كيف يمكن أن يحدث التحولات؟

احصل على إجابة: كيف يمكن تحريض الطفرات؟

قد يتم تحفيز الطفرات من قبل العديد من العوامل التي تسمى المطفرة. قد تكون هذه مواد مطفرة كيميائية وإشعاعات ، مثل الأشعة السينية والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية.

Image Courtesy: iovs.org/content/47/2/475/F2.large.jpg

يتم إنشاء الطفرات على المستوى الجزيئي عن طريق تغيير القاعدة في nuleotides. يتم إنشاء بدائل عن طريق:

(أ) حذف القاعدة (ب) انقلاب القاعدة (ج) انقلاب القواعد و (د) استبدال أزواج القاعدة.

يحدث استبدال زوج القاعدة أثناء تكرار الحمض النووي دون كسر الحمض النووي. قد يكون من نوعين. (الشكل 40.15)

(أ) الانتقال:

يتم استبدال Purine بواسطة purine آخر أو يتم استبدال pyrimidine بواسطة آخر بيريميدين.

(ب) الارتجاع:

يتم استبدال Purine بواسطة بيريميدين.

تم عرض اكتشاف التأثيرات الطفرية الناتجة عن أنواع مختلفة من الإشعاعات لأول مرة كمسبار تجريبي لبنية ووظيفة جين changine. كان من الصعب للغاية التمييز بين التأثيرات المباشرة أو غير المباشرة للإشعاع وتحليل الطبيعة الدقيقة للمركبات الكيميائية الحيوية المنتجة. تكون المطفرة الكيميائية أكثر فعالية وتتميز بنتائجها.

وجد توماس وشتاينبرغ أن حمض النيتروز الفعال تسبب في طفرة في Aspergillus. وجد أورباخ وروبسون أنه يمكن تحفيز الطفرات بواسطة غاز النيتروجين والكبريت في الدروسوفيلا. يتم اكتشاف النشاط الطفري في الفورمالديهايد ، ثنائي إيثيل سلفيت ، ديازوميثان ، إلخ ، بواسطة Rapoport. تتسبب المطفرة الكيميائية في تهيج الجلد الشديد في الثدييات ويمكنها أيضًا أن تسبب السرطان.

هناك بعض المواد الكيميائية التي تؤثر على بعض الكائنات الحية ولكن ليس غيرها. كان واتسون وكريك أول من اقترح أن الطفرات يمكن أن تحدث نتيجة للتغيرات العرضية في الروابط الهيدروجينية لقواعد nucletodie ، على سبيل المثال ، يحمل الأدينين عادة مجموعة NH ₂ (amino) التي توفر ذرة الهيدروجين للترابط مع الكيتو التكميلي (C = O) ) مجموعة من الثايمين. في تحول Tautomeric يتم تغيير المجموعة الأمينية إلى مجموعة amino (NH). هذه القاعدة تترابط الآن مع السيتوزين (بدلا من الثايمين). في الثايمين ، يسمح التحويل التاتوميري من الكيتو إلى الأنول (COH) بالترابط مع الجوانين (بدلاً من الأدينين) (الشكل 40.16).

إذا كان التحول tautomeric ينتج الخطأ ، فمن الضروري أن يحدث تكرار الحمض النووي.

نظائرها الأساسية:

وتسمى المادة الكيميائية التي تشبه القاعدة بالتماسك الأساسي. يمكن دمجها في الحمض النووي المركب حديثًا بدلاً من القاعدة الطبيعية. Pyrimidine analogue 5-bromouracil (5-BU) يشبه بنيويا الثايمين. 5-chlorouracil (5 CU) و 5 iodouracil (5 IU) يمكن أيضا استبدال الثايمين في الحمض النووي. تم دمج 2-amino purine (2 AP) بكمية صغيرة جدًا بحيث تعذر العثور على القاعدة التي تستبدلها. 2 ، 6 بيورين ديامينو هو مطفر للغاية. 5-بروموراسيل يمكن أن يتزاوج مع الأدينين مثل الثايمين (الشكل 40.17).

5-بروموراسيل (5-BU) و برومودوكسي يوريدين (BUdR) هي نظائرها من الثايمين التي هي عبارة عن أشكال كيتو ولكن يمكن أن تخضع لتحولات tautomeric. هم شكل enol وأزواج مع Guanine (G) بدلا من Adenine (A) (الشكل 40.18). ينتج 5-BU استبدال GC لـ AT الأصلي ، أو قد يتم دمجه من حين لآخر في شكل enol كمزوج متزاوج مع الجوانين ثم العودة إلى شكله keto لإنتاج استبدال AT لـ GC الأصلي. واقترح لوللي وبروكس أن سوء الأفعال قد ينجم عن تأين القواعد وليس عن طريق التحولات tautomeric. في هذه الآلية ، قاعدة ، على سبيل المثال ، 5-BU يفقد الهيدروجين المرتبط عادة بذرة النيتروجين 3 (الشكل 40.19 ألف ، ب). ويمكن الآن أن يقرن مع الجوانين (G).

