Mutagenese

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 18. april 2019; checks kræver 9 redigeringer .

Mutagenese  er processen med at ændre nukleotidsekvensen af ​​DNA , hvilket fører til mutationer . Der er naturlig (spontan) og kunstig (induceret) mutagenese.

Naturlig mutagenese

Naturlig eller spontan mutagenese opstår som et resultat af eksponering for det genetiske materiale af levende organismer af mutagene miljøfaktorer, såsom ultraviolet , stråling , kemiske mutagener.

De Vries og Korzhinskys mutationsteori

Mutationsteori er et af grundlagene for genetik. Det opstod kort efter genopdagelsen af ​​Mendels love af T. Morgan i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Det kan antages, at det næsten samtidig opstod i hollænderen Hugo De Vries [1] (1903) og den russiske botaniker Sergei Korzhinsky [2] (1899). Prioriteten i forrangen og i det større sammenfald af de indledende bestemmelser tilhører imidlertid den russiske videnskabsmand [3] . Erkendelsen af ​​den vigtigste evolutionære betydning for diskret variabilitet og benægtelsen af ​​den rolle, naturlig udvælgelse spiller i Korzhinskys og De Vries teorier var forbundet med uløseligheden på det tidspunkt af modsætningen i Charles Darwins evolutionære lære mellem den vigtige rolle små afvigelser og deres "absorption" under krydsninger (se Jenkins mareridt ).

De vigtigste bestemmelser i Korzhinsky-De Vries mutationsteorien kan reduceres til følgende punkter [4] :

  1. Mutationer er pludselige, som diskrete ændringer i egenskaber
  2. Nye former er bæredygtige
  3. I modsætning til arvelige ændringer danner mutationer ikke kontinuerlige serier, de grupperer sig ikke omkring nogen gennemsnitstype. De repræsenterer kvalitative forandringsspring.
  4. Mutationer viser sig på forskellige måder og kan være både gavnlige og skadelige.
  5. Sandsynligheden for at opdage mutationer afhænger af antallet af undersøgte individer
  6. Lignende mutationer kan forekomme mere end én gang

Mekanismer for mutagenese

Rækkefølgen af ​​begivenheder, der fører til en mutation (inden for et kromosom) er som følger: DNA-skade opstår (hvis DNA-skaden ikke er blevet repareret korrekt, vil den mutere); hvis der er sket skade i et ubetydeligt ( intron ) DNA fragment eller hvis der er sket skade i et betydeligt fragment ( exon ), og der på grund af degenerationen af ​​den genetiske kode ikke er sket nogen krænkelse, så dannes mutationer, men deres biologiske konsekvenser vil være ubetydelige eller vises muligvis ikke.

Mutagenese på genomniveau kan også være forbundet med inversioner, deletioner, translokationer, polyploidi og aneuploidi, fordobling, tredobling (multipel duplikering) af nogle kromosomer osv.

I øjeblikket er der flere tilgange, der bruges til at forklare arten og mekanismerne for dannelsen af ​​punktmutationer. Inden for den generelt accepterede polymerasemodel antages det, at den eneste årsag til dannelsen af ​​basesubstitutionsmutationer er sporadiske fejl i DNA-polymeraser . I øjeblikket er dette synspunkt generelt accepteret [5] .

James Watson og Francis Crick foreslog en tautomer model for spontan mutagenese [6] . De forklarede fremkomsten af ​​spontane basesubstitutionsmutationer ved, at når et DNA-molekyle kommer i kontakt med vandmolekyler, kan de tautomere tilstande af DNA-baser ændre sig.

Dannelsen af ​​basesubstitutionsmutationer blev forklaret ved dannelsen af ​​Hoogsteen-par [7] . Det antages, at en af ​​årsagerne til dannelsen af ​​basesubstitutionsmutationer er deamineringen af ​​5-methylcytosin [8] .

Punktmutationer

En punktmutation eller en enkelt basesubstitution er en type mutation i DNA eller RNA , som er karakteriseret ved udskiftning af en nitrogenholdig base med en anden. Udtrykket anvendes også på parrede nukleotidsubstitutioner. Udtrykket punktmutation omfatter også insertioner og deletioner af et eller flere nukleotider.

