Азотистые основания, изменения при мутациях

Рис. 30-5. Некоторые химические агенты, способные изменять структуру пуриновых или пиримидиновых оснований ДНК. Такие соединения называются мутагенами, поскольку последствия их действия, если они не исправлены, могут вызвать постоянные наследуемые изменения. А. Наиболее активный дезаминирующий агент-азотистая кислота, которая может образовываться из различных предшественников. Б. Алкилирующие агенты воздействуют на основания, осуществляя перенос алкильной группы на реакционноспособный атом кислорода или азота и изменяя тем самым комплементарные свойства основания. В. Аналоги оснований вызывают мутации, замещая нормальные основания в процессе синтеза ДНК, что приводит к неправильному спариванию оснований. Токсичные или аномальные группы показаны красным цветом.

Хотя водородные связи достаточно слабые, полагают, что именно они удерживают две спирали ДНК вместе. Существование водородных связей обеспечивает комплементариость двух спиралей в ДНК. Например, аденин не может спариваться с цитозином, так как для существующих таутомерных форм этих азотистых оснований эффективное образование водородных связей нюозможно. Изменение таутомерного равновесия при химической модификации оснований ДНК, например, при алкилировании, приводит к мутации и, таким образом, обеспечивает возможность ошибки в репли-кационных процессах. [c.318]

Мутации - изменение структуры нуклеотидов или их последовательности в молекуле ДНК (в нуклеотидах изменяются азотистые основания). По характеру этих изменений мутации делятся на общие и точечные. [c.53]

Спонтанные изменения генетической природы организма — продуцента основаны на процессах рекомбинации генетического материала in vivo (амплификация, конъюгация, трансдукция, трансформация и пр.). Для вьщеления из природных популяций высокопродуктивных штаммов микроорганизмов используют методы селекции, т. е. направленного отбора организмов со скачкообразным изменением геномов. Методы слепого многоступенчатого отбора случайных мутаций чрезвычайно длительны и могут занимать целые годы. Для возникновения мутаций интересующий ген должен удвоиться 10 —10 раз. Более эффективен метод искусственного повреждения генома. Таким методом является индуцированный мутагенез, основанный на использовании мутагенного действия ряда химических соединений (гидроксиламин, нит-розамины, азотистая кислота, бромурацил, 2-аминопурин, алки-лирующие агенты и др.), рентгеновских и ультрафиолетовых лучей. Мутагены вызывают замены и делеции оснований в составе ДНК, а также индуцируют мутации, приводящие к сдвигу рамки считывания информации. [c.33]

Некоторые мутации возникают в результате нормальных процессов в клетке или при взаимодействии с окружающей средой. Такие мутации называют спонтанными мутациями они с определенной частотой встречаются у любого организма. Частоту мутаций можно увеличить, воздействуя некоторыми соединениями. Наследственные изменения, возникшие под действием таких соединений, называют индуцированными мутациями, а сами соединения-мутагенами. Большинство мутагенов действует, прямо реагируя с определенными азотистыми основаниями или включаясь в нуклеиновую кислоту. Об эффективности мутагена судят по его способности увеличивать спонтанную ( фоновую ) скорость мутирования. [c.37]

Химическое изменение оснований. Некоторые мутагенные вещества действуют путем химического изменения содержащихся в ДНК оснований, что приводит к ошибкам репликации. Вполне понятное изменение вызывает нитрит. Азотистая кислота дезаминирует аденин, гуанин или цитозин без разрыва или каких-либо других изменений полинуклеотидной цепи. В результате замещения аминогруппы гидроксильной группой аденин превращается в гипоксантин и спаривается с цитозином вместо тимина, что приводит к мутации АТ СС. Если цитозин дезаминируется в урацил, то он спаривается с аденином вместо гуанина, и это ведет к мутации СС -АТ. Будучи превращен в ксантин, гуанин по-прежнему спаривается с цитозином, т. е. дезаминирование С не вызывает мутации. Гидроксиламин вступает в реакцию главным образом с цитозином и изменяет его так, что тот спаривается с аденином значит, он тоже вызывает мутации СС ТА. [c.444]

Генетич. код представлен в таблице. Всякое химич. изменение ДНК, затрагивающее хотя бы одно из азотистых оснований, может привести к мутации, т. к. изменяется соответствующий кодон, а следовательно, в одном из белков происходит замена аминокислотного звена, изображаемого измененным кодоном. Получается белок с ошибкой в одном звене цепи и это изменение наследуется, т. к. при редупликации ДНК измененный кодон повторяется в потомстве. Мутации м. б. спонтанными (самопроизвольными) и индуцированными. [c.194]

