EJEN MUTAGENIK: BAGAIMANA IA BERFUNGSI, JENIS DAN CONTOHNYA - BIOLOGI - 2025

The ejen mutagen, mutagen juga dikenali, adalah molekul yang sifat yang berbeza yang menyebabkan perubahan dalam asas yang menjadi sebahagian daripada helai DNA. Dengan cara ini, kehadiran agen ini meningkatkan kadar mutasi pada bahan genetik. Mereka dikelaskan kepada mutagen fizikal, kimia dan biologi.

Mutagenesis adalah kejadian di mana-mana entiti biologi, dan itu tidak semestinya diterjemahkan menjadi perubahan negatif. Sebenarnya, ia adalah sumber variasi yang memungkinkan perubahan evolusi.

DNA boleh rosak oleh sinar UV.
Sumber: karya terbitan: Mouagip (bicara) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David Herring Gambar vektor yang tidak ditentukan W3C ini dibuat dengan Adobe Illustrator.

Apa itu mutasi?

Sebelum masuk ke subjek mutagen, adalah perlu untuk menjelaskan apa itu mutasi. Dalam genetik, mutasi adalah perubahan kekal dan boleh diwariskan dalam urutan nukleotida dalam molekul bahan genetik: DNA.

Semua maklumat yang diperlukan untuk pengembangan dan kawalan organisma terdapat dalam gennya - yang secara fizikal terletak di kromosom. Kromosom terdiri dari satu molekul DNA panjang.

Mutasi secara amnya mempengaruhi fungsi gen dan ia boleh kehilangan atau mengubah fungsinya.

Oleh kerana perubahan urutan DNA mempengaruhi semua salinan protein, mutasi tertentu boleh menjadi sangat toksik kepada sel atau tubuh secara amnya.

Mutasi boleh berlaku pada skala yang berbeza dalam organisma. Mutasi titik mempengaruhi satu asas dalam DNA, sementara mutasi berskala lebih besar dapat mempengaruhi seluruh kawasan kromosom.

Adakah mutasi selalu mematikan?

Adalah salah untuk berfikir bahawa mutasi selalu membawa kepada penjanaan penyakit atau keadaan patologi bagi organisma yang membawanya. Sebenarnya, terdapat mutasi yang tidak mengubah urutan protein. Sekiranya pembaca ingin lebih memahami alasan fakta ini, dia dapat membaca mengenai kemerosotan kod genetik.

Sebenarnya, di bawah cahaya evolusi biologi, syarat yang tidak dapat berlaku untuk perubahan populasi adalah adanya variasi. Variasi ini timbul oleh dua mekanisme utama: mutasi dan penggabungan semula.

Oleh itu, dalam konteks evolusi Darwin, perlu ada variasi dalam populasi - dan varian ini dikaitkan dengan kecergasan biologi yang lebih besar.

Bagaimana mutasi timbul?

Mutasi boleh timbul secara spontan atau boleh disebabkan. Ketidakstabilan kimia intrinsik bagi asas nitrogen boleh menyebabkan mutasi, tetapi pada frekuensi yang sangat rendah.

Penyebab umum mutasi titik spontan adalah penyahtoksikan sitosin ke urasil pada heliks ganda DNA. Proses replikasi helai ini membawa kepada anak perempuan mutant, di mana pasangan GC yang asal telah digantikan oleh pasangan AT.

Walaupun replikasi DNA adalah peristiwa yang berlaku dengan ketepatan yang mengejutkan, tidak sepenuhnya sempurna. Kesalahan dalam replikasi DNA juga menyebabkan mutasi spontan.

Selanjutnya, pendedahan semula jadi organisma terhadap faktor persekitaran tertentu menyebabkan kemunculan mutasi. Di antara faktor-faktor ini kita mempunyai sinaran ultraviolet, sinaran pengion, pelbagai bahan kimia, antara lain.

Faktor-faktor ini adalah mutagen. Di bawah ini kita akan menerangkan klasifikasi agen ini, bagaimana mereka bertindak dan kesannya dalam sel.

Jenis agen mutagenik

Ejen penyebab mutasi pada bahan genetik sangat berbeza. Pertama, kita akan menerangkan klasifikasi mutagen dan memberikan contoh setiap jenisnya, kemudian kita akan menerangkan cara yang berbeza yang dapat menyebabkan perubahan dalam molekul DNA.

Mutagen kimia

Mutagen yang bersifat kimia merangkumi kelas bahan kimia berikut: acridin, nitrosamines, epoxides, antara lain. Terdapat subklasifikasi untuk ejen ini dalam:

Asas analog

Molekul yang menunjukkan kesamaan struktur dengan asas nitrogen mempunyai keupayaan untuk mendorong mutasi; antara yang paling biasa adalah l 5-bromouracil dan 2-aminopurine.

Ejen yang bertindak balas dengan bahan genetik

Asid nitrat, hidroksilamina, dan sebilangan agen pengalkilasi bertindak balas secara langsung pada asas yang membentuk DNA dan boleh berubah dari purin menjadi pirimidin dan sebaliknya.

Ejen pemanasan

Terdapat serangkaian molekul seperti acridine, ethidium bromide (banyak digunakan di makmal biologi molekul) dan proflavin, yang mempunyai struktur molekul rata dan berjaya memasuki helai DNA.

Tindak balas oksidatif

Metabolisme normal sel mempunyai produk sekunder serangkaian spesies oksigen reaktif yang merosakkan struktur sel dan juga bahan genetik.

Mutagens fizikal

Jenis agen mutagenik kedua adalah fizikal. Dalam kategori ini kita dapati pelbagai jenis sinaran yang mempengaruhi DNA.

