Химический мутагенез

Специальные токсические процессы

Специальные токсические процессы – одна из форм токсического процесса на уровне организма. Они развиваются лишь у части популяции, как правило, в особых условиях (действие дополнительных факторов, в определенный период жизнедеятельности организма и т.д.), характеризуются продолжительным скрытым периодом. Патологические процессы развиваются у организмов, имевших контакт с вредными веществами в отдаленные сроки их жизни, а также в течение жизни нескольких их поколений. Именно поэтому к ним часто применяют термин «отдаленные последствия» или «отдаленные эффекты». Многие специальные токсические процессы развиваются по беспороговому принципу (канцерогенез, тератогенез, отчасти нарушения репродуктивной функции и т.д.).

Химический мутагенез

Мутации – этонаследуемые изменения генетической информации, хранящейся в ДНК клеток, т.е качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

Далеко не всякая модификация молекулы ДНК (мутация) является опасной для организма. Более того, без мутации была бы не возможна эволюция, т.к. именно она лежит в основе изменчивости. Опасность представляет случайный, ненаправленный мутагенез, несущий, как правило, негативные последствия для организма.

Неблагоприятные эффекты мутагенеза определяются тем, в клетках какого типа он реализуется: половых или соматических (клетках, составляющих тело (сому) многоклеточных организмов и не принимающих участия в половом размножении), стволовых (стволовые клетки – особые клетки живых организмов, способные изменяться особым образом, т.е. получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка) и делящихся или созревающих и зрелых. Результатом грубых мутаций половых клеток и делящихся клеток развивающегося плода являются: стерильность особи, врожденная патология у потомства, тератогенез и гибель плода. Мутации стволовых и делящихся соматических клеток сопровождаются нарушениями структуры и/или функции тканей с непрерывной физиологической регенерацией (система крови, иммунная система, эпителиальные ткани) и канцерогенезом. Повреждение ДНК зрелой соматической клетки не приводит к пагубным последствиям для организма.

Вызывать мутации могут различные факторы физической и химической природы, называемее мутагенами. К физическим факторам относятся ионизирующее излучение (альфа-, бета-, гамма-, нейтронное и рентгеновское излучение), коротковолновое ультрафиолетовое излучение, СВЧ-излучение и, возможно, действие экстремальных температур.

Основными видами мутаций, вызываемых химическими веществами являются точечные мутации и хромосомные аберрации.

Точечные мутации - это минимальные повреждения ДНК, заключающиеся в замещении нуклеотида или нуклеотидной пары. Точечные мутации являются следствием:

- химической модификации нуклеотида (например, действие азотистой кислоты);

- действия на нуклеотиды алкилирующих агентов, т.е. веществ, способных ковалентно присоединять алкильные радикалы к активным группам нуклеотидов ДНК (сернистый и азотистый иприты, многие промышленные токсиканты, лекарственные препараты, прежде всего, противоопухолевые, используемые в химиотерапии);

- включения в цепь ДНК токсиканта – аналога азотистого основания; включение дополнительного нуклеотида (как и выпадение нуклеотида) в структуру ДНК кардинальным образом изменяет триплетный код, с помощью которого хранится информация о последовательности аминокислот в синтезируемом белке, приводит к «сдвигу» всей последовательности нуклеотидов, в силу чего последствия такой мутации, как правило, пагубны для организма (пример токсиканта – акридин).

Хромосомные аберрации – изменения структуры хромосом или числа хромосом в клетке (сернистый, кислородный и азотистый иприты, их производные и аналоги, бисульфан и др.)

Многие физические и химические факторы, не являясь собственно мутагенами, способствуют появлению мутаций. Например, тяжелые и цветные металлы связываются с ферментами процессов синтеза белка и нуклеиновых кислот и изменяют их ферментативную активность.

Репарация ДНК.

Клетки обладают способностью корректировать и устранять повреждения ДНК. Вследствие этого лишь небольшое число мутаций, инициированных токсикантом, сохраняется в процессе репликации молекулы (создание себе подобной структуры, процесс синтеза дочерней молекулы). Если же мутация не распознана, то извращенная информация передается с ДНК в РНК (транскрибируется), а затем экспрессируется (экспрессия – процесс, в котором наследственная информация преобразуется в РНК или белок) в неполноценный протеин. Последствия этого для клетки могут быть либо несущественны, либо критичны, в зависимости от функции, выполняемой протеином).