În centrul mutațiilor la nivel molecular sunt două motive principale: erori de replicare și efecte mutagene de natură diferită. Erorile de replicare apar deoarece precizia ADN polimerazei nu este absolută. Deoarece alegerea următoarei nucleotidă pentru încorporarea într-un lanț de ADN în creștere este determinată de interacțiunea dintre proteine și enzime de replicare și sistemul șablon ADN, modificări ale proprietăților acestor proteine sau matrice spontan sau sub influența diferiților agenți modificatori pot conduce la erori în replicarea ADN-ului si mutatii.
Erori de replicare. Așa cum sa discutat în secțiunea 4.1 a sintezei ADN-ului are loc prin atașarea secvențială enzimatică a trifosfaților deoxiribonucleozidă complementare ADN matriță la nucleotida 3 'terminală a lanțului ADN în creștere. Acuratețea acestui proces este determinată de diferența de energie liberă de canonice sau eronate perechi de baze ADN generate în conformitate cu regulile Watson-Crick în soluții apoase. Diferentele constituie 1-3 kcal / mol și pentru a asigura acuratețea replicare în cel mai mult de o nucleotidă incorect încorporată pentru fiecare 100 de nucleotide.
Metodele genetice pentru determinarea frecvenței erorilor de replicare care apar in timpul sintezei ADN-ului in vitro, sunt de două tipuri. Într-o abordare, se măsoară frecvența mutațiilor directe care conduc la inactivarea o variatie a genei, care este ușor de identificat fenotipic. Un sistem convenabil bazat pe acest principiu este forma replicativă ADN de bacteriofag M13mp2, conținând o parte a genei -galactozidaza ca un singur catenar lacune, construirea ADN polimerazei de testare într-un sistem fără celule. eroare sinteza ADN-ului, în acest caz, este detectată prin pierderea sau scăderea activității -galactozidaza, care nu afectează viabilitatea fagului, care este produs după introducerea unui astfel de ADN în celule bacteriene prin transfecție. Prin aplicarea acestei metode pentru a detecta 200 substituții de baze diferite precum deleții, mutații deplasate cadre de citire și de reglare complexe de gene.
Într-o altă abordare pentru determinarea sintezei ADN precizia de frecventa masurata in vitro spate mutații, restabilirea (sub punctul mutație acțiune) a secvenței de nucleotide a genei, un produs proteic a cărui activitate a fost rupt, ca rezultat, de exemplu, o mutație chihlimbar. Această metodă are o sensibilitate ridicată, care permite determinarea mutației care apar la 10 -8 -10 -6 per nucleotidă per generație. Cu toate acestea, aceasta este limitată de capacitatea de a determina mutații de un singur tip particular.
crește rata de eroare de replicare ca urmare a daunelor ADN genomic spontane rezultate din depurination sale în condiții fiziologice. Depurination este o consecință a diferenței legăturii N-glicozidică care leagă molecula de ADN în baza purinică la resturile dezoxiriboza. Estimată Lindahl și Nyberg depurination a ADN-ului în organism are loc la o frecvență 3 10 -11 până la nucleotida la a doua, care este de 100 ori mai frecventa mai mare a pierderii spontane a bazelor pirimidinice ale ADN-ului, în aceleași condiții. Un simplu calcul arată că la o astfel de frecvență a acestor evenimente în celula somatoasă a unei persoane,
10 5 de-purinizare / zi. complex ADN replicativ pe matrice interactioneaza cu site-ul apurinizirovannym și include sintetizata catenă de ADN, de preferință, resturile dezoxiadenozină.
Multe polimerazele bacteriene și eucariote ADN, care efectuează replicarea ADN-ului au 3'5'-corectarea exonucleazică și nucleotide, prin urmare, sunt incluse în mod eronat cu matrice non-complementare sunt îndepărtate din capătul 3 'al unui lanț ADN în creștere înainte de a porni următoarea nucleotidelor în catena ADN țintă. Prezența activității ADN-polimerazei a unor asemenea complexe crește foarte mult precizia funcționării sistemului de replicare.
Efecte mutagene. Eforturile sistemelor de replicare devin insuficiente în situațiile de stres, când organismul suferă un efect mutagene masiv. Cu toate acestea, chiar prezența unei mici cantități de mutageni în mediu determină o acumulare continuă de mutații în genomul celulelor somatice, deși la o rată scăzută. Acumularea de mutatii care scapa sisteme de reparare de corecție este cumulativă - de a pre-existente mutații în mod constant adăugat noi și numărul total de mutatii in genomul (sarcină genetică) crește. Procesul de acumulare a mutațiilor este statistic, de aceea, în prezent, se poate prezice doar probabilitatea unei mutații specifice în locusul genetic sau genomul organismului. Deoarece mutațiile sunt adesea cauza unor boli moștenite și dobândite, este important să se facă o prognoză statistică incidența anumitor boli la populații, care sunt cunoscute condițiile de mediu mutagene.
