Mutasyonlar Neden Olabilir?

Cevaplarını alın: Mutasyonlar nasıl uyarılabilir?

Mutasyonlar, mutajen adı verilen birçok ajan tarafından indüklenebilir. Bunlar kimyasal mutajenler ve radyasyonlar, örneğin X ışınları, y ışınları ve UV ışınları olabilir.

Resim İzniyle: iovs.org/content/47/2/475/F2.large.jpg

Baz nuleotidlerde değiştirilerek mutasyonlar moleküler seviyede yaratılır. Alternatifler tarafından oluşturulur:

(a) Tabanın silinmesi (b) Tabanın ters çevrilmesi (c) Bazların ters çevrilmesi ve (d) baz çiftlerinin değiştirilmesi.

Baz çiftinin değiştirilmesi, DNA'nın kopmadan DNA replikasyonu sırasında gerçekleşir. İki tip olabilir. (Şek. 40.15)

(a) Geçiş:

Pürin yerine başka bir pürin veya pirimidin başka bir pirimidin ile değiştirilir.

(b) Dönüşüm:

Purin, pirimidin ile değiştirilir.

Çeşitli radyasyon tipleri tarafından üretilen mutajenik etkilerin keşfi ilk kez changine gen yapısı ve fonksiyonu için deneysel bir prob olarak gösterildi. Işınlamanın doğrudan veya dolaylı etkileri arasında ayrım yapmak ve üretilen biyokimyasal bileşiklerin tam yapısını analiz etmek çok zordu. Kimyasal mutajenler daha etkilidir ve sonuçları karakterize edilir.

Thomas ve Steinberg azot asidi Aspergillus'ta mutasyona neden olarak etkili bulmuşlardır. Auerbach ve Robson, mutasyonların Drosophila'da azot ve kükürt gazı tarafından indüklenebileceğini buldu. Formaldehit, dietilsülfat, diazometan, vb. Mutajenik aktivite Rapoport tarafından keşfedilmiştir. Kimyasal mutajenler, memelilerde ciddi cilt tahrişlerine neden olur ve ayrıca kanser üretebilir.

Bazı organizmaları etkileyen ancak başkalarını etkileyen bazı kimyasallar vardır. Watson ve Crick ilk olarak, mutasyonun, nükletod bazlarının hidrojen bağlanmasındaki zaman zaman meydana gelen değişikliklerin bir sonucu olarak ortaya çıkabileceğini, örneğin adenin normalde tamamlayıcı keto (C = O ile bağlanma için hidrojen atomu sağlayan bir NH2 (amino) grubunu taşıdığını) önermişti. ) timin grubu. Tatomerik bir kaymada amino grubu, amino grubuna (NH) değiştirilir. Bu baz şimdi sitozinle bağlanır (timin yerine). Timin içinde ketodan enol (COH) formuna totomerik kayma guanin (adenin yerine) ile yapışmasını sağlar (Şekil 40.16).

Eğer totomerik kayma hata üreterse, DNA çoğalmasının gerçekleşmesi gerekir.

Baz analogları:

Bir tabana benzeyen kimyasal bir maddeye baz analogu denir. Normal bir baz yerine yeni sentezlenmiş DNA'ya dahil edilebilir. Pirimidin analogu 5-bromoürasil (5-BU) yapısal olarak timine benzer. 5-klorouracil (5 CU) ve 5 iodouracil (5 IU) ayrıca DNA'daki timinin yerini alabilir. 2-amino pürin (2 AP), hangi bazın yerini aldığını bulmak mümkün olamayacak kadar küçük bir miktarda dahil edilmiştir. 2, 6 diamino purin oldukça mutajeniktir. 5-bromoürasil, tıpkı timin gibi adenin ile eşleşebilir (Şekil 40.17).

5-bromouracil (5-BU) ve bromodeoksiüridin (BUdR), keto formları olan ancak tautomerik kaymalara uğrayabilen timinin analoglarıdır; enol formundadır ve Adenin (A) yerine Guanin (G) ile eşleştirilmiştir (Şekil 40.18). 5-BU, orijinal AT için GC ikamesi üretir veya bazen guanin ile bir eşleştirme arkadaşı olarak enol formunda dahil edilebilir ve sonra orijinal GC için AT ikamesi üretmek için keto formuna geri döner. Lawley ve Brookes, yanlış eşleşmenin, totomerik kaymalardan ziyade, bazların iyonlaşmasından kaynaklanabileceğini öne sürdü. Bu mekanizmada, bir baz, örneğin, 5-BU normalde 3 azot atomu ile bağlantılı hidrojeni kaybeder (Şek. 40.19 A, B) ve şimdi guanin (G) ile eşleşebilir.

