Мутация: изменение в генетическом материале. урок 9

Виды мутагенов

В зависимости от их происхождения выделяют физические, химические и биологические мутагены. Любой мутагенный фактор можно отнести к одной из этих трех основных групп.

Воздействие враждебных клетке агентов может быть направлено непосредственно на ДНК, и тогда молекула генетического материала теряет исходную структуру. Некоторые мутагены вмешиваются в процесс деления клетки, и в результате наследственный материал распределяется неправильно. Существуют, однако, и вещества, которые сами по себе к мутагенам отнести нельзя. Но воздействие на такое химическое соединение определенных ферментов превращает его в самый настоящий мутагенный фактор. Эти вещества, имеющие мутагенный «потенциал», называют промутагенами.

Несколько слов о процессе мутагенеза

Мутагенез — это сам процесс возникновения мутации. Какими же механизмами он может происходить?

Самые сильные мутагенные факторы вызывают так называемую хромосомную нестабильность. В результате генетический материал либо распределяется в разделившихся клетках неравномерно, либо изменяется сама структура хромосомы. К примеру, две хромосомы под воздействием агрессивного агента обмениваются своими участками.

Мутагенный фактор может также изменить последовательность нуклеиновых кислот ДНК. Интересно, оказываются летальными или являются причиной очень серьезных заболеваний, когда затронуты важные нуклеотиды, но могут они происходить и без патологий, если такие последовательности нуклеиновых кислот не повреждаются.

Глава 4. ОРГАНИЗМЕННЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО

4.11. МУТАГЕННЫЕ ФАКТОРЫ

Любые мутации могут возникнуть спонтанно или быть индуцированными. Спонтанные мутации появляются под влиянием неизвестных природных факторов и приводят к ошибкам при репликации ДНК.

Индуцированные мутации возникают под воздействием специальных направленных факторов, повышающих мутационный процесс.

Мутагенным действием обладают факторы физической, химической и биологической природы.

Среди физических мутагенов наиболее сильное мутантное действие оказывает ионизирующая радиация — рентгеновские лучи, α-, β-, γ-лучи. Обладая большой проникающей способностью, при действии на организм они вызывают образование свободных радикалов ОН или НО₂ из воды, находящейся в тканях. Эти радикалы обладают высокой реакционной способностью. Они могут расщеплять нуклеиновые кислоты и другие органические вещества.

Облучение вызывает как генные, так и хромосомные перестройки.

Ультрафиолетовое излучение характеризуется меньшей энергией, не вызывающей ионизацию тканей. Действие УФ-излучения приводит к образованию тимидиновых димеров. Присутствие димеров в ДНК приводит к ошибкам при ее репликации.

Химические мутагены должны обладать следующими качествами:

• высокой проникающей способностью;

• свойством изменять коллоидное состояние хромосом;

• определенным действием на состояние хромосомы или гена. К химическим веществам, вызывающим мутации, можно отнести органические и неорганические вещества, такие, как кислоты, щелочи, перекиси, соли металлов, формальдегид, пестициды, дефолианты, гербициды, колхицин и др.

Некоторые вещества способны усиливать мутационный эффект в сотни раз по сравнению со спонтанным. Их называют супермутагенами. Эти супермутагены вызывают широкий спектр точковых мутаций в концентрациях меньше тех, которые индуцируют хромосомные перестройки, видимые под микроскопом. Супермутагенной активностью обладают нитрозосоединения (иприт, диэтилнитрозамин, уретан и др.).

Некоторые лекарственные препараты также обладают мутагенным эффектом. Например, цитостатики, производные этиленимина, нитрозомочевина. Они повреждают ДНК в процессе репликации.

Химические мутагены могут вызывать нарушение мейоза, приводящее к нерасхождению хромосом, разрыву хромосом, точковым мутациям. Некоторые химические мутагены проходят через метаболическую систему организма самыми непредсказуемыми путями, превращаются в другие соединения. При этом они могут потерять свою мутагенную активность, или приобрести такие мутагенные свойства, которые отсутствовали у исходного соединения. Некоторые немутагенные химические вещества, включившись в обмен веществ, превращаются в мутагены. Например, цитостатик — циклофосфамид — не мутаген, но в организме млекопитающих превращается в высокомутагенное соединение.

