Hur mutationer kan induceras?

Få svaret på: Hur mutationer kan induceras?

Mutationer kan induceras av många agenter som kallas mutagener. Dessa kan vara kemiska mutagener och strålningar, t.ex. röntgenstrålar, röntgenstrålar och UV-strålar.

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

Mutationer skapas på molekylär nivå genom att ändra basen i nuleotider. Alternativ skapas av:

(a) Deletion av basen (b) Inversion av basen (c) Inversion av baser och (d) Byte av baspar.

Ersättning av baspar sker under replikering av DNA utan att DNA bryts. Det kan vara av två typer. (Fig 40, 15)

(a) Övergång:

Purin ersätts med en annan purin eller pyrimidin ersätts med en annan pyrimidin.

(b) Transversion:

Purin ersätts med pyrimidin.

Upptäckten av mutagena effekter som producerats av olika typer av strålningar visades för första gången som en experimentell sond för förändrad genstruktur och funktion. Det var mycket svårt att skilja mellan direkta eller indirekta effekter av bestrålning och att analysera den exakta naturen hos biokemiska föreningar som producerades. Kemiska mutagener är effektivare och deras resultat karakteriseras.

Thomas och Steinberg fann lustig syra effektiv som orsakade mutation i Aspergillus. Auerbach och Robson fann att mutationer kan induceras av kväve och svavelgas i Drosophila. Mutagen aktivitet i formaldehyd, dietylsulfat, diazometan, etc., upptäckes av Rapoport. Kemiska mutagener orsakar allvarliga hudirritationer hos däggdjur och kan också producera cancer.

Det finns några kemikalier som påverkar vissa organismer men inte andra. Watson och Crick var först att föreslå att mutation skulle kunna uppstå som en följd av tillfälliga förändringar i vätebindningen av nukletodibaser, t.ex. adenin bär normalt en NH2 (aminogrupp) som tillhandahåller väteatom för bindning med komplementär keto (C = O ) grupp av tymin. I ett Tautomerskifte ändras aminogruppen till aminogrupp (NH). Denna bas bindar nu med cytosin (i stället för tymin). I tymin tillåter det tautomera skiftet från keto till enol (COH) -formen att binda med guanin (i stället för adenin) (fig 40.16).

Om det tautomera skiftet ger felet, är det nödvändigt att DNA-replikering ska ske.

Basanaloger:

En kemisk substans som liknar en bas kallas basanalog. Det kan inkorporeras i nyssyntetiserat DNA istället för en normal bas. Pyrimidinanalog 5-bromouracil (5-BU) är strukturellt liknande tymin. 5-kloruracil (5 CU) och 5 iodouracil (5 IE) kan också ersätta tymin i DNA. 2-aminopurin (2 AP) inkorporeras i mycket liten mängd att det inte kunde vara möjligt att ta reda på vilken bas den ersätter. 2, 6 diamino purin är mycket mutagen. 5-bromouracil kan para med adenin precis som tymin (figur 40.17).

5-bromouracil (5-BU) och bromodeoxiuridin (BUdR) är analoger av tymin som är ketoformer, men kan genomgå tautomera skift; de är enolform och par med guanin (G) istället för adenin (A) (fig 40.18). 5-BU producerar GC-substitution för den ursprungliga AT, eller det kan ibland införlivas i enolformen som en parningskompis med guanin och återgå sedan till sin ketoform för att producera AT-substitution för den ursprungliga GC. Lawley och Brookes föreslog att missparing kan orsakas av jonisering av baser snarare än genom tautomera skift. I denna mekanism förlorar en bas, t.ex. 5-BU, väte som normalt är associerat med sin 3 kväveatom (fig 40.19 A, B). Och kan nu para ihop med guanin (G).

Basanalog 2 amino purin (2 AP) visar mutationsegenskaper som möjliggör att den införlivas som ett substitut för adenin men att para därefter med cytosin eller att paret initialt med cytosin och därefter med tymin. Införlivande a av AP vid stället för guanin (G) för att ge AP-C baspar kommer att orsaka mutation i efterföljande generation.

Ett misstag vid replikation efter inkorporering av 2-AP leder till bildandet av AP-T baspar inducerande övergång.

Agenter som modifierar puriner och pyrmidiner:

De medel som modifierar puriner och pyrimidiner eller medel som stabiliserar baserna innefattar nitrousoxid (HNO2), hydroxylamin och alkyleringsmedel.

Kväveoxid (HNO 2 ):

Det reagerar med baser som innehåller aminogrupper. Det ändrar strukturen genom deaminering (avlägsnande av aminogruppen). Aminogruppen (NH2) ersätts med hydroxylgrupp (OH-). Nitrosyradeaminater, baserna, G, C och A med minskande frekvens. Deaminering av aden resulterar i bildandet av hypoxantin (fig 40.20). Hypoxantinpar med cytosin istället för tymin. Således ersätts AT-parning med GC-par.

Deaminering av cytosin vid 6 position resulterar i bildandet av uracil (U) (Fig. 40.21) och parning av CG istället för UA bildas. Guanin deaminerar till xantin. Xanthine beter sig som Guanine och par med cytosin, parringen är XC istället för GC. Deaminering av guanin har ingen mutagen påverkan (figur 40.22). Förändringen i basparning resulterar i förändring av DNA i 50% avkomman. Deaminering av Gaunine, visar inte någon ärftlig mutation.

Tabell: 40, 1. Det strukturella och parringsbeteendeförändringen av DNA på grund av deaminering med lustgas:

Normal bas Normal parning Deaminerade basen Nytt par
adenin hypoxantin GC
cytosin CG uracil UA
guanin GC xantin XC

Hydroxylamin (NH2OH):

Det reagerar med cytosin och guanin, hydroxyleringen av cytosin vid aminogruppen bildar hydroxylcytosin som parar med adenin eftersom hydroxylaminogruppen bör vara mer elektronegativ än aminogruppen. Den hydroxylerade molekylen är i tautomer form med en väteatom i stället för kväve vid position 3. Effekten av hydroxylamin på "C" ger en övergång i basparning (Fig. 40.23)

Hydrazin (NH2NH2) bryter ringen av uracil och cytosin bildar pyrazolon och 3-aminopyrasol. När DNA behandlas med hydrazin producerar det "apyrimidinsyra". Medan RNA behandlas med hydrazin producerar den "ribo-apyrimidinsyra".

Alkyleringsmedel:

Många mutagena medel bär en eller flera alkylgrupper. Dessa kallas mono-, bi- eller polyfunktionella alkyleringsmedel, t.ex. dimetylsulfat (DES), dimetylsulfat (MMS), etyletansulfonat (DMS), metylmetansulfonat (EES) och ehtylmetansulfonat (EMS) . Alla av dem fungerar som monofunktionella grupper.

Agenter som producerar snedvridning i DNA:

Proflavin och akridin apelsin är två viktiga flourescent färgämnen som orsakar mutation genom införande eller deletion av baser. Direkt bindning av dessa färgämnen till nukleinsyran orsakar mutation.

strålning:

Bland de fysiska mutagenerna är strålning viktigast. De har direkt effekt på kromosom. De kan bryta kromosomen direkt eller ändra DNA-baserna. Om kromosomer vid meiotisk profas ges strålning ökar frekvensen av mutanten per levande organism linjärt med dosen. Ressovsky et al (1935) föreslog målteori som anger att enstaka träff av partikeln (strålning) på målet (genetiskt material) inaktiverar eller muterar det. Strålningen kan fungera genom produktion av en kemikalie.

Frekvensen av enkla kromosomavvikelser, t ex deletion, föreslås till strålningsdosen (Fig. 40.24). Låg O2-koncentration minskar frekvensen av kromosombrott som orsakas av strålning.

Syreffekten kallas också anoxi. Strålning i närvaro av 0 2 bildar några peroxidradikaler som påverkar frekvensen av raster och mutationer. Jonisering av vatten i celler kan ge fria radikaler och väteperoxid

H2OH + + OH - (fria radikaler)

H + + H + - H2

OH - + OH - → H2O2

Energiinnehållet i en strålning beror på dess våglängd. Ju kortare våglängden desto större är ett energis värde av en strålning. Hög energi strålning kan förändra en substans atomära struktur genom att orsaka förlust av en elektron och bildandet av en jon. Alternationer i nukleinsyra orsakad av strålning är av stor betydelse. Hög energi joniserande strålning och ultraviolett ljus är mutagena medel.

DNA och RNA absorberar UV-ljus som resulterar i starkt reaktiva fria radikaler i kvävehaltiga baser. Ostabiliteten orsakar övergången. Om sådana förändringar inträffar i / w-RNA bildas endast få inaktiva proteiner vid substitution i DNA har varaktig effekt som producerar defekt protein. UV-ljus producerar tymindimerer (figur 40.25). 5, 6 omättade bindningar av intilliggande pyrimidiner blir kovalent bundna och bildar cyklobutansring. Tre möjliga typer av pyrimidindimer i DNA finns i bestrålad bakteriekultur.

Thym ine-thym ine-50%

Tymin-cytosin-40%

Cytosin-cytosin-10%

I RNA bildas pyrimidindimer mellan angränsande uracil och cytosinring. Dessa dimerer kan inte passa in i DNA-dubbelhelixen vilket orsakar förvrängning av DNA-molekyler. Om denna skada inte repareras är replikationen blockerad och det är dödligt. Exonukleas känner igen den förvrängda regionen och korrigerar den. DNA-polymeras sätter in korrekta baser i gapet och DNA-ligaser förenar den infogade basen.

UV-strålning tillför vattenmolekyler till pyrimidiner i DNA såväl som RNA, vilket resulterar i fotohydrater (Fig. 40.26).

Röntgen orsakar mutation genom att bryta fosfatesterbindningen i DNA vid en eller flera punkter som orsakar ett stort antal deletion av baser eller omläggning. I dubbelsträngad DNA kan pauser förekomma i en eller båda strängarna. Om det finns i båda strängarna är det dödligt. Ibland kan två dubbelsträngade raster förekomma i samma molekyl och de två trasiga ändarna kan återanpassas. Delen av DNA mellan de två rasterna elimineras vilket resulterar i radering.

fotoreaktivering:

UV-inducerad mutation som upptäckts av Kelner et al visar att UV-effekt kan reverseras genom att exponera celler för synligt ljus innehållande våglängd i det blå spektrumområdet. Det kallas fotoreaktivering. Det observerades i bakterier och bakteriofager. Det orsakas av en2yme som delar tymindimerer och reparerar DNA-molekylen. När DNA-reparationssystemet är frånvarande hos människor visas xeroderma pigmentosum hos patienter som är mottagliga för solljus.

En fotohydrolys av cytosin; B. Fotohydrolys av tymin.