1、學習必備歡迎下載一、基因突變的概念1基因突變（gene mutation）：染色體上某一基因位點內部發生了化學性質(結構 )的變化，與原來基因形成對性關系。二、基因突變的分子機制基因突變的分子機制（本質）是DNA 分子結構的改變，分子結構的改變可以分為以下幾類：替換（ substitution） / 點突變（ point mutation）指 DNA 上單一堿基的變異。嘌呤替代嘌呤（A 與 G 之間的相互替代） 、嘧啶替代嘧啶（C與 T 之間的替代）稱為轉換（transition ）；嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤則稱為顛換（transvertion ）。倒位（ transposition） 指 DN

2、A 鏈重組使其中一段核苷酸鏈方向倒置。缺失（ deletion）指 DNA 鏈上一個或一段核苷酸的消失。插入（ insertion）指一個或一段（例如：轉座子）核苷酸插入到DNA 鏈中。發生替換、倒位、缺失和插入的結果可能造成錯義突變（ missense mutation） :是指 DNA 分子中堿基改變后引起密碼子變化，導致所編碼的氨基酸發生替代，從而影響蛋白質功能，以至影響到突變體的表型。無義突變（ nonsense mutation）:是指由于DNA 的堿基改變導致編碼氨基酸的密碼子突變成終止密碼子。這種突變引起 mRNA 翻譯提前終止，產生一條短的不完整的多肽鏈。無義突變通常對所編碼的

3、蛋白活性有嚴重影響，產生突變的表型。移碼突變（ frame-shift mutaion）在為蛋白質編碼的序列中如缺失及插入的核苷酸數不是 3 的整倍數，則發生讀框移動（ reading frame shift ），使其后所譯讀的氨基酸序列全部混亂，產生突變的表型。同義突變 (沉默突變 silent mutation）:是指 DNA 分子中的堿基改變后， 突變的密碼子仍然編碼原來的氨基酸，并沒有引起多肽鏈中氨基酸的變化。三、基因突變的分類1、根據突變所引起的表型改變分為：形態突變型；生化突變型；致死突變型；條件致死突變型。2、根據基因結構的改變方式分為：分子結構改變（堿基替換；倒位）、移碼突變

4、(插入與缺失)。3、根據突變所引起的遺傳信息意義的改變分為：錯意突變、無義突變、移碼突變 和同義突變4、根據突變發生的方式：自發突變（ spontaneous mutation）是指在自然狀態下未經誘變劑處理而出現的突變。自發突變可能是由于DNA 復制錯誤、堿基的異構互變效應、自發的化學變化（堿基的脫嘌呤和脫氨基）和轉座因子等多種原因引起的。人工誘發基因突變：包括物理誘變和化學誘變缺少堿基會引起堿基的轉替換（轉換和顛換）四、基因突變的誘發1、物理因素誘變1）分類物理因素誘變包括電離輻射誘變和飛電離輻射誘變。電離輻射 : 包括 射線、 射線和中子的粒子輻射，還包括X 射線和 射線的電磁波輻射。非

5、電離輻射：紫外線。學習必備歡迎下載2）原理A. 電離輻射的原理a. 直接作用：當電離輻射的射線碰撞基因任何分子時，射線的能量使基因任何分子的某些原子外圍的電子脫離軌道，于是這些原子就從中性變為帶正電荷的離子，這叫做 “原發電離”。在射線經過的通路上，在形成大量離子對的過程中所產生的電子，多數尚有較大的能量，能引起第二次電離。這叫做“次級電離”。由于從一個原子外層脫離軌道的電子必然被另一個原子所捕獲，所以離子是成對出現的，稱為離子對。次級電離的結果，輕則造成基因分子結構的改組，產生突變了的新基因，重則造成染色體的斷裂，引起染色體結構的畸變b. 間接作用：引起其它物質電離而發生化學變化，從而對遺傳

6、物質發生作用。 B. 非電離輻射誘變原理a 紫外線的直接作用機制：只能產生激發作用，不能使原子電離。激發作用使原子外圍的電子活躍起來， 造成基因分子鏈的離新。 這些分子鏈已經離析的基因在重新組合的時候，不免要發生差錯，于是出現基因突變。紫外線 (UV)特別作用于嘧啶，使得同鏈上鄰近的嘧啶核苷酸之間形成多價的聯合。 最通常的結果是促使胸腺嘧啶聯合成二聚體； 或是將胞嘧啶脫氨成尿嘧啶，或是將水加到嘧啶的 C4、 C5 位置上成為光產物。它可以削弱 CG 之間的氫鍵，使 DNA 鏈發生局部分離或變性。b 紫外線的間接作用：產生H2O2，而起化學誘發作用。3）方法：A. 外照射：中子、 X 射線、 射

7、線，紫外線；輻射源與物體間保持一定的距離。B. 內照射： 射線、 射線穿透力弱，常為 射線，如用 32P、 35S 浸種或注射，讓植物吸收后而引起的輻射。2、化學因素誘變作用機理A妨礙 DNA 某一成分合成妨礙堿基的合成從而導致被處理生物的突變。這類誘變物質有 5氨基尿嘧啶、 8乙氧基咖啡堿、 6疏基嘌呤等。前二種堿基妨礙嘧啶的合成， 6疏基膘呤妨礙嘌呤的合成。B. 堿基類似物替換與 DNA 堿基類似的化合物，常常能在復制時摻入到DNA 分子中去， 在以后 DNA 復制時引起堿基配對上的差錯，最終導致堿基對的替換，引起突變。堿基類似物，有5溴尿嘧啶 (5-BU，同時能和A 和 G 配對 )，5