يُظهِر التوربين الأميني 2 (2 AP) التماثلي الأساسي خصائص طفرية تمكن من دمجها كبديل للأدينين ولكن للاقتران لاحقًا بالسيتوزين ، أو للاقتران مع السيتوزين مبدئياً ثم مع الثايمين. سيؤدي التأسيس a لـ AP في مكان guanine (G) لإعطاء زوج AP-C الأساسي إلى حدوث طفرة في الجيل التالي.

خطأ في النسخ المتماثل بعد دمج 2-AP يؤدي إلى تشكيل AP-T قاعدة تحريض زوج الانتقال.

وكلاء تعديل البيورينات و pyrmidines:

وتشمل العوامل التي تقوم بتعديل البيورينات والبيريميدينات أو العوامل التي تثبّت الأسس أكسيد النيتروز (HNO ₂ ) والهيدروكسيل والألكلة.

أكسيد النيتروز (HNO ₂ ):

يتفاعل مع القواعد التي تحتوي على مجموعات الأمينية. يتغير الهيكل عن طريق الدايمين (إزالة المجموعة الأمينية). يتم استبدال مجموعة الأمينو (NH ₂ ) بمجموعة الهيدروكسيل (OH ^- ). حمض النيتروز deaminates ، والقواعد ، G ، C و A مع تناقص التردد. Deamination من الأدينين النتائج في تشكيل hypoxanthine (الشكل 40.20). أزواج hypoxanthine مع السيتوزين بدلا من الثايمين. وبالتالي يتم استبدال الاقتران في AT بأزواج GC.

Deamination من السيتوزين في نتائج موقف 6 في تشكيل اليوراسيل (U) (الشكل 40.21) وتشكيل الاقتران من CG بدلا من UA يتم تشكيلها. Guanine deaminates إلى الزانثين. زانثين يتصرف مثل Guanine و أزواج مع cytosine ، الإقران هو XC بدلاً من GC. Deamination من Guanine ليس له تأثير الطفرات (الشكل 40.22). التغيير في الاقتران القاعدة يؤدي إلى تغيير في الحمض النووي في ذرية 50 ٪. Deamination من gaunine ، لا تظهر أي طفرة قابل للوراثة.

الجدول: 40.1. التغير الهيكلي وإقتران سلوك الحمض النووي بسبب الدهن بواسطة أكسيد النيتروز:

هيدروكسيلامين (NH ₂ OH):

يتفاعل مع السيتوزين والجوانين ، و hydroxylation من السيتوزين في المجموعة الأمينية تشكل هيدروكسي سيلتوزين الذي أزواج مع الأدينين لأن مجموعة الأمينو الهيدروكسيل يجب أن تكون أكثر كهربيًا من المجموعة الأمينية. جزيء الهيدروكسيل هو في شكل tautomeric له ذرة الهيدروجين في مكان النيتروجين في موقف 3. تأثير هيدروكسيل على "C" ينتج انتقال في الاقتران الأساس (الشكل 40.23)

هيدرازين (NH ₂ NH ₂ ) يكسر حلقات اليوراسيل و السيتوزين بأشكال pyrazolone و 3-aminopyrasole. عندما يتم معالجة الحمض النووي مع هيدرازين فإنه ينتج "حمض apyrimidinic". بينما عندما يعالج الحمض النووي الريبي مع الهيدرازين فإنه ينتج "حمض ريبو-أبيريديدينيك".

وكلاء مؤلكل:

يحمل العديد من العوامل المطفرة واحدة أو أكثر من مجموعات الألكيل. وتسمى هذه عوامل الألكلة أحادية أو ثنائية أو بولي ، على سبيل المثال ، كبريتات ثنائي ميثيل (DES) ، سلفات ثنائي ميثيل (MMS) ، سلفونات إيثيل الإيثان (DMS) ، سلفون الميثان ميثيل (EES) و ehtyl ميثان سلفونات (EMS) ، الخ كلهم يعملون كمجموعات أحادية الوظيفة.

وكلاء تنتج تشويه في الحمض النووي:

Proflavin و orange acridine هما نوعان من الأصباغ الفلورية الهامة التي تسبب الطفرات عن طريق إدخال أو حذف القواعد. التعلق المباشر لهذه الأصباغ إلى الحمض النووي يسبب طفرة.

الإشعاعات:

من بين إشعاعات المطفرة المادية هي الأكثر أهمية. لديهم تأثير مباشر على الكروموسوم. قد تكسر كروموسوم مباشرة أو تغيير قواعد الحمض النووي. إذا أعطيت الصبغيات في الطور المايوسى الإشعاع فإن تردد المتحولة لكل كائن حي يزداد خطيا مع الجرعة. اقترح Ressovsky وآخرون (1935) نظرية الهدف مشيرا إلى أن ضربة واحدة من الجسيمات (الإشعاع) على الهدف (المادة الوراثية) يعطل أو يحولها. قد يعمل الإشعاع من خلال إنتاج مادة كيميائية.

