MUTAGENE MIDLER: HVORDAN DE FUNGERER, TYPER OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

De mutagene midlene, også kjent mutagener, er molekyler av en annen art som forårsaker endringer i basene som utgjør en del av DNA-strengene. På denne måten forsterker tilstedeværelsen av disse midlene mutasjonshastigheten i arvematerialet. De er klassifisert i fysiske, kjemiske og biologiske mutagener.

Mutagenese er en allestedsnærværende hendelse i biologiske enheter, og den betyr ikke nødvendigvis til negative endringer. Det er faktisk variasjonskilden som muliggjør evolusjonær endring.

DNA kan bli skadet av UV-lys.
Kilde: derivatarbeid: Mouagip (snakk) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David HerringDette W3C-uspesifiserte vektorbildet ble opprettet med Adobe Illustrator.

Hva er en mutasjon?

Før du går inn på emnet mutagener, er det nødvendig å forklare hva en mutasjon er. I genetikk er en mutasjon en permanent og arvelig endring i sekvensen av nukleotider i molekylet av genetisk materiale: DNA.

All nødvendig informasjon for utvikling og kontroll av en organisme ligger i genene - som er fysisk lokalisert på kromosomene. Kromosomer består av ett langt DNA-molekyl.

Mutasjoner påvirker generelt funksjonen til et gen, og det kan miste eller endre sin funksjon.

Siden en endring i DNA-sekvensen påvirker alle kopier av proteiner, kan visse mutasjoner være ekstremt giftige for cellen eller for kroppen generelt.

Mutasjoner kan oppstå på forskjellige skalaer i organismer. Punktmutasjoner påvirker en enkelt base i DNA, mens mutasjoner i større skala kan påvirke hele regioner av et kromosom.

Er mutasjoner alltid dødelige?

Det er feil å tro at mutasjonen alltid fører til generering av sykdommer eller patologiske tilstander for organismen som bærer den. Det er faktisk mutasjoner som ikke endrer sekvensen av proteiner. Hvis leseren vil forstå grunnen til dette faktum, kan han lese om degenerasjonen av den genetiske koden.

I lys av den biologiske evolusjonen er faktisk sin qua non-betingelse for endring i populasjoner eksistensen av variasjon. Denne variasjonen oppstår ved to hovedmekanismer: mutasjon og rekombinasjon.

I sammenheng med den darwinistiske evolusjonen er det nødvendig at det er varianter i befolkningen - og at disse variantene har en større biologisk tilstrekkelighet knyttet til dem.

Hvordan oppstår mutasjoner?

Mutasjoner kan oppstå spontant eller kan induseres. Den egentlige kjemiske ustabiliteten til nitrogenholdige baser kan føre til mutasjoner, men med en veldig lav frekvens.

En vanlig årsak til spontane punktmutasjoner er deaminering av cytosin til uracil i DNA-heliksen. Replikeringsprosessen til denne strengen fører til en mutant datter, der det opprinnelige GC-paret er erstattet av et AT-par.

Selv om DNA-replikasjon er en hendelse som skjer med overraskende presisjon, er den ikke helt perfekt. Feil i DNA-replikasjon fører også til spontane mutasjoner.

Videre fører den naturlige eksponeringen av en organisme for visse miljøfaktorer til utseendet til mutasjoner. Blant disse faktorene har vi ultrafiolett stråling, ioniserende stråling, forskjellige kjemikalier, blant andre.

Disse faktorene er mutagener. Nedenfor beskriver vi klassifiseringen av disse midlene, hvordan de handler og deres konsekvenser i cellen.

Typer mutagene midler

Midlene som forårsaker mutasjoner i arvematerialet er veldig forskjellige. Først skal vi utforske klassifiseringen av mutagener og gi eksempler av hver type, deretter vil vi forklare de forskjellige måtene mutagene kan produsere endringer i DNA-molekylet.

Kjemiske mutagener

Mutagenser av kjemisk art inkluderer følgende klasser av kjemikalier: akridiner, nitrosaminer, epoksider, blant andre. Det er en underklassifisering for disse midlene i:

Analoge baser

Molekyler som viser strukturell likhet med nitrogenholdige baser, har evnen til å indusere mutasjoner; blant de vanligste er l 5-bromouracil og 2-aminopurine.

Agenter som reagerer med genetisk materiale

Salpetersyre, hydroksylamin og et antall alkyleringsmidler reagerer direkte på basene som utgjør DNA og kan endres fra purin til pyrimidin og omvendt.

Interheatmidler

Det finnes en serie molekyler som akridiner, etidiumbromid (mye brukt i laboratorier for molekylærbiologi) og proflavin, som har en flat molekylstruktur og klarer å komme inn i DNA-strengen.

Oksidative reaksjoner

Den normale metabolismen av cellen har som et sekundært produkt en serie reaktive oksygenarter som skader cellulære strukturer og også genetisk materiale.

Fysiske mutagener

Den andre typen mutagene midler er fysiske. I denne kategorien finner vi de forskjellige typer stråling som påvirker DNA.

