Làm thế nào đột biến có thể được gây ra?

Nhận câu trả lời: Làm thế nào đột biến có thể được gây ra?

Đột biến có thể được gây ra bởi nhiều tác nhân được gọi là mutagens. Đây có thể là đột biến hóa học và bức xạ, ví dụ, tia X, tia y và tia UV.

Hình ảnh lịch sự: iovs.org/content/47/2/475/F2.large.jpg

Đột biến được tạo ra ở cấp độ phân tử bằng cách thay đổi cơ sở trong nuleotide. Sự thay thế được tạo ra bởi:

(a) Xóa cơ sở (b) Đảo ngược cơ sở (c) Đảo ngược cơ sở và (d) thay thế các cặp cơ sở.

Việc thay thế cặp cơ sở diễn ra trong quá trình sao chép DNA mà không phá vỡ DNA. Nó có thể có hai loại. (Hình 40, 15)

(a) Chuyển đổi:

Purine được thay thế bằng một purine hoặc pyrimidine khác được thay thế bằng một pyrimidine khác.

(b) Chuyển đổi:

Purine được thay thế bằng pyrimidine.

Việc phát hiện ra các hiệu ứng gây đột biến được tạo ra bởi các loại bức xạ khác nhau lần đầu tiên được thể hiện dưới dạng một thăm dò thử nghiệm về cấu trúc và chức năng gen thay đổi. Rất khó phân biệt giữa tác động trực tiếp hay gián tiếp của chiếu xạ và phân tích bản chất chính xác của các hợp chất sinh hóa được tạo ra. Mutagens hóa học có hiệu quả hơn và kết quả của chúng được đặc trưng.

Thomas và Steinberg đã tìm thấy axit nitric có hiệu quả gây đột biến ở Aspergillus. Auerbach và Robson thấy rằng đột biến có thể được gây ra bởi khí nitơ và lưu huỳnh ở Drosophila. Hoạt động gây đột biến trong formaldehyd, diethylsulfate, diazomethane, v.v., được phát hiện bởi Rapoport. Mutagens hóa học gây kích ứng da nghiêm trọng ở động vật có vú và cũng có thể tạo ra ung thư.

Có một số hóa chất ảnh hưởng đến một số sinh vật nhưng không phải là khác. Watson và Crick trước tiên cho rằng đột biến có thể xảy ra do sự thay đổi thỉnh thoảng trong liên kết hydro của các bazơ nucletodie, ví dụ, adenine thường mang nhóm NH ₂ (amino) cung cấp nguyên tử hydro để liên kết với keto bổ sung (C = O ) nhóm của tuyến ức. Trong một ca Tautomeric, nhóm amino được đổi thành nhóm amino (NH). Cơ sở này bây giờ liên kết với cytosine (thay vì thymine). Trong thymine, sự chuyển đổi tautomeric từ dạng keto sang enol (COH) cho phép nó liên kết với guanine (thay vì adenine) (Hình 40.16).

Nếu sự dịch chuyển tautomeric tạo ra lỗi, điều cần thiết là sao chép DNA.

Tương tự cơ sở:

Một chất hóa học giống như một bazơ được gọi là tương tự cơ sở. Nó có thể được kết hợp vào DNA mới được tổng hợp thay vì một cơ sở bình thường. Pyrimidine tương tự 5-bromouracil (5-BU) có cấu trúc tương tự như thymine. 5-chlorouracil (5 CU) và 5 iodouracil (5 IU) cũng có thể thay thế thymine trong DNA. 2-amino purine (2 AP) được kết hợp với một lượng rất nhỏ mà không thể tìm ra cơ sở nào nó thay thế. 2, 6 diamino purine có tính đột biến cao. 5-bromouracil có thể ghép với adenine giống như thymine (Hình 40, 17).

5-bromouracil (5-BU) và bromodeoxyuridine (BUdR) là các chất tương tự của thymine là các dạng keto nhưng có thể trải qua các thay đổi tautomeric; chúng có dạng enol và cặp với Guanine (G) thay vì Adenine (A) (Hình 40, 18). 5-BU tạo ra sự thay thế GC cho AT gốc, hoặc đôi khi nó có thể được kết hợp ở dạng enol như một cặp đôi với guanine và sau đó trở lại dạng keto của nó để tạo ra sự thay thế AT cho GC gốc. Lawley và Brookes cho rằng sự thất vọng có thể được gây ra bởi sự ion hóa các bazơ chứ không phải do sự dịch chuyển tautomeric. Trong cơ chế này, một bazơ, ví dụ, 5-BU mất hydro thường được liên kết với 3 nguyên tử nitơ của nó (Hình 40, 19 A, B) .và bây giờ có thể ghép với guanine (G).