Kromosomale mutationer

  1. Inversioner
  2. Gensidige translokationer
  3. Sletninger
  4. Duplikationer og indsættelsestranslokationer

Genomiske mutationer

  1. Aneuploidi
  2. polyploidi

Nukleare og cytoplasmatiske mutationer

Kunstig mutagenese

Kunstig mutagenese er meget brugt til at studere proteiner og forbedre deres egenskaber ( directed evolution  (engelsk) ).

Ikke-målrettet mutagenese

Ved metoden med urettet mutagenese foretages ændringer i DNA-sekvensen med en vis sandsynlighed. Mutagene faktorer (mutagener) kan være forskellige kemiske og fysiske effekter - mutagene stoffer, ultraviolet , stråling . Efter opnåelse af mutante organismer udføres identifikation (screening) og udvælgelse af dem, der opfylder målene for mutagenese. Ikke-målrettet mutagenese er mere besværlig, og dens implementering er berettiget, hvis der udvikles et effektivt mutantscreeningssystem.

Styret mutagenese

Ved sted-rettet mutagenese foretages ændringer i DNA på et forudbestemt sted ( DNA-bindingssted ). For at gøre dette syntetiseres korte enkeltstrengede DNA-molekyler ( primere ) , som er komplementære til mål-DNA'et, bortset fra mutationsstedet.

Mutagenese ifølge Kunkel

For et bakterieplasmid (ekstrakromosomalt cirkulært DNA) opnås en uridinskabelon, det vil sige det samme molekyle, hvor thyminrester er erstattet af uracil . Primeren anneales på matrixen, den færdiggøres in vitro ved hjælp af en polymerase til et cirkulært DNA, der er komplementært til uridinmatrixen. Bakterieceller transformeres med dobbeltstrenget hybrid-DNA, inde i cellen ødelægges uridinmatrixen som fremmed, og en anden streng færdiggøres på det mutante enkeltstrengede cirkulære DNA. Effektiviteten af ​​denne mutagenesemetode er mindre end 100%.

Mutagenese ved PCR

Polymerasekædereaktionen tillader stedsrettet mutagenese ved hjælp af et par primere, der bærer mutationen, såvel som tilfældig mutagenese. I sidstnævnte tilfælde indføres fejl i DNA-sekvensen af ​​polymerasen under betingelser, der reducerer dens specificitet.

Mutagene stoffer

Blandt de faktorer, der forårsager mutationer, er fysiske (f.eks. strålingseksponering) og kemiske (xenobiotika osv.).

De mest kraftfulde mutagener omfatter ethylenamin og dets derivater. Kemisk mutagenese af ethylenamin er forbundet med et angreb fra dets molekyle på pyrimidinprecursoren af ​​deoxyribonukleinsyre 1 . Aziridin er ligesom zoocoumarin i stand til nemt at trænge ind i huden.

Se også


Noter

  1. ↑ Fries G. de, Udvalgt. produktion, trans. [fra fransk], M., 1932
  2. ↑ Korzhinsky S., Heterogenese og evolution. Om teorien om arternes oprindelse, Skt. Petersborg, 1899 (Noter of the Academy of Sciences. Series 8. Department of Physics and Mathematics, vol. 9, nr. 2)
  3. ↑ Mutationsteori // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M .  : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
  4. ↑ S. G. Inge-Vechtomov. Genetik med det grundlæggende i udvælgelse. M.: Højere skole. 1989. 591 s.
  5. ↑ Pham P., Bertram J. G., O'Donnell M., Woodgate R., Goodman MF En model for SOS-læsion-målrettede mutationer i Escherichia coli // Nature. - 2001. - 408. - S. 366-370.
  6. ↑ Watson JD, Crick FHC Strukturen af ​​DNA // Cold Spring Harbor Symp. kvant. Biol. - 1953. - 18. - S. 123-131.
  7. ↑ Poltev V.I., Shulyupina N.V., Bruskov V.I. Molecular mechanisms of correct biosynthesis of nucleinsyres. Computerstudie af polymerasers rolle i dannelsen af ​​uregelmæssige par af modificerede baser // Molek. biol. - 1996. - 30. - S. 1284-1298.
  8. ↑ Cannistraro VJ, Taylor JS Acceleration af 5-methylcytosin-deaminering i cyclobutandimerer af G og dets implikationer for UV-inducerede C-til-T-mutationshotspots // J. Mol. Biol. - 2009. - 392. - S. 1145-1157.
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger