Mutación genética

Mutación genética

Definición de términos científicos Nombre chino: mutación genética Nombre en inglés: mutación genética Definición: debido a cambios en las secuencias de ácidos nucleicos, incluidas mutaciones por deleción, mutaciones dirigidas al sitio, marco -mutaciones por cambio, etc. Ya no es un fenómeno de los genes originales. Disciplinas aplicadas: Bioquímica y Biología Molecular (asignatura de primer nivel); Expresión y Regulación Génica (asignatura de segundo nivel)

La mutación genética se refiere al fenómeno de mutación repentina y hereditaria en las moléculas de ADN genómico. Desde un nivel molecular, la mutación genética se refiere a un cambio en la composición o secuencia del par de bases de la estructura de un gen. Aunque los genes son muy estables y pueden replicarse con precisión cuando las células se dividen, esta estabilidad es relativa. Bajo ciertas condiciones, los genes pueden cambiar repentinamente de su forma de existencia original a otra nueva forma de existencia, es decir, un nuevo gen aparece repentinamente en un sitio, reemplazando al gen original. Este gen se llama gen mutante. Como resultado, nuevos rasgos que los antepasados ​​nunca habían tenido aparecieron repentinamente en el desempeño de sus descendientes.

La mutación genética es un cambio en la estructura genética causado por la adición, eliminación o sustitución de pares de bases en la molécula de ADN, lo que se denomina mutación genética. Un cambio estructural dentro de un gen que puede heredarse. También llamadas mutaciones puntuales, suelen provocar ciertos cambios fenotípicos. La mutación en un sentido amplio incluye aberraciones cromosómicas. La mutación en sentido estricto se refiere específicamente a mutaciones puntuales. De hecho, el límite entre distorsión y mutación puntual no está claro, especialmente en el caso de la distorsión sutil. Los genes de tipo salvaje se convierten en genes mutantes mediante mutación. El término mutante se refiere tanto al gen mutado como a los individuos con este gen mutado.

Las mutaciones genéticas generalmente ocurren durante el período de replicación del ADN, es decir, la interfase de la división celular, que incluye la interfase mitótica y la interfase meiótica, al mismo tiempo, las mutaciones genéticas están involucradas en la replicación del ADN, la reparación del daño del ADN; la carcinogénesis y el envejecimiento están todos relacionados. La mutación genética también es uno de los factores importantes en la evolución biológica, por lo que el estudio de la mutación genética tiene una amplia importancia biológica además de su propia importancia teórica. La mutación genética proporciona tipos mutantes para la investigación genética y materiales para el trabajo de mejoramiento, por lo que también tiene importancia práctica en la investigación y producción científica.

Las mutaciones genéticas fueron descubiertas por primera vez en moscas de la fruta por T.H. Morgan en 1910. H.J. Mahler en 1927 y L.J. Stadler en 1928 fueron los primeros en inducir mutaciones en moscas de la fruta y en el maíz mediante rayos X. En 1947, C. Auerbach utilizó por primera vez mutágenos químicos, utilizando mostaza nitrogenada para inducir mutaciones en moscas de la fruta. En 1943, S.E. Luria y M. Delbrück demostraron por primera vez que la aparición de resistencia a los fagos en E. coli era el resultado de una mutación genética. Luego se llegó a la misma conclusión con respecto a la resistencia bacteriana a la estreptomicina y las sulfonamidas. Como resultado, la mutación genética, un fenómeno común en el mundo biológico, se ha ido comprendiendo gradualmente y su estudio ha entrado en una nueva era. Tras el descubrimiento de la fotorreactivación en 1949, la investigación sobre la reparación de daños en el ADN también avanzó rápidamente. Estos hallazgos indican que la mutación genética no es un simple cambio químico, sino un proceso complejo relacionado con la acción de una serie de enzimas.

En 1958, S. Benze descubrió que el gen rⅡ del bacteriófago T4 tiene un sitio particularmente susceptible a la mutación: el hotspot, que indica el cambio de un determinado par de nucleótidos en un gen y su ubicación. . relacionado.

En 1959, E. Fritz propuso la teoría de la sustitución de bases de la mutación genética, y en 1961, F.H.C. Crick y otros propusieron la teoría de la mutación por cambio de marco (ver código genético). Con el desarrollo de la genética molecular y la aparición de tecnologías como el análisis de la secuencia de nucleótidos del ADN, ahora es posible determinar los tipos de cambios en la estructura molecular del ADN causados ​​por mutaciones genéticas, incluida la estructura molecular de ciertos puntos calientes, y ha sido posible para llevar a cabo una inducción dirigida.

Ya sea una mutación en eucariotas o procariotas, no importa el tipo de mutación que sea, todas tienen las mismas características como aleatoriedad, baja frecuencia y reversibilidad.

