12.4. Мутагены

Под мутагенами понимают химические вещества или физические факторы, вызывающие предмутационные изменения в ДНК, которые в результате ошибок репарирующих ферментов или в процессе репарации переходят в мутацию. Важно понимать, что мутагены вызывают не мутацию, а состояние, которое может перейти в мутацию, если клетка будет не в состоянии «справиться с ситуацией». По механизму своего действия мутагены можно классифицировать на четыре основных группы.

А. Мутагены могут вызывать замену пар оснований. Так действуют, например, аналоги азотистых оснований.

Б. Мутагены могут вызывать выпадения или вставки оснований. Так действуют, например, акридиновые красители.

В. Мутагены могут таким образом нарушать работу ДНК-полимеразы, что в молекуле ДНК будут образовываться тиминовые димеры. Так, например, действует на бактерии ультрафиолет.

Г. И, наконец, некоторые мутагены оказывают множественный эффект действия. Такие мутагены (например, нитрозосоединения) называются супермутагенами.

12.5. Репарации

Этим термином обозначают процесс восстановления повреждённой ДНК ферментами репарационных систем бактериальной клетки. в качестве примера разберем экспериментальные модели фотореактивации (как пример репарации, осуществляемой одним ферментом) и систему темновой репарации (как пример репарации, осуществляемой последовательной активацией группы ферментов).

А. Репарация путем фотореактивации осуществляется следующим образом.

1. Бактериальная культура облучается ультрафиолетом, (в качестве мутагена).

2. Ультрафиолет вызывает в геноме бактериальной культуры образование тиминовых димеров (т.е. появляется индуцированная мутация).

3. Затем культура освещается видимым светом.

4. Видимый свет вызывает активация специального репарационного фермента.

5. Активированный репарационный фермент одномоментно расщепляет тиминовые димеры, ликвидирую тем самым мутацию.

Б. Система темновой репарации работает следующим образом.

Рис. 12.5-1. Система темновой репарации. Появление мутации (отмечена красным цветом)	Рис. 12.5-2. Система темновой репарации. Надрезание мутантного участка		Рис. 12.5-3. Система темновой репарации. Удаление мутантного участка
Рис. 12.5-4. Система темновой репарации. Синтез нового, не содержащего мутации участка		Рис. 12.5-5. Система темновой репарации. Вшивание нового участка «конец в конец»

1. Бактериальная культура облучается ультрафиолетом, в результате чего в ее геноме (рассмотрим для простоты случай с появлением мутации только в одной нити ДНК) появляется мутация – на определенном участке формируются тиминовые димеры (Рис. 12.5-1).

2. Мутантная культура помещается в темноту для активации ферментов темновой репарации. Первой активируется эндонуклеаза, которая надрезает с обеих сторон мутантный участок (Рис. 12.5-2).

3. Затем ДНК-полимераза I удаляет поврежденный участок (Рис. 12.5-3).

4. Вслед за этим на матрице второй, неповрежденной, нити ДНК синтезируется новый, не содержащий мутации, участок (с помощью ДНК-полимеразы I или III) (Рис. 12.5-4).

5. И, наконец, лигаза «вшивает» новый участок в цепь ДНК (Рис. 12.5-5).