8、 溴去氧尿核苷、 2氨基嘌呤等。C. 直接改變DNA 某些特定的結構凡是能和DNA 起化學反應并能改變堿基氫鍵特性的物質，叫做DNA 誘變劑。亞硝酸： pH=5 的緩沖液中， 可以氧化掉A 和 C 的 C6 位置上的氨基變為I （配對 C）和 U（配對 A），在下次復制時導致A-T 變 G-C， G-C變 A-T 的轉換烷化劑（甲基磺酸乙酯、甲基磺酸甲酯和亞硝酸胍等）： a. 添加烷基到堿基N7、 N1 和 N3，引起堿基替換。b.烷基化還會造成堿基水解從DNA 上裂解下來，造成堿基缺失，引起堿基的替換。 c.和磷酸結合成不穩定磷酸酯，磷酸酯水解，使DNA 鏈斷裂羥胺：使 C 的 C6 上的氨

9、基羥化，變得像T（與 A 配對），造成 G-C變 A-T 的轉換D. 引起 DNA 復制的錯誤嵌入 DNA 雙聯中心的堿基之間引起單一核酸的缺失和插入2-氨基吖啶和ICR-170等學習必備歡迎下載五、 基因突變的時期和細胞基因突變的來源）自然發生：自然界的因素；）人工誘發：理化因素，更高突變頻率。生物個體發育的任何時期均可發生性細胞突變突變配子后代個體；體細胞突變突變體細胞組織器官。體細胞突變的保留與芽變選擇。性細胞的突變頻率比體細胞高性母細胞與性細胞對環境因素更為敏感。基因突變常常是獨立發生的在體細胞中如果隱性基因發生顯性突變，當代就會表現出來，同原來性狀并存，形成鑲嵌現象或 稱嵌合體 (c

10、himaera) 。六、基因突變的特性1、突變的重演性和可逆性（）突變的重演性：同一突變可以在生物的不同個體上多次發生。同一基因突變在不同的個體上均可能發生；不同群體中發生同一基因突變的頻率相近。（）突變的可逆性：基因突變的發生方向是可逆的。正突變 (forward mutation) ：顯性基因A隱性基因a；反突變 (reverse mutation) ：隱性基因a顯性基因A。通常認為： 野生型基因是正常、有功能基因； 而最初基因突變往往是野生型基因突變而喪失功能、發生功能改變，表現為隱性基因。所以反突變又稱為回復突變（）通常用u 表示正突變頻率、v 表示反突變頻率，則：(back muta

11、iton)。野生型=正突變突變型反突變uv2、突變的多方向性與復等位基因突變的多方向性： 指基因突變可以多方向發生， 即基因內部多個突變部位分別改變后會產生多種等位基因形式。復等位基因 (multiple allele) ：位于同一基因位點上的多個等位基因。3、突變的有害性和有利性（）突變的有害性：大多數基因的突變，對生物的生長與發育往往是有害的，原因如下：生物的野生型基因都是正常有功能的；生物細胞內現有的基因是通過長期自然選擇進化而來， 并且基因間達到某種相對平衡與協調狀態。基因突變可能會導致：基因間及相關代謝過程的協調關系被破壞。基因突變與表現往往會導致當代生物個體：性狀變異、個體發育異常

12、、生存競爭與生殖能力下降，甚至死亡致死突變。致死突變： 指發生突變后會導致特定基因型個體死亡的基因突變。（ 2） 突變的有利性突變的有害和有利性是相對的，在某些情況下，基因突變的有害與有利性可以轉化。學習必備歡迎下載中性突變： 指突變型的性狀變異對生物個體生活力與繁殖力沒有明顯的影響，不具有選擇差異的基因突變。在自然條件下4、突變的平行性指親緣關系相近的物種因為遺傳基礎比較接近，往往會發生相似的基因突變。七、基因突變的修復1、DNA 的防護機制（ 1）密碼簡并性： 密碼的結構可以使突變的機會減少到最小程度。（ 2）回復突變： 某個座位遺傳密碼的回復突變可使突變型恢復成原來的野生型，盡管回復突變

13、的頻率比正突變頻率低得多。（ 3）抑制： 存在基因間抑制 和基因內抑制 現象。前者指控制翻譯機制的抑制者基因，通常是 tRNA 基因發生突變，而使原來的無義突變、誤義突變或移碼突變恢復成野生型。后者指突變基因另一座位上的突變掩蓋了原來座位的突變（但未恢復原來的密碼順序） ，使突變型恢復成野生型。（ 4）致死和選擇： 如果防護機制未起作用，一個突變可能是致死的。（ 5）二倍體和多倍體： 高等生物的多倍體具有幾套染色體組， 每個基因都有幾份， 故能比二倍體和低等生物表現強烈的保護作用。2、DNA 的修復對于紫外線輻射引起的胸腺嘧啶二聚體（TT）的修復1、 光修復光激活酶 (photoreactin

14、g enzyme)辨認出 TT，在有藍色光波的條件下，二聚體被切開，回復正常。這種經過解聚作用使突變回復正常的過程叫做 光修復 (light repair)。DNA2、 暗修復某些 DNA 的修復工作不需光也能進行，例如，大腸桿菌中的UVrA 突變體的修復過程由四種酶來完成：首先由核酸內切酶在TT 一邊切開，然后由核酸外切酶在另一邊切開，把TT 和鄰近的一些核苷酸切除；第三種酶(DNA 聚合酶 )把新合成的正常的核苷酸片段補上；最后由連接酶把切口縫好，使DNA 的結構恢復正常。這類修復系統稱為暗修復(dark repair) ，或切除修復 (excision repair) 。3、重組修復重組修復 (recombination repair) 必須在 DNA 復制后進行，因此又稱為復制后修復。這種修復并不切除胸腺嘧啶二聚體。