现代遗传学1-12章包括绪论全部课件 (1)
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NH 2 H3 C N Deamination H N O H N O H3 C N O H
5-methyleytosine (5mC)
Thymine (T)
Fig.21- Deamination of 5-methylcytosine to thymine.
呤被另一种嘌呤替换。或一种嘧啶被另一种嘧啶替换。
(2) 颠换（transversion）：嘌呤和嘧啶之间的替换。即嘌
呤为嘧啶代替，嘧啶为嘌呤代替。
A
G
T
C
转换 颠换
图 21-1
转换与颠换
2．移码突变： （frameshift mutation）
DNA分子中增加或减少一个或几个碱基对，引起密码 编组的移动（阅读框的改变） 。
显性致死：杂合态即有致死。 隐性致死：纯合态才有致死 镰刀形贫血症、 植物白化基因等
二、基因突变的一般特征
基因突变表现出以下几个方面的普遍特征： (一)、突变的稀有性 (二)、突变的随机性 (三)、突变的可逆性
(四)、突变的多方向性
(五)、突变的重演性 (六)、突变的独立性
第三节、自发突变的机理
DNA复制错误
以DNA为模板按碱基配对进行DNA复制是一个 严格而精确的事件，但也不是完全不发生错误的。
（1）母链碱基发生互变异构，导致碱基替换
T A C G T A T A
T G T A T* A T A
（2）移码突变
新链 5’ A G T T T C A A A A A C G 模板链 5’ A G T T T C A A A A C G 3’ A 模板链环出 新链上缺失一个碱基 5’ A G T T T T G C T C A A A A C G 3’ A 5’ 3’ 3’ 5’ T A G T T T T T G C T C A A A A A C G 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 3’ 5’ T A G T T T T T C A A A A A C G 5’ 新链上插入一个碱基 5’ 新合成链环出 3’ 3’
1.自发突变（spontaneous mutation）：
指在没有人工特设的诱发条件下，由于外界环境的自然作 用或生物体内生理或生化变化而诱发的突变。
或者说在自然条件下产生的突变称为自发突变。
2.诱发诱变：
这是指由人工特设诱发因素而引起的突变。
根据突变引起的表型特征，可将突变分为：
１．形态突变（morphological mutation），是泛指
密码子的碱基改变对密码子变化影响的规律
密码子第三位碱基的改变（碱基替换）： 转换： 嘧啶碱基的替换：同义密码子 嘌呤碱基的替换：同义密码子（trp、met例外） 颠换： 只有8种密码子仍为同义密码子（leu、val、ser、pro、 thr、ala、arg、gly）
密码子第一位、第二位碱基的改变（碱基替换）导致 密码子改变
仍有部分活性，使表型介于完全突变型和野生型之间。
(2)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或基本上 不影响蛋白质的活性，不表现明显的性状变化。
(3)无声突变（silent mutation）：中性突变和同
义突变统称之为无声突变。
(4)分子病：由于蛋白质分子中氨基酸替代导致一疾病。
能造成外形改变的突变。
例：普通绵羊的四肢有一定的长度，但安康羊（Ancon
sheep）的四肢很短，这类突变可在外观上看到，称为可见 突变（visible mutations）
根据突变引起的表型特征，可将突变分为：
２．致死突变（lethal mutation）：
是指能导致个体死亡的突变，致死突变型又可分为全 致死突变型（９０％以上死亡），亚致死突变（50%90%死亡）；半致死突变（10%-50%死亡）和弱致 死突变（10%以下死亡）。
第三节、自发突变的机理
自发突变（spontaneous mutations） 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）
第一节 突变概说
一、突变的概念 二、突变的特征规律
第一节
基因突变概说
突变（ mutation）：突变是一种遗传状态，任何一
种可以遗传的DNA结构的永久性改变称为突变。
基因突变（gene mutation）：是指一个基因内部
可以遗传的结构改变，是基因分子内部在某种条件作用 下所发生的一个或几个核苷酸的改变，导致基因功能发 生改变，从而影响有机体的大小、品质、颜色、结构和 生长率等性状的改变。
(二)、突变的随机性
1、突变可以发生在生物个体发育的任何时期，任何组
织的细胞，在体细胞或性细胞中都可发生，但性细
胞发生的频率要比体细胞高些。 2、突变体与环境条件之间没有对应关系，基因突变不 是适应环境的结果。
(三)、突变的可逆性
基因突变可以发生回复突变，显性基因Ａ可以突变为 隐性基因ａ，而隐性基因ａ也可以突变为显性基因Ａ： A a
3．错义突变（missense mutation）：
指碱基替换的结果引起氨基酸序列的改变。有的影
响到蛋白质的活性和功能，甚至丧失全部活性，从 而影响表型；也有引起蛋白质活性和功能不同程度 的丧失。
3．错义突变（missense mutation）。
(1)渗漏突变（leaky mutation）：错义突变的产物
基因突变一般在染色体结构上是看不到的，所以又称
点突变（point mutation）。实际上点突变与染色 体畸变的界限并不明确，特别是微细的畸变更是如此。
突变体（mutant）：含有突变基因，从而表现突变
性状的细胞或个体称为突变体或称为突变型。
一、基因突变的类型
根据诱发的原因，基因突变可分为以下两个类型：
前者称为正向突变（forward mutation）。后者称为反 向突变或回复突变（back mutation）。 正向突变和反向突变的发生频率是不一样的。在多数情况 下，正向突变率总是高于反向突变率。
由于缺失而引起的突变不能发生回复突变。
(四)、突变的多方向性与复等位基因
基因的突变可以向多个方向进行，一个基因Ａ可以突
A ATG TC TACAG AT G T C TACAG AT G T C TACAG A AT G G C TACAG AT G TC TACAG AT G G C TACCG ATG C C TACAG
A
二、自发的化学损伤
2、脱氨基(deamination)：细胞正常生理条件下只有胞密 啶(c)氨基易脱，成为尿密啶(U)。
1．同义突变（same sense mutation）：碱基替
代的结果为同义密码子，碱基顺序改变而氨基酸顺序未变。 没有突变效应产生，这显然与密码的简并性有关。
2．无义突变（nonsense mutation）：
是指某一碱基的改变使mRNA的密码子变成终止密码，使
多肽合成中断，形成不完全的肽链，丧失生物活性。 如 DNA ATG → ATT mRNA UAC → UAA 酪氨酸 → 终止
人类血红蛋白的突变多数是由于碱基替换引起的。目前已
知血红蛋白α链有40多种，β 链有80多种。 a．HbA正常人血红蛋白β 链N端的第6位氨基酸是谷氨酸。
HbS镰型细胞贫血症，第6位→缬氨酸。 HbC，轻度贫血症，第6位→赖氨酸。 b．β 链63位氨基酸正常是组氨酸，被酪氨酸取代→HbMS。铁血红蛋 白 症，被精氨酸取代→不稳定的血红蛋白症（HbZ）。
如人类珠蛋白β链有146氨基酸： Hb McKess-Rock只有144个。原因：145位UAU变为UAA。
终止密码突变：终止密码的一个碱基被取代，突变后的密
码子能编码某一氨基酸。
如Hbα 链有141个氨基酸。Hb Constant Spring的α 链
142位的UAA变为CAA，终止密码变为氨酰胺，肽链一直 延长到173位另一终止密码子。
第八章 基因突变与DNA损伤修复
生物变异的来源大致可分为二个方面：
基因重组（gene recombination）：这是包括通过父
母本杂交而产生染色体重新组合以及减数分裂时的染色体重
组，这种变异服从于孟德尔遗传规律。
突变（mutation）：这是指由于遗传物质的改变而导致
的变异。 突异可分为两大类，一是细胞学水平上可看到的变异，包 括染色体数目和结构的改变，特称为染色体畸变。另一类是 细胞学水平上看不到的基因突变（gene mutation）或称 点突变（point mutation）。
(七)、突变的平行性
(八)、突变的有害性和有利性
(一)、突变的稀有性
基因自发突变的频率一般是很低的，不同的生物，
不同的基因其突变率相差较大；如果在人工诱变条件下， 突变频率可以大大提高，有时可达几千倍。
突变频率(mutation rate)是指生物体在每一世代中或
其它规定的单位时间内，在特定的条件下，一个细胞发 生某一突变的频率。
NH 2 H N Deamination H N Cytosine O H H
O H N N Uracil O
Fig. 21- Deamination of cytosine to uracil.