Biologiske mutagener

Til slutt har vi de biologiske mutantene. De er organismer som kan indusere mutasjoner (inkludert abnormiteter på kromosomnivå) hos virus og andre mikroorganismer.

Hvordan fungerer de ?: typer mutasjoner forårsaket av mutagene stoffer

Tilstedeværelsen av mutagene midler forårsaker endringer i DNA-basene. Hvis resultatet innebærer endring av en purisk eller pyrimidinbase for en av samme kjemiske natur, snakker vi om en overgang.

Derimot, hvis endringen skjer mellom baser av forskjellige typer (en purin for en pyrimidin eller motsatt), kaller vi prosessen en transversjon. Overganger kan skje for følgende hendelser:

Base tautomerisering

I kjemi brukes begrepet isomer for å beskrive egenskapene til molekyler med samme molekylformel for å ha forskjellige kjemiske strukturer. Tautomere er isomerer som bare skiller seg fra sine jevnaldrende i posisjonen til en funksjonell gruppe, og mellom de to formene er det en kjemisk likevekt.

En type tautomerisme er keto-enol, der migrasjonen av et hydrogen skjer og veksler mellom begge former. Det er også endringer mellom imino til amino-form. Takket være den kjemiske sammensetningen opplever DNA-basene dette fenomenet.

For eksempel finnes adenin normalt som amino og par - normalt - med timin. Når den er i sin imino-isomer (veldig sjelden), kobles den imidlertid sammen med feil base: cytosin.

Innarbeidelse av analoge baser

Å innlemme molekyler som ligner baser kan forstyrre baseparringsmønsteret. For eksempel oppfører inkorporering av 5-bromouracil (i stedet for tymin) som cytosin og fører til erstatning av et AT-par med et CG-par.

Direkte handling på basene

Den direkte virkningen av visse mutagener kan påvirke DNA-basene direkte. For eksempel konverterer salpetersyre adenin til et lignende molekyl, hypoksantin, gjennom en oksidativ deamineringsreaksjon. Dette nye molekylet kobles sammen med cytosin (og ikke timin, som adenin normalt ville gjort).

Endringen kan også skje på cytosin, og uracil oppnås som et produkt av deaminering. Enkeltbassubstitusjonen i DNA har direkte konsekvenser på transkripsjons- og translasjonsprosessene til peptidsekvensen.

Et stoppkodon kan vises tidlig, og translasjonen stopper for tidlig og påvirker proteinet.

Legge til eller slette baser

Noen mutagener som interkalkeringsmidler (blant annet akridin) og ultrafiolett stråling har muligheten til å modifisere nukleotidkjeden.

Ved intercalating agenter

Som vi nevnte, er oppvarmingsmidler flate molekyler, og de har muligheten til å interkalere (derav navnet deres) mellom basene i strengen, og forvrenge den.

På replikasjonstidspunktet fører denne deformasjonen i molekylet til sletting (det vil si til tap) eller innsetting av baser. Når DNA mister baser eller nye legges til, påvirkes den åpne leserammen.

Husk at den genetiske koden innebærer avlesning av tre nukleotider som koder for en aminosyre. Hvis vi legger til eller fjerner nukleotider (i et tall som ikke er 3), vil DNA-avlesningen bli påvirket, og proteinet vil være helt annerledes.

Disse typer mutasjoner kalles rammeskifte eller endringer i sammensetningen av trillinger.

Ultrafiolett stråling

Ultraviolett stråling er et mutagent middel, og det er en normal ikke-ioniserende komponent i vanlig sollys. Imidlertid blir komponenten med den høyeste mutagene hastigheten fanget av ozonlaget i jordens atmosfære.

DNA-molekylet absorberer stråling og dannelse av pyrimidindimerer oppstår. Det vil si at pyrimidinbaseene er koblet ved hjelp av kovalente bindinger.

Tilstøtende tyminer på DNA-strengen kan være sammen for å danne tymindimerer. Disse strukturene påvirker også replikeringsprosessen.

I noen organismer, for eksempel bakterier, kan disse dimerer repareres takket være tilstedeværelsen av et reparerende enzym kalt fotolyase. Dette enzymet bruker synlig lys for å konvertere dimerer til to separate baser.

Reparasjon av nukleotidaksisjon er imidlertid ikke begrenset til feil forårsaket av lys. Reparasjonsmekanismen er omfattende, og kan reparere skader forårsaket av forskjellige faktorer.

Når mennesker overeksponerer oss for solen, får cellene våre for store mengder ultrafiolett stråling. Konsekvensen er generering av tymindimerer, og de kan forårsake hudkreft.

referanser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2015). Essensiell cellebiologi. Garland Science.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). Cellen: Molekylær tilnærming. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitasjon til biologi. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Celle- og molekylærbiologi: konsepter og eksperimenter. John Wiley & Sons.
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). Kjemisk mutagenese. Årlig gjennomgang av biokjemi, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokjemi. Panamerican Medical Ed.