Кроме мутагенов физической и химической природы, в окружающей среде имеются биологические факторы мутагенеза.

Вирусы оспы, кори, ветряной оспы, эпидемического паротита, гепатита, краснухи и др. способны вызывать разрывы хромосом. Вирусы могут усиливать темпы мутации клеток хозяина за счет подавления активности репарационных систем. Есть данные о возрастании числа хромосомных перестроек в клетках человека после пандемий, вызванных вирулентными вирусами.

Возникновение мутаций приводит к различным патологиям. Для предотвращения негативных последствий, связанных с действием различных мутагенных факторов среды, проводят мероприятия, снижающие вероятность возникновения мутаций. С этой целью используют вещества, называемые антимутагенными. В настоящее время выделено около 200 природных и синтетических соединений, обладающих антимутагенной активностью. Это аминокислоты (гистидин, метионин и др.), витамины (токоферол, каротин, ретинол, аскорбиновая кислота и др.), ферменты (оксидаза, каталаза и др.), интерферон и др.

Потребляемая пища содержит большое количество мутагенов и антимутагенов. Их соотношение зависит от способов обработки пищи, сроков ее хранения и т.д. Правильное питание — один из путей предотвращения вредного воздействия мутагенных факторов среды.

Механизм воздействия химических мутагенов

Механизм воздействия основывается на образовании с нуклеиновыми основаниями так называемых ДНК-аддуктов. Чем больше таких ДНК-аддуктов образуется в молекуле, тем сильнее изменяется нативная структура ДНК, что приводит к невозможности правильного протекания процессов биосинтеза белка (транскрипцию и репликацию) и тем самым порождает экспрессию мутантных белков. Практически все химические мутагены являются источниками злокачественных опухолей (обладают канцерогенностью), однако, не все канцерогены проявляют мутагенные свойства.

Рассмотрим механизм воздействия одного из мутагенов — эпоксида бензола.

Сам по себе бензол не обладает мутагенной активностью т.е. является промутагеном. Однако в результате биологического окисления и биотрансформации в клетках печени, почек и особенно в миелоидной ткани красного костного мозга, он приобретает мутагенные свойства. Попадая в гепатоцит бензол немедленно гидроксилируется микросомальной системой окисления, катализируемая группой ферментов семейства цитохрома P450 до эпоксида. Эпоксид бензола обладает чрезвычайно высокой реакционной способностью за счёт образования напряжённого цикла между атомом кислорода и молекулой бензола. Он способен очень быстро алкилировать молекулы нуклеиновой кислоты, в частности ДНК. В механизме образования ДНК-аддукта эпоксидом бензола лежит реакция нуклеофильного замещения S_N2: электрофил — в данном случае им является эпоксид (за счёт разрыва цикла он становится электронодефицитным), который взаимодействует с нуклеофильными центрами — NH₂-группы (являющиеся электроноизбыточными) азотистых оснований, образуя с ними ковалентные связи (зачастую очень прочные). Особенно это свойство к алкилированию проявляется у гуанина, так как в его молекуле больше всего нуклеофильных центров, с образованием, например, N7-фенилгуанина. Образовавшийся ДНК-аддукт может привести к изменению структуры ДНК, тем самым нарушается правильное протекание процессов транскрипции и репликации. Что является источником генетических мутаций. Накопление эпоксида в клетках печени ведёт к необратимым последствиям: увеличению алкилирования ДНК, а вместе тем и к увеличению экспрессии мутантных белков, являющих продуктами генетической мутации; торможению апоптоза; трансформации клеток и даже гибели. Помимо яркой выраженной генотоксичности и мутагенности, он обладает и сильной канцерогенной активностью, особенно этот эффект проявляется в клетках миелоидной ткани (клетки данной ткани очень чувствительны к подобному роду воздействиям ксенобиотиков).

Что такое мутация?

Прежде чем войти в тему мутагенов, необходимо объяснить, что такое мутация. В генетике мутация — это постоянное и наследуемое изменение последовательности нуклеотидов в молекуле генетического материала: ДНК.

Вся информация, необходимая для развития и контроля организма, находится в его генах, которые физически расположены в хромосомах. Хромосомы состоят из длинной молекулы ДНК.

Как правило, мутации влияют на функцию гена, и он может потерять или изменить свою функцию..

