Cơ chế gây đột biến điểm

Khi kiểm tra dãy đột biến được gây tạo bới các tác nhân đột biến khác nhau
cho thấy mỗi tác nhân đột biến được đặc trưng bởi một đặc tính đột biến khác
nhau hay "preference" về cả một dạng đột biến nhất định và một điểm đột
biến nhất định, được gọi là điểm dễ xảy ra đột biến (mutational hot spots).
Đặc tính đột biến như thế được chú ý lần đầu tiên ở locus rII của
bacteriophage T4.

Tác nhân đột biến hoạt động ít nhất qua ba cơ chế khác nhau: chúng có thể
làm thay thế một base trong DNA; làm biến đổi một base gây kết cặp nhầm
với một base khác; làm sai hỏng một base, dẫn đến không thể kết cặp với bất
kỳ base nào trong điều kiện bình thường.
Đột biến thay thế base: một vài hợp chất hóa học tương tự nitrogen
base bình thường của DNA, đôi khi chúng có thể gắn vào DNA thay cho base
bình thường. Những chất như thế được gọi là các chất tương đương với base
(base analogs). Các chất tương đương này kết cặp không như sự kết cặp của
các base bình thường. Vì vậy chúng có thể gây ra đột biến do gắn vào một
nucleotide không đúng trong quá trình sao chép.
Để hiểu hoạt động của các chất tương đương base, trước hết cần phải xem xét
khuynh hướng tự nhiên của các base đối với sự hình thành các dạng khác
nhau. Mỗi base trong phân tử DNA có thể xuất hiện ở một trong số nhiều
dạng được gọi là tautomers, chúng là các đồng phân khác nhau ở vị trí
nguyên tử và những liên kết giữa các nguyên tử. Dạng keto của mỗi base
thường có trong DNA, trong khi dạng imino và enol của base là hiếm.
Tautomer imino hoặc enol có thể kết cặp sai với base tạo một kết cặp nhầm
(mispair). Khả năng kết cặp nhầm như thế gây ra đột biến trong quá
trình sao chép được chú ý đầu tiên bởi Watson và Crick khi các tác giả này
nghiên cứu công thức về mô hình cấu trúc DNA.
Sự kết cặp nhầm có thể sinh ra ngẫu nhiên, nhưng cũng có thể sinh ra khi
base bị ion hóa. Tác nhân gây đột biến 5-Bromouracil (5-BrU) là chất tương

trong lần sao chép tiếp theo.
Tác nhân xen vào giữa (intercalating agents) là nhóm tác nhân quan
trong khác gây biến đổi DNA. Nhóm của các hợp chất này bao gồm
proflavin, acridin cam và một nhóm các hợp chất hóa học khác. Các
tác nhân này là nhóm các phân tử bắt chước các cặp base và có thể xen vào
giữa các nitrogen base ở lõi chuỗi xoắn kép DNA. Ở vị trí xen vào này chúng
gây sự thêm vào hoặc mất đi một cặp nucleotide.
Sai hỏng base: Một số lớn tác nhân đột biến gây sai hỏng một hoặc
nhiều base. Vì vậy không thể kết cặp với base đặc trưng. Kết quả làm cản trở
sự sao chép vì DNA polymerase không thể tiếp tục quá trình tổng hợp DNA
qua những base sai hỏng. Ở E.coliquá trình này xảy ra đòi hỏi hoạt tính của
hệ thống SOS. Hệ thống này được kích thích như là một phản ứng khẩn cấp
ngăn cản sự chết tế bào khi DNA bị sai hỏng nặng.

* Cơ chế của đột biến ngẫu nhiên
Đột biến ngẫu nhiên xảy ra do nhiều nguyên nhân: gồm sai hỏng trong quá
trình sao chép DNA, các tổn thương ngẫu nhiên, sự chen vào của yếu tố di
động. Đột biến ngẫu nhiên hiếm nên khó xác định cơ chế cơ bản. Tuy nhiên,
một vài hệ thống chọn lọc cho phép thu được đột biến ngẫu nhiên và phân
tích ở mức độ phân tử. Từ bản chất của những thay đổi trình tự có thể suy ra
quá trình dẫn đến đột biến ngẫu nhiên.
Những sai hỏng ngẫu nhiên (spontaneous lesions) đến DNA có thể sinh ra đột
biến. Hai tổn thương ngẫu nhiên thường xuất hiện nhất: depurination và
deamination, trong đó depurination phổ biến hơn.
Depurination do tác dụng của aflatoxin, làm mất một base purine.
Ngoài ra, quá trình mất purine cũng xảy ra một cách tự nhiên. Một tế bào
động vật mất ngẫu nhiên khoảng 10.000 purine của DNA trong một thế hệ tế
bào khoảng 20 giờ ở 37oC. Nếu tổn thương này được giữ lại, dẫn đến sai
hỏng di truyền đáng kể vì trong quá trình sao chép, vị trí mất purine không
thể định rõ được loại base nào. Trong những điều kiện nhất định một base có