2. Основні біологічні антимутаційні механізми
Мутагени в сучасних умовах супроводжують людину всюди: накопичуються у фруктах й овочах, утворюються під час приготування їжі, входять до складу косметичних та лікарських засобів, препаратів побутової хімії, наявні у вихлопних газах автомобілів і промислових викидах. Люди контактують з ними під час роботи за комп’ютером або телефонної розмови. Збільшення частоти появи шкідливих мутацій у людини пов’язано із збільшенням концентрації у довкіллі мутагенів, ростом кількості населення та послабленням імунної стійкості людини.
Для захисту від шкідливих мутагенних впливів усі живі організми мають біологічні антимутаційні механізми. У людини вони реалізовуються здебільшого на молекулярному, клітинному та організмовому рівнях.
На молекулярному рівні відбувається репарація ДНК — сукупність процесів, за допомогою яких клітина знаходить і виправляє пошкодження. Основними видами репарації є вирізальна та рекомбінаційна. Ще одним важливим молекулярним механізмом є виродженість генетичного коду. Одну амінокислоту можуть кодувати декілька різних триплетів, завдяки чому випадкова зміна одного триплету не завжди супроводжується зміною структури білка. На рівні генів існують свої механізми, як-то повторюваність багатьох генів у геномі, наявність інтронів, що є пастками для мутацій тощо.
На клітинному рівні захист від мутагенів забезпечує апоптоз. Це запрограмована загибель соматичних клітин, що спостерігається в разі закінчення терміну життя клітини, а також у разі різних захворювань. Апоптоз не допускає мутантні клітини до поділу й збереження мутації в організмі. У клітинах організму існує SOS-система, яку відкрив у \(1975\) році М. Радман. Ця система вмикається, якщо пошкоджень ДНК стає забагато і виникає загроза життю клітини. SOS–система активує групи генів, що зумовлюють захисну відповідь на пошкодження ДНК.
На рівні організму антимутаційний захист здійснює імунна система, яка розпізнає клітини з мутаціями й за участі специфічних речовин і клітин їх іммобілізує та розщеплює. Знешкодження хімічних мутагенів в організмі людини може відбуватися завдяки процесам біотрансформації. Найактивніше такі процеси відбуваються у печінці за участі спеціальних рецепторів та ферментів.
Біологічні антимутаційні механізми реалізовуються на молекулярному, клітинному та організмовому рівнях.
Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. заг. серед. освіти / В. І. Соболь. – Кам’янець-Подільський : Абетка, 2018. с. 192.
ГЕНЕТИКА – Підручник – А.В. Сиволоб – 2008
Поява передмутаційних змін генетичного матеріалу в клітині унаслідок метаболічних процесів є нормальним явищем. Кількість спонтанних пошкоджень ДНК, що виникають у одній клітині людини за добу, оцінюється в 10 4 -10 6 . Переважна частина цих пошкоджень у нормі видаляється системами репарації, і тільки невелика кількість залишається у вигляді мутації.
Найпоширенішими передмутаційними пошкодженнями ДНК є втрати азотистих основ (утворення апуринових або апіримідинових сайтів), хімічні модифікації основ, ковалентні зшивання ДНК-ДНК і ДНК-білок, одно- та дволанцюгові розриви цукрофосфатного остова ДНК. Ці пошкодження виникають здебільшого в реакціях гідролізу (хімічні реакції з водою), реакціях з активними радикалами оксигену та пероксидними радикалами, а також унаслідок метилування (алкілування) основ.
Гідроліз глікозидного зв’язку між азотистою основою та дезоксирибозою (див. рис. 1.1) приводить до видалення азотистої основи й появи в цьому місці апуринового чи апіримідинового сайта (АП-сайта). За добу в клітинній ДНК утворюється близько 10 тис. таких АП-сайтів. Неправильна репарація цих пошкоджень може зумовити нуклеотидні заміни (транзиції чи трансверсії). Відсутність репарації стане причиною того, що під час наступного реплікаційного циклу напроти АП-сайта у складі матричного ланцюга в ланцюзі, що синтезується, буде вставлено довільний нуклеотид – з імовірністю 3/4 він виявиться не тим, що мав би стояти в цьому місці, тобто виникне точкова мутація типу нуклеотидної заміни. Крім того, ДНК-полімеразний комплекс може “проскочити” АП-сайт у складі матриці, наслідком чого буде делеція нуклеотиду в складі ланцюга, що синтезується.
Нерепаровані АП-сайти можуть також перетворюватися на одно- ланцюгові розриви. Накопичення одноланцюгових розривів, у свою чергу, приводить до розривів дволанцюгових (коли два одноланцюго- ві розриви розташовані на невеликій відстані та на різних ланцюгах), що може бути причиною утворення різних типів хромосомних аберацій. Одноланцюгові розриви ДНК можуть виникати також у результаті прямого гідролізу фосфодіефірного зв’язку.
При гідролізі екзоциклічних аміногруп азотистих основ виникає дезамінування основ (до 500 пошкоджень на клітину за добу). Так, у результаті дезамінування цитозин перетворюється на урацил (див. рис. 1.2), а 5-метилцитозин – на тимін. Обидві основи, що з’явилися внаслідок таких перетворень, комплементарні аденіну, а отже, у разі відсутності репарації дезамінування може зумовити нуклеотидну заміну (стабільну заміну пари GC на AT-пару при реплікації).
Оксидативні пошкодження ДНК виникають в результаті хімічних реакцій дезоксирибози та азотистих основ із вільними радикалами оксигену або пероксидними радикалами. Джерелом радикалів є процеси дихання клітини. Найсуттєвіші оксидативні пошкодження ДНК -це утворення 8-оксигуаніну (приєднання оксигену до восьмого атома кільця, див. рис. 1.2), комплементарного тиміну, і 2-оксиаденіну, комплементарного цитозину. Продуктами реакцій з вільними радикалами є також одноланцюгові розриви та зшивання ДНК-ДНК або ДНК-білок, які можуть бути причинами хромосомних аберацій.
Ще одним механізмом виникнення передмутаційних пошкоджень ДНК є метилування основ по атомах, які в нормі не піддаються цій модифікації. Помилки метилування викликають появу таких суттєвих пошкоджень ДНК: утворення 7-метилгуаніну, 3-метиладеніну та О б -метиладеніну. 7-Метилгуанін і 3-метиладенін перешкоджають нормальному проходженню реплікації, унаслідок чого відбувається утворення однолацюгових прогалин (ділянок недореплікації) напроти модифікованих нуклеотидів. О 6 -метиладенін є комплементарним цитозину й може бути причиною транзицій.
Биологическая библиотека – материалы для студентов, учителей, учеников и их родителей.
Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.
Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.
Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.
© 2018-2024 Все права на дизайн сайта принадлежат С.Є.А.