Universalidad

Las mutaciones genéticas son omnipresentes en varias especies de la naturaleza.

Aleatoriedad

T.H. Morgan descubrió accidentalmente una mosca de la fruta blanca de ojos compuestos entre las muchas moscas de la fruta rojas de ojos compuestos que crió. Este hecho muestra que la aparición de mutaciones genéticas es aleatoria en el tiempo, en los individuos que tienen las mutaciones y en los genes donde se producen las mutaciones. Las numerosas mutaciones descubiertas en plantas superiores ilustran posteriormente la naturaleza aleatoria de las mutaciones genéticas. En las bacterias la situación es mucho más compleja.

Cuando las bacterias se cultivan en un medio que contiene un determinado fármaco, a menudo se pueden obtener bacterias que son resistentes al fármaco. Por lo tanto, alguna vez se creyó que el desarrollo de la resistencia bacteriana a los fármacos era causado por el fármaco y era una adaptación direccional más que una. mutación aleatoria. S. Luria y M. Delbrück utilizaron por primera vez el método de prueba de fluctuación en 1943 para demostrar que la aparición de bacterias resistentes a los fagos en E. coli no tiene nada que ver con la presencia de fagos. J. Lederberg y otros confirmaron este argumento mediante el método de inoculación por fotocopia en 1952. El método consiste en aplicar una gran cantidad de bacterias sensibles a los medicamentos en la superficie de un medio de cultivo libre de medicamentos y utilizar un trozo de terciopelo esterilizado como herramienta de inoculación para inocular las colonias cultivadas en él en la superficie de un medio de cultivo que contiene un determinado fármaco, de modo que dos Las posiciones de las colonias en la placa de Petri corresponden una a una. Según la posición de las colonias individuales que crecen en la superficie de este último medio de cultivo, las colonias correspondientes se pueden encontrar en la placa de cultivo anterior. Se considera que estas colonias son resistentes en muchos casos. Dado que el medio anterior no contenía fármacos, este resultado experimental muestra de forma muy intuitiva que la aparición de resistencia a los fármacos no depende de la presencia de fármacos, sino que es el resultado de mutaciones aleatorias que los fármacos simplemente detectan.

Rareza

Cuando se descubrió el primer gen mutante, en lugar de varios hilos de fruta blancos de ojos compuestos, solo se encontró uno, lo que indica que la mutación es extremadamente rara, lo que significa que en los genes de tipo salvaje mutan a tasas de mutación extremadamente bajas (consulte la tabla para conocer algunas tasas de mutación de genes representativos). En los organismos que se reproducen sexualmente, la tasa de mutación se expresa por la probabilidad de mutación en cada gameto, es decir, el número de gametos mutantes en un cierto número de gametos. En las bacterias que se reproducen asexualmente, la tasa de mutación se expresa como la probabilidad de mutación para cada bacteria en cada generación de células, es decir, la cantidad de mutaciones que ocurren en una cierta cantidad de bacterias durante una división. Se estima que en los organismos superiores, sólo una de cada 10^5 a 10^8 células germinales sufrirá una mutación genética. Aunque la frecuencia de las mutaciones genéticas es muy baja, cuando hay muchos individuos en una población, es posible que se produzca una variedad de mutaciones aleatorias, suficientes para proporcionar una variación heredable abundante.

Reversibilidad

El proceso de mutación de un gen de tipo salvaje en un gen mutante se denomina mutación directa. La rareza de las mutaciones directas indica que el gen de tipo salvaje es una estructura relativamente estable. El gen mutado puede convertirse en un gen de tipo salvaje mediante mutación, un proceso llamado mutación inversa. También se puede ver en la tabla que rara vez ocurren mutaciones inversas, lo que indica que el gen mutante también es una estructura relativamente estable. Sin embargo, la tasa de mutación directa siempre es mayor que la tasa de mutación inversa. Esto se debe a que los cambios estructurales en muchas posiciones dentro de un gen de tipo salvaje pueden causar mutaciones genéticas, pero solo un cambio estructural en una posición dentro de un gen mutante puede causarlas. Restauración.

Menos buenos pero más dañinos

Generalmente, las mutaciones genéticas tendrán efectos adversos, provocando su eliminación o muerte, pero un número muy pequeño de ellas potenciará la adaptabilidad de la especie. .

No direccional

Por ejemplo, el gen A que controla el cabello negro puede mutar en el gen a+ que controla el cabello blanco o en el gen a- que controla el cabello verde.

Beneficio

Generalmente, las mutaciones genéticas son dañinas, pero hay muy pocas mutaciones beneficiosas. Por ejemplo, un pájaro tiene un pico corto. Después de una mutación repentina, el pico se alargará, lo que facilitará la captura de comida o agua.

Generalmente, tras una mutación genética, el cuerpo enviará anticuerpos u otros órganos reparadores para repararse a sí mismo. Pero algunas mutaciones son irreversibles. Las mutaciones pueden provocar la muerte inmediata o pueden tener consecuencias desastrosas, como la incapacidad de los órganos para funcionar correctamente, daños graves al ADN y baja inmunidad. Si se trata de una mutación beneficiosa, pueden ocurrir milagros, como que el cuerpo secrete células mutantes especiales para proteger los órganos, el cuerpo o que crezca hueso en algunas partes del cuerpo que no están protegidas por el hueso. Los genes y el ADN son como el documento de identidad de cada persona, pero también son el profeta de una persona, porque determinan el momento del envejecimiento, la enfermedad y la muerte del cuerpo.

Independencia

Una mutación en un alelo de un determinado locus genético no afecta al otro alelo, es decir, los dos genes del alelo no se producirán al mismo tiempo.

① Mutación recesiva: no expresada en la generación actual, pero sí en la generación F2.

② Mutación dominante: manifestación contemporánea, conviviendo con el rasgo original, formando mosaicismo o quimera.

Reproducibilidad

Una misma mutación puede ocurrir varias veces en diferentes individuos de un mismo organismo.

Tipos

Las mutaciones genéticas pueden ser espontáneas o inducidas. No existe una diferencia esencial entre las mutaciones genéticas producidas espontáneamente y las mutaciones genéticas inducidas. El efecto de los mutágenos de mutación genética es solo aumentar la tasa de mutación de los genes.

Según los efectos fenotípicos, los mutantes se pueden dividir en mutantes morfológicos, mutantes bioquímicos y mutantes letales. Esta distinción no se refiere a la naturaleza de la mutación y no es estricta. Debido a que las mutaciones morfológicas y las mutaciones letales deben tener su base bioquímica, estrictamente hablando, todas las mutaciones son mutaciones bioquímicas.

Según los cambios en las bases, las mutaciones genéticas generalmente se pueden dividir en dos categorías: sustitución de bases y mutaciones por cambio de marco.

Mutaciones por sustitución de bases

Se refiere a. Mutación causada por la sustitución de un par de bases por otro par de bases diferente en la molécula de ADN. La mutación puntual tiene dos formas: conversión y transversión. Si una purina se reemplaza por otra purina o una pirimidina se reemplaza por otra pirimidina, se llama. transición La mutación en la que una purina reemplaza a una pirimidina o una pirimidina reemplaza a una purina se llama transversión en la molécula de ADN, por lo que son posibles 4 transiciones y 8 transversiones (consulte la figura anterior). hay más transiciones que transversiones.

Los pares de bases se pueden convertir en bases provocadas por la incorporación de análogos de bases, por ejemplo, el 5-bromouracilo (BU) es un compuesto similar a la timina, con dos estructuras. , ceto y enol, y los dos se pueden interconvertir. Generalmente, la forma ceto es más fácil de cambiar a la forma enol. Cuando se copia el ADN, la forma ceto BU reemplaza a T, de modo que la base AT. El par se convierte en A-BU; cuando el ADN se copia por segunda vez, la forma enol cambia. BU puede emparejarse con G, por lo que aparece el par de bases G-BU durante la tercera copia, el par G y C; El par de bases G-C de esta manera, el par de bases A-T original se convierte en el par de bases G-C (ver imagen de la izquierda).

La conversión de pares de bases también puede ser causada por algunos mutágenos químicos. desamina oxidativamente la citosina (C) en uracilo (U), en la siguiente replicación, U no se empareja con G, sino con A; el resultado de la replicación C-G se convierte en T-A (ver la imagen de la derecha). sulfato de dietilo en el agente alquilante. El éster puede etilar G para convertirse en guanina alquilada (mG). Como resultado, mG no se empareja con C sino con T. Después de la replicación, G-C se convierte en A-T.

Se refiere a la inserción o pérdida de uno o varios (no 3 ni múltiplos de 3) pares de bases en un sitio determinado de un fragmento de ADN, provocando una desalineación de una serie de secuencias codificantes tras la inserción o pérdida. sitio Una mutación puede causar anomalías en la información genética después de este sitio. Cuando un gen con una mutación de cambio de marco cambia la secuencia de aminoácidos que forma la cadena polipeptídica, afectará gravemente la estructura y función de la proteína o enzima. Los mutágenos de acridina como la proflavina, la naranja de acridina, etc. tienen moléculas relativamente planas y pueden insertarse entre pares de bases adyacentes de la molécula de ADN, lo que provoca que se inserte una base antes de la replicación del ADN si se inserta durante el proceso de replicación. , provocará la eliminación de un par de bases, las cuales provocarán mutaciones por cambio de marco.

La mutación por eliminación del gen también puede ocurrir debido a la eliminación de un segmento más largo del ADN. La eliminación incluye dos genes, será como si dos genes mutaran al mismo tiempo, por lo que también se denomina mutación multisitio. Las mutaciones causadas por deleciones no sufren mutaciones inversas. En sentido estricto, las deleciones deberían clasificarse como aberraciones cromosómicas.

Mutación por inserción

Si se inserta un trozo de ADN extraño en el ADN de un gen, su estructura se destruirá y provocará una mutación. El fago Mu-1 de Escherichia coli y algunas secuencias de inserción (IS) y transposones (ver elementos transponibles) son elementos genéticos que pueden transferir posiciones cuando se transfieren a un determinado gen, mutan el gen. Muchos transposones portan genes de resistencia a los medicamentos. Cuando se transfieren a un determinado gen, por un lado provocan mutaciones y, por otro, aparece un gen de resistencia a los medicamentos en esta posición.

La molécula de ADN insertada se puede perder mediante escisión, y una escisión precisa puede restaurar el gen mutante a un gen de tipo salvaje. La frecuencia de este evento no aumentó con el tratamiento con mutágeno.

Mutaciones sinónimas que afectan

Ya sea una mutación por sustitución de bases o una mutación por cambio de marco, puede cambiar la composición o secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica, afectando así la función biológica de la proteína o enzima, lo que hace que el fenotipo del cuerpo parezca anormal. Los efectos de las mutaciones de bases en la secuencia de aminoácidos de las cadenas polipeptídicas generalmente incluyen los siguientes tipos.

⑴Mutación del mismo sentido: después de la sustitución de bases, aunque cada codón se convierte en otro codón, debido a la degeneración del codón, los codones anterior y posterior cambian. El aminoácido codificado por la subunidad permanece sin cambios, por lo que no. El efecto de mutación realmente ocurrirá. Por ejemplo, si la tercera G de GCG en la cadena plantilla de la molécula de ADN se reemplaza por A y se convierte en GCA, entonces el codón CGC correspondiente en el ARNm se convierte en CGU. Dado que CGC y CGU son codones que codifican arginina, la mutación Los productos del gen (. proteínas) antes y después son exactamente iguales. Las mutaciones sinónimas representan aproximadamente el 25% del total de mutaciones por sustitución de bases.

Mutación sin sentido

Mutación sin sentido: una mutación en la que una sustitución de un par de bases hace que un codón en el ARNm se convierta en un codón que codifica otro aminoácido. Las mutaciones sin sentido pueden causar anomalías estructurales y funcionales en ciertas proteínas o enzimas del cuerpo, provocando así enfermedades. Por ejemplo, la sexta posición de la cadena beta de la hemoglobina humana normal es el ácido glutámico y su codón es GAA o GAG. Si la segunda base A se reemplaza por U, se convierte en GUA o GUG, y el ácido glutámico se reemplaza por valina. Reemplazo, formando hemoglobina HbS anormal, lo que hace que el individuo desarrolle anemia falciforme, lo que resulta en un efecto mutacional.

Mutación sin sentido

Mutación sin sentido: el código que codifica un aminoácido muta en un codón de parada y la síntesis de la cadena polipeptídica finaliza prematuramente, lo que da como resultado un fragmento polipeptídico sin valor biológico. Actividad llamada mutación sin sentido. Por ejemplo, cuando la G en ATG en una molécula de ADN se reemplaza por T, el codón en la cadena de ARNm correspondiente cambia de UAC a UAA, deteniendo así la traducción y acortando la cadena peptídica. En la mayoría de los casos, estas mutaciones afectan la función de la proteína o enzima.

Mutación del codón terminador

Mutación del codón terminador: una mutación en la que un codón de terminación de un gen se muta en un codón que codifica un determinado aminoácido se denomina mutación del codón terminador. Debido a que la síntesis de la cadena peptídica no se detiene hasta que aparece el siguiente codón de parada, se sintetiza una cadena polipeptídica excesivamente larga, por lo que también se denomina mutación de elongación. Por ejemplo, el mutante de la cadena alfa de la hemoglobina humana, Hb Constant Spring, tiene 31 aminoácidos más que la cadena alfa de globina humana normal.

Factores que influyen Factores externos

Factores físicos: rayos X, láseres, rayos ultravioleta, rayos gamma, etc.

Factores químicos: ácido nitroso, aflatoxinas, análogos de bases, etc.

Factores biológicos: determinados virus y bacterias, etc.

Factores intrínsecos

Durante el proceso de replicación del ADN, el número, la secuencia y el tipo de desoxinucleótidos dentro del gen cambian parcialmente, cambiando así la información genética.

Editar Aplicación de este párrafo

Para los humanos, las mutaciones genéticas pueden ser útiles o perjudiciales.

