Mutageny a mutageneze
Z WikiSkript
(přesměrováno z Mutageny)
Mutageny jsou faktory schopné vyvolávat mutace.
Fyzikální[upravit | editovat zdroj]
- ionizující záření
- elektromagnetické záření o kratší vlnové délce a větší energii než má viditelné záření (X-záření, gama záření, kosmické záření);
- zvýšená teplota organismu.
Ionizující záření[upravit | editovat zdroj]
- Má vysokou energii a prochází tkáněmi.
- Při průchodu tkáněmi dochází ke kolizím s atomy a uvolňování jejich elektronů → podél stopy paprsku vznikají volné radikály a ionty (H+, OH-), které mohou reagovat s dalšími molekulami buněčné struktury, včetně DNA.
- Zářením mohou být zasaženy i molekuly DNA.
- Ionizující záření vyvolá zejména oxidaci bazí a porušuje vazbu pentóza-fosfát v řetězci DNA.
- Mutagenní efekt ozáření závisí na množství vzniklých iontů.
- Absorbovaná dávka záření
- udává se v jednotkách gray [Gy = J/kg].
Mutagenní efekt závisí na:
- dávce;
- době expozice;
- fázi buněčného cyklu;
- na kvalitě reparačních mechanismů.
- Vyvolá především chromozomální zlomy a následně chromosomální přestavby; event. genové mutace.
- Pro záření neexistuje prahová dávka, a i jednotlivá kvanta mohou vyvolat mutaci.
- Velikost dávky záření, která zdvojnásobuje četnost mutací u člověka, je důležitá v genetice pro predikci rizika – především v etiologii neoplazií.
Ultrafialové (UV) záření[upravit | editovat zdroj]
- Má podstatně menší energii než záření ionizující, ale i UV záření je schopné zvýšit energii elektronu zasaženého atomu (excitace).
- UV záření je absorbováno mnoha organickými molekulami, zejm. puriny a pyrimidiny.
- UV záření je silným mutagenem pro jednobuněčné organismy; u mnohobuněčných poškozuje jen jejich povrchové buňky.
- U člověka může vyvolat neoplazie kůže (karcinomy, melanomy).
- Riziko UV záření se nyní zvyšuje se snižováním obsahu ozónu ve vysokých vrstvách atmosféry.
- UV záření způsobuje mutace především vytvářením hydrátů purinů a dimerů pyrimidinů.
- Mutace thyminu způsobují mutace dvěma způsoby:
- ruší strukturu dvoušroubovice DNA a znemožňuje postup DNA polymerázy po templátu a tím přeruší replikaci DNA;
- při jejich reparaci může dojít k chybnému zařazení bazí.
- Opakované přerušení replikace dimery thyminu bez opravy vzniklé mezery v nově syntetizovaných řetězcích způsobí zlom chromozomu; další projevy jsou způsobeny substitucemi a delecemi bazí.
Chemomutageny[upravit | editovat zdroj]
- chemické látky s mutagenním účinkem.
- potravinářská barviva akridinové povahy.
- produkty kouření (cyklické uhlovodíky).
- složky spalin a výfukových plynů.
- složky umělých hmot (PCB – polychlorované bifenyly).
Mechanismy působení chemomutagenů[upravit | editovat zdroj]
- Látky, které vyvolávají mutace jen v průběhu replikace;
- analogy bazí a akridinová barviva.
- Látky, které jsou mutagenní při působení i na nereplikující se DNA.
- Látky, které způsobují alkylaci, deaminaci a hydroxylaci bazí.
Analogy bazí[upravit | editovat zdroj]
- Látky jsou svou strukturou příbuzné bazím nukleotidů a inkorporovány do DNA v průběhu replikace.
- Odchylky v jejich struktuře pak způsobují chybné párování bazí a v jeho důsledku mutace.
- Mají význam především v experimentálním studiu procesů mutageneze.
- Nejužívanější analogy bazí jsou 2-aminouracil a 5-bromouracil.
- 5-bromouracil (5-BU) je analog thyminu:
- atom bromu nahrazuje methyl na C5 pyrimidinu a zvyšuje pravděpodobnost tautomerního posunu;
- v enol-formě se 5-BU páruje s guaninem;
- při inkorporaci enol 5-BU do nového řetězce dojde při následné replikaci k párování keto formy 5-BU s adeninem a tím k tranzici G:C nebo A:T.
