МУТАГЕНА СРЕДСТВА: КАКО ДЕЛУЈУ, ВРСТЕ И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЈА - 2025

У мутагене агенси, познати и мутагени су молекули једног другачије природе да узрок промене у базама које чине део ланаца ДНК. На овај начин, присуство ових средстава повећава брзину мутације у генетском материјалу. Класификовани су у физичке, хемијске и биолошке мутагене.

Мутагенеза је свеприсутни догађај у биолошким ентитетима и не мора се нужно претворити у негативне промене. У ствари, извор варијације који омогућава еволуцијске промене.

ДНК се може оштетити УВ светлошћу.
Извор: изведени рад: Моуагип (разговор) ДНА_УВ_мутатион.гиф: НАСА / Давид ХеррингОва векторска слика за коју В3Ц није утврђена је креирана уз Адобе Иллустратор.

Шта је мутација?

Пре него што пређемо на тему мутагена, потребно је објаснити шта је то мутација. У генетици, мутација је трајна и наследна промена у низу нуклеотида у молекули генетског материјала: ДНК.

Све информације потребне за развој и контролу организма налазе се у његовим генима - који се физички налазе на хромозомима. Хромосоми се састоје од једног дугог молекула ДНК.

Мутације опћенито утичу на функцију гена и он може изгубити или промијенити функцију.

Пошто промена ДНК секвенце утиче на све копије протеина, одређене мутације могу бити изузетно токсичне за ћелију или за тело уопште.

Мутације се могу појавити у различитим нивоима у организмима. Тачкасте мутације утичу на једну базу у ДНК, док мутације већег обима могу да утичу на читаве области хромозома.

Јесу ли мутације увијек смртоносне?

Погрешно је мишљење да мутација увек доводи до стварања болести или патолошких стања организма који је носи. У ствари, постоје мутације које не мењају низ протеина. Ако читалац жели боље да схвати разлог ове чињенице, може да прочита о дегенерирању генетског кода.

У ствари, под светлошћу биолошке еволуције, услов за промену популације је постојање варијације. Ова варијација настаје из два главна механизма: мутације и рекомбинације.

Према томе, у контексту дарвинске еволуције, потребно је да у популацији постоје варијанте - и да ове варијанте имају већу биолошку адекватност с њима.

Како настају мутације?

Мутације могу настати спонтано или се могу индуцирати. Унутрашња хемијска нестабилност азотних база може резултирати мутацијама, али на врло ниској фреквенцији.

Чест узрок спонтаних мутација тачака је деаминација цитозина у урацил у двострукој спирали ДНК. Процес репликације овог ланца доводи до мутиране ћерке, где је оригинални ГЦ пар замењен АТ паром.

Иако је репликација ДНК догађај који се дешава са изненађујућом прецизношћу, није у потпуности савршен. Грешке у репликацији ДНК такође доводе до спонтаних мутација.

Надаље, природно излагање организма одређеним факторима окружења доводи до појаве мутација. Међу тим факторима имамо ултраљубичасто зрачење, јонизујуће зрачење, разне хемијске супстанце.

Ови фактори су мутагени. У наставку ћемо описати класификацију ових узрочника, како дјелују и њихове посљедице у ћелији.

Врсте мутагених средстава

Агенти који изазивају мутације у генетском материјалу су веома разнолике природе. Прво ћемо истражити класификацију мутагена и дати примере сваке врсте, а затим ћемо објаснити различите начине на које мутагени могу изазвати промене у молекули ДНК.

Хемијски мутагени

Мутагени хемијске природе укључују следеће класе хемикалија: акридини, нитрозамини, епоксиди, између осталог. За ове агенсе постоји подкласификација:

Аналогне базе

Молекули који показују структурну сличност са азотним базама имају могућност индуцирања мутација; међу најчешћим су л5-бромурацил и 2-аминопурин.

Средства која реагирају са генетским материјалом

Азотна киселина, хидроксиламин и бројни алкилациони агенси реагују директно на базама које чине ДНК и могу се мењати из пурина у пиримидин и обрнуто.

Средства за загревање

Постоји низ молекула као што су акридини, етидијев бромид (који се широко користи у лабораторијама за молекуларну биологију) и профлавин, који имају равну молекуларну структуру и успевају да уђу у ланац ДНК.

Оксидативне реакције

Нормалан метаболизам ћелије има као секундарни производ низ реактивних кисеоничких врста које оштећују ћелијске структуре, а такође и генетски материјал.

Физички мутагени

Друга врста мутагених агенаса су физичка. У овој категорији налазимо различите врсте зрачења које утичу на ДНК.

Биолошки мутагени

И на крају, имамо биолошке мутанте. То су организми који могу изазвати мутације (укључујући абнормалности на нивоу хромозома) у вирусима и другим микроорганизмима.

