen av triplettene.

Ultrafiolett stråling

Ultrafiolett stråling er et mutagent middel, og er en vanlig ikke-ioniserende komponent av vanlig sollys. Imidlertid er komponenten med den høyeste mutagene frekvensen fanget av ozonlaget av jordens atmosfære.

DNA-molekylet absorberer stråling og dannelsen av pyrimidindimer forekommer. Det vil si, pyrimidinbaser er bundet av kovalente bindinger.

Tilgrensende tyminer i DNA-strengen kan bli sammen for å danne tymindimerer. Disse strukturene påvirker også replikasjonsprosessen.

I noen organismer, som bakterier, kan disse dimers repareres takket være tilstedeværelsen av et reparativt enzym som kalles fotoliase. Dette enzymet bruker synlig lys for å konvertere dimers til to separate baser.

Imidlertid er nukleotidutskriftsreparasjon ikke begrenset til feil forårsaket av lys. Reparasjonsmekanismen er omfattende, og kan reparere skader forårsaket av ulike faktorer.

Når mennesker eksponerer oss for mye til solen, mottar cellene våre store mengder ultrafiolett stråling. Konsekvensen er genereringen av tymin dimerer og kan forårsake hudkreft.

referanser

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Nødvendig cellebiologi. Garland Science.
  2. Cooper, G. M., og Hausman, R. E. (2000). Cellen: Molekylær tilnærming. Sinauer Associates.
  3. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Invitasjon til biologi. Macmillan.
  4. Karp, G. (2009). Cell- og molekylærbiologi: konsepter og eksperimenter. John Wiley & Sons.
  5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J. E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekylærcellebiologi. Macmillan.
  6. Sanger, B., & Kusmierek, J. T. (1982). Kjemisk mutagenese. Årlig gjennomgang av biokjemi, 51(1), 655-691.
  7. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). biokjemi. Ed. Panamericana Medical.