Поскольку изменение последовательности ДНК затрагивает все копии белков, определенные мутации могут быть чрезвычайно токсичными для клетки или организма в целом.

Мутации могут возникать в разных масштабах у организмов. Точечные мутации влияют на одно основание в ДНК, тогда как мутации более крупного масштаба могут затрагивать целые области хромосомы..

Всегда ли мутации смертельны??

Неправильно думать, что мутация всегда приводит к возникновению заболеваний или патологических состояний организма, который ее переносит. На самом деле, есть мутации, которые не изменяют последовательность белков. Если читатель хочет лучше понять причину этого факта, он может прочитать о вырожденности генетического кода.

На самом деле, в свете биологической эволюции, состояние непременное условие для того, чтобы произошли изменения в популяции, существует наличие вариаций. Эта вариация возникает из-за двух основных механизмов: мутации и рекомбинации.

Таким образом, в контексте дарвиновской эволюции необходимо, чтобы в популяции были варианты, и чтобы эти варианты ассоциировались с большей биологической адаптацией..

Как возникают мутации?

Мутации могут возникать спонтанно или могут быть вызваны. Собственная химическая нестабильность азотистых оснований может быть преобразована в мутации, но с очень низкой частотой.

Частой причиной спонтанных точечных мутаций является дезаминирование цитозина до урацила в двойной спирали ДНК. Процесс репликации этой цепи приводит к дочернему мутанту, где исходная пара GC была заменена на пару AT..

Хотя репликация ДНК — это событие, которое происходит с удивительной точностью, оно не является совершенным во всей полноте. Ошибки в репликации ДНК также приводят к появлению спонтанных мутаций.

Кроме того, естественное воздействие на организм определенных факторов окружающей среды приводит к появлению мутаций. Среди этих факторов мы имеем ультрафиолетовое излучение, ионизирующее излучение, различные химические вещества, среди других.

Эти факторы являются мутагенными. Далее мы опишем классификацию этих агентов, как они действуют и их последствия в клетке.

Искусственный мутагенез

Сайт-направленный мутагенез. Синтезируют пару праймеров, несущих мутацию, и пару праймеров, комплементарных концам нужного фрагмента ДНК. В ходе первых двух реакций образуются фрагменты ДНК с мутацией, которые объединяют в третьей реакции. Полученный фрагмент вставляют в нужную генно-инженерную конструкцию.

Искусственный мутагенез широко используют для изучения белков и улучшения их свойств (направленной эволюции (англ.)).

Ненаправленный мутагенез

Методом ненаправленного мутагенеза в последовательность ДНК вносятся изменения с определенной вероятностью. Мутагенными факторами (мутагенами) могут быть различные химические и физические воздействия — мутагенные вещества, ультрафиолет, радиация. После получения мутантных организмов производят выявление (скрининг) и отбор тех, которые удовлетворяют цели мутагенеза. Ненаправленный мутагенез более трудоемок и его проведение оправдано, если разработана эффективная система скрининга мутантов.

Направленный мутагенез

В направленном (сайт-специфическом) мутагенезе изменения в ДНК вносятся в заранее известный сайт (DNA binding site). Для этого синтезируют короткие одноцепочечные молекулы ДНК (праймеры), комплементарные целевой ДНК за исключением места мутации.

Мутагенез по Кункелю

Для бактериальной плазмиды (внехромосомной кольцевой ДНК) получают уридиновую матрицу, то есть такую же молекулу, в которой остатки тимина заменены на урацил. Праймер отжигают на матрице, проводят его достройку in vitro с помощью полимеразы до кольцевой ДНК, комплементарной уридиновой матрице. Двухцепочечной гибридной ДНК трансформируют бактериальные клетки, внутри клетки уридиновая матрица разрушается как чужеродная, и на мутантной одноцепочеченой кольцевой ДНК достраивается вторая цепь. Эффективность такого способа мутагенеза менее 100 %.

Мутагенез с помощью ПЦР

Полимеразная цепная реакция позволяет проводить сайт-направленный мутагенез с использованием пары праймеров, несущих мутацию, а также случайный мутагенез. В последнем случае ошибки в последовательность ДНК вносятся полимеразой в условиях, понижающих её специфичность.

