基因突变的机制

基因突变的机制第1页/共17页

基因突变的原因是多种多样的，可以是自发的或诱发的，诱变又可分为点突变和畸变。具体类型可归纳如下：第2页/共17页碱基的置换它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换，也称为点突变（pointmutation）。由于DNA分子中有四种碱基，故可能出现4种转换和8种颠换。在自然发生的突变中，转换多于颠换。转换：DNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换。颠换：一个嘌呤被另一个嘧啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换。突变的类型第3页/共17页碱基替换对遗传信息的影响(1）同义突变（cosensemutation）：由于一个氨基酸可有二种以上的三联体密码编码。因此，DNA分子中碱基对的取代，虽然可导致某一密码子的改变，但它所编码的氨基酸仍然不变，这种突变称同义突变。同义突变在表型上无法识别，因为核苷酸序列的变化，并未引起其基因的产物——蛋白质的一级结构发生变化。（2）错义突变：DNA分子中碱基对的取代，导致了某一密码子的被另一种氨基酸的取代称错义突变，这种突变可使蛋白质结构改变，最终可能使蛋白质分子完全失活或部分失活，并在突变体的表型上表现出来。（3）无义突变：DNA分子中碱基对的取代，导致某一密码子变为终止密码子UAG、UGA、UAA之一的突变，它使翻译过程在此突变位点停止，并只能产一个失活的多肽片段。第4页/共17页移码突变指诱变剂使DNA分子中的一个或少数几个核苷酸的增添或缺失，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。这种突变的效应是改变了密码子的阅读框架，使从突变位点之后的全部密码子的阅读框架都发生了位移，其结果可能是从突变了的密码子开始到信息末端的氨基酸序列完全错误；也可能在信息移位中形成一个无义密码子，只能产生一个无功能的肽链片段。第5页/共17页

染色体突变:某些理化因子，如X射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起染色体畸变，包括染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体数目的变化。(1）缺失。指染色体断裂的断片发生丢失。(2）重复。指某染色体的个别区段重复出现1次或多次。(3）倒位。指某染色体的内部区段发生180°的倒转,而使该区段的原来基因顺序发生颠倒的现象。(4)易位。一条染色体与非同源的另一条染色体彼此交换部分区段，称为易位或相互易位。第6页/共17页基因突变的机制1、物理因素:X—射线、α—射线、紫外线等,波长短,能量大,穿透力强,突变能力强。紫外线:紫外线的高能量可以使相邻的嘧啶之间的双键打开形成二聚体,包括产生环丁烷结构和6-4光产物,即一个嘧啶的第六位碳原子与相邻的嘧啶第四位碳原子间连接,并使DNA产生弯曲。电离辐射：在射线的直接作用和水在电离时所形成的自由基作用下，DNA链可以出现双链断裂或单链断裂，大剂量照射时，还使碱基遭到破坏。第7页/共17页第8页/共17页2、化学因素：某些化学药物的诱变作用是有特异性的，即一定性质的药物能够诱发一定类型的变异。（1）碱基类似物：5-溴尿嘧啶（Bu）、5-溴脱氧尿核苷（BudR）、2-氨基嘌呤（Ap）等。前二者是胸腺嘧啶（T）的类似物，后一种是腺嘌呤（A）的类似物。其作用机理是它们的分子结构与基因分子的碱基相似，它们在不妨碍基因复制的情况下作为组成基因的成分参入到基因分子中去。由于它们与碱基不同，它们会在复制时发生偶然配对上的差错，从而导致基因突变。第9页/共17页（2）碱基的修饰剂：亚硝酸、烷化剂等。通过对DNA碱基的修饰作用，而改变其配对性质。如亚硝酸能脱去碱基上的氨基。亚硝酸能够作用于腺嘌呤(A）的氨基而使它脱氨变为次黄嘌呤(HX）；可以作用于胞嘧啶（c）而使它变为尿嘧啶（U）。这两种氨基到酮基的变化带来碱基配对关系的改变，从而通过DNA复制而造成A∶T→G∶C或者G∶C→A∶T置换。烷化剂使DNA碱基上的氮原子烷基化，最常见的是鸟嘌呤上是第七位氮原子烷基化，引起分子电荷分布的变化而改变碱基的配对性质。（烷基能移到电子密度较高的其他分子中去，这种通过烷基置换其它分子的氢原子的作用，叫做烷化作用。）如7-甲基鸟嘌呤与胸腺嘧啶配对直接与配对有关的位置烷基化可以完全阻断碱基的配对。氮芥、硫芥能使DNA同一条链或两条不同链上的鸟嘌呤连接成二聚体。第10页/共17页第11页/共17页（3）嵌入染料：吖啶橙、原黄素等染料。它们可以插入到DNA的碱基之间，使碱基对间的距离撑大约一倍，正好占据了一个碱基的位置，嵌入染料插入碱基重复位点处，可造成两条链错位，在DNA复制时，新合成的链或者增加核苷酸加入或者使核苷酸缺失，造成移码突变。第12页/共17页3、生物因素：生物诱变因素主要指病毒。转导诱发突变：(1）噬菌体病毒的侵染(2）动植物病毒的侵入转化诱发突变：外源DNA→受体细胞→基因重组转座诱发突变：DNA序列通过非同源是方式，从染色体某一部分转移到同一染色体另一部分或其它染色体某一部分的现象称为转座。由于转座因子中基因编码的转座酶能识别受体DNA分子中的靶序列，它可把靶序列切成两条单链并使转座因子的一条链与靶序列的与靶序列一条链相连接，另一条链与靶序列相反一端的另一条链连接。形成的单链缺口可经DNA聚合酶1的作用而合成，再经DNA连接酶的作用而缝合，于是，随着转座因子的插入就使靶序列得到了复制。现已知道，在玉米、果蝇等生物中发生的一些典型突变就是由于这类可移动DNA序列的插入所引起的。第13页/共17页根据基因突变方式可将突变分为自发和诱发⑴诱发突变：简称诱变，是指通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。①碱基的置换；②移码突变；③染色体畸变。⑵自发突变：指生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变。形成原因：①背景辐射和环境因素的诱变；②微生物自身有害代谢产物的诱变；③DNA复制过程中碱基配对错误引起。

自发突变与诱发突变没有本质的区别。第14页/共17页自发突变的规律