Мутагенез — внесение изменений в нуклеотидную последовательность днк (мутаций). Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез. Механизмы мутагенеза

Последовательность событий, приводящая к мутации (внутри хромосомы) выглядит следующим образом. Происходит повреждение ДНК. Если повреждение ДНК не было корректно репарировано, оно приведет к мутации. В случае если повреждение произошло в незначащем (интрон) фрагменте ДНК, или если повреждение произошло в значащем фрагменте (экзон) и, вследствие вырожденности генетического кода не произошло нарушения, то мутации образуются, но их биологические последствия будут незначительными или могут не проявиться.

Мутагенез на уровне генома также может быть связан с инверсиями, делециями, транслокациями, полиплоидией, и анеуплоидией, удвоением, утроением (множественной дупликацией) и т. д. некоторых хромосом.

В настоящее время существует несколько подходов, использующихся для объяснения природы и механизмов образования точечных мутаций. В рамках общепринятой, полимеразной модели считается, что единственной причиной образования мутаций замены оснований являются спорадические ошибки ДНК-полимераз. В настоящее время такая точка зрения является общепринятой ^]

Уотсон и Крик предложили таутомерную модель спонтанного мутагенеза . Они объяснили появление спонтанных мутаций замены оснований тем, что при соприкосновении молекулы ДНК с молекулами воды могут изменяться таутомерные состояния оснований ДНК.

Образование мутаций замены оснований объяснялось образованием Хугстиновских пар. Предполагается, что одной из причин образования мутаций замены основания является дезаминирование 5-метилцитозина,

Нуклеиновые кислоты — это сложные соединения, молекулы которых крупнее молекул большинства белков и содержат углерод, кислород, водород, азот и фосфор. Они были впервые выделены Мишером в 1870 году из ядер клеток, находящихся в гное; их название обусловлено тем, что они обладают кислотными свойствами и впервые были идентифицированы в клеточных ядрах (ядро по латыни nucleus). Долгое время полагали, что существует только две нуклеиновые кислоты: одна, содержащая сахар рибозу и называемая рибонуклеиновой кислотой (РНК), и другая, содержащая сахар дезоксирибозу и называемая дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). В настоящее время обнаружено много различных видов РНК и ДНК, различающихся деталями своего строения и своей ролью в обмене веществ. ДНК содержится в хромосомах клеточного ядра, а также (в гораздо меньшем количестве) в митохондриях и хлоропластах. Она служит главным носителем генетической информации. РНК содержится в ядре (ее особенно много в ядрышке), в рибосомах и — в меньших количествах — в других частях клетки.    Нуклеиновые кислоты состоят из компонентов, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид содержит азотистое основание, пяти углеродный сахар (пентозу) и фосфорную кислоту. Входящие в нуклеиновые кислоты азотистые основания делятся на два типа: пурины и пиримидины. РНК содержит пуриновые основания аденин и гуанин и пиримидиновые основания цитозин и урацил; кроме того, в ее состав входят рибоза и фосфорная кислота. ДНК также содержит аденин, гуанин и цитозин, а в качестве второго пиримидинового основания тимин; кроме того, в нее входят дезоксирибоза и фосфорная кислота. Молекулы нуклеиновых кислот построены из линейных цепей нуклеотидов, соединенных эфирной связью между сахаром одного нуклеотида и фосфорной кислотой другого. Специфичность нуклеиновой кислоты определяется последовательностью расположения в ее цепи нуклеотидов четырех типов; например, участок молекулы ДНК может быть представлен последовательностью нуклеотидов ЦЦГАТТА, где Ц — цитозин, Г — гуанин, А — аденин и Т — тимин.    В настоящее время известно множество фактов, свидетельствующих о том, что ДНК определяет специфичность и химические свойства генов — единиц наследственности. Существует несколько типов РНК, каждый из которых играет особую роль в биосинтезе специфических белков клетки.

 Особую функции выполняют в клетке некоторые моно- и динуклеотиды — вещества, близкие по своей структуре к компонентам нуклеиновых кислот. В состав каждого из них входят: фосфорная кислота, рибоза и пуриновое или пиримидиновое основание. Каждое из этих оснований может образовать нуклеозидтрифосфат, в котором последовательно соединены основание, сахар и три фосфатные группы. Аденозинтрифосфат (АТФ), состоящий из аденина, рибозы и трех остатков фосфата, играет важнейшую роль как своего рода «энергетическая валюта» всех клеток. В его молекуле две концевые фосфатные группы присоединены к нуклеотиду макроэргическими (т. е. богатыми энергией) связями, которые обозначаются символом — Ф. Биологически полезная энергия этих связей может передаваться другим молекулам; большая часть химической энергии клетки запасается в форме макроэргических фосфатных связей АТФ и может использоваться клеткой при переносе фосфатной группы на другую молекулу. Гуанозинтрифосфат (ГТФ) необходим на некоторых этапах синтеза белков, уридинтрифосфат (УТФ) — на некоторых этапах углеводного обмена, а цитидинтрифосфат (ЦТФ) — для синтеза жиров, и фосфолипидов. Трифосфаты всех четырех нуклеотидов нужны для синтеза РНК, а четыре соответствующих нуклеозидтрифосфата, содержащие дезоксирибозу, — для синтеза ДНК.    Перечень нуклеотидов, играющих важную роль в метаболических процессах, завершают НАД, НАДФ и ФАД. Никотинамидадениндинуклеотид (НАД), называемый также дифосфопиридиннуклеотидом (ДПН), состоит из никотинамида, рибозы и фосфата, присоединенных к адениннуклеотиду (состоящему из фосфата, рибозы и аденина). НАД имеет первостепенное значение как первичный акцептор электронов и водорода в окислительных реакциях, протекающих внутри клетки. Ферменты дегидрогеназы отнимают электроны и водород от молекул таких веществ, как, например, молочная кислота, и переносят их на НАД, который в свою очередь передает их другим акцепторам электронов. Для некоторых других ферментов акцептором электронов и водорода служит никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ), называемый также трифосфопиридиннуклеотидом (ТПН). Он отличается от НАД только тем, что имеет третью фосфатную группу, присоединенную к рибозе адениннуклеотида. Флавинадениндинуклеотид (ФАД) (состоящий из соединенных в цепочку рибофлавина, рибита, двух фосфатных групп, рибозы и аденина) служит акцептором водорода и электронов для некоторых других дегидрогеназ. Следует особо отметить, что в состав этих динуклеотидов входят витамины — никотинамид и рибофлавин. Такие вещества, как НАД, НАДФ и ФАД, называются коферментами; они необходимы для функционирования определенных ферментных систем, но очень непрочно связаны с молекулой фермента и легко отщепляются от нее. Присоединяя электроны и атомы водорода, они переходят из окисленной формы в восстановленную; например, окисленная форма НАД (ее сокращенно обозначают через НАД+) превращается в восстановленную [сокращенно обозначается НАД • Н; поскольку при восстановлении один протон освобождается, восстановленную форму иногда обозначают также через НАД • Н( + Н+)]. Передав электроны следующему акцептору в цепи дыхательных ферментов, кофермент снова переходит в окисленную форму.