MUTAGENE AGENTIA: HOE ZE WERKEN, SOORTEN EN VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2024

De mutagene agentia, ook wel mutagene agentia bekend, zijn moleculen van een andere aard die veranderingen veroorzaken in de basen die deel uitmaken van de DNA-strengen. Op deze manier versterkt de aanwezigheid van deze agentia de mutatiesnelheid in het genetisch materiaal. Ze worden ingedeeld in fysische, chemische en biologische mutagenen.

Mutagenese is een alomtegenwoordige gebeurtenis in biologische entiteiten en vertaalt zich niet noodzakelijk in negatieve veranderingen. In feite is het de bron van variatie die evolutionaire verandering mogelijk maakt.

DNA kan worden beschadigd door UV-licht.
Bron: afgeleid werk: Mouagip (talk) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David Herring Deze W3C-niet-gespecificeerde vectorafbeelding is gemaakt met Adobe Illustrator.

Wat is een mutatie?

Voordat we ingaan op mutagenen, is het noodzakelijk om uit te leggen wat een mutatie is. In de genetica is een mutatie een permanente en erfelijke verandering in de volgorde van nucleotiden in het molecuul genetisch materiaal: DNA.

Alle informatie die nodig is voor de ontwikkeling en controle van een organisme zit in zijn genen - die zich fysiek op de chromosomen bevinden. Chromosomen bestaan ​​uit één lang DNA-molecuul.

Mutaties beïnvloeden over het algemeen de functie van een gen en het kan zijn functie verliezen of veranderen.

Aangezien een verandering in de DNA-sequentie alle kopieën van eiwitten beïnvloedt, kunnen bepaalde mutaties zeer giftig zijn voor de cel of voor het lichaam in het algemeen.

Mutaties kunnen op verschillende schaalniveaus in organismen voorkomen. Puntmutaties hebben invloed op een enkele base in het DNA, terwijl mutaties op grotere schaal hele regio's van een chromosoom kunnen beïnvloeden.

Zijn mutaties altijd dodelijk?

Het is onjuist om te denken dat de mutatie altijd leidt tot het ontstaan ​​van ziekten of pathologische aandoeningen voor het organisme dat het draagt. In feite zijn er mutaties die de volgorde van eiwitten niet veranderen. Als de lezer de reden voor dit feit beter wil begrijpen, kan hij lezen over de degeneratie van de genetische code.

In het licht van de biologische evolutie is in feite het bestaan ​​van variatie de conditio sine qua non voor verandering in populaties. Deze variatie ontstaat door twee hoofdmechanismen: mutatie en recombinatie.

In de context van de darwinistische evolutie is het dus noodzakelijk dat er varianten in de populatie zijn - en dat deze varianten een grotere biologische geschiktheid hebben.

Hoe ontstaan ​​mutaties?

Mutaties kunnen spontaan ontstaan ​​of geïnduceerd worden. De intrinsieke chemische instabiliteit van stikstofbasen kan leiden tot mutaties, maar met een zeer lage frequentie.

Een veel voorkomende oorzaak van spontane puntmutaties is deaminering van cytosine naar uracil in de dubbele DNA-helix. Het replicatieproces van deze streng leidt tot een mutante dochter, waarbij het oorspronkelijke GC-paar is vervangen door een AT-paar.

Hoewel DNA-replicatie een gebeurtenis is die met verrassende precisie plaatsvindt, is het niet helemaal perfect. Fouten in DNA-replicatie leiden ook tot spontane mutaties.

Bovendien leidt de natuurlijke blootstelling van een organisme aan bepaalde omgevingsfactoren tot het optreden van mutaties. Tot deze factoren behoren onder meer ultraviolette straling, ioniserende straling, verschillende chemicaliën.

Deze factoren zijn mutagenen. Hieronder beschrijven we de classificatie van deze agentia, hoe ze werken en hun gevolgen in de cel.

Soorten mutagene agentia

De agentia die mutaties in het genetisch materiaal veroorzaken, zijn zeer divers van aard. Eerst zullen we de classificatie van mutagenen onderzoeken en voorbeelden van elk type geven, daarna zullen we de verschillende manieren uitleggen waarop mutagenen veranderingen in het DNA-molecuul kunnen veroorzaken.

Chemische mutagenen

Mutagene agentia van chemische aard omvatten de volgende klassen van chemicaliën: onder andere acridines, nitrosaminen, epoxiden. Er is een subclassificatie voor deze agents in:

Analoge bases

Moleculen die structurele gelijkenis vertonen met stikstofbasen hebben het vermogen om mutaties te induceren; onder de meest voorkomende zijn l 5-bromouracil en 2-aminopurine.

Agenten die reageren met genetisch materiaal

Salpeterigzuur, hydroxylamine en een aantal alkyleringsmiddelen reageren direct op de basen waaruit het DNA bestaat en kunnen veranderen van purine in pyrimidine en vice versa.

Middelen voor verwarmen

Er is een reeks moleculen zoals acridines, ethidiumbromide (veel gebruikt in laboratoria voor moleculaire biologie) en proflavine, die een platte moleculaire structuur hebben en erin slagen de DNA-streng binnen te dringen.

Oxidatieve reacties

Het normale metabolisme van de cel heeft als secundair product een reeks reactieve zuurstofsoorten die cellulaire structuren en ook genetisch materiaal beschadigen.

Fysieke mutagenen

Het tweede type mutagene agentia is fysiek. In deze categorie vinden we de verschillende soorten straling die het DNA beïnvloeden.

Biologische mutagenen

Ten slotte hebben we de biologische mutanten. Het zijn organismen die mutaties (inclusief afwijkingen op chromosoomniveau) kunnen veroorzaken bij virussen en andere micro-organismen.

Hoe werken ze?: Soorten mutaties veroorzaakt door mutagene agentia

De aanwezigheid van mutagene stoffen veroorzaakt veranderingen in de basis van DNA. Als het resultaat de verandering inhoudt van een purische of pyrimidinebase voor een van dezelfde chemische aard, spreken we van een overgang.

Als daarentegen de verandering optreedt tussen basen van verschillende typen (een purine voor een pyrimidine of het tegenovergestelde), noemen we het proces een transversie. Overgangen kunnen optreden voor de volgende gebeurtenissen:

Basistautomerisatie

In de chemie wordt de term isomeer gebruikt om de eigenschap te beschrijven dat moleculen met dezelfde molecuulformule verschillende chemische structuren hebben. Tautomeren zijn isomeren die alleen van hun soortgenoten verschillen in de positie van een functionele groep, en tussen de twee vormen is er een chemisch evenwicht.

Een type tautomerie is keto-enol, waarbij de migratie van een waterstof plaatsvindt en tussen beide vormen afwisselt. Er zijn ook veranderingen tussen de imino- en aminovorm. Dankzij zijn chemische samenstelling ervaren de basissen van DNA dit fenomeen.

Adenine wordt bijvoorbeeld normaal gesproken gevonden als aminozuren en paren - normaal gesproken - met thymine. Als het echter in zijn imino-isomeer zit (zeer zeldzaam), paren het met de verkeerde base: cytosine.

Opname van analoge bases

Het opnemen van moleculen die op basen lijken, kan het patroon van basenparing verstoren. De opname van 5-bromouracil (in plaats van thymine) gedraagt ​​zich bijvoorbeeld als cytosine en leidt tot de vervanging van een AT-paar door een CG-paar.

Directe actie op de bases

De directe werking van bepaalde mutagenen kan de basis van DNA rechtstreeks beïnvloeden. Salpeterigzuur zet bijvoorbeeld adenine om in een vergelijkbaar molecuul, hypoxanthine, via een oxidatieve deamineringsreactie. Dit nieuwe molecuul paren met cytosine (en niet thymine, zoals adenine normaal zou doen).

De verandering kan ook optreden bij cytosine en uracil wordt verkregen als een product van deaminering. De substitutie van een enkele base in DNA heeft directe gevolgen voor de transcriptie- en translatieprocessen van de peptidesequentie.

Een stopcodon kan vroeg verschijnen en de vertaling stopt voortijdig, waardoor het eiwit wordt aangetast.

Basissen toevoegen of verwijderen

Sommige mutagenen zoals intercalatiemiddelen (onder andere acridine) en ultraviolette straling hebben het vermogen om de nucleotideketen te modificeren.

Door agenten te intercaleren

Zoals we al zeiden, zijn tussenverwarmingsmiddelen platte moleculen en ze hebben het vermogen om te intercaleren (vandaar hun naam) tussen de basis van de streng, waardoor deze wordt vervormd.

Op het moment van replicatie leidt deze vervorming in het molecuul tot deletie (dat wil zeggen tot verlies) of insertie van basen. Wanneer DNA basen verliest of nieuwe worden toegevoegd, wordt het open leeskader beïnvloed.

Bedenk dat de genetische code het lezen omvat van drie nucleotiden die coderen voor een aminozuur. Als we nucleotiden toevoegen of verwijderen (in een getal dat niet 3 is) zal alle DNA-uitlezing worden beïnvloed en zal het eiwit totaal anders zijn.

Dit soort mutaties worden frame-shift of wijzigingen in de samenstelling van tripletten genoemd.

Ultraviolette straling

Ultraviolette straling is een mutageen agens, en het is een normale niet-ioniserende component van gewoon zonlicht. De component met de hoogste mutagene snelheid wordt echter gevangen door de ozonlaag van de atmosfeer van de aarde.

Het DNA-molecuul absorbeert straling en de vorming van pyrimidine-dimeren vindt plaats. Dat wil zeggen dat de pyrimidinebasen zijn verbonden door middel van covalente bindingen.

Aangrenzende thymines op de DNA-streng kunnen samenkomen om thyminedimeren te vormen. Deze structuren hebben ook invloed op het replicatieproces.

In sommige organismen, zoals bacteriën, kunnen deze dimeren worden hersteld dankzij de aanwezigheid van een herstellend enzym dat fotolyase wordt genoemd. Dit enzym gebruikt zichtbaar licht om dimeren om te zetten in twee afzonderlijke basen.

Nucleotide-excisieherstel is echter niet beperkt tot fouten veroorzaakt door licht. Het reparatiemechanisme is uitgebreid en kan door verschillende factoren veroorzaakte schade herstellen.

Wanneer mensen ons overmatig aan de zon blootstellen, ontvangen onze cellen overmatige hoeveelheden ultraviolette straling. Het gevolg is de vorming van thymine-dimeren en deze kunnen huidkanker veroorzaken.

Referenties

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Essentiële celbiologie. Garland Science.
2. Cooper, GM en Hausman, RE (2000). De cel: moleculaire benadering. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Uitnodiging voor biologie. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Cel- en moleculaire biologie: concepten en experimenten. John Wiley & Sons.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Moleculaire celbiologie. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, JT (1982). Chemische mutagenese. Jaaroverzicht van biochemie, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemie. Panamerican Medical Ed.