Мутагенез

Мутагенез (далее М) процесс возникновения наследственных изменений — мутаций, появляющихся естественно (спонтанно) или вызываемых (индуцируемых) различными физическими или факторами — мутагенами. В основе М лежат изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию. Эти изменения выражаются в виде генных мутаций или перестроек. Кроме того, возможны нарушения митотического аппарата клеточного деления (см. Митоз), что ведет к геномным мутациям типа полиплоидии или анеуплоидии. Повреждения нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) заключаются либо в нарушениях углеводно-фосфатного остова молекулы (ее разрыв, вставка или выпадение нуклеотидов), либо в изменениях оснований, непосредственно представляющих генные мутации или приводящих к их появлению в ходе последующей репликации поврежденной молекулы. При этом пуриновое основание заменяется другим пуриновым или пиримидиновое основание — др. пиримидиновым (транзиции), либо пуриновое основание заменяется пиримидиновым или пиримидиновое — пуриновым (трансверсии). В результате в определяющих синтез тройках нуклеотидов (кодонах) возникают два типа нарушений: так называемые нонсен-скодоны ("бессмысленные"), вообще не определяющие включение аминокислот в синтезируемый и так называемые миссенс-кодоны ("искажающие смысл"), определяющие включение в неверной аминокислоты, что изменяет его свойства. Вставки или выпадения нуклеотидов ведут к неправильному считыванию генетической информации (сдвигу рамки считывания), в результате чего обычно возникают "бессмысленные" кодоны и лишь в редких случаях "искажающие смысл". Механизм М для разных мутагенов неодинаков. Ионизирующие излучения действуют на нуклеиновые кислоты непосредственно, ионизируя и активируя их Это приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова молекулы и связей между комплементарными нитями ДНК, образованию "сшивок" между этими нитями, разрушению оснований, особенно пиримидиновых. Прямое действие ионизирующей радиации на и содержащуюся в них ДНК обусловливает почти линейную зависимость между дозой облучения и частотой вызываемых облучением генных мутаций и нехваток (малых делеций); однако для тех типов перестроек, которые возникают в результате двух разрывов (более крупные делеции, инверсии, транслокации и др.), зависимость между дозой облучения и их частотой имеет более сложный характер. Мутагенное действие ионизирующих излучений может быть и косвенным, т. к. прохождение их через цитоплазму или питательную среду, в которой культивируются микроорганизмы, вызывает радиолиз воды и возникновение свободных радикалов и перекисей, обладающих мутагенным действием. Ультрафиолетовое излучение возбуждает электронные оболочки что вызывает различные реакции в нуклеиновых кислотах, приводящие к мутациям. Из этих реакций наибольшее значение имеют гидратация цитозина и образование димеров тимина, но известную роль в М играют также разрыв связей между нитями ДНК и образование "сшивок" между этими нитями. Ультрафиолетовые лучи плохо проникают во внутренние ткани организма, и их мутагенное действие проявляется только там, где они могут достигнуть генетического аппарата (например, при облучении вирусов, бактерий, спор растений и т. п.). Наиболее мутагенны ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 2500 до 2800 А, поглощаемые нуклеиновыми кислотами. Лучи видимого спектра подавляют мутагенный эффект ультрафиолетовых лучей (см. Фотореактивация). Алкилирующие соединения, к числу которых принадлежат наиболее сильные из известных мутагенов (так называемые супермутагены), например нитрозоэтилмочевина, этилметансульфонат и др., алкилируют фосфатные группы нуклеиновых кислот (что приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова молекулы), а также основания (главным образом гуанин), в результате чего нарушается точность репликации нуклеиновых кислот и возникают транзиции и изредка — трансверсии. Аналоги оснований включаются в нуклеиновые кислоты, что при последующей репликации ведет к появлению транзиций и трансверсий. Эти же типы изменений вызываются кислотой, дезаминирующей основания. Акридиновые красители образуют комплекс с ДНК, мешающий ее репликации: в результате выпадают или добавочно вставляются одна или несколько пар нуклеотидов, что приводит к сдвигу рамки считывания. Аналогичные типы реакций с нуклеиновыми кислотами характеризуют и др. мутагены, но для многих из них механизм М изучен недостаточно. Некоторые мутагены нарушают цитоплазматический аппарат митоза, следствием чего является нерасхождение всех разделившихся или неправильности в распределении их между дочерними клетками; в первом случае возникает полиплоидия, во втором — анеуплоидия. Известны вещества, специфически действующие таким образом (например, алкалоид колхицин). На ход М оказывают значительное влияние различные внешние факторы. Так, частота мутаций, индуцируемых ионизирующими излучениями, возрастает при поступлении в клетку и падает при его недостатке, например, если облучение происходит в атмосфере (см. Кислородный эффект). Некоторые вещества подавляют М (см. Антимутагены). Например, введение в клетку аденозина или гуанозина тормозит мутагенное действие аналогов пуриновых оснований; фермент каталаза снижает мутагенный эффект ионизирующих излучений и т. д. При действии некоторых мутагенов мутации могут возникать как сразу, так и спустя известное время, иногда через несколько клеточных поколений.

Лит. см. при ст. Мутации.

С. М Гершензон.

		Новости 22.12.2024 06:16:26

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.