Что такое мутагены, и как они влияют на организм?

Ежедневно человеческий организм подвергается воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды

Многие из них так или иначе сказываются на состоянии здоровья и, что очень важно, влияют на будущее поколение. Одним из самых пагубных факторов является мутаген

Что такое мутаген? И какое влияние он оказывает на человека или иной организм? Давайте рассмотрим это.

Определение

Это понятие довольно часто находится на слуху у современного человека, но мало кто знает, что такое мутаген.

Так называют некоторую совокупность факторов, которая оказывает серьезное влияние на организм и влечет за собой определенные мутации, иными словами — наследственные изменения.

Впервые мутации были получены во время экспериментальной работы, в процессе которой на дрожжи воздействовали изучением такого радиоактивного элемента, как радий.

Мутагены — это определенный набор факторов, который воздействует на организм, внося изменения в структуру генетического аппарата. Эти изменения могут наблюдаться на разных уровнях: от генных до хромосомных.

Учитывая то, что мутагены — это множество факторов, их можно подразделить на:

• Физические.
• Биологические.
• Химические.

Физические

Что такое мутагены физического характера? Это определенные факторы, которые включают в себя воздействия различного рода излучений. Последние могут быть как электромагнитными, так и ионизирующими.

В природе существуют свои собственные фоны излучений, которые, не превышая определенный уровень, не приносят вреда организму. Однако, если порог подобного процесса в окружающей среде поднимется, это может привести к мутациям. Кроме того, сильное радиоактивное излучение провоцирует лучевую болезнь и даже летальный исход.

Также к физическим факторам можно отнести температурный режим, а точнее, его резкие перепады, аномально высокие или низкие показатели.

Химические

Химические факторы, среди прочих, наиболее распространены в окружающей среде. Источниками мутагенов такого характера могут служить:

• Продукты нефтяной переработки.
• Некоторые из лекарственных препаратов.
• Многие химические пищевые добавки.
• Некоторые представители пестицидной группы.
• Растворители органического происхождения.
• Кислоты и щелочи.

Также к химическим факторам можно отнести определенную группу вирусов, нуклеиновые кислоты которых оказывают мутагенное воздействие.

Пагубное влияние многих соединений было обнаружено сравнительно недавно, менее ста лет назад. За этот период было открыто огромное количество веществ, которые окружают человека в повседневной жизни и приводят к мутационным изменениям.

Химические мутагены опасны также и тем, что одновременно с развитием мутаций они могут оказывать канцерогенное влияние, то есть провоцировать образование злокачественных и доброкачественных опухолей.

Биологические

Биологические мутагены представлены зачастую многими вирусами, проникающими в организм и влияющими на образование мутаций. К таким факторам можно отнести такие распространенные вирусы, как корь и грипп. Они могут провоцировать такое явление, как наследственная изменчивость.

К мутагенам биологического характера можно отнести продукты распада и обмена веществ и некоторые антигены, попадающие в организм.

Также к биологическим факторам, воздействующим на организм, можно отнести некоторых представителей растительного мира. Например, безвременник осенний.

Влияние мутагенов на организм

Огромное количество мутаций, которые человек накопил за годы эволюции естественным путем, хранятся в генотипе так называемым генетическим грузом. Многие из них были полезны и поспособствовали определенным эволюционным продвижениям. Однако вредные накопленные мутации стали причиной множества генетических и наследственных болезней.

Что такое мутаген в нашей жизни? Это наше постоянное окружение. Плохая экологическая ситуация, загрязненность воздуха химическими веществами, продукты и бытовые приспособления, содержащие в своем составе мутагены, негативно влияют на организм человека, способствуя развитию генетических аномалий в организме и, как следствие, возникновению различных дефектов у нового поколения.

Многократно увеличенное количество мутагенов формирует огромное число мутаций, которые популяция не в состоянии переработать эволюционным путем. Этот факт может поставить сообщество организмов под угрозу вымирания.

Мутагены влияют не только на появление новых особей с несколько иной структурой генетической системы, но также способствуют появлению у ныне живущих организмов склонности к различного рода серьезным заболеваниям, например, онкологии.

