Kaip gali sukelti mutacijas?

Atsakykite į: Kaip gali sukelti mutacijas?

Mutacijas gali sukelti daugelis agentų, vadinamų mutagenais. Tai gali būti cheminiai mutagenai ir spinduliuotės, pvz., Rentgeno spinduliai, spinduliai ir UV spinduliai.

Image Courtesy: iovs.org/content/47/2/475/F2.large.jpg

Mutacijos yra sukuriamos molekuliniu lygiu, keičiant nuleotidų bazę. Alternatyvas sukuria:

a) bazės išbraukimas (b) bazės inversija (c) bazių inversija ir (d) bazinių porų keitimas.

Bazinės poros pakeitimas vyksta DNR replikacijos metu, nesulaužant DNR. Tai gali būti dviejų tipų. (40.15 pav.)

a) Perėjimas:

Purinas pakeičiamas kitu purinu arba pirimidinas pakeičiamas kitu pirimidinu.

b) Perdavimas:

Purinas pakeičiamas pirimidinu.

Mutageniško poveikio, kurį sukelia įvairių tipų spinduliuotės, aptikimas pirmą kartą buvo parodytas kaip eksperimentinis zondas, skirtas keisti genų struktūrą ir funkciją. Labai sunku atskirti tiesioginį ar netiesioginį švitinimo poveikį ir analizuoti pagamintų biocheminių junginių tikslumą. Cheminiai mutagenai yra efektyvesni ir apibūdinami jų rezultatai.

Tomas ir Steinbergas nustatė, kad azoto rūgštis yra veiksminga ir sukelia mutacijas Aspergillus. Auerbachas ir Robsonas nustatė, kad mutacijas galima sukelti azoto ir sieros dujos Drosophiloje. Mutageninį aktyvumą formaldehidu, dietilsulfatu, diazometanu ir tt aptinka Rapoport. Cheminiai mutagenai žinduoliams sukelia sunkų odos dirginimą ir taip pat gali sukelti vėžį.

Yra keletas cheminių medžiagų, kurios veikia kai kuriuos organizmus, bet ne kitas. Watson ir Crick pirmiausia nurodė, kad mutacijos gali atsirasti dėl nereguliarių nukleotidų bazių vandenilio surišimo pokyčių, pvz., Adeninas paprastai turi NH2 (amino) grupę, kurioje yra vandenilio atomas, jungiantis su papildomu keto (C = O ) timino grupė. Tautomeriniame perėjime amino grupė yra pakeista į amino grupę (NH). Ši bazė dabar susieja su citozinu (vietoj timino). Tymine tautomerinis perėjimas nuo keto iki enolio (COH) forma leidžia jį susieti su guaninu (vietoj adenino) (40.16 pav.).

Jei tautomerinis poslinkis sukelia klaidą, būtina atlikti DNR replikaciją.

Pagrindiniai analogai:

Cheminė medžiaga, panaši į bazę, vadinama baziniu analogu. Jis gali būti įtrauktas į naujai sintezuotą DNR, o ne įprastą bazę. Pirimidino analogas 5-bromouracilas (5-BU) yra struktūriškai panašus į timiną. 5-chlorouracilas (5 CU) ir 5 iodouracilas (5 TV) taip pat gali pakeisti timiną DNR. 2-amino purinas (2 AP) yra įtrauktas labai mažu kiekiu, kad būtų neįmanoma nustatyti, kuris pagrindas jį pakeičia. 2, 6 diamino purinas yra labai mutageninis. 5-bromouracilas gali jungtis su adeninu, kaip ir timinas (40.17 pav.).

5-bromouracilas (5-BU) ir bromodezoksuridinas (BUdR) yra timino analogai, kurie yra keto formos, bet gali atlikti tautomerinius poslinkius; jie yra enolio forma ir poros su Guanine (G) vietoj adenino (A) (40.18 pav.). 5-BU gamina pirminės AT GC pakaitalą, arba kartais gali būti įtrauktas į enolinę formą kaip poravimo porą su guaninu ir tada grįžta į savo keto formą, kad gautų AT pakeitimą pradiniam GC. Lawley ir Brookes teigė, kad klaidas gali sukelti bazių jonizacija, o ne tautomeriniai pamainos. Šiame mechanizme pagrindas, pvz., 5-BU, praranda vandenį, paprastai susietą su 3 azoto atomu (40.19 pav. A, B). Dabar jis gali sujungti su guaninu (G).

