Mutageneza

• Mutageny mogą być używane do zwiększenia częstości mutacji.

• Mutageneza to proces prowadzący do zwiększenia częstości mutacji

• H. J. Müller – odkrył, że promienie X zwiększają częstość mutacji u muszki owocowej

Rodzaje mutagenów:

1. Analogi strukturalne zasad azotowych – wykorzystując podobną budowę są wbudowywane w czasie replikacji w miejsce normalnych zasad. Działają tylko na komórki dzielące się.

np. 5-bromodeoksyurydyna (5-BUdR) – analog tyminy

2- aminopuryna (2-AP) – analog adeniny

2. Związki chemiczne, które chemicznie zmieniają zasady azotowe w DNA

a) kwas azotawy – HNO₂

b) hydroksylamina - NH₂OH

c) związki alkilowe – etyloetanosulfonian (EES), etylometanosulfonian (EMS), nitrosoguanidyna – NTG, iperyt

3. Związki interkalujące między zasady w DNA

a) bromek etydyny

b) barwniki akrydynowe – proflawina, oranż akrydynowy itd.

Analogi strukturalne zasad azotowych

Adenina 2-aminopuryna, grupa aminowa przy C2 zamiast C6

Tymina 5-bromouracyl, Br zamiast grupy metylowej przy

Mutageneza 5-BUdR

BudR powoduje tranzycję pary AT→GC

Rzadkie formy tautomeryczne zasad są przyczyną mutacji powstających w replikującym DNA

Działanie kwasu azotawego na DNA określa się jako oksydatywną dezaminację zasad azotowych

Skutek mutagenny ma tylko działanie kwasu azotawego na cytozynę i adeninę.

Działanie HNO₂ na cytozynę powoduje tworzenie uracylu i tranzycję CG→AT.

Działanie HNO₂ na adeninę powoduje powstanie hipoksantyny i tranzycję AT→CG.

HNO₂ nie działa na tyminę.

Guanina przechodzi w ksantynę, która nie jest mutagenna, bo paruje z cytozyną

Spontaniczna dezaminacja cytozyny tworzy uracyl, który jest usuwany enzymatycznie z DNA

Spontaniczna dezaminacja 5-metylocytozyny, która występuje często w DNA tworzy tyminę, która nie jest usuwana z DNA, bo nie jest rozpoznawana przez uracylo-N-glikozylazę. Jest to przyczyna mutacji typu tranzycja CG→AT.

NH₂OH - Hydroksylamina (HA,) działa mutagennie tylko na

cytozynę. Pochodna cytozyny tworzy podwójne wiązanie z adeniną.

HA indukuje tranzycję CG→AT

Związki nitrowe i ich alkilowe pochodne są groźnymi mutagenami:

Nitrosoaminy

dimetylonitrosoamina dietylonitrosoamina

Nitrosoguanidyna:

Alkilacja guaniny powoduje tworzenie O⁶-metyloguaniny. Zmieniona zasada może tworzyć parę z tyminą zamiast z cytozyną powodując tranzycję GC→AT

Reakcja guaniny z EMS powoduje alkilację guaniny i połączenie z tyminą zamiast z cytozyną

Alkilacja zasad jest przyczyną depurynacji lub depirymidynacji, czyli wypadnięcia z łańcucha DNA zasad azotowych

Z guaniny powstaje 8-oksoguanina, która tworzy parę z adeniną, a nie z cytozyną. Powstaje transwersja GC --TA

Proflawina i inne barwniki akrydynowe powoduje mutacje typu mikrodelecji lub mikroinsercji w DNA, a w białku mutacje typu przesunięcia fazy odczytu.

Proflawina interkaluje między zasady azotowe, rozrywa pary zasad i odkształca heliks.

Bromek etydyny należy do barwników interkalujących do DNA i należy do kancerogenów.

Interkalacja EtBr powoduje świecenie DNA w świetle UV i jest wykorzystywana do znakowania DNA

Działanie promieni UV w zakresie długości fali 220-260 nm powoduje powstawanie dimerów pirymidyn T-T, C-C, C-T

Efektem działania promieni jonizujących na DNA są złamania jedno- lub dwuniciowe, a także tzw. krzyżowe wiązania między dwoma zasadami

Różne możliwe mutacje wywoływane przez mutageny fizyczne i chemiczne

1. Tworzenie dimerów pirymidyn powoduje odkształcenie heliksu

2. Silne naświetlenie promieniami jonizującymi powoduje powstawanie pęknięć dwuniciowych lub jednoniciowych w DNA

3. Mylnie wbudowane pary zasad są przyczyną mutacji typu tranzycji i transwersji

4. Krzyżowe wiązania między parami zasad

5. Alkilacja zasad powoduje apurynację lub apirymidynację