Hvordan mutationer kan induceres?

Få svaret på: Hvordan mutationer kan induceres?

Mutationer kan induceres af mange agenter kaldet mutagener. Disse kan være kemiske mutagenser og stråler, fx røntgenstråler, røntgenstråler og UV-stråler.

Image Courtesy: iovs.org/content/47/2/475/F2.large.jpg

Mutationer skabes på molekylært niveau ved at ændre basen i nuleotider. Alternativer er oprettet af:

(a) Deletion af base (b) Inversion af base (c) Inversion af baser og (d) udskiftning af basepar.

Udskiftning af basepar finder sted under replikation af DNA uden at bryde DNA. Det kan være af to typer. (Figur 40.15)

(a) Overgang:

Purin erstattes af en anden purin, eller pyrimidin erstattes af en anden pyrimidin.

(b) Transversion:

Purin erstattes af pyrimidin.

Opdagelsen af ​​mutagene virkninger frembragt ved forskellige typer af strålinger blev for første gang vist som en eksperimentel probe for ændret genstruktur og funktion. Det var meget vanskeligt at skelne mellem direkte eller indirekte effekter af bestråling og at analysere den nøjagtige karakter af biokemiske forbindelser produceret. Kemiske mutagenser er mere effektive, og deres resultater karakteriseres.

Thomas og Steinberg fandt svovlsyre, der virker som følge af mutation i Aspergillus. Auerbach og Robson fandt, at mutationer kan induceres af nitrogen og svovlgas i Drosophila. Mutagen aktivitet i formaldehyd, diethylsulfat, diazomethan osv. Opdages af Rapoport. Kemiske mutagenser forårsager alvorlige hudirritationer hos pattedyr og kan også producere kræft.

Der er nogle kemikalier, der påvirker nogle organismer, men ikke andre. Watson og Crick var først til at foreslå, at mutation kunne forekomme som følge af lejlighedsvise ændringer i hydrogenbindingen af ​​nucletodiebaser, f.eks. Har adenin normalt en NH2 (aminogruppe), der tilvejebringer hydrogenatom til binding med den komplementære keto (C = O ) gruppe af thymin. I et tautomerisk skift ændres aminogruppen til aminogruppen (NH). Denne base bindes nu med cytosin (i stedet for thymin). I tymin gør det tautomere skift fra keto til enol (COH) form det muligt at binde med guanin (i stedet for adenin) (figur 40.16).

Hvis det tautomere skift frembringer fejlen, er det nødvendigt, at DNA-replikation finder sted.

Base analoger:

Et kemisk stof, der minder om en base kaldes baseanalog. Det kan inkorporeres i nyligt syntetiseret DNA i stedet for en normal base. Pyrimidin-analog 5-bromouracil (5-BU) er strukturelt lig med thymin. 5-chlorouracil (5 CU) og 5 iodouracil (5 IE) kan også erstatte thymin i DNA. 2-amino purin (2 AP) er inkorporeret i meget lille mængde, at det ikke kunne være muligt at finde ud af, hvilken base den erstatter. 2, 6 diamino purin er meget mutagen. 5-bromouracil kan parre med adenin ligesom tymin (figur 40.17).

5-bromouracil (5-BU) og bromodeoxyuridin (BUdR) er analoger af thymin, som er ketoformer, men kan undergå tautomere skift; de er enol form og par med guanin (G) i stedet for adenin (A) (figur 40.18). 5-BU producerer GC-substitution for den oprindelige AT, eller det kan lejlighedsvis inkorporeres i enolformen som parringskammer med guanin og derefter tilbage til sin ketoform for at producere AT-substitution for den oprindelige GC. Lawley og Brookes foreslog, at mispairing kan skyldes ionisering af baser snarere end ved tautomere skift. I denne mekanisme mister en base, f.eks. 5-BU, hydrogenet, som normalt er forbundet med dets 3 nitrogenatom (fig. 40.19 A, B) .og kan nu parre med guanin (G).

Basalanalogen 2 amino purin (2 AP) viser mutationsmæssige egenskaber, der gør det muligt at inkorporere det som en erstatning for adenin, men at parre efterfølgende med cytosin eller at parre oprindeligt med cytosin og efterfølgende med thymin. Inkorporering a af AP i stedet for guanin (G) for at give AP-C-basepar vil forårsage mutation i efterfølgende generation.

En fejl i replikation efter inkorporering af 2-AP fører til dannelsen af ​​AP-T-basepar-inducerende overgang.

Agenter, der modificerer puriner og pyrmidiner:

Midlerne, som modificerer puriner og pyrimidiner eller midler, der stabiliserer baserne, indbefatter nitrousoxid (HNO2), hydroxylamin og alkyleringsmidler.

Nitrogenoxid (HNO ₂ ):

Det reagerer med baser indeholdende aminogrupper. Det ændrer strukturen ved deaminering (fjernelse af aminogruppen). Aminogruppen (NH2) erstattes af hydroxylgruppe (OH-). Nitrogen syre deaminater, baserne, G, C og A med faldende frekvens. Deaminering af adenin resulterer i dannelsen af ​​hypoxanthin (figur 40.20). Hypoxanthinpar med cytosin i stedet for thymin. Således er AT parring erstattet af GC par.

Deaminering af cytosin i 6 position resulterer i dannelsen af ​​uracil (U) (Fig. 40.21), og parring af CG i stedet for UA dannes. Guanin deaminaterer til xanthin. Xanthine opfører sig som guanin og par med cytosin, parringen er XC i stedet for GC. Deaminering af guanin har ingen mutagen virkning (figur 40.22). Ændringen i basisparring resulterer i ændring i DNA i 50% afkom. Deaminering af Gaunin, viser ikke nogen arvelig mutation.

