О.В. Мосин

Нуклеиновые кислоты являются генетиче­ским материалом клеток. Первичная структура молекулы нуклеиновой кислоты определяется последовательностью нескольких тысяч нуклеотидов четырех различных типов. Эта последовательность специфична для каждого вида нуклеиновой кислоты и не обнаруживает какой-либо правильной периодичности или других простых закономерностей. Таким образом нуклеиновые кислоты со­держат большое количество информации, накопленной в одно­мерной статической форме, аналогичной письменным данным цивилизации.

Из вышесказанного следует, что мутагенные реакции связаны с измене­ниями в последовательности нуклеотидов. Эти изменения могут быть замещением одного или нескольких нуклеотидов другими, удлинением, вычленением, обменом или другими перестройками в последовательности. В то время как некоторые изменения явля­ются летальными, другие могут приводить к образованию жиз­неспособных мутантов. При этом простейшее возможное изменение, вызванное заме­щением всего лишь одного нуклеотида другим внутри неизмененной молекулы является часто мутагенным. Это процесс может быть вызван искусственно или самопроизвольно про­исходит в природе.

Наиболее известной мутацией является превращение нуклеотида в один из трех других естественно встречающихся нуклеотидов. Химическая реакция этого типа изве­стна в рибонуклеиновой кислоте (РНК), где цитозин посредством дезаминирования может быть превращен в урацил [1] (рис. 1).

Рис. 1. Дезамииирование нуклеотидов азотистой кислотой

Можно ожидать закрепления такого изменения при молекулярной редупликации. Менее прямой путь получения мутаций — из­менение нуклеотида в производное, которое не встречается в естественной нуклеиновой кислоте, но которое при редуплика­ции ведет к включению естественного нуклеотида, отличающегося от исходного. Этот тип мутации определяется механизмом реду­пликации. В нем участвуют как энзиматические реакции, так и структурные отношения между матрицей и продуктом редупли­кации. Относительно связанной с этим энзиматической специфич­ности известно очень мало, и поэтому трудно предсказать, какие химические изменения нуклеотидов могли бы тормозить редупли­кацию.

С другой стороны, структурное отношение между матри­цей и продуктом редупликации определено для дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в схеме спаривания оснований по Уотсону и Крику [2] (рис. 2). Следовательно, если редупликация как возможно предсказать, какие изменения будут происходить как таковая не тормозится, то иногда возможно предсказать, ка­кие изменения будут происходить как следствие данной реакции, особенно если один нуклеотид замещен близким аналогом дру­гого. Например, в ДНК цитозин, превращенный в урацил посред­ством дезаминирования, может вызвать при редупликации вклю­чение тимина на его место, а аденин, превращен­ный в гипоксантин, может приводить к включению гуанина (см. рис. 2).

Рис. 2. Нуклеотидные пары в ДНК, с участием естественно встречающихся оснований — аденина, гуанина, цитозина и тимина и продуктов их дезаминирования — урацила и гилоксантина (см. рис. 1)

Реакции, ведущие к образованию аналогов естественных оснований, могут также быть мутагенными, если они не тормозят редупликацию. В этих случаях специфичность спаривания оснований уменьшается и при редуплика­ции в последовательность вносится неопределенность. Депуринизация при кислых значениях рН [4] представляет пример такого рода.

Мутации могут быть вызваны не только химическими изменениями нуклеиновой кислоты, но также включением в ДНК нуклеотидных аналогов, таких, как 5-бромурацил и 2-аминопурин. Эти аналоги приводят к образованию мутантов вследствие того, что специфичность редупликации понижается [4, 5].