Класифікація мутагенів і їх характеристика - студопедія

За походженням мутагени класифікують на ендогенні, що утворюються в процесі життєдіяльності організму і екзогенні - всі інші фактори, в тому числі і умови навколишнього середовища.

За природою виникнення мутагени класифікує на фізичні, хімічні та біологічні. Фізичними мутагенами називаються будь-які фізичні дії на живі організми, які надають або прямий вплив на ДНК або вірусну РНК, або опосередкований вплив через системи реплікації, репарації, рекомбінації

Перші фізичні мутагени, відкриті вченими, - це різні види випромінювань: іонізуюче випромінювання, радіоактивний розпад, ультрафіолетове випромінювання.

Первинний ефект іонізуючих і ультрафіолетових випромінювань полягає в освіті одиночних або подвійних розривів в молекулі ДНК. Ультрафіолет сильно поглинається тканинами і викликає мутації лише в поверхнево розташованих клітинах багатоклітинних тварин, однак на одноклітинних він діє ефективно. Мутагенну дію ультрафіолету було встановлено в 1931 р А.Н. Промптова. Іншими фізичними мутагенами є частинки різної природи, що мають високу енергію: це альфа- і бета-випромінювання радіоактивних речовин і нейтронне випромінювання. У разі прямого впливу на ДНК основну роль відіграють два параметри: величина енергії впливає частки і здатність біологічного матеріалу поглинати цю енергію. Пошкодження ДНК можуть бути двох типів: двунітевие і однонітевиє розриви.

Мутації може викликати також висока або низька температура. У 1928 р Меллер показав, що підвищення температури на 10 градусів по С підвищує частоту мутацій у дрозофіл в 2-3 рази. Знаючи спосіб дії цих мутагенів, можна було припустити, що вони повинні діяти на ДНК будь-яких організмів. І дійсно, незабаром було виявлено, що наприклад, рентгенівські промені викликають мутації у самих різних тварин, рослин і мікроорганізмів. З'ясовано, що мутації, викликані випромінюваннями, можуть зачіпати будь-які ознаки організму, так як квант випромінювання або частка з високою енергією чисто випадково може пошкодити будь-яку ділянку ДНК. Число виникаючих мутацій тим більше, чим вище інтенсивність випромінювання, тобто чим більше квантів або часток потрапило в клітку в одиницю часу. Також було показано, що фізичні фактори викликають ті ж мутації, які виникають і при спонтанному мутагенезу. У вищих живих істот є речовини, що послаблюють дію випромінювання - фотопротектори, а багато рослин містять алкалоїди і кумарини, вони підсилюють процеси, викликані радіацією і ці речовини небезпечні для тварин. Фізичні мутагени і їх дія сильно залежить від попередньої еволюції організму. До постійно діючим мутагенів види виробили стійкість. Фізичний мутагенез може не реєструватися через швидку загибель мутантних організмів.

До хімічних мутагенів відносяться багато хімічних сполук найрізноманітнішого будови. Найбільшу мутагенну активність проявляють різні алкилирующие з'єднання, а також нитрозосоединения, деякі антибіотики, що володіють протипухлинною активністю.

Хімічні мутагени ділять на мутагени прямої дії (з'єднання, реакційна здатність яких достатня для хімічної модифікації ДНК, РНК і деяких білків), і мутагени непрямої дії (промутагени - речовини, які самі по собі інертні, але перетворюються в організмі в мутагени, в основному в внаслідок ферментативного окислення). Мішенню дії мутагенів в клітці є ДНК і деякі білки. Ряд мутагенів викликають мутації, не пов'язуючи ковалентно з ДНК. В цьому випадку матричний синтез на ДНК протікає з помилками. В синтезується нитки ДНК виявляється на один нуклеотид більше або менше звичайного і виникають мутації. Існують мутагени, інгібуючі синтез попередників ДНК. В результаті відбувається уповільнення або навіть зупинка синтезу ДНК.

Мутагенні і канцерогенні властивості хімічних речовин тісно пов'язані між собою. Тому виявлення можливих мутагенів у навколишньому середовищі, випробування на мутагенність продуктів промислового синтезу (барвники, лікарські засоби, пестициди та ін.) - важливе завдання сучасної генетики. Встановлено, що мутагенною активністю володіє кілька тисяч хімічних сполук. Однак на відміну від іонізуючого і ультрафіолетового випромінювань для хімічних мутагенів характерна специфічність дії, що залежить від природи об'єкта і стадії розвитку клітини. При взаємодії хімічних мутагенів з компонентами спадкових структур (ДНК і білками) виникають первинні пошкодження останніх. Надалі ці первинні ушкодження ведуть до виникнення мутацій.

До біологічних мутагенів відносять ДНК-і РНК-віруси, деякі поліпептиди і білки, наприклад О-стрептолизин і ряд ферментів рестриктаз, а також препарати деяких ДНК і певні плазміди. Механізми освіти мутацій при дії різних біологічних факторів не цілком ясні, проте агенти, які містять нуклеїнові кислоти, можуть викликати порушення процесів рекомбінації, що призводить до виникнення мутацій. Дія рестриктаз зводиться до «розрізання» ланцюгів ДНК в місці (локусі) певної послідовності нуклеотидів, специфічному для кожної рестріктази. Біологічні мутагени: - специфічні послідовності ДНК - транспозони; - деякі віруси (вірус кору, краснухи, грипу); - продукти обміну речовин (продукти окислення ліпідів); Транспозони - один з класів мобільних елементів геному які, вбудовуючись в геном, можуть викликати мутації, в тому числі і такі значні як хромосомні перебудови. Вони грають важливу роль в процесах перенесення лікарської стійкості серед мікроорганізмів, рекомбінації, і обміну генетичним матеріалом між різними видами як в природі так і в ході генно-інженерних досліджень.

Людська діяльність як основне джерело забруднення навколишнього середовища.

Забрудненням навколишнього природного середовища вважається фізико-хімічна зміна складу природного речовини (повітря, води, грунту), яке загрожує стану здоров'я і життя людини, навколишнього його природного середовища. Забруднення буває космічне - природне, яке земля в значній кількості отримує з космосу, від виверження вулканів, і антропогенний, вчинене в результаті господарської діяльності людини. Розглянемо другий вид забруднення, що здійснюється з волі людини.

Антропогенне забруднення навколишнього середовища поділяється на кілька видів. Це пилове, газове, хімічне (в тому числі забруднення грунту хімікатами), ароматичне, теплове (зміна температури води), що негативно позначається на життєдіяльності водних тварин. Джерелом забруднення навколишнього природного середовища виступає господарська діяльність людини (промисловість, сільське господарство, транспорт).

В останні роки на перше місце по забрудненню висунулося сільське господарство. Це пов'язано з двома обставинами. Перше - збільшення будівництва великих тваринницьких комплексів за відсутності будь-якого очищення відходів, що утворюються і їх утилізації, і друге - збільшення застосування мінеральних добрив і отрутохімікатів, які разом з дощовими потоками і підземними водами потрапляють в річки і озера, завдаючи серйозної шкоди басейнів великих річок, їх рибним запасам і рослинності.

Щорічно на одного жителя Землі припадає понад 20 т відходів. Основними об'єктами забруднення є атмосферне повітря, водойми, включаючи Світовий океан, грунту. Щодня в атмосферу викидаються тисячі і тисячі тонн чадного газу, оксидів азоту, сірки та інших шкідливих речовин. І тільки 10% цієї кількості поглинається рослинами. Окис сірки (сірчистий газ) - основний забруднювач, джерелом якого є теплові електростанції, котельні, металургійні заводи.

Таке фізико-хімічна зміна атмосфери може привести до явища парникового ефекту. Суть його в тому, що накопичення вуглекислоти у верхніх шарах атмосфери буде перешкоджати нормальному процесу теплообміну між Землею і Космосом, буде стримувати тепло, яка накопичується Землею в результаті господарської діяльності і в силу певних природних причин, наприклад, виверження вулканів.

Іншими не менш важливими об'єктами забруднення є водойми, річки, озера, Світовий океан. У Світовий океан щорічно зливаються мільярди тонн рідких і твердих відходів. Серед цих відходів першенствує нафту, яка потрапляє в океан з судів, в результаті видобутку нафти в морському середовищі, а також внаслідок численних аварій танкерів. Розлив нафти веде до утворення в океані нафтової плівки, загибелі живих ресурсів моря, в тому числі водоростей, плангтона, що виробляють кисень.

Крім того, забруднення Світового океану веде не тільки до скорочення продовольчих ресурсів, рибних запасів, а й зараження їх шкідливими для людини речовинами. Виявлено, що, наприклад, балтійська тріска має на 1 кг ваги до 80 міліграмів ртуті, тобто в 5-8 разів більше, ніж в медичному термометрі.

Ці та інші наслідки забруднення навколишнього природного середовища в кінцевому підсумку негативно позначаються на фізичному здоров'ї людини, на його нервовому, психічному стані, на здоров'я майбутніх поколінь.

Мутації. Класифікація мутацій. Характеристика геномних, хромосомних і генних мутацій. Результати змін функціональних генів. Зростання генетичного вантажу в популяціях живих організмів і значення цього процесу для майбутнього людської цивілізації.

Мутації - це раптові стрибкоподібні стійкі зміни в структурі генотипу, під впливами чинників середовища передається у спадок.

Організми, у яких відбулася мутація, називаються мутантами. Мутаційна теорія була створена, як говорилося вище, Гуго де Фріз у 1901-1903 рр. На основних її положеннях будується сучасна генетика: мутації, дискретні зміни спадковості, в природі спонтанні, мутації передаються в спадщину, зустрічаються досить рідко і можуть бути різних типів. Залежно від того, яка буде ознака покладено в основу, на сьогоднішній день існує кілька систем класифікації мутацій.

· За способом виникнення. Розрізняють спонтанні і індуковані мутації

Спонтанні-виникають під дією природних мутаційних факторів без участі людини.

Індуковані мутації виникають при впливі на людину мутагенами - факторами, що викликають мутації. Мутагени ж бувають трьох видів:

* Фізичні (радіація, електромагнітне випромінювання, тиск, температура і т.д.)

* Хімічні (цитостатики, спирти, феноли тощо)

* Біологічні (бактерії і віруси)

2. За мутированию клеток.Существуют соматичні і генеративні мутації. Генеративні мутації виникають в репродуктивних тканинах і тому не завжди виявляються. Для того, щоб виявилася генеративних мутація, необхідно, щоб мутантна гамета брала участь в оплодотвореніі.Соматіческіе мутації виникають в соматичних клітинах.

3. За результату для організму: негативні, летальні, напівлетальні, нейтральні, позитивні.

4. За зміною генотипу. Мутації бувають генні, хромосомні і геномні.

5. За локалізацією в клітці. Мутації діляться на ядерні та цитоплазматичні. Плазматичні мутації виникають в результаті мутацій в плазмогенов, що знаходяться в мітохондріях.

Генні мутації. Генні (точкові) мутації зачіпають, як правило, один або кілька нуклеотидів, при цьому один нуклеотид може перетворитися в інший, може випасти (делеція), продубльовані, а група нуклеотидів може фразвернутся на 180 градусів. Наприклад, широко відомий ген людини, відповідальний за серповидно - клітинну анемію, який може привести до летального результату. Відповідний нормальний ген кодує одну з поліпептідниз ланцюгів гемоглобіну. У мутантного гена порушений всього один нуклеотид (ДАА на ГУА). В результаті в ланцюзі гемоглобіну одна амінокислота замінена на іншу (замість глутаміну - валін). Здавалося б незначна зміна, але воно тягне за собою фатальні наслідки: еритроцит деформується, набуваючи серповидно - клітинну форму, і вже не здатний транспортувати кисень, що і призводить до загибелі організму. Генні мутації призводять до зміни амінокислотної послідовності білка. Найбільш ймовірне мутація генів відбувається при спарюванні тісно пов'язаних організмів, які успадкували мутантний ген у загального предка.

Геномні мутації - це мутації, які призводять до додавання або втрати однієї, декількох або повного гаплоидного набору хромосом. Приклад геномної мутації - подвоєння всього числа хромосом в геномі (Автополіплоїдія), вона може виникати через нерозходження хромосом в мітозі або мейозе.

Хромосомні мутації - зміна числа окремих хромосом в геномі (анеуплоїдія) або цілісності хромосом (перебудови). Це одна з причин хвороб людини. Моносомія (1n) або трисомія (3n) хромосоми в заплідненої яйцеклітини будуть смертельні для плоду (крім статевих і дрібних хромосом), а в соматичних клітинах часто призводить до раку.

Результати зміни функціональних генів:

1) білок репрессор не підходить до гену оператору- структурні гени працюють постійно (білки синтезуються весь час.

2) Білок репрессор щільно приєднується до гену оператору і не знімається індуктором.Структурние гени постійно не працюють і не синтезуються білки, закодовані в даному транскріптоне.

3) Порушення чергування репресії і індукції: при відсутності індуктора специфічний білок синтезується, а при наявності не синтезується.

Вищеназвані порушення роботи транскріптонов пов'язані з мутаціями гена-регулятора і гена-оператора.

Проблемма генетичного вантажу існує в популяції несприятливих алелів у складі гетерозиготних генотипів.

Деякі шкідливі алелі в рецесивним стані можуть зберігатися в гетерозиготних генотипах і за деяких умов доставляти переваги. (Ген серповидно-клітинної аонеміі)

Генетичний вантаж це наслідок генетичного поліморфізму. Це плата за екологічну і еволюційну гібкость.Наследственное різноманітність знижує пристосованість популяцій людей. Тягар генетичного вантажу оцінюють за кількістю несприятливих алелів в генотипі кожної людини. В середньому це 3-5 рецесивних алелей призводять в гомозигот до смерті в ранньому віці. 50% зигот, що утворюються в кожному покаления людей не спроможні в біологічному плані, 10% гине на ранній стадії, 20% спонтанні аборти, 10% шлюбів безплідні, 10% відхилення від номи.