Tabel: 40, 1. Den strukturelle og parringsadfærdsændring af DNA på grund af deaminering af nitrousoxid:

Hydroxylamin (NH20H):

Det reagerer med cytosin og guanin, hydroxyleringen af ​​cytosin i aminogruppen danner hydroxylcytosin, som parrer med adenin, fordi hydroxylaminogruppen skal være mere electronegativ end aminogruppen. Det hydroxylerede molekyle er i tautomer form, der har et hydrogenatom i stedet for nitrogen i position 3. Effekten af ​​hydroxylamin på 'C' frembringer en overgang i basisparring (figur 40.23)

Hydrazin (NH2NH2) bryder ringene af uracil og cytosinformer pyrazolon og 3-aminopyrasol. Når DNA behandles med hydrazin, producerer det "apyrimidinsyre". Mens RNA behandles med hydrazin producerer det "ribo-apyrimidinsyre".

Alkyleringsmidler:

Mange mutagene midler bærer en eller flere alkylgrupper. Disse kaldes mono-, bi- eller polyfunktionelle alkyleringsmidler, f.eks. Dimethylsulfat (DES), dimethylsulfat (MMS), ethylethansulfonat (DMS), methylmetansulfonat (EEA) og ehtylmetansulfonat (EMS) osv. . Alle fungerer som monofunktionelle grupper.

Agenter der producerer forvrængning i DNA:

Proflavin og acridin orange er to vigtige flourescent farvestoffer, der forårsager mutation ved indsættelse eller deletion af baser. Direkte binding af disse farvestoffer til nukleinsyren bevirker mutation.

stråling:

Blandt de fysiske mutagenser er stråling vigtigst. De har direkte effekt på kromosom. De kan bryde kromosomet direkte eller ændre DNA-baserne. Hvis kromosomer ved meiotisk profase gives stråling, øges frekvensen af ​​mutant pr. Levedygtig organisme lineært med dosis. Ressovsky et al. (1935) foreslog målteori om, at enkeltpartiets slag (stråling) på målet (genetisk materiale) inaktiverer eller muterer det. Strålingen kan virke ved produktion af et kemikalie.

Frekvensen af ​​simple kromosomafvigelser, fx sletning, foreslås til dosis af stråling (figur 40.24). Lav O ₂ koncentration reducerer hyppigheden af ​​kromosombrud induceret af stråling.

Oxygen effekt kaldes også anoxi. Stråling i nærværelse af 0 ₂ danner nogle peroxidradikaler, der påvirker frekvensen af ​​pauser og mutationer. Ionisering af vand i celler kan give frie radikaler og hydrogenperoxid

H20H ⁺ + OH ^- (frie radikaler)

H ⁺ + H ⁺ → H2

OH ^- + OH ^- → H202

Energiindholdet i en stråling afhænger af dets bølgelængde. Jo kortere bølgelængden desto større er energien for en stråling. Høj energi stråling kan ændre atomets struktur af et stof ved at forårsage tab af en elektron og dannelsen af ​​en ion. Alternationer i nukleinsyre forårsaget af stråling er af stor betydning. Høj energi ioniserende stråling og ultraviolet lys er mutagene midler.

DNA og RNA absorberer UV-lys, hvilket resulterer i stærkt reaktive frie radikaler i nitrogenholdige baser. Ustabiliteten forårsager overgang. Hvis sådanne ændringer forekommer i / w-RNA, dannes kun få inaktive proteiner ved substitution i DNA, der har varig virkning, hvilket producerer defekt protein. UV-lys producerer tymin dimerer (figur 40.25). 5, 6 umættede bindinger af tilstødende pyrimidiner bliver kovalent bundet og danner cyclobutancering. Tre mulige typer af pyrimidindimer i DNA findes i bestrålet bakteriekultur.

Thym ine-thym ine-50%

Thymin-cytosin-40%

Cytosin-cytosin-10%

I RNA formes pyrimidin-dimerer mellem tilstødende uracil- og cytosinring. Disse dimerer kan ikke passe ind i DNA-dobbelthelixen, der forårsager forvrængning af DNA-molekyler. Hvis denne skade ikke repareres, er replikationen blokeret, og det er dødeligt. Exonuclease genkender den forvrængede region og korrigerer den. DNA-polymerase indsætter korrekte baser i spalten, og DNA-ligaser forbinder den indsatte base.

UV-stråling tilføjer vandmolekyler til pyrimidiner i DNA såvel som RNA, hvilket resulterer i fotohydrater (Fig. 40.26).

Røntgen forårsager mutation ved at bryde phosphatesterbindingen i DNA på et eller flere punkter, hvilket forårsager et stort antal deletion af baser eller omlægning. I dobbeltstrenget DNA kan pauser forekomme i en eller begge tråde. Hvis det findes i begge tråde er det dødeligt. Nogle gange kan to dobbeltstrengede pauser forekomme i det samme molekyle, og de to brudte ender kan genforene. Delen af ​​DNA mellem de to pauser elimineres, hvilket resulterer i sletning.

fotoreaktivering:

UV-induceret mutation opdaget af Kelner et al viser, at UV-effekt kan reverseres ved at udsætte celler for synligt lys indeholdende bølgelængde i det blå spektrumområde. Det kaldes foto reaktivering. Det blev observeret i bakterier og bakteriofager. Det er forårsaget af en2yme, som spalter tymin dimerer og reparerer DNA molekylet. Når DNA-reparationssystemet er fraværende hos mennesker, vises xeroderma pigmentosum hos patienter, der er modtagelige for sollys.

En fotohydrolyse af cytosin; B. Fotohydrolyse af thymin.