Тема № 13. Мутагенные факторы. Антимутагенез.

Факторы, вызывающие изменения в генетическом материале (мутации), называются мутагенными. Мутагенные факторы можно классифицировать на:

а) физические, б)химические, в)биологические.

а) к физическим мутагенным факторам относятся все виды ионизирующего облучения (а,р\у - лучи), ультрафиолетовое облучение, электромагнитное и т.д. Впервые индуцированные радиоактивными излучениями мутации были экспериментально получены советскими учеными Г.А.Надсоном и Г.С.Филлиповым, которые в 1925 году наблюдали мутационный эффект у дрожжевых грибков.

Для искусственных мутаций используются у -лучи, источником которых в лабораториях является радиоактивный кобальт (Со), а также нейтроны, для которых характерна большая проникающая способность.

Установлено, что генетические последствия атомных взрывов связаны с мутагенным влиянием проникающей радиации.

При облучении возникают как генные мутации, так и структурные перестройки хромосом (деления, инверсии, дупликации, транслокации). Изменения, возникающие в генетическом аппарате клетки при действии радиоактивного облучения можно объяснить ионизацией молекул в клетках, химическими изменениями среды в тканях, а также образованием свободных радикалов (-ОН и Н0₂) из имеющейся в тканях воды. Эти радикалы характеризуются высокой реактивностью и могут повреждать нуклеиновые кислоты.

Установлено, что для человека дозой, которая удваивает количество мутаций, является доза 0,5-1,5 Гр (50-150 рад.). Учёные предупреждают о серьёзных генетических последствиях в случае неконтролированного повышения радиоактивного фона окружающей среды, а также об опасности для человечества дальнейших ядерных испытаний в любом месте Земли.

Одновременно использование радиоактивного облучения для экспериментального мутагенеза в селекции микроорганизмов, грибов, растений позволяет получать новые виды антибиотиков, белков и других продуктов, полезных для человека.

б) химическимимутагенными факторами являются формалин,
этиленимин, нитриты, нитраты, иприт, производные хлора, образующиеся
при хлорировании воды, выбросы в атмосферу химических производств,
выхлопные газы, красители, консерванты и многие другие вещества,
попадающие человеку с пищей, водой и воздухом.

Мутагены химического происхождения усиливают мутационный эффект в сотни раз по сравнению со спонтанными (самопроизвольными) мутациями. Многие из них используются для получения высокоактивных штаммов одноклеточных организмов - продуцентов антибиотиков

Химические мутагены используются для получения мутагенных форм плесневых грибков, актиномицетов, бактерий, которые продуцируют антибиотики, а также используют для повышения ферментативной активности у микроорганизмов для получения искусственного белка.

в) к биологическиммутагенам относятся вирусы, а также токсины -
продукты жизнедеятельности бактерий и плесневых грибков. В начале века
учёными было обнаружено, что причиной ряда форм рака оказались вирусы,
вызывающие, например, лейкозы и саркомы у курей. Такие вирусы
получили название онкогенных, или ретровирусов, так как их генетическая
информация может интегрироваться с ДНК человека и млекопитающих и
вызывать перерождение нормальных клеток в раковые клетки.

Таким образом, вирусы являются не только возбудителями многих болезней растений, человека и животных, но и являются причиной многих спонтанных мутаций. Продукты жизнедеятельности многих плесневых грибов также могут обладать канцерогенным эффектом, т.е. изменять

наследственный аппарат клетки, способствуя перерождению её в раковуо клетку.

Антимутагенез - это механизм, снижающий неблагоприятный эффект мутаций. В результате мутаций изменяется смысл биологической информации, что негативно отражается на выживаемости организмов, поэтому важная роль принадлежит антимутационным механизмам, которые ограничивают неблагоприятные последствия мутаций, возникающие в процессе эволюции.

К факторам защиты наследственного аппарата от мутаций относятся:

1. Репарация ДНК,

2. Вырожденность генетического кода,

3. Парность хромосом в диплоидном кариотипе

4. Иммунная система.

1. Репарация - это способность повреждённой ДНК к самоисправлению (лат. reparatio - обновление). Известно два вида репарации:

а) световая - происходит активация фермента фотонами света, в
состав фермента входит витамин В₁₂

б) темновая - участвуют ферменты, не требующие активации светом.

При световой репарации исправляются повреждения, которые возникают при действии ультрафиолетового излучения, а при темновой репарации - повреждения, которые возникают под действием ионизирующего облучения, химических факторов и других. Темновая репарация наблюдается как у прокариот, так и эукариот.

Этапы темновой репарации:

1) «узнавание» повреждённого участка ДНК специальным ферментом эндонуклеазой;

2) действие эндонуклеазы на разрыв одной цепочки молекулы ДНК вблизи повреждения;

3) «вырезание» поврежденного участка ДНК;

 

4) матричный синтез нового участка молекулы ДНК (репаративная репликация);

5) соединение новообразованного участка с ниткой ДНК с помощью ферментов лигазы (рис. 9)

•Узнавание» Деструкция дефектных Встраивание новых

дефектного отрезка структур последовательностей

куклвотидкых оснований

Рис. 9. Схема репарации поврежденной ДНК.

Открытие процесса репарации показало, что на молекулярном уровне может наблюдаться «самоизлечение» молекулы ДНК. Репарация является одним из эволюционно закреплённых процессов, ограничивающих количество мутаций и поддерживающих гомеостаз и наследственность живых организмов.

2. Вырожденность генетического кодазаключается в том, что
несколько триплетов кодируют одну аминокислоту, и замена одной пары
нуклеотидов в кодоне на другую не может привести к замене
аминокислоты.

3. ТриплетностьК факторам антимутагенеза можно отнести
триплетность генетического кода, которая допускает минимальное число
замен внутри триплета, ведущих к искажению информации. Так, 64% замен
третьего нуклеотида в триплетах не даёт изменения их смыслового
значения.

4. Парность хромосомФактором защиты служит также парность
хромосом. Парность аллелей генов препятствует фенотипическому
проявлению мутаций, если они имеют рецессивный характер.

Лексико-грамматические задания: