สารก่อกลายพันธุ์: วิธีการทำงานประเภทและตัวอย่าง - ชีววิทยา - 2025

ตัวแทนการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม,สารก่อกลายพันธุ์ที่รู้จักกันเป็นโมเลกุลของ ธรรมชาติที่แตกต่างกันว่าการเปลี่ยนแปลงสาเหตุในฐานที่เป็นส่วนหนึ่งของดีเอ็นเอของเส้น ด้วยวิธีนี้การปรากฏตัวของตัวแทนเหล่านี้จะขยายอัตราการกลายพันธุ์ในสารพันธุกรรม พวกมันถูกจำแนกออกเป็นสารก่อกลายพันธุ์ทางกายภาพเคมีและชีวภาพ

การกลายพันธุ์เป็นเหตุการณ์ที่แพร่หลายในหน่วยงานทางชีววิทยาและไม่จำเป็นต้องแปลเป็นการเปลี่ยนแปลงเชิงลบ ในความเป็นจริงมันเป็นที่มาของการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการ

ดีเอ็นเอสามารถถูกทำลายโดยแสงยูวี
ที่มา: งานลอกเลียนแบบ: Mouagip (talk) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David Herring ภาพเวกเตอร์ที่ไม่ระบุ W3C นี้ถูกสร้างขึ้นด้วย Adobe Illustrator

การกลายพันธุ์คืออะไร?

ก่อนที่จะเข้าสู่เรื่องของการกลายพันธุ์จำเป็นต้องอธิบายว่าการกลายพันธุ์คืออะไร ในทางพันธุศาสตร์การกลายพันธุ์คือการเปลี่ยนแปลงลำดับของนิวคลีโอไทด์อย่างถาวรและถ่ายทอดทางพันธุกรรมในโมเลกุลของสารพันธุกรรม: DNA

ข้อมูลทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาและการควบคุมสิ่งมีชีวิตอยู่ในยีนของมันซึ่งตั้งอยู่บนโครโมโซม โครโมโซมประกอบด้วยดีเอ็นเอยาวหนึ่งโมเลกุล

การกลายพันธุ์โดยทั่วไปมีผลต่อการทำงานของยีนและอาจสูญเสียหรือเปลี่ยนแปลงการทำงานได้

เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงลำดับดีเอ็นเอมีผลต่อสำเนาของโปรตีนทั้งหมดการกลายพันธุ์บางอย่างอาจเป็นพิษร้ายแรงต่อเซลล์หรือต่อร่างกายโดยทั่วไป

การกลายพันธุ์สามารถเกิดขึ้นได้ในระดับต่างๆในสิ่งมีชีวิต การกลายพันธุ์แบบจุดมีผลต่อฐานเดียวในดีเอ็นเอในขณะที่การกลายพันธุ์ในระดับที่ใหญ่ขึ้นอาจส่งผลกระทบต่อบริเวณทั้งหมดของโครโมโซม

การกลายพันธุ์เป็นอันตรายถึงชีวิตหรือไม่?

เป็นเรื่องไม่ถูกต้องที่จะคิดว่าการกลายพันธุ์จะนำไปสู่การสร้างโรคหรือพยาธิสภาพของสิ่งมีชีวิตที่เป็นพาหะอยู่เสมอ ในความเป็นจริงมีการกลายพันธุ์ที่ไม่เปลี่ยนลำดับของโปรตีน หากผู้อ่านต้องการทำความเข้าใจเหตุผลของข้อเท็จจริงนี้ให้ดีขึ้นก็สามารถอ่านเกี่ยวกับความเสื่อมของรหัสพันธุกรรมได้

ในความเป็นจริงภายใต้แสงของวิวัฒนาการทางชีววิทยาเงื่อนไขที่ไม่เป็นไซน์สำหรับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในประชากรคือการดำรงอยู่ของการเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นจากกลไกหลัก 2 ประการคือการกลายพันธุ์และการรวมตัวกันใหม่

ดังนั้นในบริบทของวิวัฒนาการของดาร์วินจึงจำเป็นต้องมีตัวแปรในประชากร - และตัวแปรเหล่านี้มีความเพียงพอทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับพวกมันมากขึ้น

การกลายพันธุ์เกิดขึ้นได้อย่างไร?