- 5-bromouracil (5-BU) je analog thyminu:
Akridinová barviva[upravit | editovat zdroj]
- proflavin;
- akridinová modř;
- indukují posun čtecího rámce;
- molekuly bazí se vmezeří mezi pár bazí v průběhu replikace a mění konformaci dvoušroubovice DNA;
- při replikace pak dochází k deleci nebo inzerci jedné nebo více bazí se všemi fenotypovými důsledky.
Alkylační látky[upravit | editovat zdroj]
- Četné chemické látky, které mohou být donorem alkylových skupin.
- Prvním popsaným mutagenem byl yperit, resp. jeho dusíkatý derivát.
- Mezi nejúčinnější mutageny z této skupiny patří nitrosoguanidin.
- Působení alkylačních činidel vyvolává změnu párování bazí navazováním metylové nebo etylové skupiny s thyminem.
- Alkylační látky mohou vyvolat všechny známé typy mutací vč. chromozomálních zlomů a chromozomálních přestaveb.
Deaminační látky[upravit | editovat zdroj]
- Vyvolávají oxidativní deaminaci aminoskupiny adeninu, guaninu a cytosinu.
- Klasickými zástupci jsou kyselina dusitá a dusitany.
- Aminoskupina bazí je jejich působením zaměněna keto skupinou.
- Deaminace mění schopnost baze vytvářet vodíkové můstky.
- Hypoxantin se páruje s cytosinem, uracil se páruje s adeninem.
- Deaminace bazí způsobuje tranzice v obou směrech (C-G na A-T i A-T na C-G).
- Oxidy dusíku vznikají při spalování fosilních paliv; hlavním zdrojem emisí jsou elektrické elektrárny a automobilová doprava.
- Dusitany jsou užívány ke konzervaci uzenin → ohrožují mutacemi zejména buňky trávicího traktu.
Hydroxylační činidla[upravit | editovat zdroj]
- Mohou změnit cytosin na hydroxylaminocytosin, který se páruje s adeninem → vyvolávají tak jednosměrnou transici C-G na A-T.
Biologické[upravit | editovat zdroj]
Viry[upravit | editovat zdroj]
- V průběhu lyzogenního cyklu mohou být viry inkorporovány do DNA hostitele.
- Inzerce viru do sekvence DNA genu ovlivňuje jeho funkci – gen je zpravidla po jeho inkorporaci nefunkční → nádory, chromosomální zlomy.
Transposony[upravit | editovat zdroj]
- Elementy schopné se přemísťovat z jednoho místa genomu na jiné.
- V genomu člověka jsou dvě skupiny transponibilních elementů:
- LINE (long interspred nuclear element);
- SINE (short interspred nuclear element);
- jejich přesuny v genomu mohou mít mutagenní účinek.
Testování mutagenu[upravit | editovat zdroj]
Podrobnější informace naleznete na stránce Toxikogenetika.
- Většina mutací negativně ovlivňuje zdravotní stav člověka a mutagenní látky jsou zpravidla i teratogenní a kancerogenní, proto je testování mutagenního účinku látek standardní součástí povinných atestů před jejich uvedením do praxe.
Amesův test[upravit | editovat zdroj]
Amesův test hodnotí mutagenicitu látek a jejich metabolitů. Využívá defektních kmenů bakterie Salmonella typhimurium, které mají poškozený gen pro tvorbu histidinu. V přítomnosti mutagenů dochází ke zpětným mutacím a tím i k obnovení syntézy histidinu. Hodnotí se schopnost bakterií ovlivněných zkoušenou látkou růst na médiu bez histidinu.
Podrobnější informace naleznete na stránce Amesův test.
- Současná široká škála metod testuje jak mutagenní účinky, tak genotoxicitu.
- Komplexní zajišťování genotoxicity je zajišťováno na 3 úrovních:
- monitorování prostředí;
- monitorování biologických účinků;
- informace o odpovědi lidského organismu na působení genotoxických látek, o expozici i účinnosti preventivních opatření;
- monitorování genetické;
- epidemiologické studie výskytu spontánních potratů, vrozených vývojových vad ve vztahu ke genotoxickým látkám.
Odkazy[upravit | editovat zdroj]
Související články[upravit | editovat zdroj]
Zdroj[upravit | editovat zdroj]
- ŠTEFÁNEK, Jiří. Medicína, nemoci, studium na 1. LF UK [online]. [cit. 2010-02-11]. <http://www.stefajir.cz>.