《基因突变》学习笔记

基因突变的特性与诱发因素

突变

• 突变 指遗传物质发生可遗传变异

突变类别

1. 染色体畸变：染色体数目和结构的改变
2. 基因突变：DNA碱基对组成与序列的变化

基因突变

1. 生殖细胞突变 可通过有性生殖传递后代个体
2. 体细胞突变 不会传递后代个体 可通过突变细胞分裂增殖形成突变细胞克隆

基因突变的特征

1. 多向性 ：任何基因座上的基因都有可能独立的发生多次不同的突变 而形成新的等位基因

• 如 在不同条件下 位于染色体某一基因座上的基因A可突变为其等位基因a1 a2 a3等 从而形成复等位基因
• 群体中存在于同一基因座上 决定同一类相对性状 具有三种或三种以上不同形式的等位基因成为复等位基因
• 如ABO血型系统 由位于9号染色体长臂三区四带这一区域同一基因座上的Ia Ib 和 i 三种等位基因形式所构成的一组复等位基因所决定的

2. 可重复性：对于任何一个基因位点 并不是只发生一次或少数几次突变 突变总是以一定的频率重复出现
3. 随机性：突变的发生对于不同个体 细胞或不同基因来说都是随机的
4. 稀有性：自然状态下 各种生物的突变率都是很低的

• 如人类自发基因突变率 约为每1w-100w个生殖细胞中 有一个基因发生突变

5. 可逆性：基因突变的方向是可逆的

• 任何一种野生型基因A都能够通过突变而形成其等位的突变型基因a 为正向突变
• a也可突变为A 为回复突变
• 一般情况下 正向突变率远远高于回复突变率

6. 有害性： 通常基因突变会对个体产生不利影响 但也是相对的并非所有基因突变都会有害

基因突变的诱发因素

1. 自发突变
2. 诱发突变

自发突变

• 自然条件下 没有人为干涉未经任何人工处理而发生的突变

诱发突变

• 在人为干涉下 经过特殊的人工处理所产生的突变
• 无论是自发突变还是诱发突变 都有内外环境因素的影响

诱变剂

• 凡是能够诱发基因突变的各种内外环境因素

诱变剂分类

1. 物理因素

辐射：紫外线辐射 电离辐射

• 紫外线辐射引起的损失 DNA分子相邻嘧啶碱的二聚体化 最常见的是胸腺嘧啶二聚体造成碱基互补配对的错误 影响新合成链中碱基的组成
  
• 电离辐射包括电磁辐射 如X-射线 y射线 特殊辐射 粒子辐射
• 电离辐射 引发遗传物质内部的辐射化学反应 导致染色体和DNA分子的断裂性损伤
• 射线的诱变作用 不仅与其一次的照射强度或剂量相关 还具有照射强度和剂量的累积效应

2. 化学因素

• 碱基类似物 亚硝酸类化合物 羟胺类 烷化剂类物质 芳香族化合物
• 碱基类似物 掺入DNA分子中而取代某些正常碱基 引起突变发生
• 亚硝酸类物质 可引起碱基脱氨基作用 造成原有碱基分子结构和化学性质的改变
• 羟胺类 引起DNA分子中胞嘧啶发生化学组分的改变 不能与其互补碱基鸟嘌呤正常配对 转而与腺嘌呤配对结合 两次复制后 原本的C-G 突变为 A-T

3. 生物因素

• 病毒 风疹 麻疹 流感 疱疹
• 细菌和真菌 产生毒素或代谢物
• 如生活于花生玉米中的黄曲霉菌产生的黄曲霉素 是肝癌发生的重要诱发因素之一

基因突变的形式

点突变

• 又称碱基替换
• 碱基替换的方式有 转换和颠换两种
• 同类碱基中的替换为转换 即嘌呤->嘌呤 嘧啶->嘧啶
• 异类碱基的替换为颠换 即嘌呤->嘧啶 嘧啶->嘌呤

密码子区突变

• 若突变发生在基因的编码序列 mRNA的密码子相应改变

1. 同义突变

• 新旧密码子编码的氨基酸种类不变 不产生突变效应

2. 错义突变

• 碱基替换导致编码氨基酸变为另一种氨基酸 多肽链发生改变 影响蛋白质功能
• 人类许多分子病和代谢病由此造成

3. 无义突变

• 使编码氨基酸的密码变成终止密码子 UAA UAG UGA 多肽链提前终止 导致蛋白质功能异常或缺失
• 导致遗传表型改变的致病效应

4. 终止密码突变

• 终止密码子突变 成为氨基酸的密码子 形成延长的异常多肽链

非密码子区突变

• 引起的可能是调控序列或内含子与外显子的剪接位点的突变

5. 内含子与外显子剪接位点突变

• GT-AG中任一碱基发生置换 导致剪辑加工异常 不能形成正确的mRNA

移码突变

• DNA链上插入或丢失1个 2个 甚至多个碱基 （但不是三联体密码子及其倍数）
• 导致读码时 密码子移位 导致插入或丢失点以后的编码都发生改变
• 引发的遗传学效应往往比较严重
• 导致一条或多条多肽链的合成障碍或功能缺陷甚至完全丧失

整码突变

• 又称密码子的插入或缺失，指在DNA链中增加或减少的碱基对为一个或几个密码子，此时基因产物多肽链中会增加或减少一个或几个氨基酸，而此部位之后的氨基酸序列无改变。

密码子插入或丢失

• 插入或丢失前后的氨基酸种类和序列不变

动态突变

• 基因编码序列及基因侧翼序列中的短串联重复的核苷酸序列重复扩增 随世代传递而出现累加突变效应 为动态突变
• 由此突变引起的疾病统称为三核苷酸重复扩增疾病
• 三核苷酸扩增的显著特点是其突变的动态性 即 不稳定性
• 正常人类基因组中 已发现的三核苷酸扩增的致病位点大多具有40个以下重复顺序
• 异常扩增超过一定范围则导致疾病

1. 脆性X综合症

• Xq27.3, FMR-1 基因
• 5’端非翻译区（CGG）n重复数：
• 正常 6-50 最常见29-30个重复
• 前突变 60-200 无临床表现的携带者
• 全突变 230-1000 将出现智力低下及其他一些脆性X综合症的特征
• 重复序列异常扩增导致疾病发生 其不稳定的序列长度n越长 症状越严重

2. 强直性肌营养不良

• 19q13.3 19号染色体长臂1区3带3亚带
• 可扩增三核苷酸重复顺序CTG 位于基因3’端非翻译区
• 正常人群中 (CTG)n重复长度在5-37之间 扩增后致病突变 其长度通常大于50个
• 临床症状严重程度和扩增突变的长度有较好的相关性
• 若扩增重复顺序长度在150以下 通常只有轻微症状
• 150-800 在成年后逐渐出现临床症状
• 超过800 可为先天性病患 临床症状严重 而且在婴儿期有很高死亡率

3. 亨廷顿舞蹈症 脊髓肌萎缩症等

• 目前已知近20种疾病的发生是动态突变所导致的