11.5: Mabadiliko

Malengo ya kujifunza

• Linganisha mabadiliko ya uhakika na mabadiliko ya muafaka
• Eleza tofauti kati ya missense, nonsense, na mutations kimya
• Eleza tofauti kati ya ukarabati wa mwanga na giza
• Eleza jinsi tofauti za mutagens zinavyofanya
• Eleza kwa nini mtihani wa Ames unaweza kutumika kuchunguza kansa
• Kuchambua utaratibu wa DNA na kutambua mifano ya aina ya mabadiliko

Mabadiliko ni mabadiliko ya urithi katika mlolongo wa DNA wa kiumbe. Viumbe vinavyotokana, vinavyoitwa mutant, vinaweza kuwa na mabadiliko yanayotambulika katika phenotype ikilinganishwa na aina ya pori, ambayo ni phenotype inayoonekana kwa kawaida katika asili. mabadiliko katika mlolongo DNA ni kutolewa kwa mRNA kupitia transcription, na inaweza kusababisha mabadiliko mlolongo amino asidi katika protini juu ya tafsiri. Kwa sababu protini zinafanya kazi nyingi za seli, mabadiliko katika mlolongo wa amino asidi katika protini yanaweza kusababisha fenotype iliyobadilishwa kwa seli na viumbe.

Athari za Mabadiliko kwenye Mlolongo wa DNA

Kuna aina kadhaa za mabadiliko ambazo zinaainishwa kulingana na jinsi molekuli ya DNA inavyobadilishwa. Aina moja, inayoitwa mabadiliko ya uhakika, huathiri msingi mmoja na kawaida hutokea wakati msingi mmoja unabadilishwa au kubadilishwa na mwingine. Mabadiliko pia yanatokana na kuongezewa kwa besi moja au zaidi, inayojulikana kama kuingizwa, au kuondolewa kwa besi moja au zaidi, inayojulikana kama kufutwa.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Ni aina gani ya mutation hutokea wakati jeni ina nucleotides mbili chache katika mlolongo wake?

Athari za Mabadiliko juu ya muundo wa protini na Kazi

Mabadiliko ya uhakika yanaweza kuwa na madhara mbalimbali juu ya kazi ya protini (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Kama matokeo ya upunguvu wa kanuni za maumbile, mabadiliko ya uhakika kwa kawaida husababisha asidi amino sawa kuingizwa katika polipeptidi inayosababisha licha ya mabadiliko ya mlolongo. Mabadiliko haya hayatakuwa na athari juu ya muundo wa protini, na hivyo huitwa mutation kimya. Mabadiliko ya missense husababisha asidi amino tofauti kuingizwa katika polipeptidi inayosababisha. Athari ya mabadiliko yasiyo ya maana hutegemea jinsi kemikali tofauti ya asidi amino mpya inatokana na asidi amino ya aina ya mwitu. Eneo la asidi amino iliyobadilishwa ndani ya protini pia ni muhimu. Kwa mfano, ikiwa asidi ya amino iliyobadilishwa ni sehemu ya tovuti ya kazi ya enzyme, basi athari za mabadiliko ya missense inaweza kuwa muhimu. Mabadiliko mengi mabaya husababisha protini ambazo bado zinafanya kazi, angalau kwa kiwango fulani. Wakati mwingine madhara ya mabadiliko mabaya yanaweza kuwa dhahiri tu chini ya hali fulani za mazingira; mabadiliko hayo mabaya huitwa mabadiliko ya masharti. Mara kwa mara, mabadiliko mabaya yanaweza kuwa na manufaa. Chini ya hali nzuri ya mazingira, aina hii ya mutation inaweza kutoa viumbe vinavyohifadhi faida ya kuchagua. Hata hivyo aina nyingine ya mabadiliko ya uhakika, inayoitwa mabadiliko yasiyo na maana, hubadilisha codon encoding asidi amino (maana codon) katika codon ya kuacha (codon isiyo na maana). Mabadiliko yasiyo na maana husababisha awali ya protini ambazo ni mfupi kuliko aina ya pori na kwa kawaida hazifanyi kazi.

