bg‑blue

Mechanizmy i efekty działania wybranych mutagenów chemicznych i fizycznych na strukturę materiału genetycznego

Mutagen chemiczny: bromek etydyny

R1XLUL0vhLmBy1
Ilustracja interaktywna Ilustracja przedstawiająca schematycznie proces interkalacji cząsteczek bromku etydyny w podwójną helisę D N A. Po lewej stronie pionowo zaprezentowana podwójna helisa D N A, która to składa się z dwóch skręconych nici, to jest dwóch komplementarnych łańcuchów zbudowanych z nukleotydów. Nukleotydy podchodzące z dwóch nici łączą wiązania wodorowe, co stabilizuje podwójną helisę i odpowiada za utrzymanie makrocząsteczki w pożądanej konformacji. Na rysunku wyszczególniono nukleotyd, to jest podstawową jednostkę budulcową kwasów nukleinowych i rybonukleinowych składająca się z reszty kwasu fosforowego, reszty cukrowej oraz odpowiedniej zasady azotowej. Ponadto zaznaczono szkielet cukrowo-fosforanowy stanowiący zewnętrzną część helisy, zatem resztę cukrową i resztę kwasu fosforowego, bez zasady azotowej. Strzałka w prawo. Nad strzałką znajduje się cząsteczka bromku etydyny zbudowana z trzech skondensowanych, aromatycznych pierścieni sześcioczłonowych. Pierwszy z nich zawiera wbudowany w strukturę atom azotu obdarzony ładunkiem dodatnim i podstawiony grupą etylową. Obok znajduje się anion bromkowy kompensujący ładunek dodatni na atomie azotu. Wspomniany atom azotu łączy się z drugim atomem, tym razem węgla wbudowanym w tenże pierścień i podstawiony grupą fenylową, to jest sześcioczłonowym pierścieniem aromatycznym. Atomy węgla C 3 oraz C 4 są wspólne dla pierwszego i drugiego pierścienia, który to podstawiony jest grupą aminową w odległości dwóch wiązań od węgla C trzy. Wracając do pierwszego pierścienia atom C 4 łączy się z C 5, a C 5 z C 6. Atomy węgla C 5 i C 6 są wspólne dla pierwszego o trzeciego pierścienia, który to jest podstawiony grupą aminową w odległości dwóch wiązań od węgla C sześć. Wszystkie trzy skondensowane pierścienie mają charakter aromatyczny. Podana numeracja została zastosowana dla ułatwienia zrozumienia struktury i nie jest zgodna z nomenklaturą. Za strzałką znajduje się helisa, która jest wydłużona i zdeformowana, z uwagi na interkalację cząsteczek bromku etydyny pomiędzy poszczególne pary zasad azotowych. Proces ten prowadzi do zniekształcenia informacji zapisane w D N A, a zatem do mutacji. 1. Wbudowanie bromku etydyny między nici DNA Na skutek interkalacji bromku etydyny w podwójnej helisie DNA powstaje deformacja. Miejsca interkalacji zaznaczono na fioletowo.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Mutagen chemiczny: kolchicyna

R19qf522d6JkP1
Ilustracja interaktywna Ilustracja interaktywna ukazuje wpływ kolchicyny na dzieląca się komórkę. Na pierwszej ilustracji znajduje się prostokąt symbolizujący komórkę, w którym widoczny jest okrąg, a w nim dwa elementy zbudowane z dwóch równoległych linii z dużym punktem pośrodku, który je łączy. Elementy te przypominają kształtem dwie litery H. Kolchicyna powoduje zablokowanie powstania wrzeciona podziałowego. Mimo to chromosomy nadal się dzielą. Prowadzi to do powstania charakterystycznych układów. Na drugiej ilustracji, do której prowadzi strzałka od pierwszej z nich ukazane jest tak zwane „stadium nart”. Następuje podział jądra komórkowego, ale nie dochodzi do podziału cytoplazmy. Wskutek tego tworzy się jedno jądro komórkowe z podwojoną liczbą chromosomów. W takiej samej komórce dwa elementy występujące wewnątrz są wykrzywione – linie są zgięte w jedną stronę pod kątem ostrym w miejscu, w którym występuje duży, łączący je punkt. Na trzeciej ilustracji, do której również prowadzi strzałka od pierwszej ilustracji zobrazowane jest „stadium krzyży”. Chromosomy nie zostają przeniesione do biegunów komórki, dlatego leżą obok siebie. Komórka jest taka sama jak na pierwszej ilustracji, jednak dwa elementy występujące wewnątrz są skrzyżowane, a środkiem tego jest duży punkt, przez co przypominają kształtem literę X. 1. Wpływ kolchicyny na dzieląca się komórkę Kolchicyna powoduje zablokowanie powstania wrzeciona podziałowego. Mimo to chromosomy nadal się dzielą. Prowadzi to do powstania charakterystycznych układów., 2. „Stadium nart” Następuje podział jądra komórkowego, ale nie dochodzi do podziału cytoplazmy. Wskutek tego tworzy się jedno jądro komórkowe z podwojoną liczbą chromosomów., 3. „Stadium krzyży” Chromosomy nie zostają przeniesione do biegunów komórki, dlatego leżą obok siebie.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., Na podstawie: Rogalska S., Małuszyńska J., Olszewska M. J., Podstawy cytogenetyki roślin), WN PWN, Warszawa 2012, s. 184, licencja: CC BY-SA 3.0.

Mutagen fizyczny: promieniowanie UV

RGtsjoaOZSfLz1
Ilustracja interaktywna Ilustracja przedstawiająca dwa równania reakcji chemicznych. Pierwsze równanie. Cząsteczka cytozny, to jest 4-amino-1H-pirymidin-2-onu, którą stanowi sześcioczłonowy pierścień, zbudowany jest z atomu azotu w pozycji pierwszej związanego za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 2 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu, który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla podstawionym grupą aminową i połączonym za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla związanym za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla C 6, który to łącząc się wiązaniem pojedynczym z atomem azotu w pozycji pierwszej zamyka pierścień. Strzałka w prawo, nad strzałką U V oraz woda. Za strzałką cząsteczka uwodnionej cytozyny. Doszło do addycji cząsteczki wody do wiązania podwójnego znajdującego się pomiędzy atomami węgla C 5 oraz C 6, w taki sposób, że przy węglu C 5 znajduje się atom wodoru H, a przy węglu C 6 grupa hydroksylowa O H. Pomiędzy atomami węgla znajduje się wiązanie pojedyncze. Drugie równanie. Dwie cząsteczki tyminy, to jest 5-metylopirymidyno-2, 4(1H,3H)-dionu zbudowanego z sześcioczłonowego pierścienia, który stanowi atom azotu w pozycji pierwszej związany za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla C 2 połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu, który to łączy się za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem węgla, który to podstawiony jest grupą metylową i który to łączy się za pomocą wiązania podwójnego z atomem węgla C 6 związanym za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu w pozycji pierwszej, co zamyka pierścień. Strzałka w prawo, nad strzałką U V, za strzałką cząsteczka dimeru tyminy. Wiązania podwójne znajdujące się pomiędzy atomami C 5 i C 6 w obu cząsteczkach biorą udział w cyklizacji, co prowadzi do utworzenia czteroczłonowego pierścienia otoczonego dwoma pierścieniami sześcioczłonowymi. Zatem para elektronowa wiązania podwójnego pomiędzy atomami C 5 i C 6 atakuje węgiel C 5 w drugiej cząsteczce, a wiązanie podwójne znajdujące się pomiędzy atomami C 5 i C 6 drugiej cząsteczki atakuje atom C 6 pierwszego pierścienia. 1. Hydratacja cytozyny Prowadzi do powstania cytozyny uwodnionej, która błędnie łączy się do łańcucha DNA podczas replikacji., 2. Łączenie się ze sobą sąsiednich cząsteczek tyminy Ekspozycja komórek na promieniowanie UV o długości 260 nm zwykle prowadzi do powstania dimerów pirymidynowych (przede wszystkim tyminy), w których pomiędzy sąsiednimi pirymidynami tworzy się pierścień cyklobutanowy. Dimery tyminy blokują replikację.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., Na podstawie: Rogalska S., Małuszyńska J., Olszewska M. J., Podstawy cytogenetyki roślin), WN PWN, Warszawa 2012, s. 147, licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 1
RgHwntFLGxiGz
Wyjaśnij, jak działa kolchicyna. (Uzupełnij).
Polecenie 2
R1DS8PFCxJgDR
Omów mechanizmy działania mutagenów chemicznych. (Uzupełnij).