Cơ chế gây đột biến điểm pot

Cơ chế gây đột biến điểm Khi kiểm tra dãy đột biến được gây tạo bới các tác nhân đột biến khác nhau cho thấy mỗi tác nhân đột biến được đặc trưng bởi một đặc tính đột biến khác nhau hay

Cơ chế gây đột biến

điểm

Khi kiểm tra dãy đột biến được gây tạo bới các tác nhân đột biến khác nhau cho thấy mỗi tác nhân đột biến được đặc trưng bởi một đặc tính đột biến khác nhau hay "preference" về cả một dạng đột biến nhất định và một điểm đột biến nhất định, được gọi là điểm dễ xảy ra đột biến (mutational hot spots) Đặc tính đột biến như thế được chú ý lần đầu tiên ở locus rII của bacteriophage T4

Tác nhân đột biến hoạt động ít nhất qua ba cơ chế khác nhau: chúng có thể làm thay thế một base trong DNA; làm biến đổi một base gây kết cặp nhầm với một base khác; làm sai hỏng một base, dẫn đến không thể kết cặp với bất

kỳ base nào trong điều kiện bình thường

Đột biến thay thế base: một vài hợp chất hóa học tương tự nitrogen base bình

thường của DNA, đôi khi chúng có thể gắn

vào DNA thay cho base bình thường Những chất như thế được gọi là các chất tương

đương với base (base analogs) Các chất

tương đương này kết cặp không như sự kết

cặp của các base bình thường Vì vậy chúng

có thể gây ra đột biến do gắn vào một

nucleotide không đúng trong quá trình sao

chép

Để hiểu hoạt động của các chất tương đương base, trước hết cần phải xem xét khuynh

hướng tự nhiên của các base đối với sự hình thành các dạng khác nhau Mỗi base trong

phân tử DNA có thể xuất hiện ở một trong số nhiều dạng được gọi là tautomers, chúng là các đồng phân khác nhau ở vị trí nguyên tử và những liên kết giữa các nguyên tử Dạng keto của mỗi base thường có trong DNA, trong khi dạng imino và enol của base là hiếm

Tautomer imino hoặc enol có thể kết cặp sai với base tạo một kết cặp nhầm (mispair) Khả năng kết cặp nhầm như thế gây ra đột biến trong quá trình sao chép được chú ý đầu tiên bởi Watson và Crick khi các tác giả này nghiên cứu công thức về mô hình cấu trúc DNA

Sự kết cặp nhầm có thể sinh ra ngẫu nhiên, nhưng cũng có thể sinh ra khi base bị ion hóa Tác nhân gây đột biến 5-Bromouracil (5-BrU)

là chất tương đương với thymine, có brome ở

vị trí carbon số 5 thay cho nhóm -CH3 của

thymine Hoạt tính của nó dựa trên quá tình inolization và ionization

Ở dạng keto, 5-BrU kết cặp với adenin như trường hợp thymine Tuy nhiên, sự có mặt của nguyên tử bromine làm thay đổi một cách có ý nghĩa sự phân bố electron ở vòng base Vì vậy 5-BrU có thể chuyển sang dạng enol

và dạng ion, và nó có thể kết cặp với guanine như trường hợp cytosine tạo ra cặp 5-BrU-G Trong lần nhân đôi tiếp theo G kết cặp với C, tạo cặp G-C thay cho cặp A-T Kết quả gây ra đột biến đồng hoán Tương tự 5-BrU cũng có thể gây ra đột biến đồng hoán A-T thay cho cặp G-C

Chứng minh một vài kết cặp nhầm có thể xảy

ra do kết quả của sự thay đổi 1 tautomer

thành 1 tautomer khác

Một hóa chất gây đột biến khác là 2-amino-purine (2-AP), là hóa chất tương đương

adenine, có thể kết cặp với thymine Khi bị proton hóa, 2-AP có thể kết cặp nhầm với

cytosine, có thể gây ra thế hệ sau đột biến đồng hoán G-C thay cho A-T do kết cặp

nhầm với cytosine trong lần sao chép tiếp

theo

Thay thế base (base alteration)

Sự kết cặp nhầm chuyên biệt do đột biến cảm ứng alkyl hoá

Một vài tác nhân đột biến không gắn vào DNA, mà lại làm biến đổi base gây ra sự kết cặp sai Tác nhân alkyl được sử dụng phổ biến như là tác nhân đột biến, chẳng hạn như ethylmethanesulfonate (EMS) và

nitrosoguanidine (NG) gây đột biến theo cách này

Những tác nhân như thế sẽ thêm nhóm alkyl (nhóm ethyl trong trường hợp EMS và nhóm methyl trong trường hợp NG) ở nhiều vị trí

trên cả 4 base Tuy nhiên, đột biến hầu như chỉ xảy ra khi nhóm alkyl được thêm vào ở oxy

số 6 của guanine tạo ra O-6-alkylguanine Sự alkyl hóa này dẫn đến sự kết cặp nhầm với thymine Kết quả sinh ra đột biến đồng hoán G-C->A-T trong lần sao chép tiếp theo

Tác nhân xen vào giữa (intercalating

agents) là nhóm tác nhân quan trong khác gây biến đổi DNA Nhóm của các hợp chất này bao gồm proflavin, acridin cam

và một nhóm các hợp chất hóa học

khác Các tác nhân này là nhóm các phân tử bắt chước các cặp base và có thể xen vào

giữa các nitrogen base ở lõi chuỗi xoắn kép DNA Ở vị trí xen vào này chúng gây sự thêm vào hoặc mất đi một cặp nucleotide

Sai hỏng base: Một số lớn tác nhân đột biến gây sai hỏng một hoặc nhiều base Vì vậy không thể kết cặp với base đặc trưng Kết quả làm cản trở sự sao chép vì DNA

polymerase không thể tiếp tục quá trình tổng hợp DNA qua những base sai hỏng Ở

E.coliquá trình này xảy ra đòi hỏi hoạt tính của

hệ thống SOS Hệ thống này được kích thích như là một phản ứng khẩn cấp ngăn cản sự chết tế bào khi DNA bị sai hỏng nặng

* Cơ chế của đột biến ngẫu nhiên

Đột biến ngẫu nhiên xảy ra do nhiều nguyên nhân: gồm sai hỏng trong quá trình sao chép DNA, các tổn thương ngẫu nhiên, sự chen vào của yếu tố di động Đột biến ngẫu nhiên hiếm nên khó xác định cơ chế cơ bản Tuy nhiên, một vài hệ thống chọn lọc cho phép thu được đột biến ngẫu nhiên và phân tích ở mức độ phân tử Từ bản chất của những thay đổi trình

tự có thể suy ra quá trình dẫn đến đột biến

ngẫu nhiên

Những sai hỏng ngẫu nhiên (spontaneous

lesions) đến DNA có thể sinh ra đột biến Hai tổn thương ngẫu nhiên thường xuất hiện nhất: depurination và deamination, trong đó

depurination phổ biến hơn

Depurination do tác dụng của aflatoxin, làm mất một base purine Ngoài ra, quá

trình mất purine cũng xảy ra một cách tự

nhiên Một tế bào động vật mất ngẫu nhiên khoảng 10.000 purine của DNA trong một thế

hệ tế bào khoảng 20 giờ ở 37oC Nếu tổn

thương này được giữ lại, dẫn đến sai hỏng di truyền đáng kể vì trong quá trình sao chép, vị trí mất purine không thể định rõ được loại

base nào Trong những điều kiện nhất định một base có thể chèn vào tạo ra đột biến

Deamination của cytosine tạo ra uracil

Uracil sẽ kết cặp với adenin trong quá

trình sao chép, kết quả tạo ra đột biến đồng hoán G-C® A-T Deamination

5-methylcytosine tạo ra thymine Quá trình sao chép tạo ra đột biến đồng hoán chuyển C thành T

Ngoài 2 quá trình gây sai hỏng như trên, sự oxy hóa tạo ra các base bị sai hỏng là dạng tổn thương thứ ba Dạng oxygen hoạt động như gốc superoxid (O2.-), hydrogen peroxide (H2O2) và gốc hydroxyl (.OH) được tạo ra do sản phẩm của quá trình chuyển hóa (aerobic metabolism) Các dạng này có thể gây tổn thương oxy hóa đến DNA, kết quả tạo

ra đột biến

Deamination của Cytosine (a) và

5-methylcytosine

Các sai hỏng trong sao chép DNA cũng là nguồn đột biến khác

Thay thế base: sai hỏng trong sao chép DNA

có thể xảy ra khi có một cặp nucleotide ghép không chính xác (như A-C) tạo ra trong quá trình tổng hợp DNA dẫn đến sự thay thế một base

Đột biến thêm vào và mất base: Một loại sai hỏng sao chép khác dẫn đến thêm vào hoặc mất đị một hoặc một số cặp base Trong

trường hợp số base thêm vào hoặc mất đi không chia hết cho 3, sẽ tạo ra đột biến dịch khung trong vùng mã hóa protein