35 Мутагени, їх класифікація та характеристика
Мутагени - хімічні та фізичні фактори, що викликають спадкові зміни - мутації. Вперше штучні мутації отримані в 1925 році. А. НадсеноміГ. С. Філіпповимдрожжею дією радіоактивного випромінюваннярадію; в1927 роціГ. Меллер отримав мутації удрозофіли дією рентгенівських променів. Здатність хімічних речовин викликати мутації (дією іоданадрозофіли) відкритаІ. А. Рапопорт. У особин мух, що розвинулися з цих личинок, частотамутацій виявилася в кілька разів вищою, ніж у контрольних комах.
За походженням (:) на ендогенні, що утворюються в процесі життєдіяльності організму та екзогенні – усі інші фактори, у тому числі й умови довкілля.
За природою виникнення (:) на фізичні, хімічні та біологічні:
Фізичні мутагени: 1іонізуюче випромінювання; 2радіоактивний розпад; 3ультрафіолетове випромінювання; 4надмірно висока або низька температура.
Хімічні мутагени: 1 деякі алкалоїди: колхіцин - один з найпоширеніших у селекції мутагенів. 2окислювачі та відновники (нітрати, нітрити, активні форми кисню); 3нітропохіднісечовини - часто застосовують у сільському господарстві;
етиленімін, етилметансульфонат, диметилсульфат, 1,4-бісдіазоацетилбутан (відомий як ДАБ);
деякі пестициди; деякі харчові добавки (наприклад, ароматичні вуглеводні, цикламати); продукти переробки нафти; органічні розчинники;
лікарські препарати (наприклад, цитостатики, препарати ртуті, імунодепресанти).
Біологічні мутагени:специфічні послідовності ДНК-транспозони; деякі віруси (вірускорі, краснухи, грипу); продукти обмінуречовин (продукти окислення ліпідів);
Фізичними мутагенаминазиваються будь-які фізичні впливи на живі організми, які чи прямий вплив на ДНК або вірусну РНК, чи опосередкований вплив через системи реплікації, репарації, рекомбінації
- це різні види випромінювань: іонізуюче випромінювання, радіоактивний розпад, ультрафіолетове випромінювання.
Первинний їхній ефект у освіті одиночних чи подвійних розривів у молекулі ДНК. УФ сильно поглинається тканинами та викликає мутації лише в поверхнево розташованих клітинах багатоклітинних тварин, проте на одноклітинних він діє ефективно.Іонізуюче випромінювання- це потік заряджених або нейтральних частинок і квантів електромагнітного випромінювання, проходження яких через речовину призводить до іонізації та збудження атомів або молекул середовища.
ізотопи, яких радіоактивні. До таких елементів належать усі природні елементи з атомним номером вище 83 (Bi). Шкідливий вплив радіоактивних елементів визначається іонізуючим випромінюванням, характер якого залежить від типу радіоактивного розпаду даного ізотопу.
Існують природні радіонукліди, що утворюються під дією космічного випромінювання, що постійно потрапляє на Землю, і техногенні.
До забруднення атмосфери радіонуклідами призводять ядерні реактори, робота теплових електростанцій, що спалюють кам'яне вугілля. Він завжди містить невеликі домішки урану, торію та продукти їх розпаду. При спалюванні палива ці радіонукліди частково переходять в аерозолі та потрапляють в атмосферу.
До забруднення ґрунту радіонуклідами може спричиняти використання фосфорних мінеральних добрив. Домішки урану та торію завжди є у вихідній сировині, яку використовують при виробництві цих добрив. При переробці сировинирадіонукліди частково переходять у добрива, а з них і до ґрунтів і передаються далі по трофічних ланцюгах.
Іншими фізичними мутагенами є частинки різної природи, що мають високу енергію: це альфа- та бета-випромінювання радіоактивних речовин та нейтронне випромінювання. У разі прямого впливу на ДНК основну роль відіграють два параметри: величина енергії частинки, що впливає, і здатність біологічного матеріалу поглинати цю енергію.
Ушкодження ДНК можуть бути двох типів: двониткові та однониткові розриви.
Мутації може також викликати висока або низька температура. У 1928 р. Меллер показав, що підвищення температури на 10 градусів З підвищує частоту мутацій у дрозофіл в 2-3 рази. Дуже низькі або дуже високі температури порушують ділення клітини (виникають геномні мутації). Екстремальні температури посилюють дію інших мутагенів, оскільки знижують ферментативну активність репараційних систем.
Фізичні фактори викликають ті ж мутації, що виникають і при спонтанному мутагенезі.
Дохімічних мутагеніввідносяться багато хімічних сполук найрізноманітнішої будови. Найбільшу мутагенну активність виявляють різні алкілуючі сполуки, а також нітрозосполуки, деякі антибіотики, які мають протипухлинну активність.
Хімічні мутагени ділять на мутагени прямої дії (сполуки, реакційна здатність яких достатня для хімічної модифікації ДНК, РНК та деяких білків), та мутагени непрямої дії (промутагени - речовини, які самі по собі інертні, але перетворюються в організмі на мутагени, в основному в внаслідок ферментативного окислення).
Мішенню дії мутагенів у клітині є ДНК та деякі білки. Ряд мутагенів викликають мутації, не зв'язуючиськовалентно із ДНК. У цьому випадку матричний синтез ДНК протікає з помилками. У нитці ДНК, що синтезується, виявляється на один нуклеотид більше або менше звичайного і виникають мутації.
Існують мутагени, що інгібують синтез попередників ДНК. Через війну відбувається уповільнення і навіть зупинка синтезу ДНК. Мутагенні та канцерогенні властивості хімічних речовин тісно пов'язані між собою. Тому виявлення можливих мутагенів у навколишньому середовищі, випробування на мутагенність продуктів промислового синтезу (барвники, лікарські засоби, пестициди та ін.) – важливе завдання сучасної генетики.
Встановлено, що мутагенну активність має кілька тисяч хімічних сполук. Однак на відміну від іонізуючого та ультрафіолетового випромінювань для хімічних мутагенів характерна специфічність дії, яка залежить від природи об'єкта та стадії розвитку клітини. При взаємодії хімічних мутагенів із компонентами спадкових структур (ДНК та білками) виникають первинні пошкодження останніх. Надалі ці первинні ушкодження ведуть до виникнення мутацій.
Добіологічних мутагеніввідносять ДНК-і РНК-віруси, деякі поліпептиди і білки, наприклад О-стрептолізин і ряд ферментів рестриктаз, а також препарати деяких ДНК і певні плазміди.
Механізми утворення мутацій при дії різних біологічних факторів не цілком зрозумілі, проте агенти, що містять нуклеїнові кислоти, можуть викликати порушення рекомбінації, що призводить до виникнення мутацій. Дія рестриктаз зводиться до «розрізання» ланцюгів ДНК у місці (локусі) певної послідовності нуклеотидів, специфічному для кожної рестриктази.
Біологічні мутагени: - Специфічні послідовності ДНК - транспозони;
- Деяківіруси (вірус кору, краснухи, грипу); - продукти обміну речовин (продукти окиснення ліпідів);
Транспозони – один із класів мобільних елементів геному, які, вбудовуючись у геном, можуть викликати мутації, у тому числі й такі значні як хромосомні перебудови.
Вони відіграють важливу роль у процесах перенесення лікарської стійкості серед мікроорганізмів, рекомбінації та обміну генетичним матеріалом між різними видами як у природі так і в ході генно-інженерних досліджень.
Проблема полягає в тому, що прискорення частоти мутацій веде до збільшення числа особин з вродженими дефектами і шкідливими відхиленнями, що передаються у спадок. , Негативно вплинуть на життєздатність будь-яких організмів. Мутагени довкілля впливають величини рекомбінацій спадкових молекул, є також джерелом спадкових змін.