第七章 基因突变 基因突变:由于DNA分子中碱基所发生的改变,导致DNA分子结构发生稳定的改变。

基因突变的修复方式:

第一节 基因突变的类型 体细胞突变（somatic mutation） 生殖细胞突变（germ-line mutations） 转换（transition）是指同类碱基之间的替换。 颠换（transversion mutation）是嘌呤与嘧啶之间的替换。 突变类型

从对遗传信息的改变看： 1、同义突变：没有改变产物氨基酸序列 的密码子变化。 2、错义突变：碱基序列的改变引起了产物 点突变中的碱基替代突变可进一步分为： 1、同义突变：没有改变产物氨基酸序列 的密码子变化。 2、错义突变：碱基序列的改变引起了产物 氨基酸序列的密码子变化。 3、无义突变：产生终止密码子的突变。 无义突变中产生UAG的为瑚珀型Amb 无义突变中产生UAA的为赫石型Och 无义突变中产生UGA的为乳石型Opa

中性突变（neutral mutation）多肽链中相应位 点发生的氨基酸的取代并不影响蛋白质的功能; 沉默突变（silent mutation）蛋白质中相应位点 是发生了相同氨基酸的取代，即同义突变。 移码突变（frameshift mutation）由于碱基数目 的改变所引起的密码子阅读框架发生改变。

回复突变与抑制突变 回复突变（reverse mutation）， 一类是正向突变（forward mutation）突变方向是从野生型向突变型；另一种是回复突变，其突变方向是从突变型向野生型 抑制突变（suppressor mutation）突变的作用还可以通过其它位点的突变而得到减少或校正。

抑制基因所引起的抑制突变----基因间抑制 抑制基因（suppressor）或称校正基因: 能够逆转或抑制另一个突变效应的基因。 （一）无义抑制（nonsense suppressor） 产生互补于由于突变所产生的无 义密码子的tRNA反密码子的突变 1. tRNA反密码子的突变 2. tRNA其它结构的改变

(二)错义抑制 产生能够互补于由于突变而产生的错义密码子的tRNA反密码子的突变 1.完全恢复活性------氨基酸种类不变 2.部分恢复活性------氨基酸种类变化

（二）错义抑制

抑制突变的特点: 1.不是所有抑制基因都能产生有功能的蛋白质，关键是要看氨基酸取代的情况。 2. 校正的作用不可能是完全的。 ①校正的tRNA分子是有限的而且还要和释放 因子竞争； ②若是错义抑制的话，由于氨基酸发生取 代,使得蛋白质的活性有所降低。 3. 每种抑制tRNA一般都只识别UAG终止密码子，而不再识别原来相应的密码子。

4. 当细胞中含有多个tRNA拷贝时，抑制才能发挥作用。 5. 有的抑制基因，不仅可以识别终止密码子，而且还可以识别原来的密码子。如野生型tRNATrp的反密码子是CCA，它可以识别原来的密码子UGG，而且还可以识别终止密码子UGA。

6.校正基因一般不会影响正常的终止 (1)校正基因识别的终止密码子不一定和正常终止的密码子相同。有时正常终止位点有两个连续的终止密码子，而且结构不同，如UAG-UAA； (2)释放因子将和抑制基因竞争和终止密码子的结合； (3)抑制基因的效率很低，通常为1~5%，所以常不会抑制正常终止。

第二节 突变的原因 一.自发突变（spontaneous mutations） 突变率（mutation rate）是指在单位时间内某种突变发生的概率. (一) DNA复制错误 (二) 自发的化学变化 1. 脱嘌呤（depurination） 2. 脱氨（基）(deamination)作用 3. 氧化作用损伤碱基（oxidatively damaged bases）

(一)DNA复制错误

(二) 自发的化学变化 1.脱嘌呤

2.脱氨基

3.氧化损伤 过氧化物原子团（O2-） （H2O2），（-OH）等需氧代谢的副产物都是有活性的氧化剂， 它们可导致DNA的氧化损伤， T氧化后产生T－乙二醇， G氧化后产生8-氧-7,8二氢脱氧鸟嘌呤

二. 诱发突变 (一) 放射线 紫外线、 X-射线、 γ射线、 宇宙射线 (二) 化学物质 1.碱基类似物 (1) 5-溴尿嘧啶（5-bromouracil,5-BU） (2) 氨基嘌呤（2-aminopurine 2-AP） (3) 迭氮胸苷（AZT, azidothymidine）

2.碱基的修饰剂 (1) 亚硝酸（introus acid, NA） (2) 羟胺 (3) 烷化剂，它们的作用是使碱基烷基化 3.DNA插入剂 原黄素（proflavin） 吖啶橙（acridine orange） 溴化3,8-二氨基-5-乙基-6-苯基菲啶鎓 （etnidium bramide） ICR的复合物等

(一) 紫外线诱发胸苷二聚体

(二) 化学物质 1.碱基类似物 （1）5-溴尿嘧啶和T很相似，仅在第5个碳元子上由Br取代了甲基 5-BU有，酮式，烯醇式两种异构体，可分别与A及G配对结合

(2) 2-氨基嘌呤(2-AP)也是碱基的类似物，有正常状态和稀有状态两种异构体，可分别与T和C配对结合。当2-AP掺入到 DNA复制中时，由于其异构体的变换而导致A∶T G ∶ C

2. 碱基的修饰剂 (1) 亚硝酸（introus acid, NA）有氧化脱氨作用，可使G第2个碳原子上的氨脱去，产生黄嘌呤（xanthine,x），次黄嘌呤 (H) 仍和C配对，故不产生转换突变。但C和A脱氨后分别产生U和次黄嘌呤H，产生了转换，使C∶G转换成A∶T，A∶T转换成G∶C

（2）羟胺只特异地和胞嘧啶起反应，在第4个C原子上加-OH，产生4-OH-C，此产 物可以和A 配对，使C∶G转换成T∶A

(3)烷化剂如甲基黄酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基黄酸甲脂（MMS）,亚硝基胍（NG）等，它们的作用是使碱基烷基化，EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷化，结果产生的O-6-E-G和 O-4-E-T分别和T、G配对，导致G∶C对转换成A∶T对；T∶A对转换成C∶G

3.DNA 插入剂

4. 体外定点突变 1985年加拿大的Michael Smith建立，于1993年获得了诺贝尔化学奖。 具体方法有三种： （1）聚核苷酸介导的用单链模板定点突 变； （2）双引物法定点突变； （3）用掺入U的单链为模板进行聚核苷 酸介导的体外定点突变。

第三节 DNA的修复机 一.直接修复（Direct repair） (一) 通过DNA聚合酶校正修复 (二)光复活反应 光复活（photoreactivation）或光修复（light repair） 光裂合酶（photolyase),由phr 基因编码 烷基转移酶（Alkyltransferases）

二． 切除修复（excixion-repair） (一) 一般切除修复 切除修复(excixion-repair) 暗修复（dark repair） 短-补丁修复（short-patch repair） 长-补丁修复（long-patch repair） 着色性干皮病（Xeroderma pigmentosum）是一种切除修复酶的缺陷

在E.coli中的切除修复系统 切除：外切酶除去切口间的DNA 损伤：突变的碱基错配或改变DNA结构 合成：DNA pol 合成取代DNA 剪切：内切酶在损伤碱基位点两侧剪切 连接酶封闭缺口

Uvr系统在修复各阶段中的作用 UvrAB识别损伤； UvrBC在DNA上切一缺口； UvrD使被标记区解旋

(二) 特殊切除修复途径 (1) AP核酸内切酶修复途径 AP位点 :无嘌呤（apurinic）和 无嘧啶（apyrimidinic）位点 (2) 糖基酶修复途径

三、复制后修复 (一) 错配修复（mismatch repair） (1) 识别错配的碱基对； (2) 对错配的一对碱基要能准确区别哪一个 是错的，哪一个是对的； (3) 切除错误的碱基，并进行修复合成。

MutS识别错配 位点,并易位到 GATC位点。 MutH在GATC 位点剪切非甲 基化链，内切酶从GATC到错配位点降解 DNA MutL MutS识别错配 位点,并易位到 GATC位点。 MutH在GATC 位点剪切非甲 基化链，内切酶从GATC到错配位点降解 DNA MutS MutH

(二)重组修复（recombination-repain）

在E.coli中的提取(retrival)系统

(三) SOS修复系统 差错倾向修复（Error prone repair） Jeam Weigle 等发现 UV λ噬菌体 细菌(UV未照射过) － 存活率低 UV-复活（UV-reactivation），也称W-复活 SOS反应（SOS response）