Mutagen (Svenska)

Mutagen
n., plural: mutagens

Definition: något ämne eller ämne som inducerar eller orsakar genetisk mutation

mutagen Definition

vad är en mutagen Definition

? En mutagen är ett ämne eller medel som orsakar DNA-försämring som resulterar i ändring av DNA-sekvensen. Denna ändring av DNA-sekvensen kallas mutation.

alla medel som orsakar mutation kallas mutagen., Mutagener kan vara fysiska mutagener, kemiska mutagener eller biologiska mutagener. Ett ämnes förmåga att inducera förändringarna i baspar av DNA eller mutation kallas mutagenicitet.

DNA är det ärftliga materialet i den levande cellen. DNA är en polynukleotid som består av ett antal nukleotid enheter. Dessa enheter består i sin tur av kvävehaltiga nukleobaser (cytosin , guanin , adenin eller tymin ) som är kovalent bundna med socker (särskilt deoxiribos) och en fosfatgrupp., Det typiska mönstret av nukleinsyrabaser kodar för all genetisk information hos en cell. En mutagen förändrar det specifika mönstret och sekvensen av nukleinsyrabaserna i DNA som resulterar i förändringen i proteinet transkriberat från det. Även om dessa förändringar kan vara ärftliga eller icke-ärftliga beroende på deras förekomst i somatiska celler eller könsceller.

några av de vanliga exemplen på mutagener är-UV-ljus, röntgenstrålar, reaktiva syrearter, alkylerande medel, basanaloger, transposoner etc.,

typer av mutationer

beroende på de celler som påverkas av mutagen kan mutationer klassificeras enligt följande:

somatiska mutationer

det här är mutationer som förekommer i det levande varelsens icke-reproduktiva celler (somatiska celler)., Många typer av somatiska mutationer kan inte uppenbaras för att påverka en individ på grund av kroppens reparativa och kompensativa processer. Emellertid kan en somatisk mutation som förändrar celldelning mönster av cellen så småningom resultera i bildandet av cancerceller eller vävnad.

Könscellsmutationer

dessa mutationer förekommer i könsceller eller i könsceller som producerar könsceller eller könsceller. Dessa mutationer är ärftliga och överförs till nästa avkomma i alla sina celler (både somatisk och bakterielinje)., Olika kemikalier har klassificerats beroende på mutagenicitet i könsceller, som nämns i tabellen.,d>

det är känt att Mutagena ökar förekomsten av mutationer över den spontana nivån. Men här är det viktigt att förstå att all försämring eller skada i DNA inte kan märkas som mutationer. I de flesta fall avlägsnas den skadade eller förändrade delen av DNA genom DNA-polymeraser under cellreparationsprocessen. De mutationer som orsakas av mutagener tenderar dock att undkomma denna process av cellreparation och därmed förvärva status som ”permanent” förändring i DNA.,

det är känt att tre typer av DNA-mutationer förekommer:

1. bassubstitutioner. Substitution med en bas kallas ”punktmutation”. Dessa är de vanligaste typerna av mutationer som kan resultera i tyst, missense eller nonsens.
   • tysta mutationer: Substitution av en bas som uppträder på den tredje positionen av kodon. Således finns det en positiv möjlighet att en identisk kodon kommer att genereras som kommer att koda för samma aminosyrasekvens. Således, ingen förändring i gensekvensen resulterar i en tyst mutation.,
   • Missense: en bassubstitution som leder till generering av en gensekvens som kodar för olika aminosyror och så småningom en annan polypeptidsekvens.
   • nonsens: en bassubstitution som resulterar i generering av en gensekvens som trunkerar översättningen eller förändringen som leder till generering av en stoppkodon som så småningom bildar ett icke-funktionellt protein kallas Nonsensmutation.
2. Deletion. Som namnet antyder, radering av en eller flera baspar på DNA., Detta kan resultera i en frameshift när ett eller flera baspar raderas/tas bort från DNA.
3. Infogningar. Tillsatsen av ytterligare baspar i DNA kan också vara frameshifts. Denna frameshift kommer dock att bero på huruvida tillsatsen av baspar har inträffat i multiplarna av tre baspar.

Läs: genetiska mutationer – fri handledning om mutationer på gennivå och den skada som dessa mutationer kan medföra.,

Understanding Mutagen Biology: molecular mechanisms of mutagenesis

So, how do these mutagens cause mutations? Let’s understand the molecular mechanism of action., Mutagener verkar på DNA på olika sätt, en del av den gemensamma mekanismen för att utöva mutagenes inkluderar:

DNA-skada

den specifika sekvensen av purinbaser (guanin och adenin) och pyrimidinbaser (cytosin och tymin) bifogade av en vätebindning, dvs guanin (G)/cytosin (C) och kodar för all genetisk information om ett levande väsen. En mutagen som förändrar dessa bassekvenser kan resultera i DNA-skada.,

spontan skada

spontan basdeaminering, hydrolys av puriner eller pyrimidiner och deoxiribosbindning resulterar i bildandet av apuriniska / apyrimidiniska (ap) platser. Detta resulterar så småningom i att exponera socker-fosfat ryggraden till DNA-strängbrott. Dessutom finns tautomeriska former av baserna som kan resultera i flera basfel.,

kemiska addukter

vissa kemiska mutagener är elektronbrist, dvs. högreaktiva elektrofiler. Dessa reaktiva mutagener kan bilda kovalent bundna nukleofila addukter inom DNA som kan stabilisera de alternativa tautomeriska strukturerna hos purin / pyrimidinbaserna. Detta kommer så småningom att ändra basparet kodning. Detta kommer att resultera i transkription av felaktig basparinformation och ökad mottaglighet för hydrolys av DNA tillsammans med ökad bildning av AP-platser., Dessutom kan vissa mutagener också främja Inter-och intrastrand tvärbindning av DNA, vilket förhindrar separation av DNA-strängar. Således resulterar i komplikationer under DNA-replikation, transkription och reparationsprocesser.

oxidativ skada

mutagener kan inducera oxidativ stress vilket resulterar i generering av fria radikaler (syre eller kväve)., Dessa fria radikaler är högreaktiva föreningar med oparade elektroner och kan vara hydroperoxid, hydroxyl och superoxiddel. Dessa fria radikaler interagerar med DNA och resulterar i brott av DNA-strängar, hydrolys av baserna eller utvecklar lesioner på DNA-strängen.

DNA-interkalering

några av Mutagena intercalate sig mellan de två kompletterande delarna av DNA. Detta resulterar i störningar av vätgasbindningen bland basparen. Så småningom resulterar en sådan interkalering i felaktiga eller felaktiga replikerings-och transkriptionsprocesser.,

metabolisk aktivering

den normala metaboliska processen som uppträder huvudsakligen i levern består av två steg, d.v. s.stadium i och stadium II. dessa metaboliska processer syftar till att eliminera de oönskade ämnena från kroppen genom att öka lösligheten. Steg i utförs av cytokrom P450-enzymsystemet där hydroxyleringsprocessen äger rum., Medan i steg II utförs konjugeringsprocessen för att lägga till polära grupper via glutation S-transferas, glukuronidtransferas, mikrosomalt epoxidhydrat eller acetyltransferas. Under detta stadium II är majoriteten av Mutagena i allmänhet inaktiverade, men vissa enzymer som flavinmonooxygenas och prostaglandin h-syntetas har visat sig aktivera Mutagena.

typer och exempel på mutagener

i stort sett finns det tre huvudkategorier av mutagener. Se figur nedan.,

Physical agents

• Radiation. Radiations were the first agents reported to be mutagenic., Joniserande och icke-joniserande strålning, som UV-strålar, röntgenstrålar, alfastrålar och neutroner, har visat sig utöva Mutagena effekter. De flesta av dessa strålningar utövar en dödlig (dvs döda cellen) eller sub-letal (dvs, genom att direkt skada DNA eller nukleotider genom:
  • inducerande-tvärbindning av DNA eller protein
  • brytning av kromosomer
  • brytning av strängar eller kromosomförlust
  • molekylärt radering av baser/DNA-strängbrott

  joniserande strålning eller de höga energistrålningarna, såsom röntgenstrålar och γ-strålar, verkar majorly på att dela celler och påverkar inte bara DNA. Lipider och proteiner förändras också av deras effekt. Dessa strålar genererar fria radikalmolekyler som orsakar DNA-eller kromosombrott.,

  röntgen i en dos av 350-500 rems anses vara dödlig eftersom de vid denna dos inducerar brott av fosfodiesterbindningar vilket resulterar i brott av DNA-strängar. UV-strålning är icke-joniserande strålning eftersom de har mindre energi jämfört med röntgenstrålar. Dessa används ofta för sterilisering och dekontaminering förfaranden.

  basradering, strängbrott, tvärbindning och bildning av nukleotiddimer är några av de mekanismer genom vilka UV-strålning utövar sin Mutagena effekt.

  UV-strålning är av tre typer, UV A, UV B och UV C., UV-A är UV-strålarna med en våglängd på 320nm (nära synligt område) och är känt för att resultera i dimerisering av pyrimidiner. Denna typ av pyrimidindimerisation resulterar i förändring av DNA-strukturen som förhindrar bildandet av replikationsgaffeln under replikationsprocessen. Sådan dimerisering kan leda till hälsoproblem. UV – B har en våglängd på 290-320nm och mycket dödlig för DNA. UV-C-strålning har en våglängd på 180-290nm och är de mest dödliga såväl som cancerframkallande. UV-C-strålning absorberas majorly av ozonskiktet.,

  

• värme. DNA är känsligt för temperaturer över 95 ° C. över 95 ° C bryter fosfodiesterbindningarna i DNA vilket resulterar i brott på DNA-strängen. Således resulterar värme i DNA-brott.

kemiska medel

• basanaloger. Dessa agenter har strukturella likheter med baserna dvs,, puriner och pyrimidiner. De vanligaste basanaloger som betraktas som en kemisk mutagen är – 5-Bromouracil och aminopurin. På grund av strukturella likheter dessa medel med DNA-baserna, basanaloger få införlivas i DNA-strukturen under processen för replikering. Aminopurin liknar adenin och kan bilda ett baspar med C eller T (även om basparning med C är sällsynt).
  

  

  5-Bromouracil uppvisar tautomeriska former. Var och en av de tautomeriska kombinerar med olika baspar. Keto formen av 5-bromouracil ersätter tymin i DNA och bildar ett par med adenin i DNA medan Enol tautomeric bildar ett kompletterande baspar med guanin. 5-Bromo uracil resulterar därmed i en punktmutation. Således, beroende på den tautomeriska formen, vid replikering, ändrar sådant DNA innehållande 5-Bromouracil baspar från A-T till G-C eller från en G-C till en A-T.,

  

• Interkala medel. Interkalaterande medel är de molekyler som har en hydrofob heterocyklisk ringstruktur och liknar ringstrukturen hos baspar. Dessa agenter placerar sig i DNA-helixen, som så småningom stör replikationen, översättningen och transkriptionen vilket resulterar i mutation, oftast frameshiftmutation., Ethidiumbromid, proflavin, akridin orange, aktinomycin D eller daunorubicin, etc är några av de vanliga interkalaterande ämnena. Bland dessa är Daunorubicin tillsammans med Epirubicin, Epirubicin och mitoxantron några av de vanliga anti-cancer-eller antineoplastiska läkemedlen.
• metalljoner. Mineraljoner som nickel, krom, kobolt, kadmium, arsenik, krom och järn, genererar reaktiva syrearter (ROS) som orsakar DNA-hypermetylering och därigenom främjar DNA-skador och hindrar DNA-reparationsprocessen.
• alkylerande medel., Dessa medel inducerar alkylgrupper i DNA vilket resulterar i DNA-skada. Införandet av alkylgrupperna ökar joniseringen som resulterar i basparningsfel och så småningom inducerar luckor i DNA-strängen. Några av de vanligaste alkylerande medel är etylnitrosourea, senapsgas, vinylklorid, Metylhydrazin, Busulfan, karmustin, lomustin, Dimetylsulfat, temozolomid, dakarbazin, Etyletansulfat och tio-TEPA. Även under DNA-reparationsprocessen kan dessa medel avlägsnas från DNA genom depurineringsprocessen. Depurinering är en Icke-mutagen process.,

biologiska agens

• transposoner och infogningssekvenser (is). De är enheter av DNA som åtar sig självstyrd omlokalisering/multiplikation av DNA-fragmentet. Den enklaste typen av transposoner (~10-50 baspar lång) kallas infogningssekvenser eller är. Både är och transposon är också känd som hoppande gener som de flyttar från hela DNA., Tillsatsen av transposoner i kromosomalt DNA avbryter genernas funktionalitet. Både IS och transposoner kodar informationen för enzymtransposaserna som bidrar till att skapa den nya införlivandeplatsen i DNA. Tre typer av transposoner finns vanligtvis:
  1. replikativa transposoner: de transposoner som behåller den ursprungliga locus och översätter sin kopia.
  2. konservativa transposoner: i dessa transposoner översätter den ursprungliga transposon sig.,
  3. Retrotransposons transponerar: dessa transposoner översätter via RNA-intermediärer
• virus. Störning av genetisk funktion kan vara resultatet av införandet av viralt DNA i genomet. Vissa virus, t.ex. Rous sarkomvirus, har rapporterats framkalla cancer. Således kan man säga att virus kan vara Mutagena.
• bakterier. Vissa inflammationsinducerande bakterier som Helicobacter pylori producerar reaktiva syrearter som resulterar i DNA-skador och minskad DNA-reparation. Detta ökar sannolikheten för mutationen.,

