什么是基因突变?突变的分子基础是什么?

什么是基因突变?突变的分子基础是什么?
什么是基因突变?突变的分子基础是什么?

什么是基因突变?突变的分子基础是什么?
基因突变是指基因组DNA分子发生的突然的可遗传的变异.从分子水平上看,基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变.
分子基础：
一、自发突变(spontaneous mutation)
自发突变可能由复制错误、DNA损伤和转座作用等引起.
1.DNA复制错误(errors of DNA replication)
DNA碱基有互变异构体,造成DNA复制过程中的DNA错配.
（1）转换：Purine→ Pu;或者 Pyrimidine→ Py
（2）颠换：Pu →Py; 或者Py→Pu
（3）移码突变：增加或减少几个碱基,导致蛋白质翻译错位.
（4）缺失和重复：大片段碱基的缺失或重复,如E.coli乳糖发酵调节基因lacⅠ中四碱基重复序列.
野生型：5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’
突变型FS5：5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’
突变型FS2：5‘-GTCTGGCTGGC-3’
2、DNA损伤（lesions）
（1）脱嘌呤 由于碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到破坏,从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分子上脱落下来.
（2）脱氨基 C脱氨基变成U;A脱氨基变成H,：
A A­T →→ → H-T→→→ H-C→→→ H-C
↘→A-T ↘→G-C
B G­C →→ → G-U→→→ A-U→→→A-U
↘→G-C ↘→A-T
造成转换
（3）氧化损伤（oxidative lesions）:O2- OH- H2O2
可对DNA造成损伤
二、诱发突变（induced mutaion）
多种理化因素都可以诱导DNA的突变：
1、诱变机制
（1）碱基类似物 例：5-BU 和5-BrdU是胸腺嘧啶(T)的结构类似物,酮式结构易与A配对；烯醇式结构易与G配对.另有2-氨基嘌呤(2-AP,A类似物)、5- 氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶等.
（2） 特异性错配 例烷化剂:甲磺酸乙酯(EMS)、亚硝基胍( NG)、芥子气等.通过改变碱基结构使碱基错配.
如：G-C; 当G烷基化后可与T配对,导致碱基转换.
或者烷化剂使嘌呤脱落,造成转换、颠换、断裂或其他突变
子 （3） 嵌合剂的致突作用
例 .吖啶类染料:吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等碱基对的类似物,易造成移码突变.
（4） 辐射诱导效应
①紫外线UV:形成嘧啶二聚体,如T二聚体,①同一条单链内,影响复制时与A的配对,使复制中止；②双链之间,影响双链变性,并影响复制.
重复、缺失、移码突变
②电离辐射：如X-ray、可引起碱基的降解或脱落,A变成H;C变成T,出现转换.
物理——物理化学——生物化学——大分子损伤
ⅴ黄曲霉的作用
使鸟嘌呤G脱落,SOS修复引入A,造成突变.
2、碱基替换的遗传效应
(ⅰ) 同义突变（samesense mutation）不改变氨基酸的密码子变化,与密码子的兼并性有关.如GAU/GAC—Asp.
(ⅱ) 错义突变（missense mutation） 碱基替换的结果引起氨基酸序列的改变.
(ⅲ) 无义突变（nonsense mutation）编码区的单碱基突变导致终止密码子(UAG/UGA/UAA)的形成,使 mRNA的翻译提前终止,形成不完全的肽链.
如镰刀型贫血症：血红蛋白B链(146Aa),6号氨基酸的替换,导致明显的表型症状.Glu→Val,若Glu →Asp则影响较小.
3、码突变及其产生
在基因的外显子中插入或缺失1,2或4个核苷酸,使阅读信息发生错位,从而使翻译的蛋白质序列与原来完全不同.eg.E.coli中乳糖发酵的调节基因(lacⅠ):
野生型:5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’
移码突变Ⅰ:5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’
移码突变 Ⅱ:5‘-GTCTGGCTGGC-3’
4、突变热点和增变基因
基因中某些位点比其它位点突变率高,称突变热点.
例 分析T4-Phage r Ⅱ基因1500个突变体：r ⅡA (1800bp)有200个位点； r ⅡB (850bp)有108个位点 .
形成原因：
（1）、 5-MeC的存在,5-甲基胞嘧啶(MeC)脱氨基后变成T,使G-C部位转变成A-T部位；
（2）短的重复序列的存在,容易配对错位,造成重复或缺失
（3）与诱变剂类型有关,不同诱变剂出现不同的热点.
（ 4）增变基因(mutator gene)：该基因的突变会使整个基因组的突变频率增高,例 A.DNA多聚酶基因,突变后使多聚酶的3’ → 5’校正功能降低或丧失,使基因组突变频率增高；
B.dam基因,突变后使碱基的错配修复功能降低或丧失,使基因组突变频率增高.
三、诱变与肿瘤
肿瘤的形成与否取决于机体中癌基因和抑癌基因的平衡,抑癌基因突变会致癌.一些诱变剂可以特异性的诱导抑癌基因突变,导致肿瘤发生.eg.黄曲霉素、UV(ultraviolet)等.
黄曲霉素可诱导P53基因G → T颠换,导致肝癌的发生；
UV可诱导P53基因5’ -TC-3’发生C → T颠换,形成“T二聚体”,导致人类鳞状细胞皮肤癌的发生.
四、定点诱变
定义：利用人工合成的寡核苷酸,在离体的条件下,制造基因中任何部位的位点特异性突变的技术.
反义遗传学（reverse genetics）：合成—连接(单链M13)—复制—转化—检测