biotechnologia


 
 

Mutageneza

dna Mutageneza a więc zmiany w sekwencji nukleotydowej DNA może być następstwem wielu procesów. Mutacje w DNA mogą powstawać nie tylko w wyniku błędów w procesie replikacji, ale także na wskutek działania szeregu różnych czynników fizycznych i chemicznych. Czynniki te tworzą się zarówno w wyniku przemian metabolicznych zachodzących w komórkach, jak również docierają z zewnątrz. W wyniku działania tych procesów zmiany w strukturze DNA mogą wywołać różnego rodzaju mutacje lub zaburzać replikację i prowadzić do śmierci komórki. Jednakże zarówno w organizmach prokariotycznych jak i eukariotycznych istnieje szereg różnych mechanizmów naprawiających uszkodzenia w DNA, co pozwala na utrzymanie względnej stałości sekwencji nukleotydowej. Z drugiej strony pewien poziom powstawania i utrwalania mutacji jest koniecznym warunkiem utrzymywania się zmienności dziedzicznej organizmów, dlatego też odgrywają one ogromnie ważną rolę w ewolucji.


Mutacje DNA

Zmiany mutacyjne w DNA mogą mieć bardzo różny charakter. Najczęściej w ludzkim genomie dochodzi do mutacji punktowych polegających na zamianie w heliksie jednej pary zasad w drugą.

Do głównych mechanizmów mutacji punktowych zaliczamy:
- tranzycje - zastąpienie zasady purynowej inną zasadą purynową lub też zastąpienie zasady pirymidynowej inną pirymidynową
- transwersje - zastąpienie zasady purynowej zasadą pirymidynową lub odwrotnie
- delecje - utrata pary nukleotydów
- insercje - wstawienie dodatkowej pary zasad

Mutacje w składzie nukleotydowym DNA mogą mieć bardzo różne efekty fenotypowe m.in. mogą powodować zamianę jednego kodonu w drugi, który wyznacza inny aminokwas co w konsekwencji może doprowadzić do całkowitej utraty aktywności enzymatycznej białka lub ją modyfikować. Często zmiany te są przyczyną poważnych schorzeń takich jak mukowiscydoza czy fenyloketonuria.
Przykładem mutacji punktowych są mutacje spontaniczne, wynikające ze zmiany jednej zasady w drugą bez udziału zewnętrznych czynników fizycznych lub chemicznych. Mutacje te są najczęściej wynikiem błędów popełnianych w trakcie przebiegu replikacji DNA, lub też powstają w wyniku samorzutnych modyfikacji chemicznych zachodzących w zasadach nici DNA. Przykładem tych samorzutnych modyfikacji może być deaminacja cytozyny w wyniku której powstaje uracyl będący zasadą obcą, która jest wycinana z DNA przez specyficzną uracylo-DNA-glikozydazę. Poziom mutacji spontanicznych jest stosunkowo niski. Dzięki wysokiej aktywności i efektywności procesów reparacyjnych większość spontanicznie zachodzących zmian w DNA jest usuwana. Częstość mutacji istotnie zwiększa się w wyniku działania na komórki czynników chemicznych lub fizycznych wywołujących znaczne uszkodzenia w DNA. Takie czynniki nazywamy mutagenami a wywoływane przez nie zmiany w strukturze DNA mutacjami indukowanymi.


Mutageny fizyczne

Najaktywniejszymi czynnikami fizycznymi które prowadzą do powstania mutacji indukowanych są: promieniowanie ultrafioletowe, elektromagnetyczne oraz różnego rodzaju promieniowanie jonizujące (promieniowanie X, γ, α czy β). Promieniowanie UV wnikając w głąb tkanki ulega rozproszeniu na napotkanych atomach, wywołując w nich stan wzbudzenia poprzez wybijanie elektronów z zewnętrznych orbit do poziomów o wyższej energii. Pod wpływem promieni UV tworzą się dimery, które zaburzają strukturę DNA, uniemożliwiając prawidłowy przebieg replikacji. Efektem działania promieniowania jonizującego są zmiany w sekwencji DNA i aberracje chromosomowe, np. promienie X wycinając nukleotydy pirymidynowe powodują rozerwanie cząsteczki DNA. Częstość mutacji, będących skutkiem napromieniowania, zależy od dawki oraz od czasu działania promieniowania na komórki. Ponadto komórki intensywnie dzielące się, są bardziej podatne na mutagenne działanie promieniowania jonizującego niż komórki nie ulegające podziałom.


Mutageny chemiczne

Obecnie znanych jest tysiące związków chemicznych powodujących różne zmiany w strukturze składników DNA i indukujących mutacje. Silnymi mutagenami są związki alkilujące posiadające zdolność modyfikowania puryn i pirymidyn poprzez dołączanie do różnych pozycji w pierścieniach tych zasad grup alkilowych. Mutagenne działanie związków alkilujących objawia się zmianami właściwości parowania zasad. Drugą grupą mutagennych związków chemicznych są analogi zasad takie jak bromouracyl czy 2-aminopuryna. Związki te wbudowują się do nukleotydów a w procesie replikacji włączane są do nowo syntetyzowanej nici DNA, bromouracyl w miejsce tyminy natomiast 2-aminopuryna w miejsce adeniny. Bardzo specyficzną grupą mutagenów chemicznych stanowią barwniki akrydynowe takie jak proflawina czy akryflawina. Te płaskie cząsteczki wnikają miedzy zasady azotowe w heliksie DNA prowadząc do wypchnięcia puryn lub pirymidyn co w konsekwencji powoduje poślizg polimerazy DNA w czasie replikacji.


Mutageneza ukierunkowana

Mutageneza stanowi ważne narzędzie wykorzystywane w genomice funkcjonalnej organizmów żywych. Aby poznać funkcje spełnianą przez dany gen a także funkcje poszczególnych sekwencji nukleotydowych stosuje się mutagenezę ukierunkowaną, która pozwala na wprowadzenie precyzyjnych zmian w określonych pozycjach nici DNA. Dzięki temu możemy modyfikowac określone geny w bardzo subtelny sposób. Zmieniając w ten sposób w białku wybrane aminokwasy można określić które rejony łańcucha polipeptydowego są odpowiedzialne za podstawowe procesy takie jak fałdowanie się białek, czy ich aktywność enzymatyczną. Zmutowany gen może być ponownie wprowadzony do komórki z użyciem wektora stwarzając możliwość analizy następstw określonej mutacji, co daje szeroki zakres wykorzystania tej metody w badaniach genetycznych.


Beata Rola


Literatura:
1. Węgleński G. 2000. Genetyka molekularna. wyd. PWN Warszawa
2. Maluszyńska J., Maluszyński M., Szarejko I., 2003. Crop improvement. Mutation techniques, 186-201
3. Sobkowiak Ł., Szweykowska-Kuklińska Z. 2007. Fizyczne, chemiczne i genetyczne metody mutagenezy rośli. Biotechnologia, 4: 157-169


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

154 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 

Facebook

Gadżety

Sklep e-biotechnologia.pl
Tematyczne kubki, koszulki, bluzy etc.


Zapraszamy do sklepu

Na skróty

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Narodowe Centrum Nauki Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Ośrodek Przetwarzania Informacji PAP - Nauka w Polsce Forum Akademickie Fundacja na rzecz Nauki Polskiej Wirtualna Biblioteka Nauki Scopus NCBI PubMed Nature Science Cell

 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy matura.biomist.pl

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u