Мутагени и канцерогени

Днес ще говорим за мутагени и канцерогени и как те могат да увреждат ДНК. Но първо искам да преговорим централната догма на молекулярната биология и това как генетичната информация на една клетка се съхранява във вид на ДНК, която после се транскрибира в РНК, а после се транслира, за да се синтезират протеини. Нуклеотидите от ДНК биват транскрибирани в комплементарните си нуклеотиди в РНК, които после биват разчетени като кодони, или групи от три, за да кодират специфични аминокиселини в по-голям протеин. Ако мутира един от нуклеотидите в ДНК, като този тимин в аденин, това ще засегне РНК последователността и, в крайна сметка, протеина, който следва. Казваме, че мутациите са грешки в клетъчната ДНК, които в крайна сметка водят до анормално производство на протеин. Какво е мутаген? Мутаген е всяко химично вещество или физично въздействие, което може да причини генетични мутации. Химични вещества като някои отрови могат да са мутагени, или физични фактори като УВ светлина или различни видове радиация също могат да са мутагени. Класифицираме мутагените в две различни категории. Да кажем, че тук имаме един човек. Един мутаген може да бъде класифициран като ендогенен, ако идва отвътре в организма на този човек. И това е някакъв мутаген, който вече се среща в организма. Екзогенен мутаген е такъв, който идва отвън на засегнатия организъм, нещо, което е от външната среда. Какви са някои примери за ендогенни мутагени? Най-значимите ендогенни мутагени са това, което наричаме реактивни кислородни видове, или ROS, като ROS са естествено получаващи се метаболити в човешкото тяло, които се произвеждат от митохондриите по време на окислително фосфорилиране. Ако имам този човек тук, който ще погълне голямо ястие, можеш да очакваш, че по време на метаболизирането на ястието, митохондриите му ще произведат куп ROS, като O2-, което наричаме супероксид, което е кислородна молекула с един допълнителен електрон, както и водороден пероксид, който е друг ROS, който тялото ти може да произведе. Реактивните кислородни видове, както се досещаш от името им, съдържат кислород – и двата примера съдържат, но те реагират активно с различни клетъчни компоненти, включително ДНК, и като реагират с ДНК, те могат да причинят значителни увреждания на генетичния код на клетката. Един пример за този вид увреждане е разкъсването на двойната верига, като ROS могат да разкъсат двойната верига на ДНК на по-малки части и можеш да видиш защо този вид реакция може да причини увреждане, тъй като доста значително променя структурата на клетъчната ДНК. Следващият вид ДНК увреждане, което ROS могат да причинят, е модификацията на базите и това се случва, когато нуклеиновите бази биват променени и това може доста лесно да причини точкови мутации или може би дори други видове. Може би се чудиш защо една клетка би произвела нещо, което може да я увреди. Оказва се, че ROS имат няколко благоприятни ефекта върху една клетка и клетките имат няколко начина да си гарантират, че те не причиняват увреждане, но понякога концентрацията на ROS става много висока и клетките не могат да се справят с тях. Това се нарича оксидативен стрес и вероятно твоят лекар може да ти е казвал, че антиоксидантите са нещо добро за теб, и се оказва, че част от това, което правят антиоксидантите, е да гарантират, че ROS не увреждат твоята ДНК. Нека сега да разгледаме няколко примера за екзогенни мутагени. Има множество различни видове екзогенни мутагени, но ще разгледаме само два от тях. Интеркалаторите са един пример и един от тях се нарича етидиев бромид, който може да познаваш, ако знаеш за експериментите с PCR. Етидиевият бромид "скача" в двойната спирала на ДНК и се вмъква между двете вериги, а когато интеркалаторите се вмъкват в ДНК, те могат да деформират структурата на ДНК и да причинят някои сериозни проблеми. Базови аналози като 5-бромоурацил, който също можем да наречем 5-BU, се "представят" за определена база, но те действат различно от нормалната база. В случая с 5-BU, който е аналог на урацила и изглежда като него, след като бъде вмъкнат в ДНК, той може да преминава между две различни форми. В своята кето форма се свързва най-добре с аденин. Докато когато е в енолна форма, той се свързва най-добре с гуанин. Ако си изучавал/а органична химия, може би знаеш, че 5-BU може да преминава между кето и енолната си форма чрез нещо, наречено реакция на тавтомеризация, и като цяло, можеш да видиш как този базов аналог може да индуцира мутации в ДНК верига. Последното нещо, за което ще говорим, е какво е канцероген. Канцерогените могат да са мутагени, макар не всички от тях да са, но, като цяло, можеш да кажеш, че канцерогенно вещество е такова вещество, което може да доведе до поява на рак, което, ако помниш, означава, че клетките на един организъм се делят неконтролируемо и могат да образуват големи маси клетки, наречени тумори. Някои канцерогени действат чрез предизвикване на мутации в ДНК, които водят до рак, но понякога може да повлияят просто чрез увеличаване на скоростта, с която се делят куп клетки, без да повлияят тяхната ДНК. Някои примери за канцерогени са тютюнът, който се съдържа в цигарите, азбестът, който е бил използван като изолация за жилищата, и дори УВ радиацията. Какво научихме? Първо, научихме, че мутагените са химични или физични вещества или въздействия, които могат да увеличат вероятността за възникване на генетични мутации. И след това научихме, че канцерогените са вещества, които водят до рак, и макар да е възможно те да са мутагени, не е задължително те да са мутагени.