AGENȚI MUTAGENI: MODUL DE FUNCȚIONARE, TIPURI ȘI EXEMPLE - BIOLOGIE - 2025

De agenți mutageni, mutageni de asemenea cunoscute, sunt molecule de o natură diferită care cauzează schimbări în bazele care formează o parte a ADN - ului. În acest fel, prezența acestor agenți amplifică rata mutației în materialul genetic. Acestea sunt clasificate în mutagene fizice, chimice și biologice.

Mutageneza este un eveniment omniprezent la entitățile biologice și nu se traduce neapărat în schimbări negative. De fapt, este sursa de variație care permite schimbarea evolutivă.

ADN-ul poate fi deteriorat de lumina UV.
Sursa: lucrare derivată: Mouagip (discuție) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David Herring Această imagine vectorială nespecificată W3C a fost creată cu Adobe Illustrator.

Ce este o mutație?

Înainte de a intra în subiectul mutagenilor, este necesar să se explice ce este o mutație. În genetică, o mutație este o schimbare permanentă și ereditară în secvența nucleotidelor din molecula materialului genetic: ADN-ul.

Toate informațiile necesare dezvoltării și controlului unui organism se află în genele sale - care sunt localizate fizic pe cromozomi. Cromozomii sunt constituiți dintr-o moleculă lungă de ADN.

Mutațiile afectează în general funcția unei gene și poate pierde sau modifica funcția acesteia.

Deoarece o modificare a secvenței ADN afectează toate copiile proteinelor, anumite mutații pot fi extrem de toxice pentru celulă sau pentru organism în general.

Mutațiile pot apărea la diferite scale la nivelul organismelor. Mutațiile punctuale afectează o singură bază în ADN, în timp ce mutațiile la scară mai mare pot afecta regiuni întregi ale unui cromozom.

Mutațiile sunt întotdeauna letale?

Este incorect să credeți că mutația duce întotdeauna la generarea de boli sau condiții patologice pentru organismul care o poartă. De fapt, există mutații care nu schimbă succesiunea proteinelor. Dacă cititorul dorește să înțeleagă mai bine motivul acestui fapt, poate citi despre degenerarea codului genetic.

De fapt, sub lumina evoluției biologice, condiția sine qua non pentru a se produce schimbări în populații este existența variației. Această variație apare prin două mecanisme principale: mutația și recombinarea.

Astfel, în contextul evoluției darwiniene, este necesar să existe variante în populație - și ca aceste variante să aibă o adecvare biologică mai mare asociată cu acestea.

Cum apar mutațiile?

Mutațiile pot apărea spontan sau pot fi induse. Instabilitatea chimică intrinsecă a bazelor azotate poate duce la mutații, dar la o frecvență foarte mică.

O cauză comună a mutațiilor spontane este dezaminarea citozinei către uracil în dubla helixă a ADN-ului. Procesul de replicare al acestei secțiuni duce la o fiică mutantă, unde perechea GC originală a fost înlocuită cu o pereche AT.

Deși replicarea ADN-ului este un eveniment care are loc cu o precizie surprinzătoare, nu este în întregime perfectă. Erorile în replicarea ADN-ului duc, de asemenea, la mutații spontane.

Mai mult, expunerea naturală a unui organism la anumiți factori de mediu duce la apariția mutațiilor. Printre acești factori avem radiații ultraviolete, radiații ionizante, diverse substanțe chimice, printre altele.

Acești factori sunt mutageni. Mai jos vom descrie clasificarea acestor agenți, modul în care acționează și consecințele lor în celulă.

Tipuri de agenți mutageni

Agenții care provoacă mutații în materialul genetic sunt de natură foarte diversă. În primul rând, vom explora clasificarea mutagenilor și vom da exemple de fiecare tip, apoi vom explica diferitele moduri prin care mutagenii pot provoca modificări în molecula ADN.

Mutagenii chimici

Mutagenii de natură chimică includ următoarele clase de substanțe chimice: acridine, nitrosamine, epoxizi, printre altele. Există o sub-clasificare pentru acești agenți în:

Bazele analogice

Moleculele care prezintă similaritate structurală cu bazele azotate au capacitatea de a induce mutații; printre cele mai frecvente sunt l-5-bromouracil și 2-aminopurina.

Agenții care reacționează cu materialul genetic

Acidul azotat, hidroxilamina și o serie de agenți alchilatori reacționează direct pe bazele care alcătuiesc ADN și se pot schimba de la purină la pirimidină și invers.

Agenți de intercalzire

Există o serie de molecule precum acridine, bromură de etidiu (utilizate pe scară largă în laboratoarele de biologie moleculară) și proflavin, care au o structură moleculară plană și reușesc să intre în catena ADN-ului.

Reacții oxidative

Metabolismul normal al celulei are ca produs secundar o serie de specii reactive de oxigen care afectează structurile celulare și, de asemenea, materialul genetic.

Mutagene fizice

Al doilea tip de agenți mutageni sunt fizici. În această categorie găsim diferitele tipuri de radiații care afectează ADN-ul.