Cría por mutaciones

Al inducir una gran cantidad de mutaciones genéticas diversas en los organismos, se pueden generar variedades superiores según las necesidades. Este es un aspecto útil de la mutación genética. Antes del descubrimiento de los mutágenos químicos, la radiación se utilizaba principalmente como mutágeno en el fitomejoramiento; después del descubrimiento de los mutágenos químicos, los métodos de mutagénesis se han incrementado considerablemente. En el trabajo de reproducción por mutación de microorganismos, dado que es fácil procesar una gran cantidad de individuos en poco tiempo, generalmente se requiere que el mutágeno sea fuerte, es decir, se requiere que produzca una gran cantidad de mutaciones. Para las plantas superiores que tienen dificultades para procesar una gran cantidad de individuos en un corto período de tiempo, se requiere que el mutágeno sea más fuerte, más eficiente y más específico. La llamada mayor eficiencia significa que se producen más mutaciones genéticas y menos aberraciones cromosómicas. La llamada especialización es la producción de tipos específicos de mutaciones. La tecnología clave de Israel para cultivar "pimientos verdes coloridos" es enviar semillas de pimiento verde al espacio para que puedan sufrir una mutación genética en un estado de total ingravidez para su reproducción.

Control de plagas

Utilice mutágenos para tratar las plagas masculinas para causar mutaciones letales o letales condicionales, y luego libere estas plagas masculinas para hacerlas similares a los insectos machos salvajes. La competencia produce letales o estériles. descendiente.

Detección de sustancias mutagénicas

La mayoría de las mutaciones son perjudiciales para los propios organismos. La aparición de cáncer humano también está estrechamente relacionada con las mutaciones genéticas. Por lo tanto, la mutagénesis en el medio ambiente tiene la detección de sustancias. convertirse en una tarea importante en salud pública.

Métodos de detección

Desde la perspectiva de la naturaleza de las mutaciones genéticas, los métodos de detección se dividen en tres categorías: método de mutación dominante, método de mutación recesiva y método de mutación inversa. ① Método de mutación letal dominante: trate ratones macho con la sustancia que se va a probar, aparee los ratones macho tratados con ratones hembra no tratados y observe el número de mortinatos en el útero de las hembras. Cuanto mayor sea el número de mortinatos, más dominante. Se inducen mutaciones letales. Este método es adecuado para tratamientos crónicos y tiene la ventaja de una mayor fiabilidad y del hecho de que el sujeto de prueba es un mamífero. La desventaja es que no puede distinguir entre el efecto mutagénico de los fármacos sobre el material genético y otros efectos toxicológicos sobre el desarrollo embrionario. ②El método de mutación recesiva generalmente utiliza animales y plantas que son heterocigotos para ciertos genes de mutación recesiva como sujetos de prueba. Si este rasgo recesivo aparece después de ser tratado con un determinado fármaco, significa que este fármaco ha inducido este rasgo recesivo. Hay cepas de ratones en los que múltiples genes mutantes recesivos son heterocigotos y se pueden utilizar para determinar simultáneamente las mutaciones genéticas inducidas en varios loci. La ventaja de este método es que mide mutaciones genéticas en mamíferos. La desventaja es que la sensibilidad es baja, se requieren cepas animales y vegetales especiales y el período experimental también es largo. El método CIB es un método de detección que utiliza moscas de la fruta como objetos de prueba. Se utiliza principalmente para detectar mutaciones letales recesivas que se producen en el cromosoma X. El ciclo de vida de las moscas de la fruta es corto, por lo que el período experimental de este método también lo es. ③El método de mutación inversa, un método para detectar sustancias mutagénicas basado en la frecuencia de inducción de mutación inversa, fue iniciado por B. Ames en 1973, también conocido como prueba de Ames. Los sujetos de prueba fueron varias cepas de Salmonella typhimurium con deficiencia de histidina, incluidos mutantes de sustitución de bases y mutantes de cambio de marco. También se incluye en el sistema de detección el sistema de activación microsomal del hígado de rata (S9), que contiene enzimas que convierten algunos promutágenos en mutágenos. Aunque el objeto de prueba aquí son bacterias en lugar de mamíferos, debido a que este sistema de detección es simple y fácil de implementar y tiene una alta sensibilidad, a menudo se usa como un sistema de prueba a corto plazo para la detección preliminar de sustancias mutagénicas. Se probaron cientos de sustancias y se descubrió que alrededor del 90% de los carcinógenos eran mutagénicos. ④Método de caja de difusión del huésped intermedio Para acercar el método de mutación inversa a la situación en los mamíferos vivos, algunas personas colocan las células analizadas en una caja pequeña especial, y la membrana de la caja pequeña solo permite el paso de la solución. Esta pequeña caja se entierra en la cavidad abdominal del animal y se trata al animal con la sustancia que se va a probar. Después de un cierto período de tiempo, se saca la pequeña caja y se mide el número de células que tiene en la pequeña caja. Se mide el número de personas inducidas a sufrir una mutación inversa.