Адаптивная ценность

Большая часть новых мутантов отличается существенно низкой жизнеспособностью, чем дикий/нормальный тип. При этом она выражается в различной степени: от субвитального едва заметного до полулетального и летального состояния. При анализе жизнеспособности мутантов мухи дрозофилы, появившихся при изменениях в Х-хромосоме, у 90% особей она была ниже, чем у нормальных. У 10% отмечалось супервитальное состояние – повышенная жизнеспособность. В целом же адаптивная ценность появившихся мутантов, как правило, понижена. Она характеризуется функциональной полезностью морфологических признаков и плодовитостью, физиологической жизнеспособностью.

Выявление источников мутагенов в окружающей среде (косвенно) и оценка возможных последствий их влияния на собственный организм

Источники мутагенов способны оказывать косвенное влияние на окружающую среду и здоровье человека. Рассмотрим основные категории данных опасных соединений и особенности их воздействия:

В быту	Выраженной мутагенностью обладают красители для волос, бытовая химия и отдельные продукты питания. Для защиты организма от этих веществ необходимо меньше употреблять в пищу «сомнительных» продуктов питания, а моющие средства использовать в перчатках.
На производстве	Мутагенное воздействие на производстве способно проникать в человеческий организм посредством пищеварительного тракта, кожи и легких. Наиболее опасными признаны следующие соединения: стирол, эпоксидные смолы, эпихлоргидрин, хлоропрен и винилхлорид. Поэтому люди, работающие с такими веществами, одевают специальные средства защиты и раньше уходят на заслуженный отдых.

Смотри также:

• Виды мутаций и их причины. Значение изменчивости в жизни организмов и в эволюции
• Значение генетики для медицины. Наследственные болезни человека, их причины, профилактика
• Селекция, ее задачи и практическое значение

Защита среды от загрязнения мутагенами

После выявления отрицательного воздействия мутагенов на все живое, человек всерьез задумался о защите окружающей среды от этих опасных факторов. На сегодняшний день мерами защиты человеческого организма и природы от вредных мутагенных воздействий являются:

1. Изъятие с последующей нейтрализацией мутагенных факторов.
2. Создание в промышленности безотходных технологий с замкнутыми циклами производства.
3. Прохождение тестирования на наличие мутагенных свойств пестицидами и фармацевтическими препаратами.
4. Выведение устойчивых сортов растений, способных произрастать без применения средств химзащиты.
5. Применение в сельском хозяйстве биологических средств защиты вместо химических.

С целью снижения темпов мутационного процесса в природе и человеческом организме принято решение применять антимутагены (соединения, снижающие частоту мутаций). Установлено более 200 природных синтетических соединений:

Их действие позволяет нейтрализовать мутагены по отношению к молекулам ДНК либо снимать повреждения ДНК, вызванные мутагенными частицами. Наиболее известными антимутагенными свойствами обладают:

• дневной свет;
• витамины;
• серотонин;
• глутамин;
• каротин. 

Защититься от вредных мутагенов помогают иммунные свойства организма. Поэтому рекомендуется приниматься как можно раньше за лечение хронических заболеваний организма, способных ослаблять иммунитет и усиливать действие мутагенов. Во взрослом состоянии рекомендуется периодически очищать печень травяными сборами, способными биотрансформировать вредные вещества. Среди таких сборов особенно полезны:

• володушка золотистая;
• расторопша пятнистая. 

Не рекомендуется пить разные медикаментозные средства, не проконсультировавшись предварительно с врачом. Особенно следует опасаться антибиотиков! При возникновении необходимости их приема рекомендуется параллельно принимать медикаменты с полезными бактериями, обеспечивающими защиту от мутагенов. 

Усилению вредного действия мутагенов способствуют «комутагенамы», к которым относят:

• отдельные фармакологические препараты;
• кофеин;
• гельминтные токсины.

Отдельные пищевые добавки также могут вызывать развитие в организме мутаций. Это:

• натриевый нитрит (Е250);
• натриевый цикламат (Е952);
• сахарин (Е954);
• аспартам (Е 951);
• натриевый глутамат (Е621).

Не рекомендуется употреблять часто и в больших количествах пищу, богатую данными соединениями. Вредное мутагенное влияние на человеческий геном усиливает современное состояние биосферы. Поэтому человек должен остановить загрязнение биосферы мутагенами!

Геномная мутация

Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом.