Radiații ionizante. Radiațiile electromagnetice de scurtă durată (lumină UV, raze X), precum și particulele elementare formate în timpul decăderii radioactive a substanței, au un efect mutagen foarte pronunțat. Cu ajutorul radiației X, H. Meller, în 1927, au fost obținute mai întâi mutații în Drosophila. De atunci, studiile privind mecanismele de mutageneză se desfășoară din ce în ce mai intens și pe scară largă.
Radiațiile electromagnetice care trec prin materie sau particulele elementare transmit energia lor atomilor. Ca urmare a coliziunii cu fotoni de radiații primare sau particule dintr-un atom, care este convertit într-un ion încărcat pozitiv, electronii sunt eliminați. Electronii eliberați provoca formarea de secundar perechi de ioni prin deplasarea în sus, până când energia lor nu este irosit și ei nu își vor pierde puterea lor de ionizare. Doza unitară de radiație este cu raze X (P) - cantitatea de radiatii, ceea ce determină formarea de 2 x 10 9 perechi de ioni / cm3 de aer. În practică, o unitate este adesea folosită. servind ca măsură de absorbție a energiei; în aer 1 P este echivalent cu 0,876 rad. Pentru a explica mecanismele de mutatii de tinta radiatii anterior teoria dezvoltată a fost aplicată ionizante. conform căruia se observă deteriorarea ADN-ului în locul unde are loc ionizarea primară. Reacția are loc într-un volum discret, care este ținta. deteriorarea ADN-ului apare ca rezultat al expunerii directe cuantei radiație și particulă elementară în moleculă, și ca urmare a ionului secundare actelor formate în afara ADN-ului, în anumite „volum sensibil.“ Sa constatat că frecvența mutațiilor care apar in Drosophila si alte obiecte este direct proporțională cu doza. O anumită doză de iradiere determină un număr egal de mutații atât singure cât și în iradierea fracționată în porții mici.
Mutagene chimice de origine exogenă. Mulți compuși chimici găsiți în mediul înconjurător au capacitatea de a interacționa cu ADN-ul sau precursorii săi cu greutate moleculară mică și cauzează mutații. În acest caz, anumiți compuși chimici sunt inițial mutageni reactivi, care se combină direct cu ADN-ul și își schimbă structura chimică, în timp ce altele, așa-numitele promutagene. pentru transformarea în mutageni, mai întâi suferă o activare metabolică sub acțiunea sistemelor enzimatice ale corpului.
Una dintre cele mai extinse clase de mutageni chimici de origine exogenă sunt agenții de alchilare. sub care există spontan (fără participarea sistemelor enzimatice ale organismului) transferă grupările alchil ale acestor compuși chimici în macromolecule biologice, incluzând ADN. În tabel. I.18 prezintă principalele clase de agenți de alchilare. Structurile chimice ale compușilor enumerați în tabel, este posibilă detectarea diferențelor în două moduri, al căror rol în activitatea mutagenă a agenților de alchilare a fost confirmat în mod repetat experimental. Una dintre caracteristici se referă la tipul de grupare alchil care este transportat: metil, etil sau mai complex. O altă caracteristică a - numărul de grupări alchil care dă o moleculă de agent de alchilare. Această proprietate se numește funcționalitate de conectare. Astfel, printre azotiperite H2 NCH2 CH2CI - monofunktsionalen, HN (CH2 CH2CI) 2 - bifunktsionalen și N (CH2 CH2 Cl) 3 - trifunktsionalen.
Principala sursă de mutații care rezultă din acțiunea agentului de alchilare este O-6 alchilare la O-guanină și timină în ADN-4. In alte site-uri, alchilare care conduce la mai puțin frecvente mutații pot fi N-3 guanină, N-1, N-3 și N-7 din adenină, N-3 de citozină și N-3 și N-4 timina. Spectrul mutațiilor care rezultă din acțiunea oricare agent de alchilare, de obicei, specific. Trebuie remarcat faptul că, din cauza de funcționare a sistemelor de celule la mutații provoacă reparatorie doar o mică parte din alchilări ADN-ului. Prin urmare, frecvența reacțiilor dintre agentul de alchilare și ADN-ul legat nu este o relație simplă cu activitatea mutagenă. Același lucru este valabil nu numai pentru agenții de alchilare, ci și pentru alți mutageni.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: