Mutagenní a teratogenní faktory životního prostředí

Z WikiSkript

Mutageny = faktory schopné vyvolávat mutace

Fyzikální mutageny[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  1. ionizující záření
  2. elektromagnetické záření o kratší vlnové délce a větší energii než má viditelné záření: např. Ultrafialové záření (biofyzika)
  3. zvýšená teplota organismu

Ionizující záření[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • X-záření (RTG), záření gamma, kosmické záření
  • Má vysokou energii a prochází tkáněmi
  • Při průchodu tkáněmi dochází ke kolizím s atomy a uvolňování jejich elektronů, podél stopy paprsku vznikají volné radikály a ionty (H+, OH¯), které mohou reagovat s dalšími molekulami buněčné struktury, včetně DNA. Zářením mohou být atomy DNA zasaženy i přímo. Ionizující záření vyvolá zejm. oxidaci bazí a porušuje vazbu pentosa-fosfát v řetězci DNA; mutagenní efekt ozáření závisí na množství vzniklých iontů.
  • Absorbovaná dávka záření je udávána v jednotkách gray [Gy = J/kg]
  • Mutagenní efekt závisí na dávce, době expozice, fázi buněčného cyklu a na kvalitě reparačních mechanismů
  • Vyvolává především chromosomální zlomy a následně chromosomální přestavby; event. genové mutace
  • Pro záření neexistuje prahová dávka, a i jednotlivá kvanta mohou vyvolat mutaci
  • Velikost dávky záření, která zdvojnásobuje četnost mutací u člověka, je důležitá v genetice pro predikci rizika – především v etiologii neoplazií

Ultrafialové záření (UV)[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • má podstatně menší energii než záření ionizující, ale i UV záření je schopné zvýšit energii elektronu zasaženého atomu (excitace)
  • je absorbováno mnoha organickými molekulami, zejm. puriny a pyrimidiny
  • je silným mutagenem pro jednobuněčné organismy; u mnohobuněčných poškozuje jen jejich povrchové buňky → u člověka může vyvolat neoplazie kůže (karcinomy, melanomy)
  • riziko UV záření se nyní zvyšuje se snižováním obsahu ozónu v atmosféře
  • způsobuje mutace především vytvářením hydrátů purinů a dimerů pyrimidinů (zejm. dimery thyminu)
  • dimery thyminu způsobují mutace dvěma způsoby:
    • 1. ruší strukturu dvoušroubovice DNA a znemožňuje postup DNA polymerasy po templátu a tím přeruší replikaci DNA
    • 2. při jejich reparaci může dojít k chybnému zařazení bazí
  • opakované přerušení replikace dimery thyminu bez opravy vzniklé mezery v nově syntetizovaných řetězcích způsobí zlom chromosomu; další projevy jsou způsobeny substitucemi a delecemi bazí

Chemomutageny[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • chemické látky s mutagenním účinkem
  • potravinářská barviva akridinové povahy, produkty kouření (cyklické uhlovodíky), složky spalin a výfukových plynů, složky umělých hmot (PCB-polychlorované bifenyly)

Podle mechanismu působení chemomutagenů:

1. látky vyvolávající mutace jen v průběhu replikace: analogy bazí a akridinová barviva

Analogy bazí = látky svou strukturou příbuzné bazím nukleotidů a inkorporovány do DNA v průběhu replikace, odchylky v jejich struktuře pak způsobují chybné párování bazí a v jeho důsledku mutace
  • mají význam především v experimentálním studiu procesů mutageneze
  • nejužívanější analogy bazí: 2-aminouracil a 5-bromouracil (5-BU = analog thyminu; atom bromu nahrazuje methyl na C5 pyrimidinu a zvyšuje pravděpodobnost tautomerního posunu; v enol formě se 5-BU páruje s guaninem; při inkorporaci enol 5-BU do nového řetězce dojde při následné replikaci k párování keto formy 5-BU s adeninem a tím k transici G:C – A:T)
Akridinová barviva – př. proflavin, akridinová modř
  • indukují posun čtecího rámce; molekuly bazí se vmezeří mezi pár bazí v průběhu replikace a mění konformaci dvoušroubovice DNA; při replikace pak dochází k deleci nebo inzerci jedné nebo více bazí se všemi fenotypovými důsledky

2. látky mutagenní při působení i na nereplikující se DNA: látky způsobující alkylaci, deaminaci a hydroxylaci bazí

Alkylační látky = chemické látky, které mohou být donorem alkylových skupin
  • prvým popsaným mutagenem byl yperit, resp. jeho dusíkatý derivát
  • mezi nejúčinnější mutageny z této skupiny patří nitrosoguanidin
  • působení alkylačních činidel vyvolává změnu párování bazí navazováním methyl nebo ethyl skupiny s thyminem
  • alkylační látky mohou vyvolat všechny známé typy mutací vč. chromosomálních zlomů a chromosomálních přestaveb
Deaminační látky
  • vyvolávají oxidativní deaminaci aminoskupiny adeninu, guaninu a cytosinu
  • klasickými zástupci jsou kyselina dusitá a dusitany
  • aminoskupina bazí je jejich působením změněna keto skupinou
  • deaminace mění schopnost baze vytvářet vodíkové můstky
  • hypoxanthin se páruje s cytosinem, uracil se páruje s adeninem
  • deaminace bazí způsobuje transice v obou směrech (C-G na A-T i A-T na C-G)
Oxidy dusíku
  • vznikají při spalování fosilních paliv; hlavním zdrojem emisí jsou elektrické elektrárny a automobilová doprava
Dusitany
  • jsou užívány ke konzervaci uzenin → ohrožují mutacemi zejm. buňky trávicího traktu
Hydroxylační činidla
  • mohou změnit cytosin na hydroxylaminocytosin, který se páruje s adeninem → vyvolávají tak jednosměrnou transici C-G na A-T

Biologické mutageny[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Viry[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Searchtool right.svg Podrobnější informace naleznete na stránce Viry.
  • V průběhu lyzogenního cyklu mohou být viry inkorporovány do DNA hostitele. Inzerce viru do sekvence DNA genu ovlivňuje jeho funkci – gen je zpravidla po jeho inkorporaci nefunkční → nádory, chromosomální zlomy

Transposony[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • elementy schopné se přemísťovat z jednoho místa genomu na jiné
  • v genomu člověka jsou dvě skupiny transponibilních elementů: LINE (long interspred nuclear element) a SINE (short…)
  • jejich přesuny v genomu mohou mít mutagenní účinek

Teratogeny[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Searchtool right.svg Podrobnější informace naleznete na stránkách Teratogeny, Teratogeneze.
  • = faktory, které vyvolávají vznik vrozených vad
  • teratogeny mohou působit jako mutageny, nebo ovlivňují expresi genů
  • teratogenní účinek závisí nejen na intenzitě teratogenního vlivu, ale i na období vývoje plodu, ve kterém je plod vystaven působení
  • výsledný efekt závisí na typu teratogenu, intenzitě a době jeho působení, na genotypu plodu i matky; táž příčina v závislosti na různých okolnostech může působit různým mechanismem a mít různé následky
Fyzikální teratogeny
  • radioaktivní záření → chromosomální zlomy; riziko vrozených vad se zvyšuje, je-li plod vystaven větším dávkám záření – např. při léčbě nádorů
  • velké dávky ionizujícího záření mohou způsobit vznik anencefalie, rozštěpu páteře a mikrocefalie v závislosti na stádiu vývoje plodu
  • hypertermie → poškození CNS
Chemické teratogeny
Infekce
  • nejvyšší riziko pro plod je primoinfekce matky a plodu na počátku gravidity
  • nejvýznamnější teratogeny:
  • viry – zarděnky, herpes virus, cytomegalovirus, HIV
  • toxoplasmóza (oční vady, poškození CNS), syfilis
Nemoci matky
  • nerozpoznané nebo nedostatečné léčené nemoci matky jako např. diabetes mellitus (DM) → zvýšené riziko spontánních potratů a porodů novorozenců s vrozenými vývojovými vadami
  • mateřská fenylketonurie (PKU): vysoká hladina fenylalaninu → poškození CNS plodu s následnou závažnou psychomotorickou retardací bez ohledu na genotyp plodu

Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Reference[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • ŠTEFÁNEK, Jiří. Medicína, nemoci, studium na 1. LF UK [online]. [cit. 11. 2. 2010]. <https://www.stefajir.cz/>.