MUTAGENISKE STOFFER: HVORDAN DE FUNGERER, TYPER OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

De mutagene stoffer, også kendte mutagener, er molekyler af en anden art, der forårsager ændringer i baserne, der udgør en del af DNA-strengene. På denne måde forstærker tilstedeværelsen af ​​disse midler hastigheden for mutation i det genetiske materiale. De klassificeres i fysiske, kemiske og biologiske mutagener.

Mutagenese er en allestedsnærværende begivenhed i biologiske enheder, og den oversættes ikke nødvendigvis til negative ændringer. Faktisk er det variationskilden, der muliggør evolutionær forandring.

DNA kan beskadiges af UV-lys.

Kilde: derivatarbejde: Mouagip (tale) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David HerringDette W3C-uspecificerede vektorbillede blev oprettet med Adobe Illustrator.

Hvad er en mutation?

Før man går ind på 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.

Al den information, der er nødvendig for udvikling og kontrol af en organisme, findes i dens gener - som fysisk er placeret på kromosomerne. Kromosomer består af et langt DNA-molekyle.

Mutationer påvirker generelt et gens funktion, og det kan miste eller ændre dets funktion.

Da en ændring i DNA-sekvensen påvirker alle kopier af proteiner, kan visse mutationer være ekstremt giftige for cellen eller for kroppen generelt.

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

Er mutationer altid dødelige?

Det er forkert at tro, at mutationen altid fører til generering af sygdomme eller patologiske tilstande for den organisme, der bærer den. Der er faktisk mutationer, der ikke ændrer sekvensen af ​​proteiner. Hvis læseren ønsker bedre at forstå årsagen til dette, kan han læse om degenerationen af ​​den genetiske kode.

I lyset af den biologiske udvikling er faktisk den faktiske betingelse for ændring i populationer variationen. Denne variation opstår ved to hovedmekanismer: mutation og rekombination.

I forbindelse med den darwinistiske udvikling er det derfor nødvendigt, at der findes varianter i befolkningen - og at disse varianter har en større biologisk tilstrækkelighed forbundet med dem.

Hvordan opstår mutationer?

Mutationer kan opstå spontant eller kan induceres. Den kemiske ustabilitet af nitrogenholdige baser kan resultere i mutationer, men med en meget lav frekvens.

En almindelig årsag til spontane punktmutationer er deamination af cytosin til uracil i den dobbelte DNA-helix. Replikeringsprocessen for denne streng fører til en mutant datter, hvor det originale GC-par er blevet erstattet af et AT-par.

Selvom DNA-replikation er en begivenhed, der finder sted med overraskende præcision, er den ikke helt perfekt. Fejl i DNA-replikation fører også til spontane mutationer.

Endvidere fører den naturlige eksponering af en organisme for visse miljøfaktorer til udseendet af mutationer. Blandt disse faktorer har vi ultraviolet stråling, ioniserende stråling, forskellige kemikalier, blandt andre.

Disse faktorer er mutagener. Nedenfor beskriver vi klassificeringen af ​​disse agenter, hvordan de handler og deres konsekvenser i cellen.

Typer af mutagene stoffer

De midler, der forårsager mutationer i det genetiske materiale, er meget forskellige. Først undersøger vi klassificeringen af ​​mutagener og giver eksempler på hver type, så forklarer vi de forskellige måder, hvorpå mutagener kan producere ændringer i DNA-molekylet.

Kemiske mutagener

Mutagenser af kemisk karakter inkluderer følgende klasser af kemikalier: acridiner, nitrosaminer, epoxider, blandt andre. Der er en underklassificering for disse agenter i:

Analoge baser

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

Agenter, der reagerer med genetisk materiale

Salpetersyre, hydroxylamin og et antal alkyleringsmidler reagerer direkte på de baser, der udgør DNA, og kan ændre sig fra purin til pyrimidin og vice versa.

Interheatmidler

Der er en række molekyler såsom acridiner, ethidiumbromid (vidt brugt i molekylærbiologilaboratorier) og proflavin, som har en flad molekylær struktur og formår at komme ind i DNA-strengen.

Oxidative reaktioner

Den normale metabolisme af cellen har som et sekundært produkt en række reaktive iltarter, der beskadiger cellestrukturer og også genetisk materiale.

Fysiske mutagener

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

Biologiske mutagener

Til sidst har vi de biologiske mutanter. Det er organismer, der kan inducere mutationer (inklusive abnormiteter på kromosomniveau) i vira og andre mikroorganismer.

Hvordan fungerer de ?: typer af mutationer forårsaget af mutagene stoffer

Tilstedeværelsen af ​​mutagene midler forårsager ændringer i DNA-baserne. Hvis resultatet involverer ændring af en pur- eller pyrimidinbase for en af ​​samme kemiske karakter, taler vi om en overgang.

I modsætning hertil, hvis ændringen sker mellem baser af forskellige typer (en purin til en pyrimidin eller det modsatte), kalder vi processen en transversion. Overgange kan forekomme for følgende begivenheder:

Baset Taomerisering

I kemi bruges udtrykket isomer til at beskrive egenskaber hos molekyler med den samme molekylformel til at have forskellige kemiske strukturer. Tautomerer er isomerer, der kun adskiller sig fra deres kammerater i positionen som en funktionel gruppe, og mellem de to former er der en kemisk ligevægt.

En type tautomerisme er keto-enol, hvor migrationen af ​​et brint forekommer og skifter mellem begge former. Der er også ændringer mellem imino til amino form. Takket være dens kemiske sammensætning oplever DNA-baserne dette fænomen.

F.eks. Findes adenin normalt som amino og par - normalt - med thymin. Når den er i sin imino-isomer (meget sjælden), kobles den imidlertid sammen med den forkerte base: cytosin.

Inkorporering af analoge baser

Inkorporering af molekyler, der ligner baser, kan forstyrre baseparringsmønsteret. F.eks. Opfører inkorporering af 5-bromouracil (i stedet for thymin) som cytosin og fører til erstatning af et AT-par med 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, gennem en oxidativ deamineringsreaktion. Dette nye molekyle parrer med cytosin (og ikke thymin, som adenin normalt ville gøre).

Ændringen kan også ske på cytosin, og uracil opnås som et produkt af deamination. Den enkelte basesubstitution i DNA har direkte konsekvenser på transkriptions- og translationsprocesserne i peptidsekvensen.

Et stopkodon kan vises tidligt, og translation stopper for tidligt, hvilket påvirker proteinet.

Tilføjelse eller sletning af baser

Nogle mutagener såsom interkalkeringsmidler (blandt andet acridin) og ultraviolet stråling har evnen til at modificere nukleotidkæden.

Ved interkalkeringsmidler

Som nævnt er interheatmidler flade molekyler, og de har evnen til at interkalere (deraf deres navn) mellem strengens baser og forvrænge den.

På replikationstidspunktet fører denne deformation i molekylet til deletion (dvs. til et tab) eller indsættelse af baser. Når DNA mister baser eller nye tilføjes, påvirkes den åbne læseramme.

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

Disse typer mutationer kaldes rammeskift eller ændringer i sammensætningen af ​​tripletter.

Ultraviolet stråling

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

DNA-molekylet absorberer stråling, og dannelsen af ​​pyrimidindimerer forekommer. Det vil sige, pyrimidin-baserne er forbundet ved hjælp af kovalente bindinger.

Tilstødende thyminer på DNA-strengen kan samles og danne thymindimerer. Disse strukturer påvirker også replikeringsprocessen.

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

Reparation af nukleotid excision er dog ikke begrænset til fejl forårsaget af lys. Reparationsmekanismen er omfattende og kan reparere skader forårsaget af forskellige faktorer.

Når mennesker overeksponerer os for solen, modtager vores celler for store mængder ultraviolet stråling. Konsekvensen er dannelsen af ​​thymindimerer, og de kan forårsage hudkræft.

Referencer

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Væsentlig cellebiologi. Garland Science.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). Cellen: Molekylær tilgang. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitation til biologi. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Celle- og molekylærbiologi: koncepter og eksperimenter. John Wiley & sønner.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, JT (1982). Kemisk mutagenese. Årlig gennemgang af biokemi, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemi. Panamerican Medical Ed.