二、自发的化学损伤
2、脱氨基(deamination)： 另一种更为严重是5-甲基胞密啶(5mc)脱氨基作用。 5mc脱氨基后产生的是胸腺密啶（T）。
3. 缺失突变（deletion mutation）：
缺失了一个较大片段的DNA（缺失的片段范围可以从
十几到几千个碱基）。
二、基因突变的遗传学效应
不论是碱基替换，还是移码突变，都有可能使由那个基因决
定的多肽的氨基酸顺序发生改变，或造成多肽合成终止而不 产生完整的肽链。 但由于遗传密码具有简并性，所以有些碱基因替换也不 一定会造成氨基酸顺序的改变。
变为a1、a2、a3……an等而构成所谓的复等位基因 （multiple alleles）。
复等位基因：一个基因座位上存在两种以上的一系列等 位基因形式，称为复等位基因。如人类ABO血型。 这些复等位基因可以从野生型基因突变产生，也可以 从其它任何一个突变基因突变产生。
第二节 基因突变的分子基础
染色体畸变 碱基错配 复制错误 突变 自发突变 基因突变 诱发突变 脱嘌呤 化学错误 脱氨基 氧化损伤 放射线----产生嘧啶二聚体、DNA 断裂 碱基类似物:5BU,2AP 化学诱变剂 碱基修饰物:NA,HA,烷化剂 DNA 插入剂:吖啶类 DNA 复制跳格
电 泳 方 向
Hb-A Hb-S
图 正常血红蛋白β β 、镰型贫 S S 血的血红蛋白β β 以及 杂合血红蛋 A S 白β β 的电泳图谱（val:GUU、GUC、GUA、GUG; Glu:GAA、GAG）
A
A
4．移码突变：
阅读框（ORF）插入或者缺失一个或几个碱 基，导致从突变位点起，后面的密码子发生改变; 或产生终止密码子，提前终止肽链的合成；或使正 常的密码子改变为编码氨基酸的密码子，继续肽链 的合成，直到下一个终止密码子结束肽链的合成。 例如Hb Wayne是138位UCC失去一个C，使 α 链的合成不在原来应该终止的地方停止，一直到 146位合成精氨酸后才终止，从而使α 链延长。
图
21－4 在 DNA 复制中由于 DNA 的错误环出自发产生碱基的插入和缺失 (参考 Peter J. Russell: Genetics, 3rd ed.,Fig18-8)
二、自发的化学损伤
1、脱嘌呤（depurination）：由于碱基和脱 氧核糖间的糖苷的断裂，A或G从DNA链的骨架 上脱落下来，成为一个脱嘌呤位点(apurinic site,AP site)。
基因突变是由于DNA分子（基因编码区）中
核苷酸顺序的改变，引起了基因正常功能的 改变（如蛋白质序列的改变），最后导致个 体表型的改变。
一、突变的三种方式
1．碱基替代（base substitution） ：某一位
点的一个碱基对被其他碱基对取代。
碱基替换包括两种类
(1) 转换（transition）：是同型碱基之间的替换，即一种嘌
5-methyleytosine (5mC)
Thymine (T)
Fig.21- Deamination of 5-methylcytosine to thymine.