Tương tự cơ sở 2 amino purine (2 AP) cho thấy các thuộc tính đột biến cho phép nó được kết hợp như một chất thay thế của adenine nhưng sau đó kết hợp với cytosine hoặc kết hợp ban đầu với cytosine và sau đó với thymine. Kết hợp a AP tại vị trí của guanine (G) để cung cấp cặp cơ sở AP-C sẽ gây đột biến ở thế hệ tiếp theo.

Một sai lầm trong sao chép sau khi kết hợp 2-AP dẫn đến sự hình thành của cặp cơ sở AP-T gây ra quá trình chuyển đổi.

Đại lý sửa đổi purin và pyrmidine:

Các tác nhân biến đổi purin và pyrimidine hoặc các tác nhân ổn định các bazơ bao gồm oxit nitơ (HNO ₂ ), hydroxylamine và các tác nhân kiềm hóa.

Oxit nitơ (HNO ₂ ):

Nó phản ứng với các cơ sở có chứa các nhóm amino. Nó thay đổi cấu trúc bằng cách khử amin (loại bỏ nhóm amin). Nhóm amin (NH ₂ ) được thay thế bằng nhóm hydroxyl (OH ^- ). Axit nitơ khử, các bazơ, G, C và A với tần số giảm dần. Sự khử amin của adenine dẫn đến sự hình thành của hypoxanthine (Hình 40, 20). Hypoxanthine cặp với cytosine thay vì thymine. Do đó, cặp AT được thay thế bằng cặp GC.

Sự khử amin của cytosine ở vị trí 6 dẫn đến sự hình thành uracil (U) (Hình 40, 21) và sự ghép cặp CG thay vì UA được hình thành. Guanine khử thành xanthine. Xanthine hoạt động giống như Guanine và cặp với cytosine, cặp đôi là XC thay vì GC. Sự khử amin của Guanine không có ảnh hưởng gây đột biến (Hình 40, 22). Sự thay đổi trong ghép cặp cơ sở dẫn đến thay đổi DNA trong thế hệ con cháu 50%. Deamination của gaunine, không cho thấy bất kỳ đột biến di truyền.

Bảng: 40.1. Sự thay đổi hành vi cấu trúc và ghép nối của DNA do sự khử amin bởi oxit nitơ:

Cơ sở bình thường	Ghép đôi bình thường	Cơ sở khử	Cặp mới
Adenine	TẠI	Hypoxanthine	GC
Cytosine	CG	Uracil	UA
Quan	GC	Xanthine	XC

Hydroxylamine (NH ₂ OH):

Nó phản ứng với cytosine và guanine, quá trình hydroxyl hóa cytosine ở nhóm amino tạo thành hydroxylcytosine kết hợp với adenine vì nhóm amino hydroxyl nên có độ âm điện cao hơn nhóm amino. Phân tử hydroxyl hóa ở dạng tautomeric có nguyên tử hydro thay thế nitơ ở vị trí 3. Tác dụng của hydroxylamine trên 'C' tạo ra sự chuyển tiếp trong ghép cặp bazơ (Hình 40, 23)

Hydrazine (NH ₂ NH ₂ ) phá vỡ các vòng của uracil và cytosine tạo thành pyrazolone và 3-aminopyrasole. Khi DNA được xử lý bằng hydrazine, nó tạo ra axit apyrimidinic. Trong khi RNA được xử lý bằng hydrazine, nó tạo ra axit ribo-apyrimidinic axit.

Tác nhân kiềm hóa:

Nhiều tác nhân gây đột biến mang một hoặc nhiều nhóm alkyl. Chúng được gọi là các tác nhân kiềm hóa mono-, bi- hoặc poly, ví dụ, dimethyl sulphate (DES), dimethyl sulphate (MMS), ethyl ethane sulphonate (DMS), methyl methane sulphonate (EES) và ehtyl methane sulphonate (EES) Tất cả đều hoạt động như các nhóm chức năng đơn.

Các tác nhân tạo ra sự biến dạng trong DNA:

Proflavin và cam acridine là hai loại thuốc nhuộm bột quan trọng gây đột biến bằng cách chèn hoặc xóa các bazơ. Gắn trực tiếp các thuốc nhuộm này vào axit nucleic gây đột biến.

Bức xạ:

Trong số các bức xạ mutagens vật lý là quan trọng nhất. Chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến nhiễm sắc thể. Họ có thể phá vỡ nhiễm sắc thể trực tiếp hoặc thay đổi cơ sở DNA. Nếu nhiễm sắc thể ở tiên tri meogen được đưa ra bức xạ, tần số đột biến trên mỗi sinh vật khả thi tăng tuyến tính với liều. Ressovsky và cộng sự (1935) đã đề xuất lý thuyết mục tiêu nói rằng cú đánh duy nhất của hạt (bức xạ) vào mục tiêu (vật liệu di truyền) làm bất hoạt hoặc làm biến đổi nó. Các bức xạ có thể hành động thông qua sản xuất một hóa chất.

