Mutageenit ( latinasta mutio - muutos ja muu kreikkalainen γεννάω - synnytän) - kemialliset ja fysikaaliset tekijät, jotka aiheuttavat perinnöllisiä muutoksia - mutaatioita . Keinotekoiset mutaatiot saavuttivat ensimmäisen kerran vuonna 1925 G. A. Nadson ja G. S. Filippov hiivassa radiumin radioaktiivisen säteilyn vaikutuksesta ; vuonna 1927 G. Möller sai mutaatioita Drosophilassa röntgensäteiden vaikutuksesta . I. A. Rapoport havaitsi kemikaalien kyvyn aiheuttaa mutaatioita ( jodin vaikutuksesta Drosophilaan ) . Näistä toukista kehittyneillä kärpäsyksilöillä mutaatiotaajuus oli useita kertoja suurempi kuin kontrollihyönteisillä .
Mutageeneja voivat olla erilaisia tekijöitä, jotka aiheuttavat muutoksia geenien rakenteessa, kromosomien rakenteessa ja lukumäärässä . Alkuperän mukaan mutageenit luokitellaan endogeenisiin , eliön elinkaaren aikana muodostuviin ja eksogeenisiin - kaikkiin muihin tekijöihin, mukaan lukien ympäristöolosuhteet.
Esiintymisen luonteen mukaan mutageenit luokitellaan fysikaalisiin, kemiallisiin ja biologisiin:
Kemialliset mutageenit ovat yleisimpiä ryhmässä. Näitä ovat seuraavat yhdisteryhmät:
Useita viruksia voidaan myös ehdollisesti luokitella kemiallisiksi mutageeneiksi (virusten mutageeninen tekijä on niiden nukleiinihapot - DNA tai RNA).
Vaikutusmekanismi perustuu niin kutsuttujen DNA-adduktien muodostumiseen nukleiiniemästen kanssa . Mitä enemmän tällaisia DNA-addukteja muodostuu molekyylissä, sitä enemmän DNA: n luontainen rakenne muuttuu , mikä johtaa proteiinien biosynteesiprosessien ( transkriptio ja replikaatio ) oikean kulun mahdottomuuksiin ja synnyttää siten mutanttiproteiinien ilmentymisen. Melkein kaikki kemialliset mutageenit ovat pahanlaatuisten kasvainten lähteitä (ne ovat syöpää aiheuttavia ), mutta kaikilla karsinogeeneillä ei ole mutageenisia ominaisuuksia.
Tarkastellaanpa yhden mutageenin, bentseeniepoksidin, vaikutusmekanismia.
Bentseenillä itsessään ei ole mutageenista aktiivisuutta; on promutageeni . Maksan , munuaisten ja erityisesti punaisen luuytimen myeloidikudoksen solujen biologisen hapettumisen ja biotransformaation seurauksena se saa kuitenkin mutageenisia ominaisuuksia. Kun bentseeni on joutunut maksasoluun , se hydroksyloituu välittömästi epoksidiksi mikrosomaalisessa hapetusjärjestelmässä, jonka sytokromi P450 -perheen entsyymejä katalysoi . Bentseeniepoksidi on erittäin reaktiivinen, koska happiatomin ja bentseenimolekyylin välille muodostuu jännittynyt sykli. Se pystyy alkyloimaan nukleiinihappomolekyylejä, erityisesti DNA :ta, erittäin nopeasti . Mekanismi DNA-adduktin muodostumiselle bentseeniepoksidin kanssa on nukleofiilisen substituution reaktio S N 2: elektrofiili - tässä tapauksessa se on epoksidi (renkaan rikkoutumisesta johtuen siitä tulee elektronipuute), - joka on vuorovaikutuksessa nukleofiiliset keskukset - NH 2 -ryhmät (jotka ovat runsaasti elektroneja) typpipitoiset emäkset , - muodostavat kovalenttisia sidoksia niiden kanssa (usein erittäin vahvoja). Tämä alkylointiominaisuus ilmenee erityisesti guaniinissa , koska sen molekyyli sisältää eniten nukleofiilisiä keskuksia, jolloin muodostuu esimerkiksi N7-fenyyliguaniinia. Tuloksena oleva DNA-addukti voi johtaa DNA:n rakenteen muutokseen, mikä häiritsee transkriptio- ja replikaatioprosessien oikeaa kulkua, mikä on geneettisten mutaatioiden lähde. Epoksidin kertyminen maksasoluihin johtaa peruuttamattomiin seurauksiin: DNA:n alkylaation lisääntyminen ja samalla geneettisen mutaation tuotteita olevien mutanttiproteiinien ilmentymisen lisääntyminen; apoptoosin esto ; transformaatiota ja jopa solukuolemaa. Selkeän voimakkaan genotoksisuuden ja mutageenisuuden lisäksi sillä on myös vahva karsinogeeninen aktiivisuus, erityisesti tämä vaikutus ilmenee myeloidikudoksen soluissa (tämän kudoksen solut ovat erittäin herkkiä tällaisille ksenobioottien vaikutuksille ).