1、03 基因突变Gene Mutation 基因突变前言 诱发基因突变的因素 基因突变的一般特性 基因突变的分子机制 DNA 损伤的修复 前言 一切生物细胞内的基因都能保持其相对稳定性，但在一定内外因素的影响下，遗传物质就可能发生变化，这种遗传物质的变化及其所引起的表型改变称为突变（mutation） 。 诱发基因突变的因素 在自然条件下，未经人工处理而发生的突变为自发突变（spontaneous mutation） 。 经人工处理而发生的突变是诱发突变（induced mutaion） 。能诱发基因突变的各种内外环境因素统称为诱变剂（mutagen） 。 一、物理因素 紫外线 紫外线的照射可使
2、 DNA 顺序中相邻的嘧啶类碱基结合成嘧啶二聚体，最常见的为胸腺嘧啶二聚体（TT） 。在复制或转录进行时，该处碱基配对发生错误，从而引起新合成的 DNA 或 RNA 链的碱基改变。 紫外线诱发的胸腺嘧啶二聚体 电离辐射 射线直接击中 DNA 链，DNA 分子吸收能量后引起 DNA 链和染色体的断裂，片断发生重排，引起染色体结构畸变 。 其它物理因素 电磁辐射 高温 严寒 二、化学因素 羟胺（hydroxylamine，HA） 可使胞嘧啶（C）的化学成分发生改变，而不能正常地与鸟嘌呤（G）配对，而改为与腺嘌呤（A）互补。经两次复制后，C-G碱基对就变换成 T-A 碱基对。 羟胺引起 DNA 碱基
3、对的改变 亚硝酸或含亚硝基化合物 可使碱基脱去氨基（-NH2）而产生结构改变，从而引起碱基错误配对。 亚硝酸引起 DNA碱基对的改变 图中 A 被其脱去氨基后可变成次黄嘌呤（H ） ，H 不能再与 T 配对，而变为与 配对，经 DNA 复制后，可形成 T-AC-G 的转换。 烷化剂 具有高度诱变化学因素活性的烷化剂，可将烷基（CH3-、C2H5-等）引入多核苷酸链上的任何位置，被其烷基化的核苷酸将产生错误配对而引起突变。 烷化剂引起的 DNA 碱基对的改变 碱基类似物 某些碱基类似物可以取代碱基而插入 DNA 分子引起突变 。 芳香族化合物 吖啶类和焦宁类等扁平分子构型的芳香族化合物可以嵌入
4、DNA 的核苷酸序列中，导致碱基插入或丢失的移码突变。 三、生物因素 病毒 风疹、麻疹、流感、疱疹等 真菌和细菌 毒素 基因突变的一般特性 多向性 同一基因座上的基因可独立发生多次不同的突变而形成复等位基因。 可逆性 突变的方向可逆,可以是正突变，也可以是回复突变。 有害性 突变会导致人类许多疾病的发生。 稀有性 在自然状态下发生突变的频率很低。 随机性 可重复性 基因突变的分子机制 静态突变 动态突变 一、静态突变（static mutation） 是在一定条件下生物各世代中以相对稳定的频率发生的基因突变。可分为点突变和片段突变 。 点突变（point mutation）DNA 链中一个或一
5、对碱基发生的改变，两种形式：碱基替换和移码突变。 碱基替换（base substitution） DNA 链中碱基之间互相替换，从而使被替换部位的三联体密码意义发生改变。 转换（transition ）:一种嘌呤 -嘧啶对被另一种嘌呤-嘧啶对所替换。 颠换（ transvertion）: 一种嘌呤-嘧啶对被另一种嘧啶- 嘌呤对所替换 。 同义突变（same sense mutation） 碱基被替换之后，产生了新的密码子，但新旧密码子同义，所编码的氨基酸种类保持不变，因此同义突变并不产生突变效应 。 无义突变（non-sense mutation） 碱基替换使编码氨基酸的密码变成终止密码 UA
6、A、UAG 或 UGA。 错义突变（missense mutation） 碱基替换使编码某种氨基酸的密码子变成编码另一种氨基酸的密码子，从而使多肽链的氨基酸种类和序列发生改变。 终止密码突变（terminator codon mutation） DNA 分子中的某一个终止密码突变为编码氨基酸的密码，从而使多肽链的合成至此仍继续下去，直至下一个终止密码为止，形成超长的异常多肽链。影响非密码子区域的突变 调控序列突变：使蛋白质合成的速度或效率发生改变，进而影响着这些蛋白质的功能，并引起疾病。 内含子与外显子剪辑位点突变： GT-AG 中的任一碱基发生置换而导致剪辑和加工异常，不能形成正确的 mRN
7、A 分子。 移码突变（frame-shift mutation） 基因组 DNA 链中插入或缺失 1 个或几个碱基对，从而使自插入或缺失的那一点以下的三联体密码的组合发生改变，进而使其编码的氨基酸种类和序列发生变化。 移码突变 碱基对插入和（或）缺失的数目和方式不同，对其后的密码组合的改变的影响程度不同。 移码突变引起的最小变化是在 DNA 链上增加或减少一个遗传密码导致合成的多肽链多或少一个氨基酸，若大范围改变密码组合则会引起的整条多肽链的氨基酸种类及序列的变化。 移码突变的后果严重，通常是导致一条或几条多肽链丧失活性或根本不能合成，进而严重影响细胞或机体的正常生命活动。 片段突变 片段突变
8、是 DNA 链中某些小片段的碱基序列发生缺失、重复或重排。 二、动态突变 串联重复的三核苷酸序列随着世代传递而拷贝数逐代累加的突变方式。 例如：脆性 X 综合症 Xq27.3 内（CGG）n 重复 数：60-200，正常：6-60 例如：Huntington 舞蹈病 4p16.3 CAG 36121 正常 6 35 例如：SBMA Xq11-q12 CAG 40-72 雄激素受体蛋白 运动神经元受损 DNA 损伤的修复 生物体内存在着多种 DNA 修复系统，当 DNA 受到损伤时，在一定条件下，这些修复系统可以部分地修正 DNA 分子的损伤，从而大大降低突变所引起的有害效应，保持遗传物质的稳定
9、性。 一、紫外线引起的 DNA 损伤的修复 光复活修复（photoreactivation repair） 细胞内存在着一种光复活酶。在可见光的照射下，光复活酶被激活，从而能识别嘧啶二聚体并与之结合，形成酶-DNA 复合物，然后利用可见光提供的能量，解开二聚体，此后光复活酶从复合物中释放出来，完成修复过程，这一过程称为光复活修复。 光复活修复的过程 切除修复（excision repair） 也称为暗修复（dark repair） 。光在这种修复过程中不起任何作用。切除修复发生在复制之前，需要其它酶的参与。 核酸内切酶先在嘧啶二聚体附近切开 DNA 单链，然后以另一条正常链为模板，按碱基互补原
10、则补齐需切除部分的碱基序列，最后由核酸内切酶切去含嘧啶二聚体的片段，并由连接酶将断口与新合成的 DNA 片段连接起来。 重组修复（recombination repair） 含有嘧啶二聚体或其它结构损伤的 DNA 仍可进行复制，当复制到损伤部位时，DNA 子链中与损伤部位相对应的部位出现缺口。复制结束后，完整的母链与有缺口的子链重组，使缺口转移到母链上，母链上的缺口由 DNA 聚合酶合成互补片段，再由连接酶连接完整，从而使复制出来的 DNA 分子的结构恢复正常。该过程发生在复制之后。 重组修复的过程 二、电离辐射引起的 DNA 损伤的修复 超快修复：修复速度极快，在适宜条件下，大约 2 分钟内
11、即可完成修复。 快修复：一般在 X 线照射后数分钟内，即可使超快修复所剩下的断裂单链的 90被修复。 慢修复：是由重组修复系统对快修复所不能修复的单链断裂加以修复的过程。一般修复时间较长。 三、修复缺陷引起的疾病 修复系统本身是由一系列基因所编码的酶所组成的，修复系统的缺陷将使遗传物质的损伤不能得到尽快修复，突变将以各种形式存在并遗传下来，最终导致疾病的发生。 例如：着色性干皮病 UV嘧啶二聚体 光修复系统异常 解旋酶、核酸内切酶等修复蛋白的基因突变 例如：着色性干皮病 对光敏感，皮肤、眼、 舌易受损； 皮肤上皮鳞状细胞 或基底细胞皮肤癌； 伴性发育不良、生长迟缓、 神经系统异常而学习能力差 例如：Bloom syndrome 光敏感性 reqQ 解旋酶家族基因突变 身材矮小、免疫功 能低下、日光敏感 性面部红斑和轻度 颜面畸形 The End 脆性 X 综合症患者： 智能低下，皮肤松弛，关节过度伸展，长脸。 * * 5-BU 引起的 DNA 碱基对的改变 5-BU 与腺嘌呤（A ）和鸟嘌呤（G）均可配对。如果 5-BU 取代 T 以后一直保持与 A 配对，所产生的影响并不大；若与 G配对，经一次复制后，就可以使原来的 A-T 对变换成 G-C 对。 错义突变引发疾病镰刀状红细胞贫血