На генном уровне изменения первичной структуры ДНК под действием мутаций менее значительны, чем при хромосомных мутациях, однако, генные мутации встречаются более часто. В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точковых мутациях. Поскольку в состав ДНК входят азотистые основания только двух типов - пурины и пиримидины, все точковые мутации с заменой оснований разделяют на два класса транзиции (замена пурина на пурин или пиримидина на пиримидин) и трансверсии (замена пурина на пиримидин или наоборот). Из-за вырожденности генетического кода могут быть три генетических последствия точковых мутаций сохранение смысла кодона (синонимическая замена нуклеотида), изменение смысла кодона, приводящее к замене аминокислоты в соответствующем месте полипептидной цепи (миссенс-мутация) или образование бессмысленного кодона с преждевременной терминацией (нон- [c.277]

Такое изменение может остаться незамеченным репарирующими системами, поскольку урацил тоже нормальное азотистое основание (в РНК). В результате возникает наследуемое изменение гена (рис. 5.4). Это пример так называемых точечных мутаций, когда в ДНК изменяется один мономер. [c.158]

Поскольку на пролин карбоксипептидаза не действует, после отщепления остатков треонина и аланина от нативного белка ВТМ действие фермента прекращается. В нитритных же мутантах действие карбоксипептидазы продолжается и после отщепления второго остатка, так как за ним следует лейцин. Таким путем было установлено, что под действием азотистой кислоты появляются мутанты, у которых произведена замена трех аминокислот из 158, в том числе замена пролина (третьего остатка от С-конца). Эта замена, вероятно, происходит в результате превращения цитозина в урацил на каком-то из участков цепи РНК, содержащей 6000 оснований. Анализ показал, что изменение даже одного основания может привести к мутации. [c.365]

Существуют также необратимые, наследуемые изменения в структуре ДНК, т. е. мутации (от лат. тШайо — перемена). Мутации вызываются мутагенами — веществами, в результате действия которых в молекулах ДНК возникают мутации (к мутагенным факторам также можно отнести космическое, радиоактивное, УФ-излучение). Мутации можно определить как первичные молекулярные события, лежащие в основе изменчивости организмов, которые в сочетании с естественным отбором являются главной движущей силой биологической эволюции. В результате мутаций у организмов могут возникать полезные признаки, которые могут быть использованы, например, в сельском хозяйстве, медицине и других областях деятельности человека. Организмы, приобретшие в результате мутаций полезные признаки, могут быть использованы как исходный материал для селекции при выведении новых штаммов микроорганизмов, сортов растений и пород животных с ценными характеристиками. Нужно отметить, что при изменении только одного азотистого основания в по- [c.353]

Для правильного понимания и решения проблемы направленного получения мутаций необходимо исход1-1ть из того, что мутации представляют собой химические изменения участков молекулы ДНК. Это положение нашло прямое экспериментальное под-тверледение на вирусах. Из вируса табачной мозаики выделили РНК и поместили ее в пробирку. На нее воздействовали азотистой кислотой и затем вводили в клетки листьев табака. При этом обнаружили новые мутантные формы. Оказалось, что под воздействием азотистой кислоты РНК претерпевает определенные химические изменения аденин переходит в гипоксантин, гуаиин —в ксантин и цитозин — в урацил. Изменения этих азотистых оснований в результате мутагенного действия азотистой кислоты вызывают появление специфических (характерных) мутаций (рис. 87). [c.213]

К настоящему времени выяснено, что ДНК несет в себе тот генетический рецепт, на основе которого в ряде последовательных клеточных делений образуются идентичные клетки. В процессе воспроизведения ДНК воспроизводится информация, необходимая для синтеза специфических ферментов и других клеточных белков. Генетическая информация, содержащаяся в ДНК, заключена в последовательности четырех типов оснований (А, Т, Г, и Ц) вдоль фосфатноуглеводного остова (т. е. последовательности расположения четырех типов нуклеотидов, из которых построена ДНК). Таким образом, последовательность А—Г—Ц в каком-либо участке цепи несет иную информацию, чем последовательность Г—А—Ц. Последовательность оснований в ДНК может быть модифицирована химически путем обработки ДНК in vitro (вне клетки) или in vivo (внутри клетки) азотистой кислотой, под действием которой первичные аминогруппы аденина, цитозина и гуанина превращаются в группу ОН. Результатом этого оказывается изменение генетического кода, поскольку модифицированная таким образом ДНК вызывает мутации в организме, из которого она первоначально была получена. Резкие изменения могут произойти в тех случаях, когда ДНК бактериофага (который весь состоит из нити ДНК, заключенной в белковую оболочку) вводится в бактериальную клетку. Фаговая ДНК действует в качестве затравки и вызывает в бактериальной клетке синтез новой ДНК и белков по своему образцу , что в конце концов приводит к разрушению клетки, в которую внедрился бактериофаг, и выходу во внешнюю сферу новых фаговых частиц. [c.139]

