MUTAGENA MEDEL: HUR DE FUNGERAR, TYPER OCH EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

De mutagena medlen, även kända mutagener, är molekyler av annan natur som orsakar förändringar i baserna som utgör en del av DNA-strängarna. På detta sätt förstärker närvaron av dessa medel hastigheten för mutation i det genetiska materialet. De klassificeras i fysiska, kemiska och biologiska mutagener.

Mutagenes är en allestädes närvarande händelse i biologiska enheter, och det betyder inte nödvändigtvis till negativa förändringar. I själva verket är det variationskällan som möjliggör evolutionär förändring.

DNA kan skadas av UV-ljus.
Källa: derivatarbete: Mouagip (samtal) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David HerringDenna W3C-ospecificerade vektorbild skapades med Adobe Illustrator.

Vad är en mutation?

Innan man går in på ämnet mutagener är det nödvändigt att förklara vad en mutation är. Inom genetik är en mutation en permanent och ärftlig förändring i nukleotidsekvensen i molekylen av genetiskt material: DNA.

All information som är nödvändig för utveckling och kontroll av en organisme finns i dess gener - som är fysiskt belägna på kromosomerna. Kromosomer består av en lång DNA-molekyl.

Mutationer påverkar vanligtvis funktionen av en gen och den kan förlora eller ändra sin funktion.

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

Mutationer kan förekomma på olika skalor i organismer. Punktmutationer påverkar en enda bas i DNA, medan mutationer i större skala kan påverka hela kromosomområden.

Är mutationer alltid dödliga?

Det är felaktigt att tro att mutationen alltid leder till generering av sjukdomar eller patologiska tillstånd för organismen som bär den. Det finns faktiskt mutationer som inte förändrar proteinsekvensen. Om läsaren vill bättre förstå orsaken till detta kan han läsa om den genetiska kodens degeneration.

I ljuset av den biologiska utvecklingen är faktiskt förhållandet för förändring i populationer att variationen förekommer. Denna variation uppstår genom två huvudmekanismer: mutation och rekombination.

I samband med den darwinistiska utvecklingen är det således nödvändigt att det finns varianter i befolkningen - och att dessa varianter har en större biologisk tillräcklighet förknippad med dem.

Hur uppstår mutationer?

Mutationer kan uppstå spontant eller kan induceras. Den kemiska instabiliteten hos kvävebaser kan resultera i mutationer, men med en mycket låg frekvens.

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

Även om DNA-replikering är en händelse som inträffar med överraskande precision är den inte helt perfekt. Fel i DNA-replikering leder också till spontana mutationer.

Dessutom leder den naturliga exponeringen av en organisme för vissa miljöfaktorer till uppkomsten av mutationer. Bland dessa faktorer har vi ultraviolett strålning, joniserande strålning, olika kemikalier, bland andra.

Dessa faktorer är mutagener. Nedan beskriver vi klassificeringen av dessa medel, hur de agerar och deras konsekvenser i cellen.

Typer av mutagena medel

De medel som orsakar mutationer i det genetiska materialet är mycket olika i naturen. Först kommer vi att utforska klassificeringen av mutagener och ge exempel på varje typ, sedan kommer vi att förklara olika sätt att mutagener kan producera förändringar i DNA-molekylen.

Kemiska mutagener

Mutagener av kemisk art inkluderar följande klasser av kemikalier: akridiner, nitrosaminer, epoxider, bland andra. Det finns en underklassificering för dessa medel i:

Analoga baser

Molekyler som visar strukturell likhet med kvävebaser har förmågan att inducera mutationer; bland de vanligaste är l 5-bromouracil och 2-aminopurin.

Agenter som reagerar med genetiskt material

Salpetersyra, hydroxylamin och ett antal alkyleringsmedel reagerar direkt på baserna som utgör DNA och kan ändras från purin till pyrimidin och vice versa.

Överhettningsmedel

Det finns en serie molekyler såsom akridiner, etidiumbromid (allmänt använd i laboratorier för molekylärbiologi) och proflavin, som har en platt molekylstruktur och lyckas komma in i DNA-strängen.

Oxidativa reaktioner

Den normala ämnesomsättningen har som sekundär produkt en serie reaktiva syrearter som skadar cellstrukturer och även genetiskt material.