การกลายพันธุ์สามารถเกิดขึ้นเองหรือเกิดขึ้นได้ ความไม่เสถียรทางเคมีที่แท้จริงของฐานไนโตรเจนอาจส่งผลให้เกิดการกลายพันธุ์ได้ แต่ในความถี่ที่ต่ำมาก

สาเหตุทั่วไปของการกลายพันธุ์ของจุดที่เกิดขึ้นเองคือการปนเปื้อนของไซโตซีนไปยัง uracil ในเกลียวคู่ของ DNA กระบวนการจำลองแบบของเส้นใยนี้นำไปสู่ลูกสาวที่กลายพันธุ์ซึ่งคู่ GC ดั้งเดิมถูกแทนที่ด้วยคู่ AT

แม้ว่าการจำลองแบบดีเอ็นเอจะเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นด้วยความแม่นยำที่น่าประหลาดใจ แต่ก็ไม่ได้สมบูรณ์แบบทั้งหมด ข้อผิดพลาดในการจำลองแบบดีเอ็นเอยังนำไปสู่การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเอง

นอกจากนี้การได้รับสารตามธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตต่อปัจจัยแวดล้อมบางอย่างทำให้เกิดการกลายพันธุ์ ในบรรดาปัจจัยเหล่านี้เรามีรังสีอัลตราไวโอเลตรังสีไอออไนซ์สารเคมีต่างๆและอื่น ๆ

ปัจจัยเหล่านี้คือสารก่อกลายพันธุ์ ด้านล่างนี้เราจะอธิบายการจำแนกประเภทของตัวแทนเหล่านี้วิธีการทำงานและผลที่ตามมาในเซลล์

ประเภทของสารก่อกลายพันธุ์

ตัวแทนที่ก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ในสารพันธุกรรมมีความหลากหลายในธรรมชาติ ขั้นแรกเราจะสำรวจการจำแนกประเภทของมิวทาเจนและยกตัวอย่างของแต่ละประเภทจากนั้นเราจะอธิบายวิธีต่างๆที่มิวทาเจนสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโมเลกุลของดีเอ็นเอ

สารกลายพันธุ์ทางเคมี

สารก่อกลายพันธุ์ที่มีลักษณะทางเคมี ได้แก่ สารเคมีประเภทต่อไปนี้: อะคริดีนไนโตรซามีนอีพอกไซด์และอื่น ๆ มีการจัดประเภทย่อยสำหรับเอเจนต์เหล่านี้ใน:

ฐานที่คล้ายคลึงกัน

โมเลกุลที่แสดงโครงสร้างคล้ายคลึงกับฐานไนโตรเจนมีความสามารถในการก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ ในกลุ่มที่พบมากที่สุด ได้แก่ l 5-bromouracil และ 2-aminopurine

ตัวแทนที่ทำปฏิกิริยากับสารพันธุกรรม

กรดไนตรัสไฮดรอกซิลามีนและสารอัลคีเลตจำนวนหนึ่งจะทำปฏิกิริยาโดยตรงกับเบสที่ประกอบเป็นดีเอ็นเอและสามารถเปลี่ยนจากพิวรีนเป็นไพริมิดีนและในทางกลับกัน

สารให้ความร้อน

มีโมเลกุลหลายชุดเช่นอะคริดีนเอทิเดียมโบรไมด์ (ใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการอณูชีววิทยา) และโพรลาวินซึ่งมีโครงสร้างโมเลกุลแบนและจัดการเพื่อเข้าสู่สายดีเอ็นเอ

ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น

เมแทบอลิซึมปกติของเซลล์เป็นผลิตภัณฑ์รองชุดของสายพันธุ์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาซึ่งทำลายโครงสร้างของเซลล์และสารพันธุกรรม

การกลายพันธุ์ทางกายภาพ

สารก่อกลายพันธุ์ประเภทที่สองมีลักษณะทางกายภาพ ในหมวดนี้เราพบรังสีประเภทต่างๆที่มีผลต่อดีเอ็นเอ

สารก่อกลายพันธุ์ทางชีวภาพ

สุดท้ายนี้เรามีการกลายพันธุ์ทางชีวภาพ เป็นสิ่งมีชีวิตที่สามารถกระตุ้นให้เกิดการกลายพันธุ์ (รวมถึงความผิดปกติในระดับโครโมโซม) ในไวรัสและจุลินทรีย์อื่น ๆ