Uondoaji na kuingizwa pia husababisha madhara mbalimbali. Kwa sababu codons ni triplets ya nyukleotidi, kuingizwa au kufutwa katika makundi ya nucleotidi tatu kunaweza kusababisha kuingizwa au kufutwa kwa asidi amino moja au zaidi na inaweza kusababisha athari kubwa kwa utendaji wa protini unaosababisha. Hata hivyo, mabadiliko ya frameshift, yanayosababishwa na kuingizwa au kufuta idadi ya nucleotides ambayo si nyingi ya tatu ni tatizo sana kwa sababu mabadiliko katika matokeo ya sura ya kusoma (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Kwa sababu ribosomu zinasoma mRNA katika codoni tatu, mabadiliko ya kubadilisha frameshift yanaweza kubadilisha kila asidi amino baada ya hatua ya mabadiliko. sura mpya ya kusoma pia ni pamoja na kuacha codon kabla ya mwisho wa mlolongo coding. Kwa hiyo, protini zilizotengenezwa kutokana na jeni zenye mabadiliko ya sura ni karibu kila mara zisizo na kazi.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Mabadiliko yanaweza kusababisha mabadiliko katika mlolongo wa protini encoded na DNA.

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

1. Ni sababu gani mabadiliko ya nucleotidi katika jeni kwa protini inaweza kuwa na athari yoyote juu ya fenotype ya jeni hiyo?
2. Inawezekana kuingizwa kwa nucleotidi tatu pamoja baada ya nucleotide ya tano katika jeni la protini-coding kuzalisha protini ambayo ni mfupi kuliko kawaida? Jinsi au jinsi si?

Mabadiliko ya manufaa

Tangu kesi ya kwanza ya maambukizi ya virusi vya ukimwi wa binadamu (VVU) iliripotiwa mwaka 1981, karibu watu milioni 40 wamekufa kutokana na maambukizi ya VVU, ¹ virusi vinavyosababisha ugonjwa wa upungufu wa kinga (UKIMWI). Virusi hulenga seli za msaidizi T ambazo zina jukumu muhimu katika kuunganisha majibu ya kinga ya innate na adaptive, kuambukiza na kuua seli kawaida zinazohusika katika majibu ya mwili kwa maambukizi. Hakuna tiba ya maambukizi ya VVU, lakini madawa mengi yameandaliwa ili kupunguza au kuzuia maendeleo ya virusi. Ingawa watu duniani kote wanaweza kuambukizwa, kiwango cha maambukizi ya juu kati ya watu wenye umri wa miaka 15-49 ni Afrika Kusini mwa Sahara, ambapo karibu mtu mmoja kati ya 20 ameambukizwa, uhasibu kwa zaidi ya 70% ya maambukizi duniani kote ² (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kwa bahati mbaya, hii pia ni sehemu ya dunia ambako mikakati ya kuzuia na madawa ya kulevya kutibu maambukizi ni ya kukosa zaidi.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): VVU imeenea sana katika Afrika Kusini mwa Sahara, lakini kiwango cha maambukizi yake ni cha chini kabisa katika sehemu nyingine za dunia.

Katika miaka ya hivi karibuni, maslahi ya kisayansi yamepigwa na ugunduzi wa watu wachache kutoka kaskazini mwa Ulaya ambao wanakabiliwa na maambukizi ya VVU. Mwaka 1998, mwanajenetiki wa Marekani Stephen J. O'Brien katika Taasisi za Taifa za Afya (NIH) na wenzake walichapisha matokeo ya uchambuzi wao wa maumbile ya watu zaidi ya 4,000. Hizi zilionyesha kuwa watu wengi wa asili ya Eurasian (hadi 14% katika makundi mengine ya kikabila) wana mabadiliko ya kufuta, inayoitwa CCR5-Delta 32, katika encoding ya jeni CCR5. CCR5 ni coreceptor inayopatikana kwenye uso wa seli za T ambazo ni muhimu kwa aina nyingi za virusi kuingia kiini cha jeshi. Mabadiliko yanasababisha uzalishaji wa kipokezi ambacho VVU haiwezi kumfunga kwa ufanisi na hivyo huzuia kuingia kwa virusi. Watu wa homozygous kwa mabadiliko haya wamepunguza sana kuathiriwa na maambukizi ya VVU, na wale ambao ni heterozygous wana ulinzi fulani kutokana na maambukizi pia.

Haijulikani kwa nini watu wa asili ya kaskazini mwa Ulaya, hasa, hubeba mabadiliko haya, lakini uenezi wake unaonekana kuwa mkubwa zaidi kaskazini mwa Ulaya na hupungua kwa kasi kwa idadi ya watu kama mtu huenda kusini. Utafiti unaonyesha kuwa mabadiliko yamekuwepo tangu kabla ya VVU kuonekana na huenda ikachaguliwa kwa wakazi wa Ulaya kutokana na yatokanayo na pigo au ndui. Mabadiliko haya yanaweza kuwalinda watu binafsi kutokana na pigo (lililosababishwa na bakteria Yersinia pestis) na ndui (yanayosababishwa na virusi vya variola) kwa sababu kipokezi hiki kinaweza pia kuhusishwa na magonjwa haya. Umri wa mabadiliko haya ni suala la mjadala, lakini makadirio yanaonyesha ilionekana kati ya miaka 1875 hadi miaka 225 iliyopita, na huenda ikawa imeenea kutoka Ulaya ya Kaskazini kupitia uvamizi wa Viking.

Utafutaji huu wa kusisimua umesababisha njia mpya katika utafiti wa VVU, ikiwa ni pamoja na kutafuta madawa ya kuzuia CCR5 kumfunga VVU kwa watu ambao hawana mabadiliko. Ingawa kupima DNA ili kuamua ni watu gani wanaobeba mabadiliko ya CCR5-Delta 32 inawezekana, kuna matukio yaliyoandikwa ya watu binafsi homozygous kwa mutation kuambukizwa VVU. Kwa sababu hiyo, upimaji wa DNA kwa mabadiliko haupendekezi sana na maafisa wa afya ya umma ili wasihimize tabia hatari kwa wale wanaobeba mabadiliko hayo. Hata hivyo, kuzuia kisheria kwa VVU kwa CCR5 inaendelea kuwa mkakati halali kwa ajili ya maendeleo ya matibabu ya madawa ya kulevya kwa wale walioambukizwa VVU.

Sababu za Mabadiliko

Makosa katika mchakato wa replication ya DNA yanaweza kusababisha mabadiliko ya hiari kutokea. Kiwango cha hitilafu ya polymerase ya DNA ni msingi mmoja usio sahihi kwa jozi za msingi za bilioni zilizoigwa. Mfiduo wa mutagens unaweza kusababisha mabadiliko yaliyotokana, ambayo ni aina mbalimbali za mawakala wa kemikali au mionzi (Jedwali\(\PageIndex{1}\)). Mfiduo wa mutagen unaweza kuongeza kiwango cha mutation zaidi ya mara 1000. Mutagens mara nyingi pia ni kansa, mawakala yanayosababisha kansa. Hata hivyo, wakati karibu wote kansa ni mutagenic, si mutagens wote ni lazima kansa.

Mutagens ya kemikali

Aina mbalimbali za mutagens za kemikali huingiliana moja kwa moja na DNA ama kwa kutenda kama analogi za nucleoside au kwa kurekebisha besi za nucleotidi. Kemikali inayoitwa vielelezo vya nucleoside ni kimuundo sawa na besi za kawaida za nucleotide na zinaweza kuingizwa katika DNA wakati wa kuiga (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Analogi hizi za msingi husababisha mabadiliko kwa sababu mara nyingi huwa na sheria tofauti za msingi-pairing kuliko besi wanazobadilisha. Mutagens nyingine za kemikali zinaweza kurekebisha besi za kawaida za DNA, na kusababisha sheria tofauti za kuoanisha msingi. Kwa mfano, asidi ya nitrous hutenganisha cytosine, ikibadilisha kwa uracil. Uracil kisha jozi na adenine katika duru inayofuata ya replication, kusababisha uongofu wa jozi ya msingi ya GC kwa jozi ya msingi ya AT. Asidi ya nitrous pia hutenganisha adenine kwa hypoxanthine, ambayo jozi ya msingi na cytosine badala ya thymine, na kusababisha uongofu wa jozi ya msingi ya TA kwa jozi ya msingi ya CG.

Mutagens ya kemikali inayojulikana kama mawakala wa kuingiliana hufanya kazi tofauti. Molekuli hizi slide kati ya sifa besi nitrojeni ya DNA mara mbili helix, kupotosha molekuli na kujenga nafasi usio wa kawaida kati ya jozi nucleotide msingi (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Matokeo yake, wakati wa replication DNA, DNA polymerase inaweza ama kuruka kuiga nucleotides kadhaa (kujenga kufuta) au kuingiza nyukleotidi ziada (kujenga kuingizwa). Aidha matokeo inaweza kusababisha mabadiliko frameshift. Bidhaa za mwako kama hidrokaboni zenye kunukia polycyclic ni mawakala hatari sana wa kuingiliana ambayo yanaweza kusababisha saratani zinazosababishwa na mabadiliko. Wakala wa intercalating ethidium bromidi na acridine machungwa hutumiwa kwa kawaida katika maabara ili kudanganya DNA kwa taswira na ni mutagens uwezo.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): (a) 2-aminopurine nucleoside (2AP) kimuundo ni nucleoside Analog kwa adenine nucleoside, ambapo 5-bromoracil (5BU) ni nucleoside Analog kwa thymine nucleoside. 2AP msingi jozi na C, kuwabadili jozi ya msingi ya AT kwa jozi ya msingi ya GC baada ya raundi kadhaa ya kuiga. kuwabadili AT msingi jozi kwa jozi GC msingi baada ya raundi kadhaa ya kuiga. (b) Asidi ya nitrous ni aina tofauti ya mutagen ya kemikali ambayo hubadilisha besi za nucleoside zilizopo tayari kama C kuzalisha U, ambayo msingi jozi na A. mabadiliko haya ya kemikali, kama inavyoonekana hapa, husababisha kuwabadili jozi ya msingi ya CG kwa jozi ya msingi ya TA.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Intercalating mawakala, kama vile acridine, kuanzisha nafasi usio wa kawaida kati ya jozi msingi, kusababisha DNA polymerase kuanzisha ama kufuta au kuingizwa, na kusababisha uwezekano frameshift mutation.

Mionzi

Mfiduo wa mionzi ya ionizing au nonionizing inaweza kila kusababisha mabadiliko katika DNA, ingawa kwa njia tofauti. Nguvu ionizing mionzi kama X-rays na rays gamma inaweza kusababisha moja- na mara mbili stranded mapumziko katika uti wa mgongo DNA kupitia malezi ya radicals hidroxyl juu ya yatokanayo mionzi (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Mionzi ya ionizing pia inaweza kurekebisha besi; kwa mfano, uharibifu wa cytosine kwa uracil, sawa na hatua ya asidi ya nitrous. ³ Ionizing yatokanayo na mionzi ni kutumika kuua microbes sterilize vifaa vya matibabu na vyakula, kwa sababu ya athari yake makubwa nonspecific katika kuharibu DNA, protini, na sehemu nyingine za mkononi (tazama Kutumia Mbinu za kimwili kudhibiti microorganisms).

Mionzi isiyo ya kawaida, kama mwanga wa ultraviolet, sio nguvu ya kutosha kuanzisha aina hizi za mabadiliko ya kemikali. Hata hivyo, mionzi isiyo na nonionizing inaweza kusababisha malezi ya dimer kati ya besi mbili za karibu za pyrimidine, kwa kawaida thymines mbili, ndani ya kamba ya nucleotide. Wakati wa malezi ya dimer ya thymine, thymines mbili zilizo karibu zimeunganishwa kwa ushirikiano na, ikiwa zimeachwa bila kutengenezwa, replication ya DNA na transcription imesitishwa kwa hatua hii. DNA polymerase inaweza kuendelea na kuiga dimer kimakosa, uwezekano wa kusababisha mabadiliko ya frameshift au uhakika.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): (a) Mionzi ya ionizing inaweza kusababisha kuundwa kwa mapumziko moja-stranded na mbili-stranded katika Sukari-phosphate uti wa mgongo wa DNA, pamoja na mabadiliko ya besi (haijaonyeshwa). (b) Nonionizing mionzi kama mwanga ultraviolet inaweza kusababisha malezi ya dimers thymine, ambayo inaweza kuzuia replication na transcription na kuanzisha frameshift au mabadiliko ya uhakika.

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Muhtasari wa Wakala wa Mutagenic

Wakala wa Mutagenic	Mfumo wa Utekelezaji	Athari kwenye DNA	Aina ya Mutation
Analog za Nucleoside
2-aminopurine	Ni kuingizwa katika nafasi ya A lakini msingi jozi na C	Waongofu AT kwa GC msingi jozi	Point
5-bromoracil	Ni kuingizwa katika nafasi ya T lakini msingi jozi na G	Waongofu AT kwa GC msingi jozi	Point
Wakala wa kurekebisha Nucleotide
Oxide ya nitrous	Inatoa C hadi U	Waongofu GC kwa AT msingi jozi	Point
Kuingiliana mawakala
Acridine machungwa, ethidium bromidi, polycyclic kunukia hidrokaboni	Inapotosha helix mbili, hujenga nafasi isiyo ya kawaida kati ya nucleotides	Inaanzisha kufuta ndogo na kuingizwa	Frameshift
Mionzi ya ionizing
X-rays, γ-rays	Aina ya radicals hidroxyl	Husababisha mapumziko ya DNA moja na mbili-strand	Kukarabati taratibu inaweza kuanzisha mutations
X-rays, γ-rays	Inabadilisha besi (kwa mfano, kufuta C hadi U)	Waongofu GC kwa AT msingi jozi	Point
Mionzi isiyo na nonionizing
UV	Fomu pyrimidine (kawaida thymine) dimers	Husababisha makosa ya replication DNA	Frameshift au uhakika

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

1. Je, analog ya msingi inaanzishaje mabadiliko?
2. Je! Wakala wa kuingiliana huanzishaje mabadiliko?
3. Ni aina gani ya mutagen husababisha dimers ya thymine?

Ukarabati wa DNA

Mchakato wa kuiga DNA ni sahihi sana, lakini makosa yanaweza kutokea kwa hiari au kuingizwa na mutagens. Makosa yasiyosahihishwa yanaweza kusababisha madhara makubwa kwa phenotype. Viini vimeanzisha taratibu kadhaa za kutengeneza ili kupunguza idadi ya mabadiliko ambayo yanaendelea.

Proofreading

Makosa mengi yaliyoletwa wakati wa replication ya DNA yanarekebishwa mara moja na polimerasi nyingi za DNA kupitia kazi inayoitwa proofreading. Katika proofreading, polymerase ya DNA inasoma msingi ulioongezwa hivi karibuni, kuhakikisha kuwa ni nyongeza kwa msingi unaofanana katika kamba ya template kabla ya kuongeza ijayo. Ikiwa msingi usio sahihi umeongezwa, enzyme hufanya kukata ili kutolewa nucleotide isiyo sahihi na msingi mpya huongezwa.

kutolingana kukarabati

Baadhi ya makosa yaliyoletwa wakati wa replication yanarekebishwa muda mfupi baada ya mashine ya kuiga imehamia. Utaratibu huu unaitwa ukarabati wa kutofautiana. Enzymes zinazohusika katika utaratibu huu hutambua nucleotide isiyoongezwa vibaya, huiondoa, na kuibadilisha kwa msingi sahihi. Mfano mmoja ni ukarabati wa kutofautiana kwa methili katika E. coli. DNA ni hemimethylated. Hii ina maana kwamba strand ya wazazi ni methylated wakati strand mpya synthesized binti si. Inachukua dakika kadhaa kabla ya strand mpya imethylated. Protini MUTs, MutL, na Muth hufunga kwenye tovuti ya hemimethylated ambapo nucleotide isiyo sahihi inapatikana. Muth hupunguza strand isiyo na methylated (strand mpya). Exonuclease huondoa sehemu ya strand (ikiwa ni pamoja na nucleotide isiyo sahihi). Pengo lililoundwa ni kisha kujazwa na DNA pol III na ligase.