Además de los numerosos métodos utilizados para detectar mutaciones genéticas, existen muchos sistemas de pruebas utilizados para detectar aberraciones cromosómicas e intercambios de cromátidas hermanas. Por supuesto, la medida más fiable de la actividad cancerígena de un fármaco es la detección de carcinogenicidad en mamíferos. Sin embargo, el uso del indicador de mutaciones inversas inducidas en microorganismos como método de detección preliminar de carcinógenos todavía tiene una importante importancia práctica (ver Genética Toxicológica).

Mutaciones por sustitución de bases por mecanismo inducido

Se pueden llevar a cabo a través de dos vías, a saber, la introducción de análogos de la estructura de bases y los cambios químicos provocados por mutágenos o rayos.

① Introducción de análogos El 5-bromouracilo (BU) es un análogo estructural de la timina. Simplemente reemplaza el grupo metilo de la timina (─GH3) con un átomo de bromo en el quinto átomo de carbono y, por lo tanto, es más probable que aparezca en forma de enol (Figura 2). Mutación genética

Después de cultivar Escherichia coli en un medio que contiene BU, parte de la timina en el ADN bacteriano se reemplaza por BU y, finalmente, se puede encontrar una pequeña cantidad de bacterias mutantes en el cultivo, reemplazando a The Cuanto mayor sea la cantidad de BU, más formas mutantes habrá. Cuando las bacterias mutantes se cultivan durante mucho tiempo en un medio que no contiene BU, sus rasgos mutantes no cambiarán. Sin embargo, después de que las bacterias mutantes se cultivan en un medio que no contiene BU, aparece una pequeña cantidad de cepas salvajes. debido a mutaciones inversas se pueden encontrar bacterias de tipo. Se puede expresar el efecto mutagénico de BU.

Primero, durante la replicación del ADN, la cetona BU reemplaza a la timina T y el par de bases A:T se convierte en A:BU. Durante la siguiente replicación del ADN, el enol BU* se empareja con la guanina G para formar pares de bases G:BU, y finalmente en otra replicación. , se aparean guanina G y citosina C, y finalmente aparece un par de bases G:C, completando el reemplazo de bases. La función de BU aquí es promover esta sustitución. La razón de esta promoción es que después de que el átomo de bromo reemplaza el grupo metilo en la posición 5 de la pirimidina, aparecen más pirimidinas en forma de enol.

La misma teoría también se puede utilizar para explicar cómo BU induce mutaciones de sustitución o retromutaciones mutantes (Figura 4)

Lo mismo se aplica a otros análogos estructurales de bases como la 2-aminopurina. efecto mutagénico.

②Cambios químicos causados ​​por medicamentos o radiación. El ácido nitroso puede actuar sobre el grupo amino de la adenina (A) para convertirlo en hipoxantina (HX). Puede actuar sobre la citosina (c) para convertirla en uracilo; (U). Estos dos cambios de grupos amino a grupos cetona provocan cambios en la relación de emparejamiento de bases, provocando así la sustitución A:T→G:C o G:C→A:T a través de la replicación del ADN.

La hidroxilamina sólo reacciona específicamente con la citosina, por lo que casi sólo induce sustitución pero no sustitución. Además, un pH alto o bajo puede hacer que las moléculas de ADN pierdan bases, especialmente purinas, lo que lleva al reemplazo de bases.

La irradiación ultravioleta hace que las bases adyacentes de la molécula de ADN formen dímeros, principalmente dímeros de timina T-T. La formación de dímeros hace que las dobles hebras del ADN adopten una configuración anormal (ver Reparación de daños en el ADN), provocando así efectos letales o mutaciones genéticas, incluidos varios tipos de sustituciones de bases.

Mutación de cambio de marco

Existen menos tipos de mutágenos que inducen mutaciones de cambio de marco, principalmente colorantes de acridina (Figura 6). Estas moléculas de tinte pueden incrustarse en moléculas de ADN, provocando errores de replicación del ADN y mutaciones por cambio de marco.