Fysiska mutagener

Den andra typen av mutagena medel är fysiska. I denna kategori hittar vi de olika typerna av strålning som påverkar DNA.

Biologiska mutagener

Slutligen har vi de biologiska mutanterna. Det är organismer som kan inducera mutationer (inklusive avvikelser på kromosomnivå) i virus och andra mikroorganismer.

Hur fungerar de ?: typer av mutationer orsakade av mutagena medel

Närvaron av mutagena medel orsakar förändringar i DNA-baserna. Om resultatet innebär förändring av en purisk eller pyrimidinbas för en av samma kemiska natur, talar vi om en övergång.

Däremot, om förändringen sker mellan baser av olika typer (en purin för en pyrimidin eller motsatt), kallar vi processen en transversion. Övergångar kan ske för följande händelser:

Bastautomerisering

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

En typ av tautomerism är keto-enol, där migrationen av väte sker och växlar mellan båda formerna. Det finns också förändringar mellan imino till aminoform. Tack vare dess kemiska sammansättning upplever DNA-baserna detta fenomen.

Till exempel finns adenin normalt som amino och par - normalt - med tymin. Men när den är i sin imino-isomer (mycket sällsynt) kopplas den ihop med fel bas: cytosin.

Inkorporering av analoga baser

Inkorporering av molekyler som liknar baser kan störa basparringsmönstret. Exempelvis uppträder införlivandet av 5-bromouracil (istället för tymin) som cytosin och leder till att ett AT-par ersätts av ett CG-par.

Direkt åtgärd på baserna

Den direkta effekten av vissa mutagener kan direkt påverka DNA-baserna. Till exempel konverterar salpetersyra adenin till en liknande molekyl, hypoxantin, genom en oxidativ deamineringsreaktion. Denna nya molekyl kopplas ihop med cytosin (och inte tymin, som adenin normalt skulle göra).

Förändringen kan också ske på cytosin, och uracil erhålls som en produkt av deaminering. Substitutionen med en enda bas i DNA har direkta konsekvenser på transkriptions- och translationsprocesserna för peptidsekvensen.

Ett stoppkodon kan visas tidigt och translationen stoppar för tidigt, vilket påverkar proteinet.

Lägga till eller ta bort baser

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

Genom interkalerande medel

Som vi nämnde är mellanvärmningsmedlen plana molekyler, och de har förmågan att interkalera (därav deras namn) mellan strängens baser och förvränga den.

Vid tidpunkten för replikering leder denna deformation i molekylen till borttagning (det vill säga till förlust) eller införande av baser. När DNA förlorar baser eller nya läggs till påverkas den öppna läsramen.

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

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

Ultraviolett strålning

Ultraviolett strålning är ett mutagent medel, och det är en normal icke-joniserande komponent i vanligt solljus. Men komponenten med den högsta mutagena hastigheten fångas av ozonskiktet i jordens atmosfär.

DNA-molekylen absorberar strålning och bildningen av pyrimidindimerer sker. Det vill säga pyrimidinbaserna är kopplade med hjälp av kovalenta bindningar.

Intilliggande tyminer på DNA-strängen kan gå samman och bilda tymindimerer. Dessa strukturer påverkar också replikeringsprocessen.

I vissa organismer, till exempel bakterier, kan dessa dimerer repareras tack vare närvaron av ett reparerande enzym som kallas fotolys. Detta enzym använder synligt ljus för att omvandla dimerer till två separata baser.

Emellertid är inte reparation av nukleotid excision begränsad till fel orsakade av ljus. Reparationsmekanismen är omfattande och kan reparera skador orsakade av olika faktorer.

När människor utsätter oss för solen får våra celler alltför stora mängder ultraviolett strålning. Konsekvensen är generering av tymindimerer och de kan orsaka hudcancer.

referenser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2015). Väsentlig cellbiologi. Garland Science.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). Cellen: Molekylär inställning. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Inbjudan till biologi. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Cell- och molekylärbiologi: begrepp och experiment. John Wiley & Sons.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, … & Matsudaira, P. (2008). Molekylär cellbiologi. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, JT (1982). Kemisk mutagenes. Årlig granskning av biokemi, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemi. Panamerican Medical Ed.