Ukarabati wa Dimers ya Thymine

Kwa sababu uzalishaji wa dimers ya thymine ni kawaida (viumbe vingi haviwezi kuepuka mwanga wa ultraviolet), taratibu zimebadilika ili kutengeneza vidonda hivi. Katika ukarabati wa ukarabati wa nucleotide (pia huitwa kukarabati giza), enzymes huondoa dimer ya pyrimidine na kuibadilisha na nucleotides sahihi (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Katika E. coli, DNA inafutwa na tata ya enzyme. Ikiwa kuvuruga katika helix mara mbili hupatikana ambayo ilianzishwa na dimer ya pyrimidine, tata ya enzyme hupunguza uti wa mgongo wa sukari-phosphate besi kadhaa juu ya mto na chini ya mto wa dimer, na sehemu ya DNA kati ya kupunguzwa hizi mbili ni kisha kuondolewa kwa enzymatically. DNA pol mimi nafasi ya nucleotides kukosa na wale sahihi na DNA ligase mihuri pengo katika mgongo sukari-phosphate.

Ukarabati wa moja kwa moja (pia huitwa kutengeneza mwanga) wa dimers ya thymine hutokea kupitia mchakato wa photoreactivation mbele ya mwanga unaoonekana. Enzyme inayoitwa photolyase inatambua kuvuruga katika helix ya DNA inayosababishwa na dimer ya thymine na kumfunga kwa dimer. Kisha, mbele ya mwanga unaoonekana, enzyme ya photolyase inabadilisha conformation na huvunja dimer ya thymine, kuruhusu thymines tena kwa usahihi jozi ya msingi na adenines kwenye kamba ya ziada. Photoreactivation inaonekana kuwa sasa katika viumbe vyote, isipokuwa wanyama wa placental, ikiwa ni pamoja na wanadamu. Photoreactivation ni muhimu hasa kwa viumbe sugu wazi kwa mionzi ultraviolet, kama mimea, bakteria photosynthetic, mwani, na matumbawe, ili kuzuia mkusanyiko wa mutations unasababishwa na thymine dimer malezi.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Bakteria zina njia mbili za kutengeneza dimers za thymine. (a) Katika ukarabati wa excision ya nucleotide, tata ya enzyme inatambua kuvuruga katika tata ya DNA karibu na dimer ya thymine na kupunguzwa na kuondosha kamba ya DNA iliyoharibiwa. Nucleotides sahihi hubadilishwa na DNA pol I na kamba ya nucleotide imefungwa na DNA ligase. (b) Katika photoreactivation, photolyase enzyme hufunga kwa dimer ya thymine na, mbele ya mwanga unaoonekana, huvunja dimer, kurejesha pairing ya msingi ya thymines na adenini ya ziada kwenye kinyume cha DNA.

Zoezi\(\PageIndex{4}\)

1. Wakati wa kutengeneza kutofautiana, enzyme inatambuaje ambayo ni mpya na ambayo ni strand ya zamani?
2. Ni aina gani ya mabadiliko ambayo kutengeneza photolyase?

Kutambua mutants Bakteria

Mbinu moja ya kawaida inayotumiwa kutambua mutants ya bakteria inaitwa upako wa replica. Mbinu hii hutumiwa kuchunguza mutants ya lishe, inayoitwa auxotrophs, ambayo ina mabadiliko katika jeni encoding enzyme katika njia ya biosynthesis ya virutubisho maalum, kama vile asidi amino. Matokeo yake, wakati seli za aina za pori huhifadhi uwezo wa kukua kwa kawaida kwa katikati ya kukosa virutubisho maalum, auxotrophs hawawezi kukua kwenye katikati hiyo. Wakati wa mchoro wa replica (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)), idadi ya seli za bakteria ni mutagenized na kisha hupandwa kama seli za mtu binafsi kwenye sahani tata ya lishe kamili na kuruhusiwa kukua katika makoloni. Viini kutoka kwa makoloni haya huondolewa kwenye sahani hii ya bwana, mara nyingi hutumia velvet yenye kuzaa. Velvet hii, iliyo na seli, kisha inakabiliwa katika mwelekeo huo kwenye sahani za vyombo vya habari mbalimbali. Angalau sahani moja inapaswa pia kuwa kamili ya lishe ili kuhakikisha kwamba seli zinahamishwa vizuri kati ya sahani. Sahani nyingine hazina virutubisho maalum, kuruhusu mtafiti kugundua mutants mbalimbali auxotrophic hawawezi kuzalisha virutubisho maalum. Viini kutoka koloni sambamba kwenye sahani kamili ya lishe inaweza kutumika kurejesha mutant kwa ajili ya utafiti zaidi.

