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).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cơ chế gây đột biến điểm Cơ chế gâyđột biến điểmKhi kiểm tra dãy đột biến được gây tạobới các tác nhân đột biến khác nhau chothấy mỗi tác nhân đột biến được đặctrưng bởi một đặc tính đột biến khácnhau hay preference về cả một dạngđột biến nhất định và một điểm độtbiến nhất định, được gọi là điểm dễxảy ra đột biến (mutational hot spots).Đặc tính đột biến như thế được chú ýlần đầu tiên ở locus rII củabacteriophage T4.Tác nhân đột biến hoạt động ít nhất quaba cơ chế khác nhau: chúng có thể làmthay thế một base trong DNA; làm biếnđổi một base gây kết cặp nhầm với mộtbase khác; làm sai hỏng một base, dẫnđến không thể kết cặp với bất kỳ basenào trong điều kiện bình thường.Đột biến thay thế base: một vài hợpchất hóa học tương tự nitrogen basebình thường của DNA, đôi khi chúng cóthể gắn vào DNA thay cho base bìnhthường. Những chất như thế được gọilà các chất tương đương với base (baseanalogs). Các chất tương đương này kếtcặp không như sự kết cặp của các basebình thường. Vì vậy chúng có thể gây rađột biến do gắn vào một nucleotidekhông đúng trong quá trình sao chép.Để hiểu hoạt động của các chất tươngđương base, trước hết cần phải xem xétkhuynh hướng tự nhiên của các base đốivới sự hình thành các dạng khác nhau.Mỗi base trong phân tử DNA có thể xuấthiện ở một trong số nhiều dạng đượcgọi là tautomers, chúng là các đồng phânkhác nhau ở vị trí nguyên tử và nhữngliên kết giữa các nguyên tử. Dạng ketocủa mỗi base thường có trong DNA,trong khi dạng imino và enol của base làhiếm. Tautomer imino hoặc enol có thểkết cặp sai với base tạo một kết cặpnhầm (mispair). Khả năng kết cặpnhầm như thế gây ra đột biến trongquá trình sao chép được chú ý đầu tiênbởi Watson và Crick khi các tác giả nàynghiên cứu công thức về mô hình cấutrúc DNA.Sự kết cặp nhầm có thể sinh ra ngẫunhiên, nhưng cũng có thể sinh ra khi basebị ion hóa. Tác nhân gây đột biến 5-Bromouracil (5-BrU) là chất tươngđương với thymine, có brome ở vị trícarbon số 5 thay cho nhóm -CH3 củathymine. Hoạt tính của nó dựa trên quátình inolization và ionization.Ở dạng keto, 5-BrU kết cặp với adeninnhư trường hợp thymine. Tuy nhiên, sựcó mặt của nguyên tử bromine làm thayđổi một cách có ý nghĩa sự phân bốelectron ở vòng base. Vì vậy 5-BrUcó thể chuyển sang dạng enol vàdạng ion, và nó có thể kết cặp vớiguanine như trường hợp cytosine tạo racặp 5-BrU-G. Trong lần nhân đôi tiếptheo G kết cặp với C, tạo cặp G-C thaycho cặp A-T. Kết quả gây ra đột biếnđồng hoán. Tương tự 5-BrU cũng có thểgây ra đột biến đồng hoán A-T thay chocặp G-C.Chứng minh một vài kết cặp nhầm cóthể xảy ra do kết quả của sự thay đổi 1tautomer thành 1 tautomer khácMột hóa chất gây đột biến khác là 2-amino-purine (2-AP), là hóa chất tươngđương adenine, có thể kết cặp vớithymine. Khi bị proton hóa, 2-AP có thểkết cặp nhầm với cytosine, có thể gâyra thế hệ sau đột biến đồng hoán G-Cthay cho A-T do kết cặp nhầm vớicytosine trong lần sao chép tiếp theo.Thay thế base (base alteration)Sự kết cặp nhầm chuyên biệt do độtbiến cảm ứng alkyl hoáMột vài tác nhân đột biến khônggắn vào DNA, mà lại làm biến đổibase gây ra sự kết cặp sai. Tác nhânalkyl được sử dụng phổ biến như là tácnhân đột biến, chẳng hạn nhưethylmethanesulfonate (EMS) vànitrosoguanidine (NG) gây đột biến theocách này.Những tác nhân như thế sẽ thêm nhómalkyl (nhóm ethyl trong trường hợp EMSvà nhóm methyl trong trường hợp NG)ở nhiều vị trí trên cả 4 base. Tuy nhiên,đột biến hầu như chỉ xảy ra khi nhómalkyl được thêm vào ở oxy số 6 củaguanine tạo ra O-6-alkylguanine. Sựalkyl hóa này dẫn đến sự kết cặpnhầm với thymine . Kết quả sinh ra độtbiến đồng hoán G-C->A-T trong lần saochép tiếp theo.Tác nhân xen vào giữa (intercalatingagents) là nhóm tác nhân quan trongkhác gây biến đổi DNA. Nhóm củacác hợp chất này bao gồm proflavin,acridin cam và một nhóm các hợpchất hóa học khác. Các tác nhân nàylà nhóm các phân tử bắt chước các cặpbase và có thể xen vào giữa các nitrogenbase ở lõi chuỗi xoắn kép DNA. Ở vị tríxen vào này chúng gây sự thêm vào hoặcmất đi một cặp nucleotide.Sai hỏng base: Một số lớn tác nhânđột biến gây sai hỏng một hoặcnhiều base. Vì vậy không thể kết cặpvới base đặc trưng. Kết quả làm cản trởsự sao chép vì DNA polymerase khôngthể tiếp tục quá trình tổng hợp DNA quanhững base sai hỏng. Ở E.coliquá trìnhnày xảy ra đòi hỏi hoạt tính của hệthống SOS. Hệ thống này được kíchthích như là một phản ứng khẩn cấpngăn cản sự chết tế bào khi DNA bị saihỏng nặng.* Cơ chế của đột biến ngẫu nhiênĐột biến ngẫu nhiên xảy ra do nhiềunguyên nhân: gồm sai hỏng trong quátrình sao chép DNA, các tổn thươngngẫu nhiên, sự chen vào của yếu tố diđộng. Đột biến ngẫu nhiên hiếm nênkhó xác định cơ chế cơ bản. Tuy nhiên,một vài hệ thống chọn lọc cho phép thuđược đột biến ngẫu nhiên và phân tích ởmức độ phân tử. Từ bản chất của nhữngthay đổi trình tự có thể suy ra quá trìnhdẫn đến đột biến ngẫu nhiên.Những sai hỏng ngẫu nhiên (spontaneouslesions) đến DNA có thể sinh ra độtbiến. Hai tổn thương ngẫu nhiên thườngxuất hiện nhất: depurination vàdeamination, trong đó depurination phổbiến hơn.Depurination do tác dụng củaaflatoxin, làm mất một base purine.Ngoài ra, quá trình mất purine cũng xảyra một cách tự nhiên. Một tế bào độngvật mất ngẫu nhiên khoảng 10.000purine của DNA trong một thế hệ tế bàokhoảng 20 giờ ở 37oC. Nếu tổn thươngnày được giữ lại, dẫn đến sai hỏng ditruyền đáng kể vì trong quá trình saochép, vị trí mất purine không thể định rõđược loại base nào. Trong những điềukiện nhất định một base có thể chèn vàotạo ra đột biến.Deamination của cytosine tạo rauracil. Uracil sẽ kết cặp với adenintrong quá trình sao chép, kết quảtạo ra đột biến đồng hoán G-C® A-T. Deamination 5-methylcytosine tạora thymine . Quá trình sao chép tạo rađột biến đồng hoán chuyển C thành T.Ngoài 2 quá trình gây sai hỏng như trên,sự oxy hóa tạo ra các base bị sa ...