Agen mutagenik bagaimana mereka bertindak, jenis dan contoh



The ejen mutagenik, juga dikenali sebagai mutagens, adalah molekul yang berlainan sifat yang menyebabkan perubahan dalam pangkalan yang merupakan sebahagian dari rantai DNA. Dengan cara ini, kehadiran agen-agen ini menguatkan kadar mutasi dalam bahan genetik. Mereka dikelaskan sebagai mutagen fizikal, kimia dan biologi.

Mutagenesis adalah peristiwa di mana-mana dalam entiti biologi, dan tidak semestinya diterjemahkan ke dalam perubahan negatif. Malah, ia adalah sumber variasi yang membolehkan perubahan evolusi.

Indeks

  • 1 Apakah mutasi??
    • 1.1 Adakah mutasi selalu mematikan??
    • 1.2 Bagaimana mutasi timbul?
  • 2 Jenis agen mutagenik
    • 2.1 Mutagen kimia
    • 2.2 Mutagen fizikal
    • 2.3 mutagen biologi
  • 3 Bagaimana mereka berfungsi: jenis mutasi yang disebabkan oleh agen mutagenik
    • 3.1 Tautomerisasi pangkalan
    • 3.2 Pemerbadanan asas analogi
    • 3.3 Tindakan langsung pada pangkalan
    • 3.4 Penambahan atau penghapusan pangkalan
  • 4 Rujukan

Apakah mutasi??

Sebelum memasuki topik mutagens, perlu menjelaskan mutasi apa. Dalam genetik, mutasi adalah perubahan kekal dan diwariskan dalam urutan nukleotida dalam molekul bahan genetik: DNA.

Semua maklumat yang diperlukan untuk pembangunan dan kawalan organisme berada dalam gennya - yang terletak secara fizikal di dalam kromosom. Kromosom terdiri daripada molekul DNA panjang.

Secara amnya, mutasi mempengaruhi fungsi gen dan ia boleh kehilangan atau mengubah fungsinya.

Sebagai perubahan urutan DNA mempengaruhi semua salinan protein, mutasi tertentu boleh menjadi sangat toksik kepada sel atau badan secara umum.

Mutasi boleh berlaku pada skala yang berbeza dalam organisma. Mutasi mata menjejaskan asas tunggal dalam DNA, manakala mutasi skala besar boleh menjejaskan seluruh kawasan kromosom.

Adakah mutasi itu sentiasa mematikan??

Ia tidak betul untuk berfikir bahawa mutasi itu selalu membawa kepada penularan penyakit atau keadaan patologi bagi organisme yang membawa ia. Malah, terdapat mutasi yang tidak mengubah urutan protein. Sekiranya pembaca ingin lebih memahami sebab fakta ini, dia boleh membaca mengenai degenerasi kod genetik.

Malah, di bawah cahaya evolusi biologi, keadaan itu sine qua non untuk perubahan dalam populasi berlaku adalah kewujudan variasi. Perubahan ini timbul daripada dua mekanisme utama: mutasi dan rekombinasi.

Oleh itu, dalam konteks evolusi Darwin, perlu ada variasi dalam populasi - dan bahawa varian ini telah menghubungkan penyesuaian biologi yang lebih besar.

Bagaimana mutasi timbul?

Mutasi boleh timbul secara spontan atau mereka boleh diinduksi. Ketidakstabilan kimia intrinsik dasar nitrogen boleh diterjemahkan ke dalam mutasi, tetapi pada frekuensi yang sangat rendah.

Penyebab umum mutasi mata spontan adalah deaminasi sitosin kepada uracil dalam heliks ganda DNA. Proses replikasi helai ini membawa kepada anak perempuan mutan, di mana pasangan GC asal telah digantikan oleh pasangan AT..

Walaupun replikasi DNA adalah peristiwa yang berlaku dengan ketepatan mengejutkan, ia tidak sempurna secara keseluruhannya. Kesilapan dalam replikasi DNA juga membawa kepada kemunculan mutasi spontan.

Di samping itu, pendedahan semulajadi dari organisma kepada faktor alam sekitar tertentu membawa kepada kemunculan mutasi. Di antara faktor-faktor ini kita mempunyai radiasi ultraviolet, sinaran mengion, pelbagai bahan kimia, antara lain.

Faktor-faktor ini adalah mutagenik. Seterusnya kita akan menerangkan pengelasan agen-agen ini, bagaimana mereka bertindak dan akibatnya dalam sel.

Jenis-jenis agen mutagenik

Ejen-ejen yang menyebabkan mutasi dalam bahan genetik sangat beragam. Pertama, kita akan meneroka klasifikasi mutagens dan memberi contoh setiap jenis, maka kita akan menerangkan cara-cara yang berbeza di mana mutagen dapat menghasilkan perubahan dalam molekul DNA.

Mutagen kimia

Mutagens bersifat kimia termasuk kelas kimia berikut: acridines, nitrosamines, epoxides, dan lain-lain. Terdapat sub-klasifikasi untuk agen-agen ini di:

Pangkalan analog

Molekul yang mempunyai persamaan struktur terhadap asas nitrogen mempunyai keupayaan untuk mendorong mutasi; l 5-bromouracil dan 2-aminopurine adalah yang paling biasa.

Ejen yang bertindak balas dengan bahan genetik

Asid nitrit, hydroxylamine dan satu siri alkylating agen bertindak balas secara langsung di pangkalan yang membentuk DNA dan boleh berubah dari purine ke pyrimidine dan sebaliknya.

Ejen interstisial

Terdapat beberapa molekul seperti acridines, ethidium bromide (digunakan secara meluas dalam makmal biologi molekul) dan proflavine, yang mempunyai struktur molekul yang rata dan berjaya memasukkan helai DNA.

Reaksi oksidatif

Metabolisme normal sel telah sebagai produk sekunder satu siri spesies oksigen reaktif yang merosakkan struktur sel dan juga bahan genetik.

Mutagen fizikal

Jenis kedua agen mutagenik adalah fizikal. Dalam kategori ini kita dapati pelbagai jenis radiasi yang mempengaruhi DNA.

Mutagens biologi

Akhirnya, kita mempunyai mutan biologi. Mereka adalah organisma yang boleh menyebabkan mutasi (termasuk anomali di peringkat kromosom) dalam virus dan mikroorganisma lain.

Bagaimana cara mereka bertindak: jenis mutasi yang disebabkan oleh agen mutagenik

Kehadiran agen mutagenik menyebabkan perubahan dalam pangkalan DNA. Jika hasilnya melibatkan perubahan pyrimidine atau pyrimidine kepada salah satu sifat kimia yang sama, kita bercakap mengenai peralihan.

Sebaliknya, jika perubahan berlaku di antara asas-asas jenis yang berlainan (purine oleh pyrimidine atau sebaliknya) kita memanggil proses transversion. Peralihan boleh berlaku disebabkan peristiwa berikut:

Tautomerization of bases

Dalam kimia, istilah isomer digunakan untuk menggambarkan sifat molekul dengan formula molekul yang sama untuk membentangkan struktur kimia yang berbeza. Tautomers adalah isomer yang berbeza hanya dari pasangan mereka dalam kedudukan kumpulan berfungsi, dan di antara kedua-dua bentuk terdapat keseimbangan kimia.

Jenis tautomería adalah keto-enol, di mana penghijrahan hidrogen berlaku dan bergantian antara kedua-dua bentuk. Terdapat juga perubahan antara imino dengan bentuk amino. Terima kasih kepada komposisi kimianya, pangkalan DNA mengalami fenomena ini.

Sebagai contoh, adenine biasanya dijumpai sebagai amino dan pasangan - biasanya - dengan timin. Walau bagaimanapun, apabila terdapat dalam isomer imino (sangat jarang), ia berpasangan dengan asas yang salah: sitosin.

Penggabungan asas analogi

Penggabungan molekul-molekul yang menyerupai pangkalan boleh mengganggu corak berpasangan. Contohnya, penggabungan 5-bromouracil (bukannya timin) bertindak seperti sitosin dan membawa kepada penggantian sepasang AT oleh pasangan CG.

Tindakan langsung di pangkalan

Tindakan langsung dari mutagen tertentu dapat langsung mempengaruhi asas DNA. Contohnya, asid nitroat menukarkan adenin kepada molekul yang sama, hypoxanthine, melalui reaksi pengoksidaan oksidatif. Pasangan molekul baru ini dengan cytosine (dan bukan dengan timin, seperti biasanya adenine).

Perubahan juga boleh berlaku di sitosin, dan sebagai hasil deaminasi, uracil diperolehi. Penggantian asas tunggal dalam DNA mempunyai akibat langsung terhadap proses transkripsi dan terjemahan urutan peptida.

Codon berhenti boleh muncul terlebih dahulu, dan terjemahan berhenti secara awal, menjejaskan protein.

Penambahan atau penghapusan pangkalan

Beberapa mutagen seperti agen interkal (acridine, antara lain) dan radiasi ultraviolet mempunyai keupayaan untuk mengubah rantaian nukleotida.

Dengan agen interkalasi

Seperti yang disebutkan, agen interkala adalah molekul rata, dan mempunyai keupayaan untuk diselingi (oleh itu namanya) antara pangkalan unta, mengganggu itu.

Pada masa replikasi, ubah bentuk ini dalam molekul membawa kepada penghapusan (iaitu kehilangan) atau penyisipan pangkalan. Apabila DNA kehilangan asas atau yang baru ditambahkan, bingkai bacaan terbuka terjejas.

Ingat bahawa kod genetik melibatkan pembacaan tiga nukleotida yang menjadi kod bagi asid amino. Jika kita menambah atau membuang nukleotida (dalam jumlah yang tidak 3) semua bacaan DNA akan terjejas, dan protein akan sama sekali berbeza.

Jenis mutasi ini dipanggil peralihan bingkai atau perubahan dalam komposisi triplet.

Sinaran Ultraviolet

Radiasi ultraviolet adalah agen mutagenik, dan merupakan komponen biasa cahaya matahari biasa. Walau bagaimanapun, komponen dengan kadar mutagenik tertinggi terperangkap oleh lapisan ozon atmosfer bumi.

Molekul DNA menyerap radiasi dan pembentukan dimer pyrimidine berlaku. Iaitu, asas pyrimidine terikat oleh ikatan kovalen.

Thymines bersebelahan dalam helai DNA boleh bergabung untuk membentuk dimim timina. Struktur ini juga mempengaruhi proses replikasi.

Dalam sesetengah organisma, seperti bakteria, dimer ini boleh diperbaiki berkat kehadiran enzim reparatif yang dipanggil fotoliase. Enzim ini menggunakan cahaya yang kelihatan untuk menukar dimer ke dua pangkalan berasingan.

Walau bagaimanapun, pembaikan pengecutan nukleotida tidak terhad kepada kesilapan yang disebabkan oleh cahaya. Mekanisme pembaikan adalah luas, dan dapat memperbaiki kerusakan yang disebabkan oleh berbagai faktor.

Apabila manusia mendedahkan kita secara berlebihan kepada matahari, sel-sel kita menerima jumlah radiasi ultraviolet yang berlebihan. Akibatnya adalah generasi dimer timena dan boleh menyebabkan kanser kulit.

Rujukan

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Biologi sel penting. Sains Garland.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2000). Sel: pendekatan molekul. Sinauer Associates.
  3. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Jemputan kepada biologi. Macmillan.
  4. Karp, G. (2009). Biologi sel dan molekul: konsep dan eksperimen. John Wiley & Sons.
  5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekul. Macmillan.
  6. Penyanyi, B., & Kusmierek, J. T. (1982). Mutagenesis kimia. Kajian tahunan biokimia, 51(1), 655-691.
  7. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Biokimia. Ed. Panamericana Medical.