AGENTS MUTAGÈNICS: COM ACTUEN, TIPUS I EXEMPLES - BIOLOGIA - 2025

Els agents mutagènics, també anomenats mutàgens, són molècules de diferent naturalesa que causen canvis en les bases que formen part de les cadenes d'ADN. D'aquesta manera, la presència d'aquests agents s'amplifica la taxa de mutació en el material genètic. Es classifiquen en mutàgens físics, químics i biològics.

La mutagènesi és un esdeveniment ubic en els ens biològics, i no necessàriament es tradueix en canvis negatius. De fet, és la font de variació que permet el canvi evolutiu.

L'ADN pot ser danyat per la llum UV.

Font: derivative work: Mouagip (talk) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David HerringThis W3C-unspecified vector image was created with Adobe Illustrator.

Què és una mutació?

Abans d'entrar en el tema dels mutàgens, és menester explicar què és una mutació. En genètica, una mutació és un canvi permanent i heretable en la seqüència de nucleòtids en la molècula de material genètic: l'ADN.

Tota la informació necessària per al desenvolupament i control d'un organisme resideix en els seus gens - els quals s'ubiquen físicament en els cromosomes. Els cromosomes estan compostos per una llarga molècula d'ADN.

Generalment les mutacions afecten la funció d'un gen i aquest pot perdre o modificar la seva funció.

Com un canvi en la seqüència d'ADN afecta totes les còpies de les proteïnes, certes mutacions poden ser extremadament tòxiques per a la cèl·lula o per l'organisme en general.

Les mutacions poden ocórrer a diferents escales en els organismes. Les mutacions puntuals afecten una sola base en l'ADN, mentre que les mutacions a major escala poden afectar regions completes d'un cromosoma.

¿Les mutacions sempre són letals?

És incorrecte pensar que la mutació sempre porta a la generació de malalties o de condicions patològiques per a l'organisme que la porta. De fet, hi ha mutacions que no canvien la seqüència de les proteïnes. Si el lector vol entendre millor la raó d'aquest fet, pot llegir sobre la degeneració de el codi genètic.

De fet, sota la llum de l'evolució biològica, la condició sine qua non perquè passi el canvi en les poblacions és l'existència de variació. Aquesta variació sorgeix per dos mecanismes principals: la mutació i la recombinació.

Així, en el context de l'evolució darwiniana, cal que hi hagi variants en la població - i que aquestes variants tinguin associades una major adequació biològica.

Com sorgeixen les mutacions?

Les mutacions poden sorgir de manera espontània o bé poden ser induïdes. La inestabilitat química intrínseca de les bases nitrogenades pot traduir-se en mutacions, però a una freqüència molt baixa.

Una causa comuna de les mutacions puntuals espontànies és la desaminació de la citosina a uracil en la doble hèlix d'ADN. El procés de replicació d'aquesta bri porta a una filla mutant, on el parell original GC ha estat reemplaçat per un parell AT.

Tot i que la replicació de l'ADN és un esdeveniment que ocorre amb una precisió sorprenent, no és perfecta en la seva totalitat. Els errors en la replicació de l'ADN també duen a l'aparició de mutacions espontànies.

A més, l'exposició natural d'un organisme a certs factors ambientals porta a l'aparició de mutacions. Entre aquests factors tenim a la radiació ultraviolada, radiació ionitzant, diversos químics, entre d'altres.

Aquests factors són mutàgens. A continuació descriurem la classificació d'aquests agents, com actuen i les seves conseqüències en la cèl·lula.

Tipus dels agents mutagènics

Els agents que causen mutacions en el material genètic són de naturalesa molt diversa. Primer, explorarem la classificació dels mutàgens i donarem exemples de cada tipus, després explicarem les diferents maneres en què els mutàgens poden produir els canvis en la molècula d'ADN.

mutágenos químics

Els mutàgens de naturalesa química inclouen les següents classes de químics: acridinas, nitrosamines, epòxids, entre d'altres. Hi ha una subclassificació per a aquests agents en:

bases anàlogues

Les molècules que presenten similitud estructural amb les bases nitrogenades tenen la capacitat d'induir mutacions; entre els més comuns hi ha el l 5-bromouracilo i la 2-aminopurina.

Agents que reaccionin amb el material genètic

L'àcid nitrós, la hidroxilamina i una sèrie d'agents alquilants reaccionen de manera directa en les bases que formen l'ADN i poden canviar de purina a pirimidina i viceversa.

agents intercalentes

Hi ha una sèrie de molècules com les acridinas, bromur d'etidi (molt usat en els laboratoris de biologia molecular) i la proflavina, que tenen una estructura molecular plana i aconsegueixen ingressar a la cadena d'ADN.

reaccions oxidatives

El metabolisme normal de la cèl·lula té com a producte secundari una sèrie d'espècies reactives de l'oxigen que fan mal a les estructures cel·lulars i també a l'material genètic.

mutágenos físics

El segon tipus d'agents mutagènics són físics. En aquesta categoria trobem els diferents tipus de radiació que afecten l'ADN.

mutágenos biològics

Finalment, tenim els mutants biològics. Són organismes que poden induir mutacions (entre elles anomalies a nivell dels cromosomes) a virus i altres microorganismes.

Com actuen ?: tipus de mutacions provocades per agents mutagènics

La presència d'agents mutagènics ocasionen canvis en les bases de l'ADN. Si el resultat involucra el canvi d'una base púrica o pirimidínica per una de la mateixa naturalesa química, parlem d'una transició.

En contrast, si el canvi ocorre entre bases de diferent tipus (una purina per una pirimidina o el contrari) cridem a el procés un transversión. Les transicions poden ocórrer pels següents esdeveniments:

Tautomerización de bases

En química, s'usa el terme isòmer per descriure la propietat de les molècules amb la mateixa fórmula molecular de presentar estructures químiques diferents. Els Tautòmers són isòmers que només es diferencien de la seva bat a la posició d'un grup funcional, i entre les dues formes hi ha un equilibri químic.

Un tipus de tautomeria és la ceto-enol, on ocorre la migració d'un hidrogen i s'alterna entre les dues formes. També hi ha canvis entre la forma imino a amino. Gràcies a la seva composició química, les bases de l'ADN experimenten aquest fenomen.

Per exemple, normalment l'adenina es troba com amino i s'aparella - de forma normal - amb la timina. No obstant això, quan es troba en el seu isòmer de imino (molt poc comú) s'aparella amb una base incorrecta: la citosina.

Incorporació de bases anàlogues

La incorporació de molècules que s'assemblen a les bases pot entorpir el patró d'aparellament de bases. Per exemple, la incorporació de el 5-bromouracilo (en comptes de timina) es comporta com citosina i porta la substitució d'un parell AT per un parell CG.

Acció directa sobre les bases

L'acció directa de certs mutàgens pot afectar directament a les bases de l'ADN. Per exemple, l'àcid nitrós converteix l'adenina en una molècula similar, la hipoxantina, per mitjà d'una reacció de desaminació oxidativa. Aquesta nova molècula s'aparella amb la citosina (i no amb la timina, com ho faria normalment l'adenina).

El canvi també pot ocórrer sobre la citosina, i com a producte de la desaminació s'obté uracil. La substitució d'una sola base en l'ADN té conseqüències directes sobre els processos de transcripció i traducció de la seqüència de pèptids.

Pot aparèixer de manera avançada un codó de terminació, i la traducció s'atura de manera prematura, afectant a la proteïna.

Addició o deleció de bases

Alguns mutàgens com els agents intercalants (acridina, entre d'altres) i la radiació ultraviolada tenen la capacitat de modificar la cadena de nucleòtids.

Per agents intercalants

Com esmentem, els agents intercalentes són molècules planes, i tenen la capacitat de intercalar (d'allí el seu nom) entre les bases del bri, distorsionant.

A l'hora de la replicació, aquesta deformació en la molècula porta a la deleció (és a dir, a una perduda) o inserció de bases. Quan l'ADN perd bases o s'afegeixen noves es veu afectat el marc obert de lectura.

Recordem que el codi genètic involucra la lectura de tres nucleòtids que codifiquen per a un aminoàcid. Si afegim o traiem nucleòtids (en un nombre que no és 3) tota la lectura de l'ADN es veurà afectada, i la proteïna serà totalment diferent.

Aquest tipus de mutacions s'anomenen frame shift o canvis en la composició dels triplets.

radiació ultraviolada

La radiació ultraviolada és un agent mutagènic, i és un component normal no ionitzant de la llum solar ordinària. No obstant això, el component amb major taxa mutagènica és atrapada per la capa d'ozó de l'atmosfera terrestre.

La molècula d'ADN absorbeix la radiació i ocorre la formació de dímers de pirimidines. És a dir, les bases de pirimidines s'uneixen per mitjà d'enllaços covalents.

Les timines adjacents a la cadena d'ADN poden unir-se formant els dímers de timines. Aquestes estructures també afecta el procés de replicació.

En alguns organismes, com els bacteris, aquests dímers poden ser reparats gràcies a la presència d'un enzim reparadora anomenada fotoliasa. Aquest enzim utilitza la llum visible per reconvertir els dímers en dues bases separades.

No obstant això, la reparació per escissió de nucleòtids no es restringeix als errors causats per la llum. El mecanisme de reparació és ampli, i pot reparar danys causats per diversos factors.

Quan els humans ens exposes de manera excessiva a el sol, les nostres cèl·lules reben quantitats excessives de radiació ultraviolada. La conseqüència és la generació de dímers de timina i poden causar càncer de pell.

referències

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Essential cell biology. Garland Science.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). The cell: Molecular approach. Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitation to biology. Macmillan.
4. Karp, G. (2009). Cell and molecular biology: concepts and experiments. John Wiley & Sons.
5. Lodish et, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molecular cell biology. Macmillan.
6. Singer, B., & Kusmierek, JT (1982). Chemical mutagènesi. Annual review of biochemistry, 51 (1), 655-691.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Bioquímica. Ed. Mèdica Panamericana.