Zoezi\(\PageIndex{5}\)

Kwa nini seli zimewekwa kwenye sahani kamili ya lishe pamoja na sahani za upungufu wa virutubisho wakati unatafuta mutant?

mtihani wa Ames

Mtihani wa Ames, uliotengenezwa na Bruce Ames (1928—) katika miaka ya 1970, ni njia inayotumia bakteria kwa uchunguzi wa haraka, wa gharama nafuu wa uwezo wa kusababisha kansa ya misombo mpya ya kemikali. Mtihani hupima kiwango cha mutation kinachohusiana na yatokanayo na kiwanja, ambacho, ikiwa kinainuliwa, kinaweza kuonyesha kuwa yatokanayo na kiwanja hiki kinahusishwa na hatari kubwa ya kansa. Jaribio la Ames linatumia kama kiumbe cha mtihani aina ya Salmonella typhimurium yaani auxotroph ya histidini, isiyoweza kuunganisha histidini yake mwenyewe kwa sababu ya mabadiliko katika jeni muhimu inayohitajika kwa ajili ya awali yake. Baada ya yatokanayo na mutagen uwezo, bakteria hizi ni plated kwenye kati kukosa histidine, na idadi ya mutants kupata uwezo wa kuunganisha histidine ni kumbukumbu na ikilinganishwa na idadi ya mutants vile kutokea kutokana na kukosekana kwa mutagen uwezo (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Kemikali ambazo ni mutagenic zaidi zitaleta mutants zaidi na awali ya kurejeshwa histidine katika mtihani wa Ames. Kwa sababu kemikali nyingi si moja kwa moja mutagenic lakini ni metabolized kwa aina mutagenic na Enzymes ini, panya ini dondoo ni kawaida ni pamoja na katika mwanzo wa jaribio hili kuiga ini kimetaboliki. Baada ya mtihani wa Ames kufanywa, misombo inayotambuliwa kama mutageniki hujaribiwa zaidi kwa mali zao zinazoweza kusababisha kansa kwa kutumia mifano mingine, ikiwa ni pamoja na mifano ya wanyama kama panya na panya.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Utambulisho wa mutants auxotrophic, kama auxotrophs ya histidine, hufanyika kwa kutumia mipako ya replica. Baada ya mutagenesis, makoloni yanayokua kwenye katikati kamili ya lishe lakini si kwa kati ya kukosa histidini hutambuliwa kama auxotrophs ya histidini.

Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Mtihani wa Ames hutumiwa kutambua mutagenic, kemikali zinazoweza kusababisha kansa. Salmonella histidine auxotroph hutumiwa kama aina ya mtihani, inayoonekana kwa mutagen/kansa inayoweza kutokea. Idadi ya mutants ya kurejea inayoweza kukua kwa kutokuwepo kwa histidine iliyotolewa huhesabiwa na ikilinganishwa na idadi ya mutants ya asili ya kurudi ambayo hutokea kwa kutokuwepo kwa mutagen inayoweza kutokea.

Zoezi\(\PageIndex{6}\)

1. Ni mabadiliko gani ambayo hutumiwa kama kiashiria cha kiwango cha mabadiliko katika mtihani wa Ames?
2. Kwa nini mtihani wa Ames unaweza kufanya kazi kama mtihani wa kansa?

Dhana muhimu na Muhtasari

• Mabadiliko ni mabadiliko ya urithi katika DNA. Mabadiliko yanaweza kusababisha mabadiliko katika mlolongo wa amino-asidi ya protini, labda kuathiri kazi yake.
• Mabadiliko ya uhakika huathiri jozi moja ya msingi. Mabadiliko ya uhakika yanaweza kusababisha mutation kimya kama codon mRNA codon kwa asidi amino sawa, mutation missense kama codon mRNA codon codes kwa asidi amino tofauti, au mabadiliko yasiyo na maana kama mRNA codon inakuwa codon ya kuacha.
• Mabadiliko ya missense yanaweza kuhifadhi kazi, kulingana na kemia ya asidi amino mpya na mahali pake katika protini. Mabadiliko yasiyo na maana yanazalisha protini za truncated na mara nyingi zisizo na kazi.
• Mabadiliko ya mabadiliko ya sura yanatokana na kuingizwa au kufuta idadi ya nucleotides ambayo sio nyingi ya tatu. Mabadiliko katika sura ya kusoma hubadilisha kila asidi ya amino baada ya hatua ya mabadiliko na husababisha protini isiyo na kazi.
• Mabadiliko ya hiari hutokea kupitia makosa ya replication ya DNA, ambapo mabadiliko yanayotokana hutokea kupitia yatokanayo na mutagen.
• Mawakala wa mutagenic mara nyingi huwa na kansa lakini si mara zote. Hata hivyo, karibu wote kansa ni mutagenic.
• Mutagens ya kemikali ni pamoja na analogi za msingi na kemikali zinazobadilisha misingi iliyopo. Katika matukio hayo yote, mabadiliko huletwa baada ya raundi kadhaa za replication ya DNA.
• Mionzi ya ionizing, kama vile eksirei na γ-rays, husababisha kuvunjika kwa uti wa mgongo wa phosphodiester wa DNA na pia unaweza kurekebisha misingi ya kemikali ili kubadilisha sheria zao za kuoanisha msingi.
• Mionzi isiyo ya kawaida kama mwanga wa ultraviolet inaweza kuanzisha dimers ya pyrimidine (thymine), ambayo, wakati wa replication ya DNA na transcription, inaweza kuanzisha mabadiliko ya frameshift au uhakika.
• Viini vina utaratibu wa kutengeneza mabadiliko ya kawaida yanayotokea. DNA polymerase ina shughuli za kupima. Ukarabati wa kutofautiana ni mchakato wa kutengeneza besi zisizoingizwa vibaya baada ya kuiga kwa DNA kukamilika.
• Dimers ya Pyrimidine pia inaweza kutengenezwa. Katika ukarabati wa ukarabati wa nucleotide (ukarabati wa giza), enzymes hutambua kuvuruga kuletwa na dimer ya pyrimidine na kuchukua nafasi ya kamba iliyoharibiwa na besi sahihi, kwa kutumia kamba ya DNA isiyoharibika kama template. Bakteria na viumbe vingine vinaweza pia kutumia ukarabati wa moja kwa moja, ambapo enzyme ya photolyase, mbele ya mwanga inayoonekana, huvunja pyrimidines.
• Kupitia kulinganisha ukuaji kwenye sahani kamili na ukosefu wa ukuaji kwenye vyombo vya habari kukosa virutubisho maalum, mutants maalum ya kupoteza-ya kazi inayoitwa auxotrophs inaweza kutambuliwa.
• Mtihani wa Ames ni njia isiyo na gharama kubwa ambayo hutumia bakteria ya auxotrophic kupima mutagenicity ya kiwanja cha kemikali. Mutagenicity ni kiashiria cha uwezo wa kansa.

maelezo ya chini

1. 1 Shirika la Afya Duniani “Global Afya Observatory (GHO) Data, VVU/UKIMWI http://www.who.int/gho/hiv/en/. Ilifikia Agosti 5, 2016.
2. 2 Shirika la Afya Duniani “Global Afya Observatory (GHO) Data, VVU/UKIMWI http://www.who.int/gho/hiv/en/. Ilifikia Agosti 5, 2016.
3. 3 K.R. Tindall et al. “Mabadiliko katika Mlolongo wa Msingi wa DNA ikiwa na Mutagenesis ya Gamma-Ray ya Lambda Phage na Unabii.” Jenetiki 118 namba 4 (1988) :551—560.