Введення
Мутагени (відлат. mutatio - зміна і грец. -Genes-що породжує, народжений), хімічні тафізичні фактори, що викликають спадкові зміни - мутації.
Мутагенамиможуть бути різні фактори, що викликають зміни в структурі генів, структуріі кількості хромосом.
Діямутагенів, розсіяних у навколишньому середовищі, викликає збільшення частотивиникнення мутацій, що веде до зростання так званого генетичного вантажу,що виражається в збільшенні спадкової патології, а також частотионкологічних захворювань.
Ще в 1925 р. російські генетики Г.А. Надсон і Г.С. Філіпповпоказали, що при опроміненні дріжджів променями радію виникають різноманітні новіформи, в 1927 р. Г. Меллер показав на дрозофілі, добре вивченої на той час генетиками,що під дією рентгенівських променів у дрозофіл виникають мутації.
Мутагенез - виникнення мутацій - раптових якісних змінгенетичної інформації. Термін В«мутаціяВ» був запропонований голландським ученим деФрісом (Н. de Vries) в 1901 р.
Мішеннюдії мутагенів в клітці є головним чином ДНК і, можливо, деякібілки. До останніх відносять в основному білки, які відіграють структурну роль уорганізації геному або беруть участь у реплікації (самовідтворення молекулинуклеїнових кислот), рекомбінації (перерозподілі генетичного матеріалубатьків в потомстві) або репарації (відновлення пошкодженої структури ДНК).
Дляусунення первинних ушкоджень генетичних структур, викликаних мутагенами, вклітині існує ряд систем відновлення, або репарації, генетичнихпошкоджень. В даний час таких систем налічується більше десяти. Однакв ході репарації частина первинних ушкоджень може залишитися і привести довиникнення мутацій.
1. Класифікаціямутагенів і їх характеристика
Запоходженням мутагени класифікують на ендогенні, що утворюються в процесіжиттєдіяльності організму і екзогенні - всі інші фактори, в тому числіі умови навколишнього середовища.
По природівиникнення мутагени класифікує на фізичні, хімічні та біологічні.
Фізичнимимутагенами називаються будь-які фізичні дії на живі організми, які надаютьабо прямий вплив на ДНК або вірусну РНК, або опосередкований вплив черезсистеми реплікації, репарації, рекомбінації
Першіфізичні мутагени, відкриті вченими, - це різні види випромінювань: іонізуючевипромінювання, радіоактивний розпад, ультрафіолетове випромінювання.
Первинний ефект іонізуючих та ультрафіолетових випромінюваньполягає в утворенні одиночних або подвійних розривів у молекулі ДНК. Ультрафіолет сильнопоглинається тканинами і викликає мутації лише в поверхнево розташованихклітинах багатоклітинних тварин, однак на одноклітинних він дієефективно. Мутагенну дію ультрафіолету було встановлено в 1931 р. А.Н. Промптова.
Іншимифізичними мутагенами є частинки різної природи, що мають високуенергію: це альфа-і бета-випромінювання радіоактивних речовин і нейтронне випромінювання. У разі прямого впливу на ДНК основну рольграють два параметри: величина енергії впливає частки і здатністьбіологічного матеріалу поглинати цю енергію.
ПошкодженняДНК можуть бути двох типів: двунітевие і однонітевиє розриви.
Мутації можевикликати також висока або низька температура. У 1928 р. Меллер показав, що підвищення температури на 10 градусів за С підвищує частоту мутацій удрозофіл в 2-3 рази.
Знаючи спосібдії цих мутагенів, можна було припустити, що вони повинні діяти наДНК будь-яких організмів. І дійсно, незабаром було виявлено, що наприклад,рентгенівські промені викликають мутації у самих різних тварин, рослин імікроорганізмів.
З'ясовано, щомутації, викликані випромінюваннями, можуть торкатися будь ознаки організму, такяк квант випромінювання або частка з високою енергією чисто випадково можепошкодити будь-яку ділянку ДНК. Число виникаючих мутацій тим більше, чим вищеінтенсивність випромінювання, тобто чим більше квантів або часток потрапило в кліткув одиницю часу.
Також булопоказано, що фізичні чинники викликають ті ж мутації, які виникають іпри спонтанному мутагенезу.
У вищихживих істот є речовини, що послаблюють дію випромінювання - фотопротектори, абагато рослин містять алкалоїди та кумаріни, вони посилюють процеси,викликані радіацією і ці речовини небезпечні для тварин.
Фізичнімутагени та їх дія сильно залежить від попередньої еволюції організму. Допостійно діючим мутагенами види виробили стійкість. Фізичниймутагенез може не реєструватися через швидку загибель мутантних організмів.
До хімічних мутагенів відносяться багато хімічніз'єднання найрізноманітнішого будівлі. Найбільшу мутагенну активність проявляютьрізні алкілуючі з'єднання, а також Нітрозосполуки, деякіантибіотики, що володіють протипухлинною активністю.
Хімічнімутагени ділять на мутагени прямої дії (з'єднання, реакційна здатність якихдостатня для хімічної модифікації ДНК, РНК та деяких білків), і мутагени непрямогодії (промутагени- Речовини, які самі по собі інертні, але перетворюються в організмі вмутагени, в основному в результаті ферментативного окислення).
Мішеннюдії мутагенів в клітці є ДНК і деякі білки. Ряд мутагеніввикликають мутації, не зв'язуючись ковалентно з ДНК. У цьому випадку матричнийсинтез на ДНК протікає з помилками. У синтезируемой нитки ДНК виявляється наодин нуклеотид більше або менше звичайного і виникають мутації.
Існуютьмутагени, інгібуючі синтез попередників ДНК. У результаті відбуваєтьсяуповільнення або навіть зупинка синтезу ДНК. Мутагенні і канцерогенні властивостіхімічних речовин тісно пов'язані між собою. Тому виявлення можливихмутагенів у навколишньому середовищі, випробування на мутагенність продуктів промисловогосинтезу (барвники, лікарські засоби, пестициди тощо) - важливе завданнясучасної генетики.
Встановлено,що мутагенною активністю володіє кілька тисяч хімічних сполук.Однак на відміну від іонізуючого та ультрафіолетового випромінювань для хімічнихмутагенів характерна специфічність дії, що залежить від природи об'єкта істадії розвитку клітини. При взаємодії хімічних мутагенів з компонентамиспадкових структур (ДНК і білками) виникають первинні ушкодженняостанніх. Надалі ці первинні ушкодження ведуть до виникненнямутацій.
Хімічнімутагени:
- окислювачіі відновники;
- алкілуючіагенти та пестициди;
- деякі харчовідобавки;
- продуктипереробки нафти та органічні розчинники;
- лікарськіпрепарати.
До біологічниммутагенам відносять ДНК-і РНК-віруси, деякі поліпептиди ібілки, наприклад О-стрептолізин і ряд ферментів рестриктаз, а також препаратидеяких ДНК і певні плазміди.
Механізмиосвіти мутацій при дії різних біологічних факторів не цілкомясні, проте агенти, які містять нуклеїнові кислоти , можуть викликатипорушення процесів рекомбінації, що призводить до виникнення мутацій.Дія рестриктаз зводиться до В«розрізаннюВ» ланцюгів ДНК в місці (локусі)певної послідовності нуклеотидів, специфічному для кожної рестріктази.
Біологічнімутагени:
- специфічніпослідовності ДНК - транспозони;
- деяківіруси (вірус кору, краснухи, грипу);
- продукти обмінуречовин (продукти окислення ліпідів);
Транспозони -один з класів мобільних елементів геному які, вбудовуючись в геном, можутьвикликати мутації, в тому числі і такі значні як хромосомні перебудови.
Вони відіграютьважливу роль в процесах перенесення лікарської стійкості серед мікроорганізмів,рекомбінації, і обміну генетичним матеріалом між різними видами як вприроді так і в ході генно-інженерних досліджень.
2. Вплив фізичнихмутагенів на живі клітини
2.1 Вплив іонізуючого опромінення на живий організм
Мутації придії фізичних мутагенів виникають так само, як і при дії мутагенівхімічних. Спочатку виникає первинне ушкодження ДНК. Якщо воно не будеповністю виправлено в резул...
