МУТАГЕНЕЗ
процесс возникновения
наследств, изменений - мутаций, появляющихся естественно (спонтанно)
или вызываемых (индуцируемых) различными физич. или химич. факторами -
мутаге-ыами.
В
основе M. лежат изменения в молекулах нуклеиновых K-T, хранящих и передающих
наследств, информацию. Эти изменения выражаются в виде генных мутаций или
хромосомных перестроек. Кроме того, возможны нарушения митотич. аппарата
клеточного деления (см. Митоз),
что ведёт к геномным мутациям типа
полиплоидии или анеуплоидии.
Повреждения нуклеиновых K-T
(ДНК, РНК) заключаются либо в нарушениях углеводно-фосфатного остова молекулы
(её разрыв, вставка или выпадение
нуклеотидов), либо в химич. изменениях
азотистых оснований, непосредственно представляющих генные мутации или
приводящих к их появлению в ходе последующей репликации повреждённой молекулы.
При этом пу-риновое основание заменяется другим пуриновым или пиримидиновое
основание - др. пиримидиновым (т р а н з и ц и и), либо пуриновое основание
заменяется пиримидиновым или пиримидиновое -пури-повым (трансверсии). В
результате в определяющих синтез белка тройках луклеотидов (кодонах)
возникают два типа нарушений: т. н. нонсенс-кодоны ("бессмысленные"),
вообще не определяющие включение аминокислот в синтезируемый белок, и т.
н. миссенс-кодоны ("искажающие смысл"), определяющие включение в белок
неверной аминокислоты, что изменяет его свойства. Вставки или вы-надения
нуклеотидов ведут к неправильному считыванию генетич. информации (сдвигу
рамки считывания), в результате чего обычно возникают "бессмысленные" тсодоны
и лишь в редких случаях "искажающие смысл". Механизм M. для разных мутагенов
неодинаков. Ионизирующие излучения действуют на нуклеиновые к-ты непосредственно,
ионизируя и активируя их атомы. Это приводит тс разрывам углеводно-фосфатного
остова молекулы и водородных связей между комплементарными нитями ДНК,
образованию "сшивок" между этими нитями, разрушению азотистых оснований,
особенно пиримидиновых. Прямое действие ионизирующей радиации на хромосомы
и содержащуюся в них ДНК обусловливает почти линейную зависимость между
дозой облучения и частотой вызываемых облучением генных мутаций и нехваток
(малых делеций); однако для тех типов хромосомных перестроек, к-рые возникают
в результате двух разрывов хромосомы (более крупные делеций, инверсии,
транслокации и др.), зависимость между дозой облучения и их частотой имеет
более сложный характер. Мутагенное действие ионизирующих излучений может
быть и косвенным, т. к. прохождение их через цитоплазму или питат. среду,
в к-рой культивируются микроорганизмы, вызывает радиолиз воды и возникновение
свободных радикалов и перекисей, обладающих мутагенным действием. Ультрафиолетовое
излучение возбуждает электронные оболочки атомов, что вызывает различные
химические реакции в нуклеиновых к-тах, приводящие к мутациям. Из этих
реакций наибольшее значение имеют гидратация цитозина и образование димеров
тимина, но известную роль в M. играют также разрыв водородных связей между
нитями ДНК и образование "сшивок" между этими нитями. Ультрафиолетовые
лучи плохо проникают во внутр. ткани организма, и их му-тагенное действие
проявляется только там, где они могут достигнуть генетич. аппарата (напр.,
при облучении вирусов, бактерий, спор растений и т. п.). Наиболее мутагенны
ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 2500 до 2800 А, поглощаемые нуклеиновыми
к-тами. Лучи видимого спектра подавляют мута-генный эффект ультрафиолетовых
лучей (см. Фотореактивация).
Алкилирующие соединения, к числу к-рых
принадлежат наиболее сильные из известных мутагенов (т. н. супермутаген
ы), напр, нитрозоэтилмочевина, этилметан-сульфонат и др., алкилируют фосфатные
группы нуклеиновых K-T (что приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова
молекулы), а также азотистые основания (гл. обр. гуанин), в результате
чего нарушается точность репликации нуклеиновых K-T и возникают транзиции
и изредка - трансверсии. Аналоги азотистых оснований включаются в нуклеиновые
к-ты, что при последующей репликации ведёт к появлению транзиции и трансверсий.
Эти же типы изменений вызываются азотистой к-той, дезамини-рующей азотистые
основания. Акридиновые красители образуют комплекс с ДНК, мешающий её репликации:
в результате выпадают или добавочно вставляются одна или неск. пар нуклеотидов,
что приводит к сдвигу рамки считывания.
Аналогичные типы реакций с нуклеиновыми
к-тами характеризуют и др. химич. му-тагены, но для многих из них механизм
M. изучен недостаточно. Нек-рые мутаге-ны нарушают цитоплазматич. аппарат
митоза, следствием чего является нерасхождение всех разделившихся хромосом
или неправильности в распределении их между дочерними клетками; в первом
случае возникает полиплоидия, во втором - анеуплоидия. Известны химич.
вещества, специфически действующие таким образом (напр., алкалоид колхицин).
На ход M. оказывают значит, влияние различные внешние факторы. Так, частота
мутаций, индуцируемых ионизирующими излучениями, возрастает при поступлении
в клетку кислорода и падает при его недостатке, напр., если облучение происходит
в атмосфере азота (см.
Кислородный эффект). Нек-рые вещества подавляют
M. (см. Антиму-тагены).
Напр., введение в клетку аде-нозина или
гуанозина тормозит мута-генное действие аналогов пуриновых азотистых оснований;
фермент каталаза снижает мутагенный эффект ионизирующих излучений и т.
д. При действии нек-рых химич. мутагенов мутации могут возникать как сразу,
так и спустя известное время, иногда через неск. клеточных поколений. Лит.
см.
при ст. Мутации.
С. M. Гершензон.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я