Mutagena ämnen hur de fungerar, typer och exempel



den mutagena medel, även kallade mutagener, är molekyler av olika natur som orsakar förändringar i baserna som ingår i DNA-kedjorna. På detta sätt förstärker närvaron av dessa medel mutationshastigheten i det genetiska materialet. De klassificeras som fysiska, kemiska och biologiska mutagener.

Mutagenes är en allestädes närvarande händelse i biologiska enheter, och översätter inte nödvändigtvis till negativa förändringar. Det är faktiskt källan till variation som möjliggör evolutionär förändring.

index

  • 1 Vad är en mutation?
    • 1.1 Är mutationer alltid dödliga??
    • 1.2 Hur mutationer uppstår?
  • 2 Typer av mutagena medel
    • 2.1 Kemiska mutagener
    • 2.2 Fysiska mutagener
    • 2.3 Biologiska mutagener
  • 3 Hur fungerar de?: Typer av mutationer orsakade av mutagena medel
    • 3.1 Tautomerisering av baser
    • 3.2 Införlivande av analoga baser
    • 3.3 Direkt åtgärd på baserna
    • 3.4 Tillägg eller radering av baser
  • 4 referenser

Vad är en mutation?

Innan du går in i ämnet mutagener, är det nödvändigt att förklara vad en mutation är. I genetiken är en mutation en permanent och ärftlig förändring i sekvensen av nukleotider i molekylen av genetiskt material: DNA.

All information som behövs för utveckling och kontroll av en organism ligger i sina gener - som är fysiskt placerade i kromosomerna. Kromosomer består av en lång DNA-molekyl.

Generellt påverkar mutationer funktionen hos en gen och den kan förlora eller ändra dess funktion.

Eftersom en förändring i DNA-sekvensen påverkar alla kopior av proteinerna kan vissa mutationer vara extremt giftiga för cellen eller kroppen i allmänhet.

Mutationer kan uppträda på olika skala i organismer. Punktmutationer påverkar en enda bas i DNA, medan storskaliga mutationer kan påverka hela regionerna i en kromosom.

Är mutationerna alltid dödliga??

Det är fel att tro att mutationen alltid leder till generering av sjukdomar eller patologiska tillstånd för organismen som bär den. I själva verket finns det mutationer som inte förändrar sekvensen av proteiner. Om läsaren vill bättre förstå orsaken till detta faktum kan han läsa om degenerationen av den genetiska koden.

I själva verket, under ljuset av den biologiska utvecklingen, tillståndet sine qua non för förändringen i populationer att inträffa är förekomsten av variation. Denna variation härrör från två huvudmekanismer: mutation och rekombination.

Således är det i samband med den darwinistiska utvecklingen nödvändigt att det finns varianter i befolkningen - och att dessa varianter har associerat en större biologisk anpassning.

Hur mutationer uppstår?

Mutationer kan uppstå spontant eller de kan induceras. Den väsentliga kemiska instabiliteten hos kvävebaserna kan översättas till mutationer, men i mycket låg frekvens.

En vanlig orsak till spontana punktmutationer är deaminering av cytosin till uracil i DNA-dubbelhelixen. Replikeringsprocessen av denna sträng leder till en mutant dotter, där det ursprungliga GC-paret har ersatts av ett AT-par..

Även om DNA-replikation är en händelse som uppträder med överraskande precision, är det inte perfekt i sin helhet. Fel i DNA-replikation leder också till utseendet på spontana mutationer.

Dessutom leder den naturliga exponeringen av en organism till vissa miljöfaktorer till utseendet av mutationer. Bland dessa faktorer har vi bland annat ultraviolett strålning, joniserande strålning, olika kemikalier.

Dessa faktorer är mutagenta. Nästa kommer vi att beskriva klassificeringen av dessa medel, hur de fungerar och deras konsekvenser i cellen.

Typer av mutagena medel

De medel som orsakar mutationer i det genetiska materialet är mycket olika i naturen. Först undersöker vi klassificeringen av mutagener och ger exempel på varje typ, då kommer vi att förklara de olika sätten på vilka mutagener kan producera förändringar i DNA-molekylen.

Kemiska mutagener

Mutagener av kemisk natur innefattar följande klasser av kemikalier: akridiner, nitrosaminer, epoxider, bland andra. Det finns en underklassificering för dessa ämnen i:

Analoga baser

Molekyler som uppvisar strukturell likhet med kvävehaltiga baser har förmågan att inducera mutationer; bland de vanligaste är de 5-bromuracil och l 2-aminopurin den.

Agenter som reagerar med det genetiska materialet

Nitrosyra, hydroxylamin och en serie alkyleringsmedel reagerar direkt i baserna som utgör DNA och kan förändras från purin till pyrimidin och vice versa.

Interstitiella medel

Det finns ett antal molekyler som akridiner, etidiumbromid (allmänt använd i molekylärbiologilaboratorier) och proflavin, som har en platt molekylstruktur och lyckas komma in i DNA-strängen.

Oxidativa reaktioner

Den normala metabolismen av cellen har som sekundärprodukt en serie reaktiva syrearter som skadar cellstrukturer och även genetiskt material.

Fysiska mutagener

Den andra typen av mutagena medel är fysikaliska. I denna kategori hittar vi olika typer av strålning som påverkar DNA.

Biologiska mutagener

Slutligen har vi de biologiska mutanterna. De är organismer som kan inducera mutationer (inklusive anomalier vid kromosomnivåerna) i virus och andra mikroorganismer.

Hur verkar de ?: Typer av mutationer orsakade av mutagena medel

Förekomsten av mutagena medel orsakar förändringar i DNA-baserna. Om resultatet innebär förändring av en pyrimidin eller pyrimidinbas till en av samma kemiska natur talar vi om en övergång.

I motsats härtill, om förändringen sker mellan baser av olika typer (en purin av en pyrimidin eller på annat sätt) kallar vi processen en transversion. Övergångar kan uppstå på grund av följande händelser:

Tautomerisering av baser

I kemi används termen isomer för att beskriva egenskaperna hos molekyler med samma molekylformel att presentera olika kemiska strukturer. Tautomerer är isomerer som endast skiljer sig från deras par i stället för en funktionell grupp, och mellan de två formerna finns en kemisk jämvikt.

En typ av tautomeria är keto-enol, där migreringen av ett väte uppträder och växlar mellan båda formerna. Det finns också förändringar mellan imino och aminosyran. Tack vare sin kemiska sammansättning upplever DNA-baserna detta fenomen.

Adenin finns till exempel normalt som en amin och par - normalt - med tymin. Men när den finns i sin imino-isomer (mycket sällsynt), parar den med en felaktig bas: cytosin.

Införlivande av analoga baser

Införlivandet av molekyler som liknar baser kan störa basparringsmönstret. Exempelvis uppför inkorporeringen av 5-bromouracil (i stället för tymin) som cytosin och leder till ersättning av ett AT-par av ett CG-par.

Direkt åtgärd på baserna

Den direkta verkan av vissa mutagener kan direkt påverka DNA-baserna. Till exempel omvandlar salpetersyra adenin till en liknande molekyl, hypoxantin, med hjälp av en oxidativ deamineringsreaktion. Denna nya molekylpar med cytosin (och inte med tymin, som normalt skulle vara adenin).

Förändringen kan också ske på cytosin, och som ett resultat av deaminering erhålls uracil. Substitutionen av en enda bas i DNA har direkta konsekvenser för processerna för transkription och translation av peptidsekvensen.

Ett stoppkodon kan förekomma i förväg, och översättningen slutar för tidigt, vilket påverkar proteinet.

Addition eller deletion av baser

Vissa mutagener, såsom interkalleringsmedel (bland annat akridin) och ultraviolett strålning har förmågan att modifiera nukleotidkedjan.

Genom interkalleringsmedel

Som nämnts är interkalleringsmedlen plana molekyler och har förmågan att interkalerade (därmed dess namn) mellan strandens baser och snedvrider det.

Vid replikeringstid leder denna deformation i molekylen till borttagning (dvs förlust) eller införande av baser. När DNAet förlorar baser eller nya läggs till, påverkas den öppna läsramen.

Minns att den genetiska koden innebär läsning av tre nukleotider som kodar för en aminosyra. Om vi ​​lägger till eller tar bort nukleotider (i ett tal som inte är 3) kommer alla DNA-läsningar att påverkas, och proteinet blir helt annorlunda.

Dessa typer av mutationer kallas ramförskjutning eller förändringar i triplets sammansättning.

Ultraviolett strålning

Ultraviolett strålning är ett mutageniskt medel och är en vanlig icke-joniserande komponent av vanligt solljus. Emellertid är komponenten med den högsta mutagen hastigheten fångade av ozonskiktet i atmosfären.

DNA-molekylen absorberar strålning och bildandet av pyrimidindimerer uppträder. Det vill säga, pyrimidinbaser är bundna av kovalenta bindningar.

Intilliggande tyminer i DNA-strängen kan förenas för att bilda tymindimerer. Dessa strukturer påverkar också replikationsprocessen.

I vissa organismer, såsom bakterier, kan dessa dimer repareras tack vare förekomsten av ett reparativt enzym som kallas fotolys. Detta enzym använder synligt ljus för att omvandla dimererna till två separata baser.

Nukleotidutjämningsreparation är emellertid inte begränsad till fel som orsakas av ljus. Reparationsmekanismen är omfattande och kan reparera skador som orsakas av olika faktorer.

När människor utsätter oss för mycket för solen, får våra celler stora mängder ultraviolett strålning. Konsekvensen är genereringen av tymindimerer och kan orsaka hudcancer.

referenser

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Väsentlig cellbiologi. Garland Science.
  2. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2000). Cellen: Molekylär tillvägagångssätt. Sinauer Associates.
  3. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Inbjudan till biologi. Macmillan.
  4. Karp, G. (2009). Cell- och molekylärbiologi: begrepp och experiment. John Wiley & Sons.
  5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J. E., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Molecular cell biology. Macmillan.
  6. Singer, B., & Kusmierek, J. T. (1982). Kemisk mutagenes. Årlig granskning av biokemi, 51(1), 655-691.
  7. Voet, D., & Voet, J.G. (2006). biokemi. Ed. Panamericana Medical.