基因突变

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--基因突變是指由于DNA堿基對的置換、增添或缺失而引起的基因結構的變化,亦稱點突變。在自然條件下發生的突變叫自發突變,由人工利用物理因素或化學藥劑誘發的突變叫誘發突變。基因突變是生物變異的主要原因,是生物進化的主要因素。在生産上人工誘變是産生生物新品種的重要方法。

----根據基因結構的改變方式,基因突變可分爲堿基置換突變和移碼突變兩種類型。

----堿基置換突變:由一個錯誤的堿基對替代一個正確的堿基對的突變叫堿基置換突變。例如在DNA分子中的GC堿基對由CG或AT或TA所代替,AT堿基對由TA或GC或CG所代替。堿基替換過程只改變被替換堿基的那個密碼子,也就是說每一次堿基替換只改變一個密碼子,不會涉及到其他的密碼子(圖3.4)。引起堿基置換突變的原因和途徑有兩個。一是堿基類似物的摻入,例如在大腸杆菌培養基中加入5-溴尿嘧院(BU)後,會使DNA的一部分胸腺嘧啶被BU所取代,從而導致AT堿基對變成GC堿基對,或者GC堿基對變成AT堿基對。二是某些化學物質如亞硝酸、亞硝基胍、硫酸二乙酯和氮芥等,以及紫外線照射,也能引起堿基置換突變。

----移碼突變:基因中插入或者缺失一個或幾個堿基對,會使DNA的閱讀框架(讀碼框)發生改變,導致插入或缺失部位之後的所有密碼子都跟著發生變化,結果産生一種異常的多肽鏈(圖3.5)。移碼突變誘發的原因是一些像吖啶類染料分子能插入DNA分子,使DNA複制時發生差錯,導致移碼突變。

----根據遺傳信息的改變方式,基因突變又可以分爲同義突變、錯義突變和無義突變叁種類型。

----同義突變:有時DNA的一個堿基對的改變並不會影響它所編碼的蛋白質的氨基酸序列,这是因爲改變後的密碼子和改變前的密碼子是簡並密碼子,它們編碼同一種氨基酸,这種基因突變稱爲同義突變(圖3.4a)。

----錯義突變:由于一對或幾對堿基對的改變而使決定某一氨基酸的密碼子變爲決定另一種氨基酸的密碼子的基因突變叫錯義突變(圖 3.4b)。这種基因突變有可能使它所編碼的蛋白質部分或完全失活,例如人血紅蛋白β鏈的基因如果將決定第6位氨基酸(谷氨酸)的密碼子由CTT變爲CAT,就會使它合成出的β鏈多肽的第6位氨基酸由谷氨酸變爲缬氨酸,從而引起鐮刀形細胞貧血病。

----無義突變:由于一對或幾對堿基對的改變而使決定某一氨基酸的密碼子變成一個終止密碼子的基因突變叫無義突變(圖3.5b)。其中密碼子改變爲UAG的無義突變又叫琥珀突變,密碼子改變成UAA的無義突變又叫赭石突變

----分子遺傳學中,營養缺陷型是指通過誘變而使得一些營養物質(如氨基酸)的合成能力出現缺陷,必須在基本培養基(如由葡萄糖和無機鹽組成的培養基)中加入相應的有機成分才能正常生長的突變菌株或突變細胞。例如,野生型大腸杆菌在基本培基中能夠正常生長,而組氨酸缺陷型的大腸杆菌(記爲His-)只有在基本培養基中加入適量的組氨酸時才能正常生長。突變型基因轉變成野生型基因的過程叫回複突變。例如把大量的His-大腸杆菌細胞接種在不含組氨酸的基本培養基中,會有極少量的細胞能夠生長,出現这種情況的原因主要是这些細胞的組氨酸缺陷基因已回複爲正常基因(記爲His )。

----某一突變基因的表型效應由于第二個突變基因的出現而恢複正常時,稱後一突變基因爲前者的抑制基因。抑制基因並沒有改變突變基因的DNA結構,而只是使突變型的表型恢複正常。例如,酪氨酸的密碼子是UAC,置換突變使UAC變爲無義密碼子UAG後翻譯便到此停止。如果酪氨酸tR-NA基因發生突變,使它的反密碼子由 AUG變爲 AUC時,其tRNA仍然能與酪氨酸結合,而且它的反密碼子AUC也能與突變的無義密碼子UAG配對。因此这一突變型tRNA,能使無義突變密碼子位置上照常出現酪氨酸,而使翻譯正常進行。这裏酪氨酸tRNA的突變基因便是前一個無義突變的抑制基因。

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