Mutagene biologice

În cele din urmă, avem mutanții biologici. Sunt organisme care pot induce mutații (inclusiv anomalii la nivelul cromozomilor) la viruși și alte microorganisme.

Cum funcționează ?: tipuri de mutații cauzate de agenți mutageni

Prezența agenților mutageni provoacă modificări ale bazelor ADN-ului. Dacă rezultatul implică schimbarea unei baze purice sau pirimidine pentru una din aceeași natură chimică, vorbim despre o tranziție.

În schimb, dacă schimbarea are loc între baze de diferite tipuri (o purină pentru o pirimidină sau opusul), denumim procesul o tranziție. Se pot produce tranziții pentru următoarele evenimente:

Tautomerizare de bază

În chimie, termenul izomer este utilizat pentru a descrie proprietatea moleculelor cu aceeași formulă moleculară de a avea structuri chimice diferite. Tautomerii sunt izomeri care diferă doar de colegii lor în poziția unui grup funcțional, iar între cele două forme există un echilibru chimic.

Un tip de tautomerism este ceto-enolul, unde migrația unui hidrogen are loc și alternează între ambele forme. Există, de asemenea, modificări între forma imino la amino. Datorită compoziției sale chimice, bazele ADN-ului experimentează acest fenomen.

De exemplu, adenina se găsește în mod normal ca amino și perechi - în mod normal - cu timina. Cu toate acestea, când se află în izomerul imino (foarte rar) se împerechează cu baza greșită: citozina.

Încorporarea unor baze analogice

Incorporarea moleculelor care seamănă cu baze poate perturba modelul de împerechere a bazelor. De exemplu, încorporarea 5-bromouracilului (în loc de timină) se comportă ca citozina și duce la înlocuirea unei perechi de AT cu o pereche CG.

Acțiune directă pe baze

Acțiunea directă a anumitor mutageni poate afecta direct bazele ADN-ului. De exemplu, acidul azotat transformă adenina într-o moleculă similară, hipoxantină, printr-o reacție oxidantă de deaminare. Această nouă moleculă se împerechează cu citosina (și nu timina, așa cum ar fi în mod normal adenina).

Modificarea poate apărea și pe citozină, iar uracilul este obținut ca produs al dezaminării. Substituția bazei unice în ADN are consecințe directe asupra proceselor de transcripție și traducere a secvenței de peptide.

Un codon stop poate apărea timpuriu, iar traducerea se oprește prematur, afectând proteina.

Adăugarea sau ștergerea bazelor

Unii mutageni, cum ar fi agenții intercalatori (acridină, printre altele) și radiațiile ultraviolete au capacitatea de a modifica lanțul de nucleotide.

Prin intercalarea agenților

Așa cum am menționat, agenții de intercalzire sunt molecule plane și au capacitatea de a se intercala (de unde și numele lor) între bazele catenei, distorsionând-o.

În momentul replicării, această deformare în moleculă duce la ștergerea (adică la o pierdere) sau introducerea bazelor. Când ADN-ul pierde baze sau sunt adăugate altele noi, cadrul de citire deschis este afectat.

Reamintim că codul genetic implică citirea a trei nucleotide care codifică un aminoacid. Dacă adăugăm sau eliminăm nucleotide (într-un număr care nu este 3), citirea ADN-ului va fi afectată, iar proteina va fi total diferită.

Aceste tipuri de mutații sunt numite schimbarea cadrului sau modificări ale compoziției tripletelor.

Radiații ultraviolete

Radiația ultravioletă este un agent mutagen și este o componentă normală neionizantă a luminii solare obișnuite. Cu toate acestea, componenta cu cea mai mare rată mutagenă este prinsă de stratul de ozon din atmosfera Pământului.

Molecula de ADN absoarbe radiațiile și apare formarea de dimeri pirimidinici. Adică bazele pirimidine sunt legate prin legături covalente.

Timinele adiacente de pe catena ADN se pot alătura pentru a forma dimeri de timină. Aceste structuri afectează și procesul de replicare.

În unele organisme, cum ar fi bacteriile, acești dimeri pot fi reparați datorită prezenței unei enzime de reparație numită fotolizaza. Această enzimă folosește lumina vizibilă pentru a converti dimerii în două baze separate.

Cu toate acestea, repararea exciziei nucleotidelor nu se limitează la erorile cauzate de lumină. Mecanismul de reparație este extins și poate repara daunele cauzate de diverși factori.

Atunci când oamenii ne supraexpun la soare, celulele noastre primesc cantități excesive de radiații ultraviolete. Consecința este generarea de dimeri de timină și pot provoca cancer de piele.

Referințe

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … și Walter, P. (2015). Biologia celulară esențială. Garland Science.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). Celula: abord molecular. Asociații Sinauer.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitație la biologie. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Biologie celulară și moleculară: concepte și experimente. John Wiley & Sons.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, … și Matsudaira, P. (2008). Biologia celulelor moleculare. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, JT (1982). Mutaogeneză chimică. Analiza anuală a biochimiei, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochimie. Editura Medicală Panamericană.