يُقترح تواتر انحرافات صبغية بسيطة ، على سبيل المثال ، الحذف ، لجرعة الإشعاع (الشكل 40.24). يقلل تركيز منخفض O ₂ من تواتر فواصل الكروموسومات الناتجة عن الإشعاعات.

يسمى تأثير الأكسجين أيضا نقص الأكسجين. ويشكل الإشعاع الموجود في وجود 0 ₂ بعضًا من جذور البيروكسيد التي تؤثر على تكرار الفواصل والطفرات. قد يؤين تأين الماء في الخلايا الجذور الحرة وبيروكسيد الهيدروجين

H ₂ OH ⁺ + OH ^- (الجذور الحرة)

H ⁺ + H ⁺ → H ₂

OH ^- + OH ^- → H ₂ O ₂

يعتمد محتوى الطاقة في الإشعاع على طول الموجة. كلما كان طول الموجة أقصر كلما زادت قيمة الطاقة للإشعاع. يمكن للإشعاعات عالية الطاقة أن تغير التركيب الذري لمادة ما عن طريق التسبب في فقد الإلكترون وتشكيل الأيون. تعد للتنافس في الحمض النووي الناجم عن الإشعاع أهمية كبيرة. الإشعاعات المؤينة عالية الطاقة والأشعة فوق البنفسجية هي عوامل مطفرة.

تمتص الحمض النووي الريبي و RNA ضوء الأشعة فوق البنفسجية مما ينتج عنه جذور حرة عالية التفاعل في القواعد التي تحتوي على النيتروجين. عدم الاستقرار يسبب انتقال. إذا حدثت مثل هذه التغييرات في / w-RNA فإن القليل فقط من البروتينات الخاملة تتشكل في الإحلال في DNA لها تأثير دائم لإنتاج البروتين المعيب. الأشعة فوق البنفسجية تنتج الثايمينات الثايمين (الشكل 40.25). 5 ، 6 الروابط غير المشبعة من البيريميدينات المجاورة تصبح مرتبطة تساهميا حلقة شكل cyclobutance. تم العثور على ثلاثة أنواع ممكنة من dimers البيريميدين في الحمض النووي في ثقافة البكتيرية المشع.

الزعنفة ine-thym ine-50٪

الثايمين-السيتوزين 40٪

السيتوزين-السيتوزين 10٪

في الحمض النووي الريبي بيريميدين تتشكل ديامير بين حلقة اليورات و السيتوزين المجاورة. لا يمكن أن تتلاءم هذه الأحماض مع الحلزون المزدوج للحمض النووي مسبباً تشوّه جزيئات الحمض النووي. إذا لم يتم إصلاح هذا الضرر يتم حظر النسخ المتماثل وهو مميت. يعترف إكسونوكليز المنطقة المشوهة ويصححها. يضيف DNA polymerase القواعد الصحيحة في الفجوة وينضم ligases DNA إلى القاعدة المدرجة.

الأشعة فوق البنفسجية تضيف جزيئات الماء إلى البيريميدين في الحمض النووي وكذلك الحمض النووي الريبي مما يؤدي إلى هيدرات الصورة (الشكل 40.26).

الأشعة السينية تسبب الطفرة عن طريق كسر ارتباط استر الفوسفات في الحمض النووي في نقطة واحدة أو أكثر مما تسبب في عدد كبير من حذف القواعد أو إعادة ترتيبها. قد يحدث انقطاع في الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل في واحد أو كل من خيوط. إذا وجد في كلا الجدولين فهو مميت. قد يحدث في بعض الأحيان فاصلان مزدوجان متقطعان في نفس الجزيء وقد ينضم الطرفان المكسوران مرة أخرى. يتم التخلص من جزء الحمض النووي بين العطلين مما يؤدي إلى الحذف.

استنشاط ضوئي:

تظهر الطفرات المستحثة بالأشعة فوق البنفسجية التي اكتشفها Kelner et al أنه يمكن عكس تأثير الأشعة فوق البنفسجية بتعريض الخلايا للضوء المرئي الذي يحتوي على طول الموجة في المنطقة الزرقاء من الطيف. يطلق عليه إعادة تنشيط الصورة. لوحظ في البكتيريا و bacteriophages. يحدث بسبب en2yme الذي يقسم dimers الثايمين ويصلح جزيء الحمض النووي. عندما يكون نظام إصلاح الحمض النووي غائبا في البشر ، يظهر جفاف الجلد في المرضى المعرضين لأشعة الشمس.

التحلل الضوئي للسيتوزين. باء التحلل الضوئي من الثايمين.