Baz analog 2 amino pürin (2 AP), bir adenin ikamesi olarak dahil edilmesini, ancak daha sonra sitozinle eşleşmesini veya başlangıçta sitozin ile ve daha sonra timin ile eşleşmesini sağlayan mutasyon özelliklerini gösterir. AP-C baz çiftini vermek üzere guanin (G) yerine AP'nin a dahil edilmesi sonraki nesillerde mutasyona neden olacaktır.

2-AP'nin eklenmesinden sonra replikasyondaki bir hata, AP-T baz çifti indüklemeli geçişin oluşumuna yol açar.

Pürinleri ve piridinleri değiştiren ajanlar:

Pürinleri ve pirimidinleri modifiye eden ajanlar veya bazları stabilize eden ajanlar arasında azot oksit (HN02), hidroksilamin ve alkilasyon ajanları bulunur.

Azot oksit (HNO2):

Amino grupları içeren bazlarla reaksiyona girer. Yapıyı deaminasyon yoluyla değiştirir (amino grubunun çıkarılması). Amino grubu (NH2), hidroksil grubu (OH - ) ile değiştirilir. Nitröz asit deaminatlar, bazlar, G, C ve A azalan frekansla. Adenin deaminasyonu hipoksantinin oluşumuyla sonuçlanır (Şekil 40.20). Hipoksantin, timin yerine sitozin ile çiftleşir. Böylece AT eşleşmesi GC çiftleri ile değiştirilir.

Sitozinin 6 pozisyonda ayrılması, urasil (U) oluşumuna yol açar (Şekil 40.21) ve UA yerine CG eşleşmesi oluşur. Guanin, ksantine deaminates. Xanthine Guanine gibi davranır ve sitozinle çiftler, eşleştirme GC yerine XC'dir. Guaninin parçalanması mutajenik bir etkiye sahip değildir (Şekil 40.22). Baz eşleşmesindeki değişiklik, % 50 soyunda DNA'da değişiklik ile sonuçlanır. Gauninin dağılması, kalıtsal herhangi bir mutasyon göstermez.

Tablo: 40.1. Nitröz oksit ile deaminasyona bağlı olarak DNA'nın yapısal ve eşleşme davranış değişikliği:

Normal baz Normal eşleştirme Deamine Baz Yeni çift
Adenin AT hypoxanthine GC
sitozin CG Urasil UA
guanin GC Ksantin XC

Hidroksilamin (NH20H):

Sitosin ve guanin ile reaksiyona girer, amino grubundaki sitozinin hidroksilasyonu, aden ile eşleşen hidroksilsitozini oluşturur, çünkü hidroksil amino grubunun amino grubundan daha elektronegatif olması gerekir. Hidroksillenmiş molekül, 3 konumundaki azot yerine bir hidrojen atomuna sahip tatomerik formdadır. Hidroksilaminin 'C' üzerindeki etkisi, baz eşleşmesinde bir geçiş meydana getirir (Şekil 40.23).

Hidrazin (NH2NH2), urasil halkalarını kırar ve sitozin, pirazolon ve 3-aminopiranol oluşturur. DNA hidrazin ile işlendiğinde “apyrimidinic asit” üretir. RNA hidrazin ile muamele edildiğinde “ribo-apyrimidinik asit” üretir.

Alkilleyici ajanlar:

Birçok mutajenik ajan, bir veya daha fazla alkil grubu taşır. Bunlara mono-, bi- veya poli fonksiyonel alkilleme ajanları, örneğin dimetil sülfat (DES), dimetil sülfat (MMS), etil etan sülfonat (DMS), metil metan sülfonat (EES) ve etan metan sülfonat (EMS), vb. Hepsi tek fonksiyonel gruplar olarak hareket eder.

