基因突變及其效應(yīng)

關(guān)于基因突變及其效應(yīng)第一節(jié)

基因突變第2頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

1、突變(mutution)

（1）染色體畸變(chromosomeaberration)，即染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的改變；（2）基因突變(genemutation)。突變是指遺傳物質(zhì)(DNA序列)發(fā)生了改變。廣義的突變可以分為兩類：第3頁,共44頁，2024年2月25日，星期天狹義的突變，僅指一般的基因突變。基因突變是指基因的核苷酸順序、種類和數(shù)目發(fā)生改變，僅僅涉及DNA分子中的單個(gè)堿基改變者稱為點(diǎn)突變(pointmutation);涉及多個(gè)堿基的還有缺失，重復(fù)和插入。第4頁,共44頁，2024年2月25日，星期天生殖細(xì)胞突變體細(xì)胞突變2.突變的時(shí)期第5頁,共44頁，2024年2月25日，星期天生殖細(xì)胞突變(germlinemutation)：突變發(fā)生在生殖細(xì)胞的DNA中。當(dāng)突變的細(xì)胞形成合子的時(shí)候，這種突變就可以來傳遞給下一代。新生突變（denovomutation）：減數(shù)分裂時(shí)發(fā)生生殖腺嵌合（gonadalmosaicism）：有絲分裂時(shí)發(fā)生第6頁,共44頁，2024年2月25日，星期天體細(xì)胞突變(somaticmutation)：突變發(fā)生在體細(xì)胞中。突變的細(xì)胞只能在體細(xì)胞中傳遞，不能傳給下一代，如癌癥。第7頁,共44頁，2024年2月25日，星期天突變發(fā)生在減數(shù)分裂的不同時(shí)期，例如精原（卵原）母細(xì)胞、初級(jí)性母細(xì)胞、或者次級(jí)性母細(xì)胞，其產(chǎn)生突變的生殖細(xì)胞的數(shù)目是不同的。生殖細(xì)胞突變的頻率比體細(xì)胞突變的頻率高，主要是因?yàn)樯臣?xì)胞在減數(shù)分裂時(shí)對(duì)外界具有較高的敏感性。第8頁,共44頁，2024年2月25日，星期天（1）自發(fā)突變:由于自然界中誘變劑的作用，或者由于偶然的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)時(shí)的堿基錯(cuò)配所產(chǎn)生的突變3、基因突變的誘因物理因素化學(xué)因素生物因素（2）誘發(fā)突變第9頁,共44頁，2024年2月25日，星期天突變熱點(diǎn)

(hotspotsofmutation)是指DNA分子的某些部位的突變頻率大大高于平均數(shù)，這些部位稱為突變熱點(diǎn)。雖然理論上來說，DNA分子的每一個(gè)堿基都可以發(fā)生突變，但是實(shí)際上并非如此，因?yàn)橛型蛔儫狳c(diǎn)的存在，說明突變的部位并不是完全隨機(jī)分布的。

突變熱點(diǎn)第10頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、基因突變的類型和遺傳效應(yīng)第11頁,共44頁，2024年2月25日，星期天生物各世代以相對(duì)穩(wěn)定的頻率發(fā)生的基因突變稱為靜態(tài)突變（staticmutation）。突變頻率一般在10-6左右。根據(jù)突變涉及DNA序列中核苷酸的多少，可分為點(diǎn)突變（pointmutation）和片段突變（fragmentmutation）一靜態(tài)突變第12頁,共44頁，2024年2月25日，星期天同義突變錯(cuò)義突變無義突變終止密碼突變剪切位點(diǎn)突變調(diào)控序列突變堿基替換小的插入/缺失缺失重復(fù)重排（-）點(diǎn)突變（二）片段突變第13頁,共44頁，2024年2月25日，星期天堿基替換:指一個(gè)堿基對(duì)被另一個(gè)不同的堿基對(duì)所替換，為DNA分子中單個(gè)堿基的改變。轉(zhuǎn)換(transition)：同類堿基之間的替換，即嘌呤取代嘌呤、嘧啶取代嘧啶。顛換(tranversion)：不同類堿基之間的替換，即嘌呤取代嘧啶、嘧啶取代嘌呤。（一）堿基替換第14頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共44頁，2024年2月25日，星期天由此可以產(chǎn)生4種不同的轉(zhuǎn)換和8種不同的顛換。但是自然界中的突變，轉(zhuǎn)換多于顛換。堿基突變會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中氨基酸組成的改變而影響蛋白質(zhì)和酶的生物活性及其功能。第16頁,共44頁，2024年2月25日，星期天堿基替換發(fā)生在編碼區(qū)可出現(xiàn)的效應(yīng)：

由于密碼子具有兼并性，因此，單個(gè)堿基置換后，使mRNA上改變后的密碼子與改變前的密碼子所編碼的氨基酸保持不變，肽鏈中出現(xiàn)同一氨基酸。故同義突變并不產(chǎn)生突變效應(yīng)。（1）同義突變

（same-senseorsynonymousmutation

）第17頁,共44頁，2024年2月25日，星期天DNA中：GCGCCAmRNA中：CGCCGU

轉(zhuǎn)錄精氨酸精氨酸翻譯第18頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共44頁，2024年2月25日，星期天堿基替換發(fā)生在編碼區(qū)可出現(xiàn)的效應(yīng)：

指DNA分子中核苷酸置換后改變了mRNA上的遺傳密碼，從而導(dǎo)致合成的多肽鏈中的一個(gè)氨基酸被另一個(gè)氨基酸所取代，這種突變稱為錯(cuò)義突變。此時(shí)在該氨基酸前后的氨基酸不改變，錯(cuò)義突變的結(jié)果可以使多肽鏈喪失原有功能。（2）錯(cuò)義突變(missensemutation)第20頁,共44頁，2024年2月25日，星期天UAUGCCAAAUUGAAACCA酪丙賴亮賴脯UAUGCCACAUUGAAACCA酪丙蘇亮賴脯正常順序突變后的順序第21頁,共44頁，2024年2月25日，星期天某些類型的人血紅蛋白分子異常都是由錯(cuò)義突變引起。例：正常血紅蛋白β鏈的第6位氨基酸

GAA或GAG→GUA或GUG

谷氨酸纈氨酸

HbAHbS

（導(dǎo)致鐮形細(xì)胞性貧血）

第22頁,共44頁，2024年2月25日，星期天單個(gè)堿基置換導(dǎo)致編碼正常氨基酸的密碼子被替換為終止密碼子（UAG、UAA、UGA），這種突變稱為無義突變。多肽鏈將提前終止合成，形成一條不完整的多肽鏈，所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)（或者酶）大都失去活性，或者喪失正常功能。（3）無義突變(non-sensemutation)堿基替換發(fā)生在編碼區(qū)可出現(xiàn)的效應(yīng)：

第23頁,共44頁，2024年2月25日，星期天DNA鏈：TTCATAGTGAUUmRNA鏈：

AAGUAUCACUAA

賴?yán)?/p>

組終止

DNA鏈：TTCATTGTGAUUmRNA鏈：

AAGUAA

賴終止第24頁,共44頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)DNA分子中的一個(gè)終止密碼發(fā)生突變，成為編碼氨基酸的密碼子的時(shí)候，多肽鏈的合成將繼續(xù)進(jìn)行下去，肽鏈的延長(zhǎng)直至遇到下一個(gè)終止密碼子方才停止，因而形成了延長(zhǎng)的異常肽鏈，這種突變稱為終止密碼突變。（4）終止密碼突變

(terminationcodonmutation)第25頁,共44頁，2024年2月25日，星期天剪切位點(diǎn)GT-AG中的任一堿基發(fā)生置換而導(dǎo)致剪輯和加工異常，不能形成正確的mRNA分子。（5）剪切位點(diǎn)突變

(Splice-sitemutation)第26頁,共44頁，2024年2月25日，星期天GT-----AGPromoterExon1Intron1Exon2Intron2Exon3E1E2E3基因前RNA轉(zhuǎn)錄本成熟RNA

轉(zhuǎn)錄單位

E1E2E3

E1E2E3切除切除

接合

剪切Transcription剪切點(diǎn)GT----------AGGU-

----------AGGU-----AGGU----------AGGU-----AG第27頁,共44頁，2024年2月25日，星期天（6）調(diào)控序列突變

(RNAprocessingmutation)指影響轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和其他基因表達(dá)問題的基因突變，主要發(fā)生于啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子內(nèi)等。β珠蛋白基因5’啟動(dòng)子或3’非翻譯區(qū)的突變，會(huì)導(dǎo)致β珠蛋白mRNA的成熟及加工后產(chǎn)物數(shù)量急劇下降。第28頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

Crigler-NajjarSyndromeIII

該疾病主要表現(xiàn)為先天性黃疸，原因是肝葡萄糖醛酰轉(zhuǎn)移酶缺乏，血中膽紅素增高。如果用苯巴比妥可以誘導(dǎo)此酶活性升高，黃疸消失。這說明酶的結(jié)構(gòu)基因沒有發(fā)生改變。所以認(rèn)為是基因的調(diào)節(jié)失控所致。第29頁,共44頁，2024年2月25日，星期天（二）小的插入/缺失（indels）

也稱移碼突變(frame-shiftmutation)

是指DNA分子中插入或缺失一個(gè)或幾個(gè)堿基對(duì)，從而使該堿基下游的三聯(lián)體密碼的組合發(fā)生改變，進(jìn)而使其編碼的氨基酸種類和序列發(fā)生變化。移碼突變?cè)斐傻碾逆溠娱L(zhǎng)或者縮短，取決于移碼后終止密碼子推后或者提前出現(xiàn)。第30頁,共44頁，2024年2月25日，星期天CATTGGGACACCTGTACCAGTAACCCTGTGGACATGGT

CAT

AT

TCACCTGTACCAGTA

TA

AGTGGACATGGT

CAT

TCACCTGTACCA

GTA

AGTGGACATGGT(1)(2)

正常(1)插入2對(duì)

(2)插入4對(duì)插入/缺失非3的倍數(shù)：后面整個(gè)密碼組合改變第31頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共44頁，2024年2月25日，星期天插入/缺失3的倍數(shù)：多/少幾個(gè)密碼，后面不改變第33頁,共44頁，2024年2月25日，星期天一類介于一個(gè)或幾個(gè)堿基變異與細(xì)胞遺傳學(xué)變異之間的一大類變異，又稱結(jié)構(gòu)變異，常以1Kb為界.可為缺失、重復(fù)或復(fù)雜性改變。可累及一個(gè)，多個(gè)或部分基因，也可完全位于基因外的部位.

缺失重復(fù)重排（二）、片段突變第34頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共44頁，2024年2月25日，星期天動(dòng)態(tài)突變又稱為不穩(wěn)定三核苷酸重復(fù)序列突變，是基因組中串聯(lián)重復(fù)的三核苷酸序列隨著世代的傳遞而拷貝數(shù)逐代累加的突變方式。二動(dòng)態(tài)突變第36頁,共44頁，2024年2月25日，星期天脆性X綜合征（fragileXsyndrome）是一個(gè)發(fā)現(xiàn)由于動(dòng)態(tài)突變導(dǎo)致的遺傳病FraX在5’端非編碼區(qū)有一段不穩(wěn)定的DNA序列，由（CGG）n三核苷酸重復(fù)序列構(gòu)成。正常人：n=6-60前突變：n=60-200無臨床表現(xiàn)，攜帶者全突變：n=230以上表現(xiàn)出癥狀，重復(fù)越長(zhǎng)癥狀越重。第37頁,共44頁，2024年2月25日，星期天脆性x綜合征中重度智力低下、頭大、方額、長(zhǎng)臉、大耳朵、大睪丸。第38頁,共44頁，2024年2月25日，星期天此外還有：（CTG）n三核苷酸突變：強(qiáng)直性肌萎縮（CAG）n

三核苷酸突變：Huntington舞蹈癥第39頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)、基因突變的后果第40頁,共44頁，2024年2月25日，星期天1.

變異后果輕微，對(duì)