Mutageniske midler, hvordan de virker, typer og eksempler



den mutagene midler, også kaldet mutagener, er molekyler af forskellig art, der forårsager ændringer i baserne, der er en del af DNA-kæderne. På denne måde forstærker tilstedeværelsen af ​​disse midler mutationshastigheden i det genetiske materiale. De er klassificeret som fysiske, kemiske og biologiske mutagener.

Mutagenese er en allestedsnærværende begivenhed i biologiske enheder, og betyder ikke nødvendigvis at blive negativ. Faktisk er det kilden til variation, der tillader evolutionær forandring.

indeks

  • 1 Hvad er en mutation?
    • 1.1 Er mutationer altid dødelige??
    • 1.2 Hvordan mutationer opstår?
  • 2 Typer af mutagene midler
    • 2.1 Kemiske mutagenser
    • 2.2 Fysiske mutagenser
    • 2.3 Biologiske mutagenser
  • 3 Hvordan virker de?: Typer af mutationer forårsaget af mutagene midler
    • 3.1 Tautomerisering af baser
    • 3.2 Indarbejdelse af analoge baser
    • 3.3 Direkte handling på baserne
    • 3.4 Tilføjelse eller sletning af baser
  • 4 referencer

Hvad er en mutation?

Inden man går ind i emnet mutagener, er det nødvendigt at forklare, hvad en mutation er. I genetik er en mutation en permanent og arvelig ændring i sekvensen af ​​nukleotider i molekylet af genetisk materiale: DNA.

Alle de oplysninger, der er nødvendige for udvikling og kontrol af en organisme, ligger i dens gener - som er fysisk lokaliseret i kromosomerne. Kromosomer er sammensat af et langt DNA-molekyle.

Generelt påvirker mutationer funktionen af ​​et gen, og det kan miste eller ændre dets funktion.

Som en ændring i DNA-sekvensen påvirker alle kopier af proteinerne, kan visse mutationer være yderst toksiske for cellen eller til kroppen generelt.

Mutationer kan forekomme ved forskellige skalaer i organismer. Punktmutationer påvirker en enkelt base i DNA, mens større mutationer kan påvirke hele områder af et kromosom.

Er mutationerne altid dødelige??

Det er ukorrekt at tro, at mutationen altid fører til dannelse af sygdomme eller patologiske tilstande for den organisme, der bærer den. Faktisk er der mutationer, der ikke ændrer proteinsekvensen. Hvis læseren ønsker bedre at forstå årsagen til denne kendsgerning, kan han læse om degenerationen af ​​den genetiske kode.

Faktisk, under lyset af den biologiske udvikling, tilstanden sine qua non for ændringen i populationer at forekomme er eksistensen af ​​variation. Denne variation stammer fra to hovedmekanismer: mutation og rekombination.

I forbindelse med den darwinske udvikling er det således nødvendigt, at der findes varianter i befolkningen - og at disse varianter har forbundet en større biologisk tilpasning.

Hvordan mutationer opstår?

Mutationer kan opstå spontant, eller de kan induceres. Den iboende kemiske ustabilitet af nitrogenholdige baser kan omdannes til mutationer, men i meget lav frekvens.

En fælles årsag til spontane punktmutationer er deaminering af cytosin til uracil i DNA-dobbelthelixen. Reproduktionsprocessen af ​​denne streng fører til en mutant datter, hvor det oprindelige GC-par er blevet erstattet af et AT-par..

Selvom DNA-replikation er en begivenhed, der forekommer med overraskende præcision, er den ikke perfekt i sin helhed. Fejl i DNA-replikation fører også til udseendet af spontane mutationer.

Derudover fører den naturlige eksponering af en organisme til bestemte miljømæssige faktorer til forekomsten af ​​mutationer. Blandt disse faktorer har vi ultraviolet stråling, ioniserende stråling, forskellige kemikalier, blandt andre.

Disse faktorer er mutagene. Dernæst vil vi beskrive klassificeringen af ​​disse stoffer, hvordan de virker og deres konsekvenser i cellen.

Typer af mutagene midler

De stoffer, der forårsager mutationer i det genetiske materiale, er meget forskellige i naturen. For det første vil vi undersøge klassificeringen af ​​mutagener og give eksempler på hver type, så vil vi forklare de forskellige måder, hvorpå mutagener kan producere ændringer i DNA-molekylet.

Kemiske mutagenser

Mutagener af kemisk art omfatter følgende kategorier af kemikalier: acridiner, nitrosaminer, epoxider, blandt andre. Der er en underklassificering for disse stoffer i:

Analog baser

Molekyler, der har strukturel lighed med nitrogenholdige baser, har evnen til at inducere mutationer; l-5-bromouracil og 2-aminopurin er de mest almindelige.

Agenter der reagerer med det genetiske materiale

Nitrosyre, hydroxylamin og en række alkyleringsmidler reagerer direkte i de baser, der udgør DNA'en, og kan ændre sig fra purin til pyrimidin og vice versa.

Interstitielle midler

Der er en række molekyler som acridiner, ethidiumbromid (meget anvendt i molekylærbiologilaboratorier) og proflavin, som har en flad molekylær struktur og klarer at komme ind i DNA-strengen.

Oxiderende reaktioner

Den normale metabolisme af cellen har som sekundærprodukt en række reaktive oxygenarter, der beskadiger cellestrukturer og også genetisk materiale.