DNA'da bozulma üreten ajanlar:

Proflavin ve akridin portakalı, bazların yerleştirilmesi veya silinmesiyle mutasyona neden olan iki önemli floresan boyadır. Bu boyaların nükleik aside doğrudan bağlanması mutasyona neden olur.

radyasyonlar:

Fiziksel mutajenler arasında radyasyonlar çok önemlidir. Kromozom üzerinde direkt etkiye sahiptirler. Kromozomu doğrudan kırabilir veya DNA bazlarını değiştirebilirler. Eğer mayotik fazda kromozomlar radyasyon verilirse, canlı organizma başına mutantın sıklığı dozla doğrusal olarak artar. Ressovsky ve arkadaşları (1935), hedef (parçacık üzerindeki) radyasyonun tek bir vuruşunun onu etkisiz hale getirdiğini veya değiştirdiğini belirten hedef teorisini önermiştir. Radyasyon bir kimyasalın üretilmesi yoluyla etki edebilir.

Basit kromozomal sapmaların sıklığı, örneğin silme, radyasyon dozu için önerilmektedir (Şekil 40.24). Düşük 02 konsantrasyonu, radyasyonlardan kaynaklanan kromozom kopma sıklığını azaltır.

Oksijen etkisine ayrıca anoksi denir. 0 2 varlığında radyasyon, kopma ve mutasyon sıklığını etkileyen bazı peroksit radikalleri oluşturur. Hücrelerdeki suyun iyonlaşması serbest radikaller ve hidrojen peroksit verebilir

H 2 OH + + OH - (serbest radikaller)

H + + H + → H 2

OH - + OH - → H202

Bir radyasyonun enerji içeriği dalga boyuna bağlıdır. Dalga boyu kısaldıkça, radyasyonun enerji değeri de artar. Yüksek enerji radyasyonları, bir elektron kaybına ve bir iyon oluşumuna neden olarak bir maddenin atom yapısını değiştirebilir. Radyasyonun neden olduğu nükleik asitteki değişiklikler çok önemlidir. Yüksek enerjili iyonlaştırıcı radyasyonlar ve ultraviyole ışık mutajenik ajanlardır.

DNA ve RNA, UV ışığını emer ve azot içeren bazlarda yüksek oranda reaktif serbest radikallere yol açar. Kararsızlık geçişe neden olur. Eğer böyle bir değişiklik / w-RNA'da meydana gelirse, DNA'da ikame halinde az sayıda aktif olmayan protein oluşur, kusurlu protein üreten kalıcı bir etkiye sahiptir. UV ışığı timin dimer üretir (Şek. 40.25). 5, 6 doymamış bitişik pirimidin bağları kovalent olarak bağlanır ve siklobülans halkası oluşturur. Işınlanmış bakteri kültüründe DNA'da üç olası pirimidin dimer türü bulunur.

Thym ine-thym ine-% 50

Timin-sitozin-% 40

Sitozin-sitozin-% 10

RNA'da pirimidin, komşu urasil ve sitozin halkası arasında dimerler oluşturur. Bu dimerler, DNA moleküllerinin bozulmasına neden olan DNA çift sarmalına sığamaz. Bu hasar tamir edilmezse, çoğaltma engellenir ve öldürücüdür. Exonuclease çarpık bölgeyi tanır ve düzeltir. DNA polimeraz boşluğa doğru bazlar yerleştirir ve DNA ligazları eklenen baza katılır.

UV radyasyonu, foto hidratlarla sonuçlanan RNA'nın yanı sıra DNA'daki pirimidinlere su molekülleri ekler (Şekil 40.26).

X-ışını, DNA'daki fosfat ester bağını bir veya daha fazla noktada kırarak mutasyona neden olur ve çok sayıda bazın silinmesine veya yeniden düzenlenmesine neden olur. Çift sarmallı DNA'da, kırılmalar bir veya her iki sarmalda da meydana gelebilir. Her iki telde bulunursa öldürücüdür. Bazen aynı molekülde iki çift sarmallı kırılma meydana gelebilir ve iki kırılmış uç yeniden birleşebilir. DNA'nın iki kopma arasındaki bölümü silinerek sonuçlanan elenir.

Fotoreaktivasyon:

Kelner ve arkadaşları tarafından keşfedilen UV kaynaklı mutasyon, UV etkisinin, hücrelerin, spektrumun mavi bölgesindeki dalga boyunu içeren görünür ışığa maruz bırakılarak tersine çevrilebileceğini göstermektedir. Buna fotoğraf yeniden etkinleştirme denir. Bakterilerde ve bakteriyofajlarda gözlendi. Bu, timin parçalayan ve DNA molekülünü tamir eden enzimden kaynaklanır. DNA onarım sistemi insanlarda olmadığı zaman, güneş ışığına duyarlı hastalarda xeroderma pigmentosum görülür.

Sitosinin Fotohidrolizi; B. Timenin fotohidrolizi.