Существует объект иного типа — вирус табачной мозаики (ВТМ). Его РНК является носителем генетической информации и обладает инфекционностью. В последние годы изучено значительное количество мутантов ВТМ, полученных путем воздействия азотистой кислоты на выделенную из вируса РНК (Витман, Фрепкель-Конрат). Одновременно изучены изменения в строении белка ВТМ у различных мутантов. Замещения затрагивают часто одно аминокислотное звено белковой цепи, иногда два, редко три. Все повреждения находятся далеко друг от друга. Это доказывает, что генетический код без перекрытий. Так как химизм действия НКОа па основания выяснен, то можно путем сопоставления замещений в белковой цепи сделать логическим путем ряд заключений о коде. Например, в одном из мутантов, пол> енпых в ВТМ под действием НКОа, произошла замена пролина на лейцин, которая согласуется с тем, что азотистая кислота дезаминирует цитозин в урацил. Как будет видно из дальнейшего, тройка ЦУЦ кодирует пролин, а УУЦ — лейцин. Далее показано, что общее соотношение урацила п цитозина в цепи РНК разных видов вирусов изменяется в том же направлении, что соотношение фенилаланина и пролина. Это находится в соответствии с установленным сейчас кодовым триплетом фенилаланина — УУУ. Ряд других проанализированных случаев питритпых мутаций ВТМ хорошо согласуется с найденными в последние месяцы кодовыми триплетами. [c.423]

Известные сейчас факты о генетическом коде позволяют обсудить принципиальный вопрос является ли код универсальным для всей живой природы Некоторые сведения, доказывающие правомерность утвердительного ответа, вьппе уже приводились. Самым разумным методом анализа здесь является сопоставление изменений в составе мутантных белков с вызвавшими их заменами оснований в нуклеиновой кислоте. Так, например, действие азотистой кислоты на нуклеотиды известно аденин дезаминируется в гипоксантин, который ведет себя сходно с гуанином цитозин дезаминируется в урацил гуанин дезаминируется в ксантин, сохраняюпщй те же свойства в отношении образования водородных связей, как и гуанин. Следуя этому правилу, а также основной аксиоме, гласящей, что точечная мутация есть результат замены одного основания, нетрудно предвидеть все возможные изменения кодовых триплетов при действии HNOj на полинуклеотидную цепь. Очоа проверил этот принцип прямьш опытом на синтетических матрицах последние изменялись под действием азотистой кислоты в точном соответствии с теоретическими предсказаниями. [c.426]

На основании такой делимости мутантных типов на классы Фриз предположил, что причиной появления точечных мутаций могут быть два совершенно различных вида химических изменений в фаговой ДНК. Мутации первого типа возникают под действием мутагенных аналогов оснований (а также этилэтансульфоната, азотистой кислоты и гидроксиламина) и ревертируют под влиянием тех же веществ, тогда как мутации второго типа, возникающие под влиянием профлавина (и изредка этилэтансульфоната), в присутствии аналогов оснований не ревертируют. Только около 10% спонтанно возникших гП-мутантов ревертируют как мутанты первого типа, тогда как остальные 90% ревертируют как мутанты второго типа. [c.323]

Многочисленные исследования по мутагенной специфичности различных типов излучений, а также химических и физических агентов показали, что, хотя многие мутагены вызывают изменения в ДНК лишь одного преобладающего типа, большинство мутагенов, помимо основного изменения, может вызывать изменения и других типов — с частотами от низкой до умеренной. Например, такие мутагены, как этилметансульфонат (ЭМС), нитро-зогуанидин (НТГ), гидроксиламин и азотистая кислота, вызывают в основном простую замену пары ОС на АТ в двухцепочечной ДНК [Ю, 22, 23]. Однако все они вызывают незначительное число транзиций АТ—уСС, а также некоторые трансверсии. Транзиция — это замена в ДНК какого-либо одного пурина (аденина или гуанина) или пиримидина (тимина или цитозина) на другой пурин или пиримидин соответственно. Трансверсия — это такая мутация, при которой происходит замена пуринового основания на одно из двух пиримидиновых или наоборот. [c.12]

Мутации обусловлены изменениями в последовательности оснований ДНК. Основные типы мутаций - замены, делеции и включения. Самый распространенный тип мутаций - замена одной пары оснований на другую. Замена одного пурина другим или одного пиримидина другим пиримидином называется транзицией. Трансверсия - замещение пурина пиримидином и наоборот. Мутации могут возникать вследствие спонтанной таутомеризации оснований или под действием аналогов оснований (например, 5-бромурацила) или других химических мутагенов (например, азотистой кислоты). Потенциальную канцерогенную активность многих веществ можно вьывить по их мутагенному действию на бактерии. [c.84]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология