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基因突变的种类

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从DNA碱基顺序改变来分,突变一般可分为碱基置换突变、移码突变、整码突变及染色体错误配对和不等交换4种。

(一)碱基置换突变

一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为碱基置换突变(图3-10)。凡是一个嘌呤被另

碱基置换类型


碱基缺失和插入突变


图3-10碱基置换类型(A)及缺失和插入突变(B)示意图

一个嘌呤所取代,或者一个嘧啶被另一个嘧啶所取代的置换称为转换(transition);一个嘌噙被另一个嘧啶所取代或一个嘧啶被另一个嘌呤所替代的置换称为颠换(transversion)。由此可产生4种不同的转换和8种不同的颠换。但自然界的突变,转换多于颠换。碱基置换会导致蛋白一级结构氨基酸组成的改变而影响蛋白质酶生物的功能。

由于碱基置换导致核苷酸顺序的改变,对多肽链中氨基酸顺序的影响,有下列几种类型;

1.同义突变 由于密码子具有兼并性,因此,单个碱基置换后使mRNA上改变后的密码子与改变前所编码的氨基酸一样,肽链中出现同一氨基酸。例如DNA分子模板链中GCG的第三位G被A取代而成GCA,则mRNA中相应的密码子CGC就被转录为CGU,CGC和CGU都是精氨酸的密码子,翻译成的多肽链没有变化,这种突变称为同义突变(same-sense or synonymous mutation)。同义突变不易检出。据估计,自然界中这样的突变频度占相当高比例。

2.错义突变 是指DNA分子中的核苷酸置换后改变了mRNA上遗传密码,从而导致合成的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代,这种情况称为错义突变(missense mutation)。此时,在该氨基酸前后的氨基酸不改变。例如mRNA分子正常编码顺序为:UAU(酪)GCC(丙)AAA(赖)UUG(亮)AAA(赖)CCA(脯),当第三密码子A颠换为C时,则AAA(赖)→ACA(苏),即上述顺序改变为UAU(酪)GCC(丙)ACA(苏)UUG(亮)AAA(赖)CCA(脯)。错义突变结果产生异常蛋白质和酶。但也有不少基因由于错义突变而产生部分降低活性和异质组分的酶,从而不完全抑制了催化反应,这种基因称为漏出基因(leaky gene)。如果由于基因错义突变置换了酶活性中心的氨基酸,因此合成了没有活性的酶蛋白,虽不具有酶活性但有时还具有蛋白质抗原性,其所产生的抗体可与正常蛋白质发生交叉反应。有些错义突变不影响蛋白质或酶的生物活性,因而不表现出明显的表型效应,这种突变可称为中性突变(neutral mutation)。

3.无义突变 当单个碱基置换导致出现终止密码子(UAG、UAA、UGA)时,多肽链将提前终止合成,所产生的蛋白质(或酶)大都失去活性或丧失正常功能,此种突变称为无义突变(non-sense mutation)。例如,DNA分子模板链中ATG的G被T代替时,相应的mRNA上的密码子便从UAC变成终止信号UAA,因此翻译便到此为止,使肽链缩短。无义突变如果发生在靠近3’末端处,它所产生的多肽链常有一定的活性,表现为渗漏型,这类多肽多半具有野生型多肽链的抗原特异性。

4.终止密码突变 当DNA分子中一个终止密码发生突变,成为编码氨基酸的密码子时,多肽链的合成将继续进行下去,肽链延长直到遇到下一个终止密码子时方停止,因而形成了延长的异常肽链,这种突变称为终止密码突变(termination codon mutation),这也是种延长突变(elongtionmutation)。

5.抑制基因突变 当基因内部不同位置上的不同碱基发生了两次突变,其中一次抑制了另一次突变的遗传效应,这种突变称为抑制基因突变(suppressor gene mutation)。例如Hb Harlem是β链第6位谷氨酸变成缬氨酸,第73位天冬氨酸变成天冬酰胺;如果单纯β6谷氨酸→缬氨酸,则可产生HbS病,往往造成死亡。但Hb Harlem临床表现却较轻,即β73的突变抑制了β6突变的有害效应。

(二)移码突变

移码突变(frame-shiftmutation)是指DNA链上插入或丢失1个、2个甚至多个碱基(但不是三联体密码子及其倍数),在读码时,由于原来的密码子移位,导致在插入或丢失碱基部位以后的编码都发生了相应改变。移码突变造成的肽链延长或缩短,取决于移码终止密码子推后或提前出现。(图3-11)

(三)整码突变

如果在DNA链的密码子之间插入或丢失一个或几个密码子,则合成的肽链将增加或减少一个或几个氨基酸,但插入或丢失部位的前后氨基酸顺序不变,称为整码突变(codon mutation)或密码子插入或丢失(codon insertion ordeletion)(图3-11)。

(四)染色体错误配对不等交换

染色体错误配对不等交换(mispairedsynapsis and unequal crossing-over)减数分裂期间,同源染色体间的同源部分发生联会和交换,如果联会时配对不精确,会发生不等交换,造成一部分基因缺失和部分基因重复。这种突变常用解释大段多核苷酸的丢失和重复(图3-21)。

错误配对和不等交换


图3-12 错误配对和不等交换

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