Mutagen vs Carcinogen

i detta skede är det viktigt att förstå skillnaden mellan mutagener och cancerframkallande ämnen. Dessa två termer är nära besläktade och anses ofta synonymt. Det här är dock två olika termer.
mutagener är de medel som inducerar förändringar i DNA som kan vara ärftliga eller icke-ärftliga., Cancerframkallande ämnen är det ämne som inducerar okontrollerbar celldelning som resulterar i utvecklingen av tumör som kan eller inte kan vara cancerframkallande. Även om dessa termer är korrelerade så ofta kan de Mutagena agenterna inducera förändringar i cellens genetiska material som kan leda till karcinogenes. Således kan karcinogenes vara en resulterande effekt av Mutagena förändringar inducerade av mutagener. Mutagener är också kända för att öka frekvensen av cancerframkallande händelser.,

det är också viktigt att förstå att alla mutationer kanske inte är livshotande medan carcinogenes resulterar i livshotande resultat.

en annan närbesläktad och ofta synonymt använd term är ”teratogener”. Teratogener är de medel som kan inducera abnormitet eller defekter hos fostret eller fosterskador samtidigt som de inte visar någon effekt på moderen. Etanol, kvicksilverföreningar, fenol, blyföreningar, koldisulfid, xylen och toluen är några av de teratogena föreningarna., Talidomid är det mest väl beskrivna teratogena läkemedlet som ursprungligen ordinerades för morgonsjukdom hos gravida kvinnor i början av 1950-talet. talidomid inducerade utbredda fosterskador som saknade ben, armar, öron etc. Dessa utbredda incidenser ledde till att läkemedlet återkallades från användningen.

senare, i början av 2000-talet, återinfördes talidomid för behandling av myelom och spetälska. Andra välkända teratogena läkemedel är fenobarbital, valproinsyra, Tretinoin, tetracykliner, fluorokinoloner, warfarin, Propyltiouracil (ptu), metimazol (MMI), karbimazol, stora doser av Vitamin A, dietylstilbestrol etc. Dietylstilbestrol är känt för att vara cancerframkallande såväl som teratogena.

effekten av mutagener

mutationer är förändringarna i cellens genetiska material. Dessa mutationer kan vara dödliga eller icke-dödliga och även dessa kan vara ärftliga såväl som icke-ärftliga. Hur som helst, mutationer förändrar den genetiska sammansättningen.

många mutationer kan faktiskt leda till olika sjukdomar. Vissa mutationssjukdomar är ärftliga och uppstår på grund av mutation i bakteriecellen., En sådan sjukdom är sicklecellanemi, som uppstår på grund av en enda missense mutation i kodon 6 av β-globin genen i könsceller. Denna mutation resulterar i ersättning av glutaminsyra vid position 6 i det normala proteinet med valin. Denna modifiering påverkar allvarligt det syrebärande proteinet, dvs hemoglobin. Det muterade hemoglobinet har en mycket reducerad syrebärande egenskap och erytrocyter blir styva vilket resulterar i blodcellernas smärtsamma passage och till och med blockad i kapillärerna och vävnadsskadorna., Intressant är de defekta erytrocyterna resistenta mot malaria och därmed har denna mutation bibehållits i den afrikanska befolkningen. Några av de sjukdomar som är resultatet av mutation är retinoblastom eller retinala tumörer hos barn, Tay-Sachs sjukdom, fenylketonuri, färgblindhet och cystisk fibros.

det är dock också viktigt att förstå att mutationer inte nödvändigtvis är dödliga eller skadliga. Majoriteten av de mutationer som uppstår är inte alls skadliga. Faktum är att mutationer är ansvariga för variationerna i genpoolen som så småningom har lett till livets utveckling genom åren på jorden. Populationer med olika mutationer har kunnat överleva den naturliga urvalsprocessen och har utvecklats enligt kravet., De populationer som inte har kunnat utvecklas eller genomgå förändringar enligt förändringarna i deras miljö har så småningom förgås. Faktum är att mutation är det första steget mot evolutionen. Att utveckla pälsfärg av insekter och djur för kamouflage är ett sådant evolutionärt genetiskt steg. En intressant fördelaktig mutation finns i ett litet italienskt samhälle som har muterat protein Apolipoprotein som kallas Apolipoprotein A1-Milano (eller Apo A1M). Normalt Apolipoprotein är proteinet som är ansvarigt för transport av kolesterol. Den muterade versionen av Apolipoprotein dvs,, Apo A1M tar inte bara bort kolesterol, men det löser också plack och har också antioxidantegenskaper. Således är det italienska samhället som har denna muterade Apo A1M skyddad mot hjärtsjukdomar.