Cơ chế gây đột biến điểm ppt

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 -CH
3
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.