Les agents mutagènes, Aussi appelés mutagènes, ce sont des molécules de nature différente qui provoquent des changements dans les bases faisant partie des chaînes d'ADN. De cette manière, la présence de ces agents amplifie le taux de mutation dans le matériel génétique. Ils sont classés en mutagènes physiques, chimiques et biologiques.
La mutagenèse est un événement omniprésent dans les entités biologiques et ne se traduit pas nécessairement par des changements négatifs. En fait, c'est la source de variation qui permet le changement évolutif..
Source: travail dérivé: Mouagip (discussion) DNA_UV_mutation.gif: NASA / David Herring Cette image vectorielle non spécifiée W3C a été créée avec Adobe Illustrator. [Domaine public]
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Avant d'entrer dans le sujet des mutagènes, il est nécessaire d'expliquer ce qu'est une mutation. En génétique, une mutation est un changement permanent et héréditaire de la séquence des nucléotides dans la molécule de matériel génétique: l'ADN.
Toutes les informations nécessaires au développement et au contrôle d'un organisme résident dans ses gènes - qui sont physiquement situés sur les chromosomes. Les chromosomes sont constitués d'une longue molécule d'ADN.
Les mutations affectent généralement la fonction d'un gène et il peut perdre ou modifier sa fonction.
Puisqu'une modification de la séquence d'ADN affecte toutes les copies de protéines, certaines mutations peuvent être extrêmement toxiques pour la cellule ou pour l'organisme en général..
Des mutations peuvent survenir à différentes échelles chez les organismes. Les mutations ponctuelles affectent une seule base dans l'ADN, tandis que les mutations à plus grande échelle peuvent affecter des régions entières d'un chromosome.
Il est incorrect de penser que la mutation conduit toujours à la génération de maladies ou de conditions pathologiques pour l'organisme qui la porte. En fait, il existe des mutations qui ne changent pas la séquence des protéines. Si le lecteur veut mieux comprendre la raison de ce fait, il peut lire sur la dégénérescence du code génétique.
En fait, à la lumière de l'évolution biologique, la condition sine qua non pour que le changement de population se produise, c'est l'existence d'une variation. Cette variation résulte de deux mécanismes principaux: la mutation et la recombinaison..
Ainsi, dans le contexte de l'évolution darwinienne, il est nécessaire qu'il existe des variantes dans la population - et que ces variantes soient associées à une plus grande adéquation biologique..
Les mutations peuvent survenir spontanément ou être induites. L'instabilité chimique intrinsèque des bases azotées peut entraîner des mutations, mais à très basse fréquence.
Une cause fréquente de mutations ponctuelles spontanées est la désamination de la cytosine en uracile dans la double hélice d'ADN. Le processus de réplication de ce brin conduit à une fille mutante, où la paire GC d'origine a été remplacée par une paire AT.
Bien que la réplication de l'ADN soit un événement qui se produit avec une précision surprenante, elle n'est pas entièrement parfaite. Les erreurs de réplication de l'ADN entraînent également des mutations spontanées.
De plus, l'exposition naturelle d'un organisme à certains facteurs environnementaux conduit à l'apparition de mutations. Parmi ces facteurs, nous avons le rayonnement ultraviolet, le rayonnement ionisant, divers produits chimiques, entre autres..
Ces facteurs sont des mutagènes. Ensuite, nous décrirons la classification de ces agents, comment ils agissent et leurs conséquences dans la cellule..
Les agents qui provoquent des mutations dans le matériel génétique sont de nature très diverse. Tout d'abord, nous explorerons la classification des mutagènes et donnerons des exemples de chaque type, puis nous expliquerons les différentes façons dont les mutagènes peuvent produire des changements dans la molécule d'ADN..
Les mutagènes de nature chimique comprennent les classes de produits chimiques suivantes: acridines, nitrosamines, époxydes, entre autres. Il existe une sous-classification pour ces agents dans:
Les molécules qui présentent une similitude structurelle avec les bases azotées ont la capacité d'induire des mutations; parmi les plus courants, on trouve le l 5-bromouracil et la 2-aminopurine.
L'acide nitreux, l'hydroxylamine et un certain nombre d'agents alkylants réagissent directement sur les bases qui composent l'ADN et peuvent passer de la purine à la pyrimidine et vice versa..
Il existe une série de molécules telles que les acridines, le bromure d'éthidium (largement utilisé dans les laboratoires de biologie moléculaire) et la proflavine, qui ont une structure moléculaire plate et parviennent à entrer dans le brin d'ADN.
Le métabolisme normal de la cellule a comme produit secondaire une série d'espèces réactives de l'oxygène qui endommagent les structures cellulaires et aussi le matériel génétique.