Полиплоидия – вид геномной мутации, связанный с увеличением хромосомного набора. У полиплоидов гаплоидный (n) набор хромосом повторяется не два раза, как у диплоидов, а три, четыре или более. Возникновение такого вида мутации связано с нарушением митоза или мейоза.

Полиплоидия часто встречается среди растений, у животных она тоже может быть, но встречается крайне редко. Растения-полиплоиды с кратным увеличением набора (4n, 6n, 8n и т. д.) отличаются крупными размерами, объёмными плодами, что делает их ценными продуктами питания и незаменимыми объектами для селекции. Организмы с некратным набором хромосом из-за нарушения мейоза (3n, 5n …) наоборот становятся малоплодовитыми. Некоторые виды, например пшеница, иногда могут мутировать с образованием гаплоидного набора, такие растения не способны размножаться половым путём.

Полиплоидия

Полиплоиды у которых повторяется собственный генотип называют автополиплоидами, а возникшие в результате межвидовой гибридизации (с разными наборами хромосом) – аллополиплоидами.

Гетероплоидия, или анеуплоидия – изменение числа хромосом, некратное гаплоидному набору. Трисомия – набор 2n+1, возникает в случае нерасхождения пары гомологичных хромосом, они отходят в гамету вместе. Другая же гамета наоборот будет лишена этой хромосомы и её генотип будет 2n-1 – моносомия. Например, люди с синдромом Дауна трисомики с лишней 21-й хромосомой. Анеуплоидия по большему числу хромосом встречается очень редко. Хотя при таком нарушении присутствуют все гены, иногда совместная работа лишнего числа аллелей приводит к несовместимым с жизнью эффектам.

Синдром Кляйнфельтера, являющийся причиной мужской импотенции, обусловлен тем, что у мужчины появляется лишняя хромосома X. Синдром Тернера – отсутствие у женщины внешних женских признаков – связан с наличием лишь одной хромосомы X вместо положенных двух.

Естественный мутагенез

Естественный, или спонтанный, мутагенез происходит вследствие воздействия на генетический материал живых организмов мутагенных факторов окружающей среды, таких как ультрафиолет, радиация, химические мутагены.

Мутационная теория Де Фриза и Коржинского

Мутационная теория составляет одну из основ генетики. Она зародилась вскоре после переоткрытия Т. Морганом законов Менделя в начале XX столетия. Можно считать, что она почти одновременно зародилась в умах голландца Хуго Де Фриза (1903) и российского ботаника Сергея Коржинского (1899). Однако приоритет в первенстве и в большем совпадении изначальных положений принадлежит российскому ученому

Признание основного эволюционного значения за дискретной изменчивостью и отрицание роли естественного отбора в теориях Коржинского и Де Фриза было связано с неразрешимостью в то время противоречия в эволюционном учении Чарльза Дарвина между важной ролью мелких уклонений и их «поглощением» при скрещиваниях (см. кошмар Дженкина).

Основные положения мутационной теории Коржинского — Де Фриза можно свести к следующим пунктам:

1. Мутации внезапны, как дискретные изменения признаков
2. Новые формы устойчивы
3. В отличие от наследственных изменений, мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа. Они представляют собой качественные скачки изменений
4. Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными
5. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследуемых особей
6. Сходные мутации могут возникать неоднократно

Механизмы мутагенеза

Последовательность событий, приводящая к мутации (внутри хромосомы) выглядит следующим образом: происходит повреждение ДНК (если повреждение ДНК не было корректно репарировано, оно приведет к мутации); в случае если повреждение произошло в незначащем (интрон) фрагменте ДНК, или если повреждение произошло в значащем фрагменте (экзон) и, вследствие вырожденности генетического кода не произошло нарушения, то мутации образуются, но их биологические последствия будут незначительными или могут не проявиться.

Мутагенез на уровне генома также может быть связан с инверсиями, делециями, транслокациями, полиплоидией и анеуплоидией, удвоением, утроением (множественной дупликацией) некоторых хромосом и т.д.

В настоящее время существует несколько подходов, использующихся для объяснения природы и механизмов образования точечных мутаций. В рамках общепринятой, полимеразной модели считается, что единственной причиной образования мутаций замены оснований являются спорадические ошибки ДНК-полимераз. В настоящее время такая точка зрения является общепринятой.

Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили таутомерную модель спонтанного мутагенеза. Они объяснили появление спонтанных мутаций замены оснований тем, что при соприкосновении молекулы ДНК с молекулами воды могут изменяться таутомерные состояния оснований ДНК.

Образование мутаций замены оснований объяснялось образованием Хугстиновских пар.. Предполагается, что одной из причин образования мутаций замены основания является дезаминирование 5-метилцитозина,

Точечные мутации

Основная статья: Точечная мутация

Точечная мутация, или единственная замена оснований, — тип мутации в ДНК или РНК, для которой характерна замена одного азотистого основания другим. Термин также применяется и в отношении парных замен нуклеотидов. Термин точечная мутация включает также инсерции и делеции одного или нескольких нуклеотидов.

Ядерные и цитоплазматические мутации

• Ядерные мутации — геномные, хромосомные, точечные.
• Цитоплазматические мутации — связанные с мутациями неядерных генов, находящихся в митохондриальной ДНК и ДНК пластид — хлоропластов.

Примечания

1. Banerjee S. K., Borden A., Christensen R. B., LeClerc J. E., Lawrence C. W. SOS-dependent replication past a single trans-syn T-T cyclobutane dimer gives a different mutation spectrum and increased error rate compared with replication past this lesion in uniduced cell // J. Bacteriol. — 1990. — 172. — P. 2105—2112.
2. Jonczyk P., Fijalkowska I., Ciesla Z. Overproduction of the subunit of DNA polymerase III counteracts the SOS-mutagenic response of Esthetician coli // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. — 1988. — 85. — Р. 2124—2127.
3. Grebneva H. A. One of mechanisms of targeted substitution mutations formation at SOS-replication of double-stranded DNA containing cis-syn cyclobutane thymine dimers // Environ. Mol. Mutagen. — 2006. −47. — P. 733—745.
4. Bresler S. E. Theory of misrepair mutagenesis // Mutat. Res. — 1975. — 29. — P. 467—472.
5. ↑ Pham P., Bertram J. G, O’Donnell M., Woodgate R., Goodman M. F. A model for SOS-lesion-targeted mutations in Escherichia coli // Nature. — 2001. — 408. — P. 366—370.
6. Taylor J.-S. New structural and mechanistic insight into the A-rule and the instructional and non-instructional behavior of DNA photoproducts and other lesions // Mutation. Res. — 2002. −510. — P. 55-70.
7. Danilov V. I., Les A., Alderfer J. L. A theoretical study of the cis-syn pyrimidine dimers in the gas phase and water cluster and a tautomer — bypass mechanism for the origin of UV-induced mutations // J. Biomol. Struct. Dyn. — 2001. — 19. — P. 179—191.
8. Gorb L., Podolyan Y., Dziekonski P., Sokalski W. A., Leszczynski J. Double-proton transfer in adenine-thymine and guanine-cytosine base pairs. A post-Hartree-Fock ab initio study // J. Am. Chem. Soc. — 2004. — 126. — P. 10119-10129.
9. Полтев В. И., Шулюпина Н. В., Брусков В. И. Молекулярные механизмы правильности биосинтеза нуклеиновых кислот. Компьютерное изучение роли полимераз в образовании неправильных пар модифицированными основаниями // Молек. биол. — 1996. — 30. — С. 1284—1298.
10. Cannistraro V. J., Taylor J. S. Acceleration of 5-methylcytosine deamination in cyclobutane dimers by G and its implications for UV-induced C-to-T mutation hotspots // J. Mol. Biol. — 2009. — 392. — P. 1145—1157.
11. Тарасов В. А. Молекулярные механизмы репарации и мутагенеза. — М.: Наука, 1982. — 226 с.
12. Friedberg E. C., Walker G. C., Siede W. DNA repair and mutagenesis. — Washington: ASM Press, DC, 1995.
13. Ауэрбах Ш. Проблемы мутагенеза. — М.: Мир, 1978. — 463 с.
14. Friedberg E. C., Walker G. C., Siede W., Wood R. D., Schultz R. A., Ellenberger T. DNA repair and mutagenesis. — part 3. Washington: ASM Press. — 2006. 2nd ed.
15. Levine J. G., Schaaper R. M., De Marini D. M. Complex frameshift mutations mediated by plasmid pkm 101: Mutational mechanisms deduced mutation spectra in Salmonella // Genetics. — 1994. — 136. — P. 731—746.
16. Wang C.-I., Taylor J.-S. In vitro evidence that UV-induced frameshift and substitution mutations at T tracts are the result of misalignment-mediated replication past a specific thymine dimer // Biochemistry — 1992. — 31. — P. 3671-3681.
17. Maor-Shoshani A., Reuven N. B., Tomer G., Livneh Z. Highly mutagenic replication by DNA polymerase V (UmuC) provides a mechanistic basis for SOS untargeted mutagenesis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA — 2000. — 97. — P. 565—570.
18. Little J. B., Gorgojo L., Vetrovs H. Delayed appearance of lethal and specific gene mutations in irradiated mammalian cells // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. — 1990. — 19. — P. 1425—1429.
19. Niwa O. Radiation induced dynamic mutations and transgenerational effects // J. Radiation Research. — 2006. — 47. — P. B25-B30.
20. Самигуллина Н. С. Практикум по селекции и сортоведению плодовых и ягодных культур: Учебное издание. — Мичуринск: Мичуринский государственный аграрный университет, 2006. — 197 с.