Mutagen biologi

Terakhir, kita mempunyai mutan biologi. Mereka adalah organisma yang dapat menyebabkan mutasi (termasuk kelainan pada tahap kromosom) pada virus dan mikroorganisma lain.

Bagaimana ia berfungsi?: Jenis mutasi yang disebabkan oleh agen mutagenik

Kehadiran agen mutagenik menyebabkan perubahan pada asas DNA. Sekiranya hasilnya melibatkan perubahan asas puric atau pyrimidine untuk sifat kimia yang sama, kita bercakap mengenai peralihan.

Sebaliknya, jika perubahan berlaku antara asas dari pelbagai jenis (purin untuk pyrimidine atau sebaliknya) kita memanggil proses itu sebagai penukaran. Peralihan boleh berlaku untuk peristiwa berikut:

Tautomerisasi asas

Dalam kimia, istilah isomer digunakan untuk menggambarkan sifat molekul dengan formula molekul yang sama untuk mempunyai struktur kimia yang berbeza. Tautomers adalah isomer yang hanya berbeza dengan rakan sebaya dalam kedudukan kumpulan berfungsi, dan di antara kedua bentuknya terdapat keseimbangan kimia.

Salah satu jenis tautomerisme adalah keto-enol, di mana penghijrahan hidrogen berlaku dan bergantian antara kedua-dua bentuk. Terdapat juga perubahan antara bentuk imino ke amino. Berkat komposisi kimianya, asas DNA mengalami fenomena ini.

Sebagai contoh, adenin biasanya dijumpai sebagai amino dan pasangan - biasanya - dengan timin. Walau bagaimanapun, apabila berada dalam isomer imino (sangat jarang) ia berpasangan dengan asas yang salah: sitosin.

Penggabungan asas yang serupa

Memasukkan molekul yang menyerupai asas boleh mengganggu corak pasangan asas. Sebagai contoh, penggabungan 5-bromouracil (bukannya timin) berkelakuan seperti sitosin dan membawa kepada penggantian pasangan AT oleh pasangan CG.

Tindakan langsung di pangkalan

Tindakan langsung mutagen tertentu secara langsung boleh mempengaruhi asas DNA. Sebagai contoh, asid nitrat mengubah adenin menjadi molekul yang serupa, hipoksanthin, melalui reaksi deaminasi oksidatif. Molekul baru ini berpasangan dengan sitosin (dan bukan timin, seperti biasanya adenin).

Perubahan itu juga boleh berlaku pada sitosin, dan uracil diperoleh sebagai produk penyahbauan. Penggantian asas tunggal dalam DNA mempunyai kesan langsung terhadap proses transkripsi dan terjemahan urutan peptida.

Kodon berhenti mungkin muncul lebih awal, dan terjemahan berhenti sebelum waktunya, mempengaruhi protein.

Menambah atau menghapus pangkalan

Beberapa mutagen seperti agen interkalasi (acridine, antara lain) dan sinaran ultraviolet mempunyai kemampuan untuk mengubah rantai nukleotida.

Oleh ejen interkalasi

Seperti yang telah kami sebutkan, ejen pemanas adalah molekul rata, dan mereka mempunyai keupayaan untuk berpasangan (oleh itu namanya) di antara asas helai, memutarbelitkannya.

Pada masa replikasi, ubah bentuk molekul ini membawa kepada penghapusan (iaitu, kehilangan) atau penyisipan asas. Apabila DNA kehilangan asas atau yang baru ditambahkan, kerangka bacaan terbuka akan terjejas.

Ingatlah bahawa kod genetik melibatkan pembacaan tiga nukleotida yang memberi kod untuk asid amino. Sekiranya kita menambah atau membuang nukleotida (dalam bilangan yang bukan 3) semua bacaan DNA akan terjejas, dan protein akan sama sekali berbeza.

Jenis mutasi ini disebut pergeseran bingkai atau perubahan dalam komposisi kembar tiga.

Radiasi ultra ungu

Sinaran ultraviolet adalah agen mutagenik, dan ia adalah komponen bukan pengion biasa dari cahaya matahari biasa. Walau bagaimanapun, komponen dengan kadar mutagenik tertinggi terperangkap oleh lapisan ozon atmosfera Bumi.

Molekul DNA menyerap sinaran dan pembentukan dimer pyrimidine berlaku. Iaitu asas pyrimidine dihubungkan dengan ikatan kovalen.

Thimine berdekatan dengan helai DNA boleh bergabung untuk membentuk dimer timin. Struktur ini juga mempengaruhi proses replikasi.

Dalam beberapa organisma, seperti bakteria, dimer ini dapat diperbaiki berkat adanya enzim pembaikan yang disebut photolyase. Enzim ini menggunakan cahaya yang dapat dilihat untuk mengubah semula dimer menjadi dua asas yang berasingan.

Walau bagaimanapun, pembaikan eksisi nukleotida tidak terhad kepada kesalahan yang disebabkan oleh cahaya. Mekanisme pembaikannya luas, dan dapat memperbaiki kerosakan yang disebabkan oleh pelbagai faktor.

Apabila manusia mengekspos kita terlalu banyak ke matahari, sel-sel kita menerima radiasi ultraviolet yang berlebihan. Akibatnya ialah penghasilan timer dimer dan ia boleh menyebabkan barah kulit.

Rujukan

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2015). Biologi sel penting. Ilmu Garland.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). Sel: Pendekatan molekul. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Jemputan ke biologi. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Biologi sel dan molekul: konsep dan eksperimen. John Wiley & Anak.
5. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, … & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekul. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, JT (1982). Mutagenesis kimia. Kajian tahunan biokimia, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokimia. Panamerican Medical Ed.