MUTAGENNÍ AGENTI: JAK FUNGUJÍ, TYPY A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Tyto mutagenní látky, známé také mutageny, jsou molekuly o různé povahy, které způsobují změnu bází, které tvoří část řetězců DNA. Tímto způsobem přítomnost těchto činidel zvyšuje rychlost mutace v genetickém materiálu. Jsou rozděleny do fyzikálních, chemických a biologických mutagenů.

Mutageneze je všudypřítomná událost v biologických entitách a nemusí se nutně projevit v negativních změnách. Ve skutečnosti je to zdroj variací, který umožňuje evoluční změnu.

DNA může být poškozena UV zářením.

Zdroj: odvozená práce: Mouagip (diskuse) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David HerringTento vektorový obrázek W3C byl vytvořen pomocí programu Adobe Illustrator.

Co je to mutace?

Než se pustíme do předmětu mutagenů, je nutné vysvětlit, co je mutace. V genetice je mutace trvalou a dědičnou změnou sekvence nukleotidů v molekule genetického materiálu: DNA.

Všechny informace potřebné pro vývoj a kontrolu organismu spočívají v jeho genech - které jsou fyzicky umístěny na chromozomech. Chromozomy jsou tvořeny jednou dlouhou molekulou DNA.

Mutace obecně ovlivňují funkci genu a mohou ztratit nebo změnit svou funkci.

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

Mutace mohou nastat 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?

Není správné si myslet, že mutace vždy vede ke vzniku nemocí nebo patologických stavů pro organismus, který ji nese. Ve skutečnosti existují mutace, které nemění sekvenci proteinů. Pokud chce čtenář lépe porozumět příčině této skutečnosti, může si přečíst o degeneraci genetického kódu.

Ve skutečnosti je s ohledem na biologický vývoj podmínkou sine qua non, aby došlo ke změně populace, existence variace. Tato variace vyplývá ze dvou hlavních mechanismů: mutace a rekombinace.

V souvislosti s darwinovským vývojem je tedy nutné, aby v populaci existovaly varianty - a aby tyto varianty měly s nimi spojenou větší biologickou přiměřenost.

Jak vznikají mutace?

Mutace mohou vzniknout spontánně nebo mohou být indukovány. Vnitřní chemická nestabilita dusíkatých bází může vést k mutacím, ale na velmi nízké frekvenci.

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

Ačkoli replikace DNA je událostí, která se objevuje s překvapivou přesností, není zcela dokonalá. Chyby v replikaci DNA také vedou ke spontánním mutacím.

Kromě toho přirozená expozice organismu určitým faktorům prostředí vede k výskytu mutací. Mezi tyto faktory patří mimo jiné ultrafialové záření, ionizující záření, různé chemikálie.

Tyto faktory jsou mutageny. Níže popíšeme klasifikaci těchto agentů, jejich působení a jejich důsledky v buňce.

Druhy mutagenních látek

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

Chemické mutageny

Mezi mutageny chemické povahy patří následující třídy chemikálií: akridiny, nitrosaminy, epoxidy. U těchto agentů existuje subklasifikace v:

Analogické báze

Molekuly, které vykazují strukturní podobnost s dusíkatými bázemi, mají schopnost indukovat mutace; mezi nejčastější patří 1 5-bromouracil a 2-aminopurin.

Činidla, která reagují s genetickým materiálem

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

Interheating agenti

Existuje 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 druhů kyslíku, které poškozují buněčné struktury a také genetický materiál.

Fyzické mutageny

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

Biologické mutageny

A konečně máme biologické mutanty. Jsou to organismy, které mohou vyvolat mutace (včetně abnormalit na chromozomální úrovni) u virů a dalších mikroorganismů.

Jak fungují?: Typy mutací způsobených mutagenními agenty

Přítomnost mutagenních látek způsobuje změny v základech DNA. Pokud výsledek zahrnuje změnu purické nebo pyrimidinové báze pro stejnou chemickou povahu, mluvíme o přechodu.

Naopak, pokud dojde ke změně mezi bázemi různých typů (purin pro pyrimidin nebo naopak), nazýváme tento proces transverzí. Přechody mohou nastat pro následující události:

Základní tautomerizace

V chemii se termín isomer používá k popisu vlastností molekul se stejným molekulárním vzorcem, které mají různé chemické struktury. Tautomery jsou izomery, které se liší pouze od svých vrstevníků v poloze funkční skupiny, a mezi těmito dvěma formami existuje chemická rovnováha.

Jeden typ tautomerismu je keto-enol, kde dochází k migraci vodíku a střídá se mezi oběma formami. Existují také změny mezi imino na amino formu. Díky tomuto chemickému složení zažívají základy DNA tento jev.

Například adenin se obvykle vyskytuje jako aminoskupina a páry - obvykle - s tyminem. Když je však ve svém iminovém isomeru (velmi vzácný), spáruje se špatnou bází: cytosinem.

Začlenění analogických bází

Začlenění molekul, které se podobají bázím, může narušit vzorec párování bází. Například začlenění 5-bromouracilu (místo thyminu) se chová jako cytosin a vede k nahrazení AT páru CG párem.

Přímé působení na základnách

Přímé působení určitých mutagenů může přímo ovlivnit základy DNA. Například kyselina dusitá přeměňuje adenin na podobnou molekulu, hypoxanthin, oxidační deaminační reakcí. Tato nová molekula se spáruje s cytosinem (a ne s thyminem, jak by normálně adenin).

Ke změně může dojít také na cytosinu a uracil je získán jako produkt deaminace. Substituce na jedné bázi v DNA má přímé důsledky na procesy transkripce a translace peptidové sekvence.

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

Přidání nebo odstranění základů

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

Interkalačními činidly

Jak jsme již zmínili, interheating agenti jsou ploché molekuly, a oni mají schopnost intercalate (odtud jejich jméno) mezi základnami řetězce, deformovat to.

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

Připomeňme, že genetický kód zahrnuje odečet tří nukleotidů, které kódují aminokyselinu. Pokud přidáme nebo odebereme nukleotidy (v počtu, který není 3), bude ovlivněna celá DNA, a protein bude úplně odlišný.

Tyto typy mutací se nazývají posun rámce nebo změny ve složení trojic.

Ultrafialová radiace

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

Molekula DNA absorbuje záření a dochází k tvorbě pyrimidinových dimerů. To znamená, že pyrimidinové báze jsou spojeny pomocí kovalentních vazeb.

Sousedící tyminy na řetězci DNA se mohou spojit a tvořit dimery thyminu. Tyto struktury také ovlivňují proces replikace.

U některých organismů, jako jsou bakterie, mohou být tyto dimery opraveny díky přítomnosti opravujícího enzymu zvaného fotolyáza. Tento enzym používá viditelné světlo k přeměně dimerů na dvě oddělené báze.

Oprava nukleotidové excize však není omezena na chyby způsobené světlem. Opravný mechanismus je rozsáhlý a může opravit poškození způsobené různými faktory.

Když nás lidé nadměrně vystavují slunci, přijímají naše buňky nadměrné množství ultrafialového záření. Důsledkem je tvorba dimerů tyminu a mohou způsobit rakovinu kůže.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Základní buněčná biologie. Věnec věnec.
2. Cooper, GM, a Hausman, RE (2000). Buňka: Molekulární přístup. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Pozvánka k biologii. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Buněčná a molekulární biologie: koncepce a experimenty. John Wiley a synové.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Biologie molekulárních buněk. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, JT (1982). Chemická mutageneze. Roční přehled biochemie, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemie. Panamerican Medical Ed.