Мутации при бактериите


Категория на документа: Биология


Акридиновите багрила и профлавинът се вграждат между базовите двойки на ДНК по такъв начин, че предизвикват инсерция (вграждане) или делеция (отпадане) на отделни базови двойки по време на репликация. Например, ако нормален участък има структура АГГ ЦТЦ ЦАА ГЦЦ ГАТ ТЦГ, то отпадането на четвъртата база (Ц) ще измени информацията - АГГ ТЦЦ ААГ ЦЦГ АТТ ЦГ-.

В практиката за получаване на мутации широко се използват рентгеновите и ултравиолетовите лъчи. Най-често под действието на УВ лъчите (с дължина на вълната 260 nm) клетките бързо умират, а тези, които преживяват, се характеризират с високо ниво на мутации.

При облъчване на разтвори от ДНК с УВ лъчи настъпват химически изменения от два типа. Първо се образуват ковалентни връзки между пиримидини, разположени един до друг в едната верига на ДНК. Образувалите се пиримидинави димери нарушават вторичната структура на ДНК. При втория тип настъпва хидратация на пиримидините на 4,5 двойна връзка.

Установено е, че мутагенното действие на УВ лъчите основно е свързано с образуване на пиримидинови димери. Ако облъчването е във видимата област на светлината с дължина на вълната 300-400 nm, то леталността и честотата на мутация силно се понижава. Това явление се нарича фотореактивация.

Освен хидратите и димерите известни са и други фотохимични реакции при облъчването на ДНК. Установени са свързвания между ДНК и белтъците, което се осъществява чрез прикрепване на аминокиселинните остатъци посредством SH- или ОН-групите към 5- или 6-въглерода на цитозина и тимина.

Тиминови димери могат да се образуват и при поглъщането на енергия
от съседни молекули, а не само чрез фотохимични реакции (поглъщане
на фотони). Този процес е наречен молекулна фотосенсибилизация.
УВ радиацията предизвиква ексцитирани (фотосенсибилизирани) места, в които електроните на молекулата притежават по-голяма енергия.

Мутации, предизвиване от транспозови(биологични фактори). Транспозоните (Тп) са двуверижни ДНК, които се състоят най-често от 2000 до 80 000 базови двойки. Те обикновено обуславят устойчивост към един антибиотик и по-рядко към няколко. В генетиката на бактериите се използва метод за получаване на мутации чрез транспозони, които са способни да преминават от един участък на генома в друг, т.е. от бактерийната хромозома в плазмида и обратно. По такъв начин те могат да се включват в различни участъци на генома. Ако Тп се включи в който и да е структурен ген, хромозомната нуклеотидна последователност на този ген ще бъде нарушена
и генетичната информация не ще може да се транслира във функционално
пълноценен полипептид. Получава се и н с е р ц и о н е н м у т а н т.

Тъй като транспозоните не са способни автономно да се реплицират, за техния пренос от една бактерийна клетка в друга е необходим плазмид или бактериофаг. Колифаг-Мu обладава способността да се включва в различни участъци на бактерийната хромозома и да предизвиква мутации. Поради това той е наречен "гигантски транспозон" и се използва често за получаване на мутанти при Е. coli.

Химични фактори (химични мутагени). Съществуват широк спектър химични съединения, които предизвикват мутации на ДНК. Някои химични мутагени са базови аналози. Те са структурноподобни на нормалните бази, които се намират в ДНК и могат по същия начин да се включват във веригата по време на репликация. Те предизвикват мутация с алтернативно комплементиране. Наприме 5-бромоурацила (5БУ) е базов аналог, който се получава от тимин. 5БУ нормално комплементира с аденина, но освен това може да претърпи и малка промяна, наречена тавтомерно изместване, след която може да се свързва и с гуанина. След репликацията на оригиналната двойка А-Т се замества с двойка Г-Ц, при което на едната дъщерна верига се получава мутация.

Други химични мутагени са известни като интеркалиращи агенти. Това са плоски молекули, които нарушават репликацията на ДНК чрез вмъкване между съседните базови двойки на двойната спирала. Пример за това е етидиевият бромид, една молекула, която съдържа четири пръстена с относителна големина, сходна на двойката пурин-пиримидин. Предполага се, че етидиевият бромид интеркалира в двойната верига, предизвиквайки леко изместване на съседните бази. Не е ясно как това променя репликацията на ДНК, но цялостния ефект е инсерция на единичен нуклеотид в интеркалираща позиция, предизвикващи фреймшифт мутация на гена. Интеркалиращите агенти (акридинови съединения) предизвикват прибавяне или загуба на нуклеотид по време на рекомбинация или репликация на ДНК.

Фреймшифт мутациите са резултат от инсерцията (вмъкване) на една допълнителна база или делеция (откъсване) на вече съществуваша база от секвенцията на гена. Ако броят на променените бази не е кратен на три, рибозомата чете от друга рамна на четене (изместване на рамката, frame shift) и се синтезират белтъци с напълно променена секвенция. Тези мутации имат сериозен ефект на кодитане на белтъци и винаги са свързани с мутантен фенотип.

Много мутагени действат чрез химична модификация на базите. Някои предизвикват вмъкване на акилова или атилова група. Пример затова са метилметан сулфона и етилнитозокарбамида, които добавят метилова група към базите в няколко позиции. Други химични модификации включват деаминиране. Например азотистата киселина деаминира окислително цитозина, при което се получава урацил, който образи комплементарна двойка с аденина. След репликацията това има за резултат получаване на две алтернативни базови двойки Г-Ц и А-Т. Деаминирането на аденина до един гуанинов аналог, наречрн хипоксантин предизвиква замяна на А-Т двойката с Г-Ц.

Мутациите могат да възникнат и спонтанно поради естествената радиоактивност на ДНК с някои други естествени вещества в клетката. Така например цитозинът претърпяеа спонтанно деаминира до урацил. Цитозинът, който често пристъпва като 5-метилцитозин може да бъде спонтанно деаминира до тимин. Много типична модификация, която възниква спонтанно е депуринация, което става с разрушаване на връзката между дезоксирибозата и нейния пурин. Изменението на може да възникне и в присъствие на активни кислородни форми ( reactive oxygen species, ROS). Такива могат да са супероксиди, водороден пероксид и водородни радикали.

Физични мутагени. Високата енергия на йонизиращата радиация, каквито са рентгеновите лъчи или слънчевите лъчи предизвикват повреда в ДНК молекулите, предизвиквайки прекъсвания на веригата и изменения е пентозите и захарите. Нейонизиращите лъчения, каквито са УВ-лъчите се поглъщат от базите и предизвикват структурни промени в тях. В частност УВ лъчите могат да предизвикат формиране на структури, наречени циклобутилови димери между съседни пиримидини и по специално тимини. Димеризацията предизвиква по-голямо сближаване на базите и делеционни мутации по време на репликация. Много важен мутаген от околната среда се явява топлината. Тя образува апуринови сайтове в полинуклеотидната верига на ДНК, което може да предизвика точкови или делеционни мутации, когато ДНК се реплицира.

Съдържание:
1. Общи сведения за мутациите.
2. Видове мутации.
- обратни (реверсивни) мутации
- супресорни мутации
- точкови мутации

според причините, които предизвикват мутациите :
- спонтанни мутации
- индуцирани мутации
- биологични фактори
- химични фактори
- физични мутагени

Литература:
Стоян Ст. Влахов, Александър И. Ангелов, Микробиология, 1991-1996г.
http://www.referati.org/
А с о н О в, Н. Р. Микробиология. М., Колос, 1980.



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Мутации при бактериите 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.