Le deuxième type d'agents mutagènes est physique. Dans cette catégorie, nous trouvons les différents types de rayonnement qui affectent l'ADN.
Enfin, nous avons les mutants biologiques. Ce sont des organismes qui peuvent induire des mutations (y compris des anomalies au niveau chromosomique) dans les virus et autres micro-organismes.
La présence d'agents mutagènes provoque des changements dans les bases de l'ADN. Si le résultat implique le changement d'une base purique ou pyrimidique pour une de même nature chimique, on parle d'une transition.
En revanche, si le changement se produit entre des bases de types différents (une purine pour une pyrimidine ou l'inverse), nous appelons le processus une transversion. Des transitions peuvent se produire pour les événements suivants:
En chimie, le terme isomère est utilisé pour décrire la propriété de molécules de même formule moléculaire d'avoir des structures chimiques différentes. Les tautomères sont des isomères qui ne diffèrent de leurs pairs que par la position d'un groupe fonctionnel, et entre les deux formes il y a un équilibre chimique.
Un type de tautomérie est le céto-énol, où la migration d'un hydrogène se produit et alterne entre les deux formes. Il y a également des changements entre la forme imino et aminée. Grâce à sa composition chimique, les bases de l'ADN subissent ce phénomène.
Par exemple, l'adénine se trouve normalement sous forme d'amino et se couple - normalement - avec la thymine. Cependant, lorsqu'il se trouve dans son isomère imino (très rare), il s'apparie à la mauvaise base: la cytosine..
L'incorporation de molécules de type base peut perturber le modèle d'appariement de bases. Par exemple, l'incorporation de 5-bromouracile (au lieu de thymine) se comporte comme la cytosine et conduit à la substitution d'une paire AT par une paire CG..
L'action directe de certains mutagènes peut affecter directement les bases de l'ADN. Par exemple, l'acide nitreux convertit l'adénine en une molécule similaire, l'hypoxanthine, par une réaction de désamination oxydative. Cette nouvelle molécule s'apparie à la cytosine (et non à la thymine, comme l'adénine le ferait normalement).
Le changement peut également se produire sur la cytosine et l'uracile est obtenu en tant que produit de la désamination. La substitution d'une seule base dans l'ADN a des conséquences directes sur les processus de transcription et de traduction de la séquence peptidique.
Un codon d'arrêt peut apparaître tôt et la traduction s'arrête prématurément, affectant la protéine.
Certains mutagènes tels que les agents intercalants (acridine, entre autres) et les rayons ultraviolets ont la capacité de modifier la chaîne nucléotidique.
Comme nous l'avons mentionné, les agents interchauffants sont des molécules plates, et ils ont la capacité de entrecoupé (d'où son nom) entre les bases du brin, le déformant.
Au moment de la réplication, cette déformation dans la molécule conduit à la délétion (c'est-à-dire à une perte) ou à l'insertion de bases. Lorsque l'ADN perd des bases ou que de nouvelles bases sont ajoutées, le cadre de lecture ouvert est affecté.
N'oubliez pas que le code génétique implique la lecture de trois nucléotides qui codent pour un acide aminé. Si nous ajoutons ou supprimons des nucléotides (dans un nombre qui n'est pas 3), toute la lecture d'ADN sera affectée et la protéine sera totalement différente.
Ces types de mutations sont appelés décalage de cadre ou des changements dans la composition des triplés.
Le rayonnement ultraviolet est un agent mutagène, et c'est un composant non ionisant normal de la lumière du soleil ordinaire. Cependant, le composant avec le taux mutagène le plus élevé est piégé par la couche d'ozone de l'atmosphère terrestre..
La molécule d'ADN absorbe le rayonnement et la formation de dimères de pyrimidine se produit. C'est-à-dire que les bases pyrimidiniques sont jointes au moyen de liaisons covalentes..
Les thymines adjacentes sur le brin d'ADN peuvent se joindre pour former des dimères de thymine. Ces structures affectent également le processus de réplication.
Dans certains organismes, comme les bactéries, ces dimères peuvent être réparés grâce à la présence d'une enzyme réparatrice appelée photolyase. Cette enzyme utilise la lumière visible pour reconvertir les dimères en deux bases distinctes..
Cependant, la réparation par excision nucléotidique ne se limite pas aux erreurs causées par la lumière. Le mécanisme de réparation est étendu et peut réparer les dommages causés par divers facteurs.
Lorsque les humains nous surexposent au soleil, nos cellules reçoivent des quantités excessives de rayonnement ultraviolet. La conséquence est la génération de dimères de thymine et peut provoquer un cancer de la peau.
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