Mutagénesis dirigida

Utiliza tecnología de ADN recombinante para provocar cambios específicos en moléculas de ADN en posiciones designadas, logrando así efectos de mutagénesis direccional. Por ejemplo, la molécula de ADN se trata con una determinada endonucleasa de restricción y luego se trata con nucleasa S1, que descompone el ADN monocatenario, para eliminar las partes monocatenarias de los dos extremos pegajosos, y luego utiliza la ligasa del fago T4 para separar los dos extremos romos uniéndolos se puede obtener un mutante que carece de varios nucleótidos correspondientes al sitio de reconocimiento de esta enzima de restricción. Por el contrario, si se añade ADN polimerasa I en presencia de cuatro desoxinucleósidos trifosfato (dNTP), el resultado de la síntesis complementaria son dos extremos romos que corresponden a varios nucleótidos más. Mediante el tratamiento con ligasa T4 se puede obtener una forma mutante en la que se repiten varios nucleótidos en la misma posición.

Las mutaciones de sustitución también se pueden inducir direccionalmente en posiciones designadas. El mutágeno bisulfito de sodio puede desaminar la citosina a uracilo, pero este efecto se limita a la citosina en una sola cadena de ADN y es ineficaz para la citosina en una doble cadena. La molécula de ADN se trata con una endonucleasa de restricción que contiene una citosina en el sitio de reconocimiento, de modo que la citosina en el extremo pegajoso queda expuesta (por ejemplo, el sitio de reconocimiento de HindIII es, después del tratamiento con la enzima de restricción HindIII, el extremo pegajoso Se obtiene y el extremo pegajoso en el medio queda expuesto (una citosina). La citosina (c) se convierte en uracilo (U) después del tratamiento con bisulfito de sodio. El par de bases original C:G se convierte en T:A mediante la replicación del ADN. De esta manera se induce una mutación por sustitución de bases en una posición determinada.

También se pueden introducir fragmentos de oligonucleótidos sintéticos en el genoma para cambiar un determinado gen de una determinada manera.

Mutaciones espontáneas

Las denominadas mutaciones espontáneas se refieren a mutaciones que se producen sin tratamiento con mutágenos. A juzgar por los resultados de la investigación sobre el mecanismo de mutagénesis, las causas de las mutaciones espontáneas no son más que las siguientes. ①Radiación de fondo y mutagénesis ambiental. La radiación de onda corta está presente en el universo en cualquier momento. Los experimentos han demostrado que no existe un efecto umbral en el efecto mutagénico de la radiación, es decir, cualquier dosis débil de radiación tiene un cierto grado de efecto mutagénico. de mutaciones espontáneas pueden ser inducidas por radiación de onda corta. Algunas personas estiman que estas mutaciones en Drosophila representan aproximadamente el 0,1% de las mutaciones espontáneas. Además, la exposición a sustancias mutagénicas en el medio ambiente también es causa de mutaciones espontáneas. ②El efecto de sustancias mutagénicas producidas por los propios organismos. El peróxido de hidrógeno es un mutágeno.

Agregar catalasa cuando se usa peróxido de hidrógeno para la mutagénesis puede reducir el efecto mutagénico. Si se agrega cianuro de potasio (KCN) al mismo tiempo, el efecto mutagénico aumentará nuevamente. Esto se debe a que KCN es un inhibidor de la catalasa. Además, se descubrió que agregar KCN a la población celular sin tratamiento de mutagénesis puede aumentar la tasa de mutación espontánea, lo que indica que el peróxido de hidrógeno producido por las propias células es la causa de parte de las mutaciones espontáneas. Se han encontrado algunas sustancias mutagénicas en algunas plantas y microorganismos superiores, y también se han obtenido extractos con efectos mutagénicos del almacenamiento prolongado de semillas de cebolla y tabaco. ③Efecto de interconversión heterogénea de bases. El análogo estructural de base natural 5-bromouracilo puede inducir mutaciones por sustitución de bases porque el átomo de bromo en la posición 5 (Figura 2) hace que BU aparezca más en la estructura del enol. En circunstancias normales, la interconversión isomérica entre la forma ceto y la forma enol también se produce con una frecuencia muy baja, lo que también debe provocar algunas mutaciones espontáneas que no se originan por factores ambientales. Además, se especula que la interconversión isomérica entre grupos amino y grupos imino también es causa de mutaciones espontáneas. Estrictamente hablando, se trata de una verdadera mutación espontánea. Los nucleótidos también pueden sufrir otras formas de tautoconversión isomérica, que también pueden ser la causa de mutaciones espontáneas.

Factores Intrínsecos

La mutación es el resultado de una serie de cambios. Los factores que afectan cualquier vínculo en esta serie de cambios tendrán un cierto impacto en la aparición de mutaciones.

El mutágeno debe entrar primero en la célula antes de entrar en contacto con el ADN para inducir mutaciones. La razón por la que las plantas superiores son menos sensibles a los efectos mutagénicos de la luz ultravioleta es porque los rayos ultravioleta no pueden penetrar fácilmente sus paredes celulares. La penetración de sustancias químicas está estrechamente relacionada con la estructura de la membrana celular. Salmonella typhimurium tiene una forma mutante de rugosidad rugosa (rfa) que altera la composición de la membrana celular, haciendo que la membrana celular sea más permeable a muchos fármacos y aumentando así la sensibilidad de las células a muchos mutágenos químicos.

Las enzimas en las células pueden destruir los mutágenos que ingresan a las células, debilitando así el efecto mutagénico. Por ejemplo, la catalasa puede reducir los efectos mutagénicos del peróxido de hidrógeno. Algunas sustancias no mutagénicas también pueden convertirse en mutágenos debido a la activación de enzimas en las células. Estas sustancias se denominan promutágenos. Por ejemplo, la lumantrona en sí no tiene ningún efecto mutagénico, pero puede convertirse en el mutágeno lumantrona mediante la acción de la hidroxilasa en el hígado (Figura 7).

Mutación genética

Después de que el mutágeno entra en contacto con el ADN, puede causar daños locales en el ADN. Si estos daños no se reparan, pueden dificultar la replicación del ADN y causar daños. muerte celular. Hay dos tipos de mecanismos para reparar el daño del ADN: uno se llama reparación sin errores, que restaura el ADN a su estado original sin causar mutaciones, el otro se llama reparación propensa a errores o reparación propensa a errores, que permite que continúe la replicación del ADN; sin causar mutaciones. A menudo va acompañado de mutaciones genéticas.

Los cambios en la actividad de las enzimas implicadas en la reparación del daño del ADN en las células pueden cambiar la respuesta de la célula a los efectos letales o mutagénicos de los mutágenos. Cuando cualquier enzima relacionada con la reparación del daño del ADN se inactiva debido a una mutación genética, las células inevitablemente se volverán más sensibles a los efectos letales de la luz ultravioleta u otros mutágenos. Sin embargo, en lo que respecta a los resultados de la mutagénesis, depende de si la enzima implica una reparación sin errores o es propensa a la reparación de errores. Si pertenece al primero, entonces la mutación del gen relevante hará que la mutación sea más probable. Si pertenece al segundo, entonces la mutación del gen relevante hará que la mutación sea menos probable. Los tipos se denominan genes mutadores y genes antimutadores respectivamente. En el fago T4 de E. coli, el gen 43 codifica la ADN polimerasa. Hay dos formas mutantes del gen 43. Uno es un gen mutador, la proporción entre la actividad exonucleasa y la actividad polimerasa de su ADN polimerasa es menor que la de la ADN polimerasa de tipo salvaje, el otro es un gen antimutador, la proporción de las dos actividades de su ADN polimerasa es mayor; que el de la ADN polimerasa de tipo salvaje. También se han encontrado genes mutadores en otros organismos como E. coli, levaduras y algunos eucariotas.

Factores externos

① La temperatura, la mutación genética incluye una serie de cambios bioquímicos, por lo que la temperatura tiene un cierto impacto en la mutación genética. En E. coli, el tipo con deficiencia de histidina (his-) tiene una tasa de mutación inversa espontánea que aumenta de 1 a 1,5 veces por cada aumento de 10 °C en la temperatura entre 15 °C y 37 °C, y no se produce ninguna mutación espontánea en 0°C. El coeficiente de temperatura de las mutaciones letales en Drosophila también se encuentra dentro de este rango.

En los microorganismos y las moscas de la fruta, los cambios de temperatura a corto plazo, especialmente los tratamientos con temperaturas más altas que no son adecuados para la supervivencia, pueden inducir mutaciones en las moscas de la fruta; también hay informes de mutaciones inducidas por el tratamiento a baja temperatura de -6°C; ② Componentes medianos, SOS es un mecanismo de reparación propenso a errores que aparece solo después de la inducción. Al igual que la síntesis de enzimas inducidas, la síntesis de proteínas es un factor necesario para el surgimiento del mecanismo SOS en las células bacterianas, por lo que todos los factores del medio de cultivo que afectan la síntesis de proteínas afectarán las mutaciones genéticas. ③ Antimutágenos y auxiliares Las sustancias que pueden promover la acción de otro mutágeno se denominan auxiliares. Por ejemplo, cuando se quema triptófano se producen dos tipos de mutágenos y comutógenos.

Se sabe que la nitrosoguanidina (NTC) es un mutágeno muy eficaz. Bajo ciertas condiciones, el efecto mutagénico del NTG puede reducirse mediante cloruro de cobalto y compuestos que contienen azufre en los glóbulos rojos vivos, lo que indica que el cloruro de cobalto y ciertas sustancias presentes en los glóbulos rojos tienen efectos antimutagénicos. Estas sustancias que reducen la tasa de mutaciones espontáneas o inducidas se denominan antimutágenos. Además, también se ha demostrado que determinados péptidos como la albúmina son agentes antimutagénicos.

Para más detalles, consulte /view/131542.htm