Мутагенез

Мутагенез — процес виникнення або штучного одержання успадковуваних змін у геномах осіб, які проявляються через зміни у фенотипах. Мутагенез є наслідком пошкодження у молекулах ДНК, пошкоджень хромосом або порушень процесів поділу клітин.

Мутагенез, процес виникнення спадкових змін - мутацій, що з'являються природно (спонтанно) або що викликаються (індукованих) різними фізичними або хімічними чинниками - мутагенами. В основі Мутагенез лежать зміни в молекулах нуклеїнових кислот, що зберігають і передають спадкову інформацію. Ці зміни виражаються у вигляді генних мутацій або хромосомних перебудов. Крім того, можливі порушення мітотичного апарату клітинного ділення (див. Мітоз), що веде до геномних мутацій типу поліплоїдії або анеуплоїдії. Пошкодження нуклеїнових кислот (ДНК, РНК) полягають або в порушеннях вуглеводно-фосфатного остову молекули (її розрив, вставка або випадання нуклеотидів), або в хімічних змінах азотистих основ, безпосередньо представляють генні мутації або приводять до їх появи в ході подальшої реплікації пошкодженої молекули. При цьому пуриновое підстава замінюється іншим пуріновим або пиримидиновое підстава - ін пірімідіновим (транзіциі), або пуриновое підстава замінюється пірімідіновим або пиримидиновое - пуріновим (трансверсії). В результаті у визначальних синтез білка трійках нуклеотидів (кодонах) виникають два типи порушень: так звані НОНС-скодони («безглузді»), взагалі не визначають включення амінокислот в синтезується білок, і так звані місенс-кодони («спотворюють сенс»), що визначають включення в білок невірної амінокислоти, що змінює його властивості. Вставки або випадання нуклеотидів ведуть до неправильного зчитування генетичної інформації (зрушенню рамки зчитування), в результаті чого зазвичай виникають «безглузді» кодони і лише в рідкісних випадках «спотворюють сенс». Механізм Мутагенез для різних мутагенів неоднаковий. Іонізуючі випромінювання діють на нуклеїнові кислоти безпосередньо, іонізуючи і активуючи їх атоми. Це призводить до розривів вуглеводно-фосфатного остову молекули і водневих зв'язків між комплементарними нитками ДНК, утворення «зшивок» між цими нитками, руйнуванню азотистих підстав, особливо пірімідінових. Пряма дія іонізуючої радіації на хромосоми і міститься в них ДНК обумовлює майже лінійну залежність між дозою опромінення і частотою викликаються опроміненням генних мутацій і недостач (малих делецій), а проте для тих типів хромосомних перебудов, які виникають в результаті двох розривів хромосоми (більші делеції, інверсії, транслокації та ін), залежність між дозою опромінення і їх частотою має більш складний характер. Мутагенну дію іонізуючих випромінювань може бути і непрямим, т. к. проходження їх через цитоплазму або живильне середовище, в якій культивуються мікроорганізми, викликає радіоліз води і виникнення вільних радикалів і перекисів, що володіють мутагенною дією. Ультрафіолетове випромінювання збуджує електронні оболонки атомів, що викликає різні хімічні реакції в нуклеїнових кислотах, що призводять до мутацій. З цих реакцій найбільше значення мають гідратація цитозина та освіта димерів тиміну, але відому роль в Мутагенез грають також розрив водневих зв'язків між нитками ДНК і утворення «зшивок» між цими нитками. Ультрафіолетові промені погано проникають у внутрішні тканини організму, і їх мутагенну дію проявляється тільки там, де вони можуть досягти генетичного апарату (наприклад, при опроміненні вірусів, бактерій, спор рослин і т. п.). Найбільш мутагенних ультрафіолетові промені з довжиною хвилі від 2500 до 2800 А, що поглинаються нуклеїновими кислотами. Промені видимого спектру пригнічують мутагенний ефект ультрафіолетових променів (див. фотореактивації). Алкілуючі з'єднання, до числа яких належать найбільш сильні з відомих мутагенів (так звані супермутагени), наприклад нітрозоетілмочевіна, етілметансульфонат та ін, алкілуючі фосфатні групи нуклеїнових кислот (що призводить до розривів вуглеводно-фосфатного остову молекули), а також азотисті основи (головним чином гуанін), в результаті чого порушується точність реплікації нуклеїнових кислот і виникають транзіциі і зрідка - трансверсії. Аналоги азотистих підстав включаються в нуклеїнові кислоти, що при подальшій реплікації веде до появи транзіциі і трансверсії. Ці ж типи змін викликаються азотистою кислотою, дезамінується азотисті основи. Акридинового барвники утворюють комплекс з ДНК, що заважає її реплікації: в результаті випадають або додатково вставляються одна або декілька пар нуклеотидів, що призводить до зрушення рамки зчитування. Аналогічні типи реакцій з нуклеїновими кислотами характеризують і ін хімічні мутагени, але для багатьох з них механізм Мутагенез вивчений недостатньо. Деякі мутагени порушують цитоплазматичний апарат мітозу, наслідком чого є нерозходження всіх розділилися хромосом або неправильності в розподілі їх між дочірніми клітинами; в першому випадку виникає поліплоїдія, у другому - анеуплоїдія. Відомі хімічні речовини, специфічно діють таким чином (наприклад, алкалоїд колхіцин). На хід Мутагенез роблять значний вплив різні зовнішні фактори. Так, частота мутацій, індукованих іонізуючим випромінюванням, зростає при вступі в клітку кисню і падає при його недоліку, наприклад, якщо опромінення відбувається в атмосфері азоту (див. Кисневий ефект). Деякі речовини пригнічують Мутагенез (див. Антимутагени). Наприклад, введення в клітину аденозину або гуанозіна гальмує мутагенна дія аналогів пуринових азотистих основ; фермент каталаза знижує мутагенний ефект іонізуючих випромінювань і т. д. При дії деяких хімічних мутагенів мутації можуть виникати як відразу, так і через певний час, іноді через кілька клітинних поколінь .