Как защитить себя от воздействия мутагенов?

Мутагенные факторы не вездесущи, поэтому предпринять определенные меры профилактики все же будет полезно.

Антиоксиданты — важная группа соединений, препятствующих воздействию канцерогенов. Они могут помочь и защититься от разного рода враждебных химических агентов. Примерами антиоксидантов являются витамины А, В и Е, бета-каротины и флавоноиды. Эти вещества в очень большом количестве содержатся в овощах и фруктах, а также в зеленом чае.

Важно стараться защищать себя от воздействия неблагоприятных физических агентов, таких как УФ-излучение или табачный дым. К примеру, в Австралии проживает очень большое количество светлокожих людей, и там часто стоит солнечная погода

Процент заболевших меланомой в этой стране, к сожалению, высок.

С осторожностью нужно принимать антибиотики, внимательно относиться к продуктам питания и стараться свести к минимуму потребление консервантов. Идеально, конечно же, было бы придерживаться принципов здорового питания

Мутагенные факторы среды сильны. Однако защитить себя от их воздействия вполне реально, если внимательно относиться к своему здоровью.

Мутагенные факторы. Примеры

К мутагенам физического происхождения можно отнести источники воздействие ультрафиолета, аномально высокие или низкие температуры, влажность.

К примеру, волны ультрафиолетового излучения, имеющие длину свыше 260 нм, поглощаются клеткой листа растения и вызывают образование в ней нехарактерных пиримидиновых димеров (соединений в цепи ДНК), которые, в свою очередь, становятся причиной ошибок в считывании генетического материала. В результате новые клетки получают с «неправильной» структурой.

Многие химические вещества относятся к мутагенам и промутагенам. Примерами могут служить активные формы кислорода, нитраты и нитриты, некоторые металлы, лекарства и те вещества, которых до появления человечества в природе не существовало (бытовая химия, пищевые добавки и консерванты).

К примеру, беременная женщина может не знать о своем положении и принимать некоторые антибиотики, опасные для плода. В результате у ребенка могут развиться вызванные мутациями.

Результатом воздействия таких биологических агентов на клетку является процесс, который называется инфекционным мутагенезом. К примеру, бактерия Helicobacter pylori, живущая в кишечнике и желудке человека, может вызывать воспалительные процессы на слизистой. Воспаление изменяет нормальный ход окислительно-восстановительных процессов в поврежденных клетках, что меняет и структуру генетического материала в них. Нарушаются процессы восстановления ДНК и ход нормального деления молекулы. Результат — мутации.

Положительный эффект

За счет присутствия мутантных аллелей в генофонде в гетерозиготном генотипе исключается непосредственное негативное влияние на фенотипическое выражение того признака, который контролируется данным геном.

За счет гибридной мощности (гетерозиса) многие мутации в гетерозиготном состоянии зачастую способствуют повышению жизнеспособности организма.

Посредством сохранения аллелей, которые не обладают приспособительной ценностью в настоящей среде существования, но способны ее приобрести или в будущем, или при освоении других экологических ниш, формируется резерв изменчивости.