Tần số của quang sai nhiễm sắc thể đơn giản, ví dụ, xóa, được đề xuất cho liều bức xạ (Hình 40, 24). Nồng độ O ₂ thấp làm giảm tần số phá vỡ nhiễm sắc thể gây ra bởi bức xạ.

Hiệu ứng oxy cũng được gọi là anoxia. Bức xạ với sự có mặt của 0 ₂ tạo thành một số gốc peroxide ảnh hưởng đến tần số phá vỡ và đột biến. Sự ion hóa nước trong tế bào có thể tạo ra các gốc tự do và hydro peroxide

H ₂ OH ⁺ + OH ^- (gốc tự do)

H ⁺ + H ⁺ → H ₂

OH ^- + OH ^- → H ₂ O ₂

Hàm lượng năng lượng của bức xạ phụ thuộc vào bước sóng của nó. Bước sóng càng ngắn thì giá trị năng lượng của bức xạ càng lớn. Bức xạ năng lượng cao có thể thay đổi cấu trúc nguyên tử của một chất bằng cách gây ra sự mất electron và sự hình thành ion. Sự thay thế trong axit nucleic gây ra bởi bức xạ có tầm quan trọng lớn. Bức xạ ion hóa năng lượng cao và tia cực tím là tác nhân gây đột biến.

DNA và RNA hấp thụ ánh sáng tia cực tím dẫn đến các gốc tự do phản ứng cao trong các bazơ chứa nitơ. Sự không ổn định gây ra sự chuyển đổi. Nếu những thay đổi như vậy xảy ra trong / w-RNA, chỉ có một số protein không hoạt động được hình thành thay thế trong DNA có tác dụng lâu dài tạo ra protein bị lỗi. Ánh sáng tia cực tím tạo ra chất làm mờ thymine (Hình 40, 25). 5, 6 liên kết không bão hòa của pyrimidine liền kề trở thành liên kết cộng hóa trị và tạo thành vòng cyclobutance. Ba loại chất làm mờ pyrimidine có thể có trong DNA được tìm thấy trong nuôi cấy vi khuẩn được chiếu xạ.

Thym ine-thym ine-50%

Thymine-cytosine-40%

Cytosine-cytosine-10%

Trong RNA dimer pyrimidine được hình thành giữa vòng uracil và cytosine liền kề. Những bộ điều chỉnh độ sáng này không thể vừa với chuỗi xoắn kép DNA gây ra sự biến dạng của các phân tử DNA. Nếu thiệt hại này không được sửa chữa, bản sao sẽ bị chặn và gây chết người. Exonuclease nhận ra vùng bị biến dạng và sửa nó. DNA polymerase chèn các cơ sở chính xác vào khoảng trống và các dây chằng DNA tham gia vào cơ sở được chèn vào.

Bức xạ UV thêm các phân tử nước vào pyrimidine trong DNA cũng như RNA dẫn đến hydrat ảnh (Hình 40, 26).

X-quang gây đột biến bằng cách phá vỡ liên kết este phốt phát trong DNA tại một hoặc nhiều điểm gây ra một số lượng lớn các cơ sở hoặc sắp xếp lại. Trong đứt gãy DNA sợi đôi có thể xảy ra ở một hoặc cả hai chuỗi. Nếu nó được tìm thấy trong cả hai sợi, nó sẽ gây chết người. Đôi khi hai đứt gãy sợi đôi có thể xảy ra trong cùng một phân tử và hai đầu bị đứt có thể nối lại. Phần DNA giữa hai lần nghỉ được loại bỏ dẫn đến xóa.

Kích hoạt quang điện tử:

Đột biến cảm ứng UV được phát hiện bởi Kelner và cộng sự cho thấy hiệu ứng UV có thể được đảo ngược bằng cách cho các tế bào tiếp xúc với ánh sáng nhìn thấy có chứa chiều dài sóng trong vùng phổ màu xanh. Nó được gọi là kích hoạt lại hình ảnh. Nó đã được quan sát thấy ở vi khuẩn và vi khuẩn. Nó được gây ra bởi en2yme phân tách các chất làm giảm thymine và sửa chữa phân tử DNA. Khi hệ thống sửa chữa DNA không có ở người, xeroderma sắc tố xuất hiện ở những bệnh nhân dễ bị ánh sáng mặt trời.