พวกเขาทำงานอย่างไร: ประเภทของการกลายพันธุ์ที่เกิดจากสารก่อกลายพันธุ์

การปรากฏตัวของสารก่อกลายพันธุ์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในฐานของดีเอ็นเอ หากผลลัพธ์เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของฐาน puric หรือ pyrimidine สำหรับหนึ่งในลักษณะทางเคมีเดียวกันเราจะพูดถึงการเปลี่ยนแปลง

ในทางตรงกันข้ามหากการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นระหว่างฐานประเภทต่างๆ (พิวรีนสำหรับไพริมิดีนหรือตรงกันข้าม) เราเรียกกระบวนการนี้ว่าการแปลง การเปลี่ยนอาจเกิดขึ้นได้สำหรับเหตุการณ์ต่อไปนี้:

ฐาน tautomerization

ในทางเคมีคำว่าไอโซเมอร์ใช้เพื่ออธิบายคุณสมบัติของโมเลกุลที่มีสูตรโมเลกุลเดียวกันเพื่อให้มีโครงสร้างทางเคมีที่แตกต่างกัน Tautomers เป็นไอโซเมอร์ที่แตกต่างจากเพื่อนในตำแหน่งของหมู่ฟังก์ชันและระหว่างสองรูปแบบมีสมดุลทางเคมี

tautomerism ประเภทหนึ่งคือ keto-enol ซึ่งการอพยพของไฮโดรเจนเกิดขึ้นและสลับไปมาระหว่างทั้งสองรูปแบบ นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนแปลงระหว่างรูปแบบ imino เป็นอะมิโน ด้วยองค์ประกอบทางเคมีฐานของ DNA จึงสัมผัสกับปรากฏการณ์นี้

ตัวอย่างเช่นปกติพบอะดีนีนเป็นอะมิโนและคู่ - โดยปกติ - กับไทมีน อย่างไรก็ตามเมื่อมันอยู่ในไอโซเมอร์ imino (หายากมาก) มันจะจับคู่กับฐานที่ไม่ถูกต้อง: ไซโตซีน

การรวมฐานที่คล้ายคลึงกัน

การรวมโมเลกุลที่มีลักษณะคล้ายฐานสามารถขัดขวางรูปแบบการจับคู่ฐานได้ ตัวอย่างเช่นการรวมตัวกันของ 5-bromouracil (แทนที่จะเป็นไทมีน) จะมีพฤติกรรมเหมือนไซโตซีนและนำไปสู่การแทนที่คู่ AT ด้วยคู่ CG

ดำเนินการโดยตรงกับฐาน

การกระทำโดยตรงของ mutagens บางชนิดสามารถส่งผลโดยตรงต่อฐานของ DNA ตัวอย่างเช่นกรดไนตรัสจะเปลี่ยนอะดีนีนให้เป็นโมเลกุลที่คล้ายกันคือไฮพอกแซนไทน์โดยผ่านปฏิกิริยาการขจัดออกซิเดชั่น โมเลกุลใหม่นี้จับคู่กับไซโตซีน (ไม่ใช่ไทมีนเหมือนที่อะดีนีนปกติ)

การเปลี่ยนแปลงนี้สามารถเกิดขึ้นได้กับไซโตซีนและได้รับ uracil เป็นผลิตภัณฑ์จากการปนเปื้อน การแทนที่ฐานเดียวในดีเอ็นเอมีผลโดยตรงต่อกระบวนการถอดความและการแปลของลำดับเปปไทด์

โคดอนหยุดอาจปรากฏขึ้นก่อนเวลาอันควรและการแปลหยุดลงก่อนเวลาอันควรส่งผลต่อโปรตีน

การเพิ่มหรือลบฐาน

สารก่อกลายพันธุ์บางชนิดเช่นสารแทนกาเลต (acridine เป็นต้น) และรังสีอัลตราไวโอเลตมีความสามารถในการปรับเปลี่ยนสายโซ่ของนิวคลีโอไทด์

โดยตัวแทนการแลกเปลี่ยน

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วตัวแทนความร้อนเป็นโมเลกุลแบนและมีความสามารถในการอินเทอร์กาเลต (ด้วยเหตุนี้ชื่อของพวกมัน) ระหว่างฐานของเกลียวทำให้บิดเบือนมัน

ในช่วงเวลาของการจำลองแบบการเปลี่ยนรูปในโมเลกุลนี้จะนำไปสู่การลบ (นั่นคือการสูญเสีย) หรือการแทรกฐาน เมื่อ DNA สูญเสียฐานหรือเพิ่มใหม่กรอบการอ่านแบบเปิดจะได้รับผลกระทบ

จำไว้ว่ารหัสพันธุกรรมเกี่ยวข้องกับการอ่านนิวคลีโอไทด์สามตัวซึ่งเป็นรหัสของกรดอะมิโน ถ้าเราเพิ่มหรือลบนิวคลีโอไทด์ (ในจำนวนที่ไม่ใช่ 3) การอ่านดีเอ็นเอทั้งหมดจะได้รับผลกระทบและโปรตีนจะแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

การกลายพันธุ์ประเภทนี้เรียกว่าการเปลี่ยนเฟรมหรือการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของแฝดสาม

รังสีอัลตราไวโอเลต

รังสีอัลตราไวโอเลตเป็นสารก่อกลายพันธุ์และเป็นส่วนประกอบที่ไม่ก่อให้เกิดไอออไนซ์ตามปกติของแสงแดดธรรมดา อย่างไรก็ตามส่วนประกอบที่มีอัตราการกลายพันธุ์สูงสุดถูกกักไว้โดยชั้นโอโซนของชั้นบรรยากาศของโลก

โมเลกุลของ DNA จะดูดซับรังสีและการสร้าง pyrimidine dimers จะเกิดขึ้น นั่นคือฐานไพริมิดีนเชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์

ไทมีนที่อยู่ติดกันบนสายดีเอ็นเอสามารถรวมตัวกันเป็นไทมีนไดเมอร์ โครงสร้างเหล่านี้มีผลต่อกระบวนการจำลองแบบด้วย

ในสิ่งมีชีวิตบางชนิดเช่นแบคทีเรียตัวหรี่เหล่านี้สามารถซ่อมแซมได้เนื่องจากมีเอนไซม์ซ่อมแซมที่เรียกว่าโฟโตไลเอส เอนไซม์นี้ใช้แสงที่มองเห็นได้เพื่อแปลงไฟหรี่เป็นสองฐานแยกกัน

อย่างไรก็ตามการซ่อมแซมการตัดออกของนิวคลีโอไทด์ไม่ได้ จำกัด เฉพาะข้อผิดพลาดที่เกิดจากแสง กลไกการซ่อมแซมนั้นกว้างขวางและสามารถซ่อมแซมความเสียหายที่เกิดจากปัจจัยต่างๆได้

เมื่อมนุษย์ให้เราสัมผัสกับแสงแดดมากเกินไปเซลล์ของเราจะได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตในปริมาณที่มากเกินไป ผลที่ตามมาคือการสร้างไธมีนหรี่และอาจทำให้เกิดมะเร็งผิวหนังได้

อ้างอิง

1. Alberts, B. , Bray, D. , Hopkin, K. , Johnson, AD, Lewis, J. , Raff, M. , … & Walter, P. (2015) ชีววิทยาของเซลล์ที่จำเป็น การ์แลนด์วิทยาศาสตร์.
2. Cooper, GM และ Hausman, RE (2000) เซลล์: วิธีการระดับโมเลกุล Sinauer Associates
3. Curtis, H. , & Barnes, NS (1994). ขอเชิญเข้าร่วมชีววิทยา Macmillan
4. Karp, G. (2552). ชีววิทยาระดับเซลล์และโมเลกุล: แนวคิดและการทดลอง John Wiley & Sons
5. Lodish, H. , Berk, A. , Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M. , Scott, MP, … & Matsudaira, P. (2008) อณูชีววิทยาของเซลล์. Macmillan
6. นักร้อง, B. , & Kusmierek, JT (1982) การกลายพันธุ์ทางเคมี การทบทวนชีวเคมีประจำปี, 51 (1), 655-691
7. Voet, D. , & Voet, JG (2006). ชีวเคมี. Panamerican Medical Ed.