Bazinis analogas 2 amino purinas (2 AP) rodo mutacines savybes, leidžiančias jį įtraukti kaip adenino pakaitalą, bet vėliau susieti su citozinu, arba iš pradžių susieti su citozinu ir vėliau su timinu. AP įtraukimas į guanino (G) vietą, siekiant gauti AP-C bazinę porą, sukels mutaciją vėlesnėje kartoje.

Atlikus replikaciją po 2-AP įvedimo, įvyko klaida, dėl kurios susidaro AP-T bazinė pora, skatinanti perėjimą.

Purinai ir piridinai modifikuojantys agentai:

Tarp agentų, modifikuojančių purinus ir pirimidinus, arba agentus, stabilizuojančius bazes, yra azoto oksido (HNO2), hidroksilamino ir alkilinimo agentai.

Azoto oksidas (HNO ₂ ):

Jis reaguoja su bazėmis, turinčiomis amino grupių. Jis keičia struktūrą deaminacija (amino grupės pašalinimas). Amino grupė (NH2) pakeičiama hidroksilo grupe (OH-). Azoto rūgštis deaminuoja, bazės, G, C ir A mažėja. Adenino dezaminacija sukelia hipoksantino susidarymą (40.20 pav.). Hipoksantino poros su citozinu vietoj timino. Tokiu būdu AT poravimas pakeičiamas GC poromis.

Citozino dezaminacija 6 padėtyje lemia uracilo (U) susidarymą (40.21 pav.) Ir suformuoja CG, o ne UA. Guaninas deaminuojasi į ksantiną. Ksantinas veikia kaip guaninas ir poros su citozinu, o poravimas yra XC vietoj GC. Guanino dezaminavimas neturi mutageninio poveikio (40.22 pav.). Bazinio poravimo pokytis sukelia DNR pokyčius 50% palikuonių. Gautiino dezaminacija nerodo jokių paveldimų mutacijų.

Lentelė: 40.1. Struktūrinis ir porinis DNR elgesio pokytis dėl azoto oksido deaminacijos:

Hidroksilaminas (NH2OH):

Jis reaguoja su citozinu ir guaninu, citozino hidroksilinimas amino grupėje sudaro hidroksilcitozę, kurios poros su adeninu, nes hidroksilo amino grupė turėtų būti labiau elektronegantiška nei amino grupei. Hidroksilinta molekulė yra tautomerinėje formoje, turinčioje 3 vietoje azoto vietoje esantį vandenilio atomą. Hidroksilamino poveikis „C“ gamina perėjimą baziniame poravime (40.23 pav.).

Hidrazinas (NH2NH2) pertraukia uracilo ir citozino žiedus sudaro pirazoloną ir 3-aminopirazolą. Kai DNR apdorojama hidrazinu, ji gamina „apirimidino rūgštį“. Kai RNR gydoma hidrazinu, ji gamina „ribo-apirimidino rūgštį“.

Alkilinimo medžiagos:

Daugelyje mutageninių medžiagų yra viena arba daugiau alkilo grupių. Tai vadinama mono-, bi- arba poli-funkciniais alkilinančiais agentais, pvz., Dimetil-sulfatu (DES), dimetil-sulfatu (MMS), etilo etano sulfonatu (DMS), metilmetano sulfonatu (EES) ir etilmetano sulfonatu (EMS) ir kt. Visi jie veikia kaip vienfunkcinės grupės.

Medžiagos, sukeliančios DNR iškraipymus:

Proflavinas ir akridino apelsinas yra du svarbūs fluorescenciniai dažikliai, sukeliantys mutacijas, įterpiant arba pašalinant bazes. Tiesioginis šių dažiklių prijungimas prie nukleino rūgšties sukelia mutaciją.

Spinduliai:

Tarp fizinių mutagenų spinduliavimas yra svarbiausias. Jie tiesiogiai veikia chromosomą. Jie gali tiesiogiai sulaužyti chromosomą arba pakeisti DNR bazes. Jei chromosomoms, vartojančioms miiotinę prophazę, yra radiacija, mutantų dažnis gyvybingam organizmui didėja tiesiškai su doze. Ressovsky ir kt. (1935) pasiūlė tikslinę teoriją, kurioje teigiama, kad vienintelis dalelės (spinduliuotės) smūgis į tikslą (genetinė medžiaga) inaktyvuoja arba mutuoja. Spinduliuotė gali veikti gaminant cheminę medžiagą.

Siūloma paprastų chromosomų aberacijų, pvz., Išbraukimo, dažnis (40.24 pav.). Maža O ₂ koncentracija sumažina spinduliuotės sukeltų chromosomų pertraukų dažnį.

Deguonies efektas taip pat vadinamas anoksija. Radiacija esant 0 ₂ sudaro kai kuriuos peroksido radikalus, turinčius įtakos pertraukų ir mutacijų dažnumui. Vandens jonizacija ląstelėse gali sukelti laisvuosius radikalus ir vandenilio peroksidą

HOHH ⁺ + OH ^- (laisvieji radikalai)

H ⁺ + H ⁺ → H2

OH ^- + OH ^- → H ₂ O ₂

Radiacijos energijos kiekis priklauso nuo jo bangos ilgio. Kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo didesnė spinduliuotės energinė vertė. Didelės energijos spinduliuotės gali pakeisti medžiagos atominę struktūrą, sukeldamos elektronų praradimą ir jonų susidarymą. Radiacijos sukeliamos nukleino rūgšties pakitimai yra labai svarbūs. Aukštos energijos jonizuojančiosios spinduliuotės ir ultravioletinės šviesos yra mutageninės medžiagos.

DNR ir RNR absorbuoja UV šviesą, dėl kurios azoto turinčiose bazėse susidaro labai reaktyvūs laisvieji radikalai. Nestabilumas sukelia perėjimą. Jei tokie pokyčiai atsiranda / w-RNR, DNR pakeičiant susidaro tik nedaug neaktyvių baltymų, kurie turi ilgalaikį poveikį, sukeliantį defektinį baltymą. UV šviesa gamina timino dimerius (40.25 pav.). 5, 6 neprisotintos gretimų pirimidinų ryšiai tampa kovalentiškai susieti ir sudaro ciklobutanso žiedą. Apšvitintoje bakterijų kultūroje yra trys galimi pirimidino dimerų tipai DNR.

Thym ine-thym ine -50%

Tymino citozinas - 40%

Citozino citozinas - 10%

RNR formuojasi pirimidino dimeriai tarp gretimų uracilo ir citozino žiedų. Šie dimerai negali tilpti į DNR dvigubą spiralę, sukeldami DNR molekulių iškraipymus. Jei ši žala nepašalinama, replikacija užblokuojama ir yra mirtina. Eksonukleazė atpažįsta iškraipytą regioną ir jį ištaiso. DNR polimerazė įterpia teisingas bazes į tarpą ir DNR ligazės prisijungia prie įterptos bazės.

UV spinduliuotė prideda vandens molekulių į pirimidines DNR, taip pat RNR, dėl kurių susidaro foto hidratai (40.26 pav.).

Rentgeno spinduliuotė sukelia mutaciją, sulaužydama fosfatų esterio ryšį DNR viename ar keliuose taškuose, kurie sukelia didelį bazių ištrynimą arba pertvarkymą. Dvigubos grandinės DNR pertraukos gali vykti vienoje arba abiejose sruogose. Jei jis randamas abiejose kryptyse, jis yra mirtinas. Kartais toje pačioje molekulėje gali pasireikšti dvi dvigubos pertraukos, o du sulaužyti galai gali vėl prisijungti. Tarp dviejų pertraukų esanti DNR dalis pašalinama, todėl ištrinama.

Fotoreaktyvavimas:

Kelnerio ir kt. Aptiktos UV sukeltos mutacijos rodo, kad UV efektą galima pakeisti, pakeliant ląsteles į matomą šviesą, turinčią bangų ilgį mėlynos spektro srityje. Tai vadinama fotoaktivacija. Jis pastebėtas bakterijose ir bakteriofaguose. Tai sukelia en2yme, kuris išskirsto timino dimerus ir pataiso DNR molekulę. Kai žmogaus organizme trūksta DNR remonto sistemos, pacientams, kurie yra jautrūs saulės spinduliams, pasireiškia pigmentas.

A citozino fotohidrolizė; B. Timino fotohidrolizė.