Mutageny a mutageneze

Z WikiSkript

Mutageny jsou faktory schopné vyvolávat mutace.

Fyzikální[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

ionizující záření
elektromagnetické záření o kratší vlnové délce a větší energii než má viditelné záření (X-záření, gama záření, kosmické záření);
zvýšená teplota organismu.

Ionizující záření[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • 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 zasaženy i molekuly DNA.
  • Ionizující záření vyvolá zejména oxidaci bazí a porušuje vazbu pentóza-fosfát v řetězci DNA.
  • Mutagenní efekt ozáření závisí na množství vzniklých iontů.
  • Absorbovaná dávka záření
    • udává se v jednotkách gray [Gy = J/kg].

Mutagenní efekt závisí na:

  1. dávce;
  2. době expozice;
  3. fázi buněčného cyklu;
  4. na kvalitě reparačních mechanismů.
  • Vyvolá především chromozomální 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 (UV) záření[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Poškození molekuly DNA UV zářením
  • Má podstatně menší energii než záření ionizující, ale i UV záření je schopné zvýšit energii elektronu zasaženého atomu (excitace).
  • UV záření je absorbováno mnoha organickými molekulami, zejm. puriny a pyrimidiny.
  • UV záření 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 ve vysokých vrstvách atmosféry.
  • UV záření způsobuje mutace především vytvářením hydrátů purinů a dimerů pyrimidinů.
  • Mutace thyminu způsobují mutace dvěma způsoby:
    • ruší strukturu dvoušroubovice DNA a znemožňuje postup DNA polymerázy po templátu a tím přeruší replikaci DNA;
    • při jejich reparaci může dojít k chybnému zařazení bazí.
  • Opakované přerušení replikace dimery thyminu bez opravy vzniklé mezery v nově syntetizovaných řetězcích způsobí zlom chromozomu; 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).

Mechanismy působení chemomutagenů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  1. Látky, které vyvolávají mutace jen v průběhu replikace;
    • analogy bazí a akridinová barviva.
  2. Látky, které jsou mutagenní při působení i na nereplikující se DNA.
  3. Látky, které způsobují alkylaci, deaminaci a hydroxylaci bazí.

Analogy bazí[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Látky jsou 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 jsou 2-aminouracil a 5-bromouracil.
    • 5-bromouracil (5-BU) je 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 tranzici G:C nebo A:T.

Akridinová barviva[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • 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.

Alkylační látky[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Četné chemické látky, které mohou být donorem alkylových skupin.
  • Prvním popsaným mutagenem byl yperit, resp. jeho dusíkatý derivát.
  • Mezi nejúčinnější mutageny z této skupiny patří nitrosoguanidin.
  • Působení alkylačních činidel vyvolává změnu párování bazí navazováním metylové nebo etylové skupiny s thyminem.
  • Alkylační látky mohou vyvolat všechny známé typy mutací vč. chromozomálních zlomů a chromozomálních přestaveb.

Deaminační látky[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Vyvolávají oxidativní deaminaci aminoskupiny adeninu, guaninu a cytosinu.
  • Klasickými zástupci jsou kyselina dusitá a dusitany.
  • Aminoskupina bazí je jejich působením zaměněna keto skupinou.
  • Deaminace mění schopnost baze vytvářet vodíkové můstky.
  • Hypoxantin se páruje s cytosinem, uracil se páruje s adeninem.
  • Deaminace bazí způsobuje tranzice 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 zejména buňky trávicího traktu.

Hydroxylační činidla[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Biologické[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Viry[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • 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);
    • SINE (short interspred nuclear element);
    • jejich přesuny v genomu mohou mít mutagenní účinek.

Testování mutagenu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Searchtool right.svg Podrobnější informace naleznete na stránce Toxikogenetika.
  • Většina mutací negativně ovlivňuje zdravotní stav člověka a mutagenní látky jsou zpravidla i teratogenní a kancerogenní, proto je testování mutagenního účinku látek standardní součástí povinných atestů před jejich uvedením do praxe.

Amesův test[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Amesův test hodnotí mutagenicitu látek a jejich metabolitů. Využívá defektních kmenů bakterie Salmonella typhimurium, které mají poškozený gen pro tvorbu histidinu. V přítomnosti mutagenů dochází ke zpětným mutacím a tím i k obnovení syntézy histidinu. Hodnotí se schopnost bakterií ovlivněných zkoušenou látkou růst na médiu bez histidinu.

Searchtool right.svg Podrobnější informace naleznete na stránce Amesův test.
  • Současná široká škála metod testuje jak mutagenní účinky, tak genotoxicitu.
  • Komplexní zajišťování genotoxicity je zajišťováno na 3 úrovních:
    1. monitorování prostředí;
    2. monitorování biologických účinků;
      • informace o odpovědi lidského organismu na působení genotoxických látek, o expozici i účinnosti preventivních opatření;
    3. monitorování genetické;

Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zdroj[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • ŠTEFÁNEK, Jiří. Medicína, nemoci, studium na 1. LF UK [online]. [cit. 2010-02-11]. <http://www.stefajir.cz>.