Како дјелују?: Врсте мутација узрокованих мутагеним узрочницима

Присуство мутагених агенаса изазива промене у базама ДНК. Ако резултат укључује промену пурске или пиримидинске базе за једну исту хемијску природу, говоримо о прелазу.

Супротно томе, ако се промена догоди између база различитих врста (пурин за пиримидин или супротно), поступак називамо трансверзијом. Прелази се могу догодити за следеће догађаје:

Основна таутомеризација

У хемији се израз изомер користи за описивање својстава молекула са истом молекуларном формулом да имају различите хемијске структуре. Таутомери су изомери који се од вршњака разликују само по положају функционалне групе, а између два облика постоји хемијска равнотежа.

Једна врста таутомеризма је кето-енол, где долази до миграције водоника и мења се између оба облика. Такође постоје промене између имино у амино облик. Захваљујући свом хемијском саставу, базе ДНК доживљавају ову појаву.

На пример, аденин се обично налази као амино, а парови - нормално - са тимином. Међутим, када се налази у свом имино изомеру (веома ретко), пари се са погрешном базом: цитозином.

Укључивање аналогних база

Укључивање молекула који подсећају на базе може да поремети образац упаривања базе. На пример, уградња 5-бромурацила (уместо тимина) понаша се попут цитозина и доводи до замене АТ пара ЦГ паром.

Директна акција на основама

Директно деловање одређених мутагена може директно утицати на базе ДНК. На пример, азотна киселина претвара аденин у сличан молекул, хипоксантин, реакцијом оксидативне деаминације. Овај нови молекул се спаја са цитозином (а не тимином, као што би аденин нормално).

Промјена се може догодити и на цитозину, а урацил се добија као продукт деаминације. Супституција једне базе у ДНК има директне последице на процесе транскрипције и превођења пептидне секвенце.

Стоп кодон може се појавити рано, а превођење се заустави прерано, утичући на протеин.

Додавање или брисање база

Неки мутагени као што су интеркалирајућа средства (између осталог и акридин) и ултраљубичасто зрачење имају способност модификације нуклеотидног ланца.

Међусобним средствима

Као што смо споменули, агенси за интерхеинг су равни молекули и они имају способност да се пресијецају (отуда и њихово име) између база нити, изобличујући га.

У тренутку репликације, ова деформација у молекули доводи до брисања (тј. До губитка) или убацивања база. Када ДНК изгуби базе или се додају нове, утиче се на отворени оквир за читање.

Подсјетимо да генетски код укључује читање три нуклеотида који кодирају аминокиселину. Ако додамо или уклонимо нуклеотиде (у броју који није 3) утицаће све читање ДНК, а протеин ће бити потпуно другачији.

Ове врсте мутација називају се помицање оквира или промјена састава троструких.

Ултра - љубичасто зрачење

Ултраљубичасто зрачење је мутагено средство и нормално је нејонизујућа компонента обичне сунчеве светлости. Међутим, компонента са највећом мутагеном стопом је заробљена у озонском омотачу Земљине атмосфере.

Молекул ДНК апсорбује зрачење и долази до формирања пиримидинских димера. Односно, пиримидинске базе су повезане ковалентним везама.

Суседни тимини на ланцу ДНК могу се придружити да би формирали тимер димере. Ове структуре такође утичу на процес репликације.

У неким организмима, као што су бактерије, ови димери се могу поправити захваљујући присуству ензима који се поправља под називом фотолиаза. Овај ензим користи видљиву светлост да би димер претворио у две одвојене базе.

Међутим, поправак нуклеотидне ексцизије није ограничен на грешке изазване светлошћу. Механизам поправке је опсежан и може да поправи штету узроковану различитим факторима.

Када нас људи прекомерно излажу сунцу, наше ћелије примају превелику количину ултраљубичастог зрачења. Последица тога је стварање тиминских димера и они могу изазвати рак коже.

Референце

1. Албертс, Б., Браи, Д., Хопкин, К., Јохнсон, АД, Левис, Ј., Рафф, М.,… и Валтер, П. (2015). Битна ћелијска биологија. Гарланд Сциенце.
2. Цоопер, ГМ и Хаусман, РЕ (2000). Ћелија: Молекуларни приступ. Синауер Ассоциатес.
3. Цуртис, Х., Барнес, НС (1994). Позив на биологију. Мацмиллан.
4. Карп, Г. (2009). Ћелијска и молекуларна биологија: концепти и експерименти. Јохн Вилеи & Сонс.
5. Лодисх, Х., Берк, А., Дарнелл, ЈЕ, Каисер, Калифорнија, Криегер, М., Сцотт, МП,… & Матсудаира, П. (2008). Молекуларна ћелијска биологија. Мацмиллан.
6. Сингер, Б., и Кусмиерек, ЈТ (1982). Хемијска мутагенеза. Годишњи преглед биохемије, 51 (1), 655-691.
7. Воет, Д. и Воет, ЈГ (2006). Биохемија. Панамерицан Медицал Ед.