Fysiske mutagenser

Den anden type mutagene midler er fysiske. I denne kategori finder vi de forskellige typer stråling, der påvirker DNA.

Biologiske mutagenser

Endelig har vi de biologiske mutanter. De er organismer, der kan fremkalde mutationer (inklusive dig abnormiteter i kromosomer) i vira og andre mikroorganismer.

Hvordan virker de?: Typer af mutationer forårsaget af mutagene midler

Tilstedeværelsen af ​​mutagene midler forårsager ændringer i DNA-baserne. Hvis resultatet indebærer ændring af en pyrimidin- eller pyrimidinbase til en af ​​samme kemiske natur, taler vi om en overgang.

I modsætning hertil, hvis forandringen sker mellem baser af forskellige typer (en purin af en pyrimidin eller på anden måde) kalder vi processen en transversion. Overganger kan forekomme på grund af følgende begivenheder:

Tautomerisering af baser

I kemi, er udtrykket bruges til at beskrive isomer egenskab af molekylerne med molekylformel som har forskellige kemiske strukturer. Tautomerer er isomerer, der kun adskiller sit par i stilling af en funktionel gruppe, og mellem de to former eksisterer en kemisk ligevægt.

En type tautomería er keto-enol, hvor migrering af et hydrogen forekommer og veksler mellem begge former. Der er også ændringer mellem imino og aminoform. Takket være dets kemiske sammensætning oplever DNA-baserne dette fænomen.

Adenin findes for eksempel normalt som en amino og par - normalt - med thymin. Men når den findes i sin imino-isomer (meget sjælden), parrer den med en forkert base: cytosin.

Inkorporering af analoge baser

Inkorporering af molekyler, der ligner baser, kan interferere med basisparringsmønsteret. For eksempel opfører inkorporeringen af ​​5-bromouracil (i stedet for thymin) som cytosin og fører til udskiftning af et AT-par af et CG-par.

Direkte handling på baserne

Den direkte virkning af visse mutagener kan direkte påvirke DNA-baserne. For eksempel omdanner salpetersyre adenin til et lignende molekyle, hypoxanthin, ved hjælp af en oxidativ deamineringsreaktion. Dette nye molekylepar med cytosin (og ikke med thymin, som normalt ville være adenin).

Ændringen kan også forekomme på cytosinet, og som følge af deaminering opnås uracil. Substitutionen af ​​en enkelt base i DNA har direkte konsekvenser for processerne for transkription og translation af peptidsekvensen.

Et stopkodon kan forekomme på forhånd, og oversættelsen standser for tidligt og påvirker proteinet.

Tilføjelse eller sletning af baser

Nogle mutagenser såsom interkalerende midler (blandt andet akridin) og ultraviolet stråling har evnen til at modificere nukleotidkæden.

Ved interkalerende midler

Som nævnt er interkaleringsmidlerne flade molekyler og har evnen til indskudt (dermed dets navn) mellem bunden af ​​strengen, forvrider det.

På tidspunktet for replikation fører denne deformation i molekylet til sletning (dvs. tab) eller indsættelse af baser. Når DNA taber baser eller nye er tilføjet, påvirkes den åbne læseramme.

Husk at den genetiske kode indebærer læsning af tre nukleotider, der koder for en aminosyre. Hvis vi tilføjer eller fjerner nukleotider (i et tal, der ikke er 3), vil al DNA-læsning blive påvirket, og proteinet vil være helt anderledes.

Disse typer af mutationer kaldes ramme skift eller ændringer i sammensætningen af ​​tripletterne.

Ultraviolet stråling

Ultraviolet stråling er et mutagent middel og er en normal ikke-ioniserende komponent af almindeligt sollys. Imidlertid er komponenten med den højeste mutagene hastighed fanget af ozonlaget af Jordens atmosfære.

DNA-molekylet absorberer stråling, og dannelsen af ​​pyrimidindimerer forekommer. Det vil sige, pyrimidinbaser er bundet af kovalente bindinger.

Tilstødende thyminer i DNA-strengen kan slutte til dannelse af thymdimere. Disse strukturer påvirker også replikationsprocessen.

I nogle organismer, såsom bakterier, kan disse dimerer repareres takket være tilstedeværelsen af ​​et reparativt enzym kaldet fotoliase. Dette enzym bruger synligt lys til at konvertere dimerne til to separate baser.

Imidlertid er nukleotid excision reparation ikke begrænset til fejl forårsaget af lys. Reparationsmekanismen er omfattende, og kan reparere skader forårsaget af forskellige faktorer.

Når mennesker udsætter os for meget for solen, får vores celler for store mængder ultraviolet stråling. Konsekvensen er dannelsen af ​​thymdimere og kan forårsage hudkræft.

referencer

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Væsentlig cellebiologi. Garland Science.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2000). Cellen: Molekylær tilgang. Sinauer Associates.
  3. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Invitation til biologi. Macmillan.
  4. Karp, G. (2009). Celle- og molekylærbiologi: begreber og eksperimenter. John Wiley & Sons.
  5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J. E., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molekylcellebiologi. Macmillan.
  6. Singer, B., & Kusmierek, J. T. (1982). Kemisk mutagenese. Årlig gennemgang af biokemi, 51(1), 655-691.
  7. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). biokemi. Ed. Panamericana Medical.