呤被另一种嘌呤替换。或一种嘧啶被另一种嘧啶替换。
(2) 颠换（transversion）：嘌呤和嘧啶之间的替换。即嘌
呤为嘧啶代替，嘧啶为嘌呤代替。
A
G
T
C
转换 颠换
图 21-1
转换与颠换
2．移码突变： （frameshift mutation）
DNA分子中增加或减少一个或几个碱基对，引起密码 编组的移动（阅读框的改变） 。
显性致死：杂合态即有致死。 隐性致死：纯合态才有致死 镰刀形贫血症、 植物白化基因等
二、基因突变的一般特征
基因突变表现出以下几个方面的普遍特征： (一)、突变的稀有性 (二)、突变的随机性 (三)、突变的可逆性
(四)、突变的多方向性
(五)、突变的重演性 (六)、突变的独立性
第三节、自发突变的机理
DNA复制错误
以DNA为模板按碱基配对进行DNA复制是一个 严格而精确的事件，但也不是完全不发生错误的。
（1）母链碱基发生互变异构，导致碱基替换
T A C G T A T A
T G T A T* A T A
（2）移码突变
新链 5’ A G T T T C A A A A A C G 模板链 5’ A G T T T C A A A A C G 3’ A 模板链环出 新链上缺失一个碱基 5’ A G T T T T G C T C A A A A C G 3’ A 5’ 3’ 3’ 5’ T A G T T T T T G C T C A A A A A C G 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 3’ 5’ T A G T T T T T C A A A A A C G 5’ 新链上插入一个碱基 5’ 新合成链环出 3’ 3’
1.自发突变（spontaneous mutation）：
指在没有人工特设的诱发条件下，由于外界环境的自然作 用或生物体内生理或生化变化而诱发的突变。
或者说在自然条件下产生的突变称为自发突变。
2.诱发诱变：
这是指由人工特设诱发因素而引起的突变。
根据突变引起的表型特征，可将突变分为：
１．形态突变（morphological mutation），是泛指
密码子的碱基改变对密码子变化影响的规律
密码子第三位碱基的改变（碱基替换）： 转换： 嘧啶碱基的替换：同义密码子 嘌呤碱基的替换：同义密码子（trp、met例外） 颠换： 只有8种密码子仍为同义密码子（leu、val、ser、pro、 thr、ala、arg、gly）
密码子第一位、第二位碱基的改变（碱基替换）导致 密码子改变
仍有部分活性，使表型介于完全突变型和野生型之间。
(2)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或基本上 不影响蛋白质的活性，不表现明显的性状变化。
(3)无声突变（silent mutation）：中性突变和同
义突变统称之为无声突变。
(4)分子病：由于蛋白质分子中氨基酸替代导致一疾病。
能造成外形改变的突变。
例：普通绵羊的四肢有一定的长度，但安康羊（Ancon
sheep）的四肢很短，这类突变可在外观上看到，称为可见 突变（visible mutations）
根据突变引起的表型特征，可将突变分为：
２．致死突变（lethal mutation）：
是指能导致个体死亡的突变，致死突变型又可分为全 致死突变型（９０％以上死亡），亚致死突变（50%90%死亡）；半致死突变（10%-50%死亡）和弱致 死突变（10%以下死亡）。
第三节、自发突变的机理
自发突变（spontaneous mutations） 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）
第一节 突变概说
一、突变的概念 二、突变的特征规律
第一节
基因突变概说
突变（ mutation）：突变是一种遗传状态，任何一
种可以遗传的DNA结构的永久性改变称为突变。
基因突变（gene mutation）：是指一个基因内部
可以遗传的结构改变，是基因分子内部在某种条件作用 下所发生的一个或几个核苷酸的改变，导致基因功能发 生改变，从而影响有机体的大小、品质、颜色、结构和 生长率等性状的改变。
(二)、突变的随机性
1、突变可以发生在生物个体发育的任何时期，任何组
织的细胞，在体细胞或性细胞中都可发生，但性细
胞发生的频率要比体细胞高些。 2、突变体与环境条件之间没有对应关系，基因突变不 是适应环境的结果。
(三)、突变的可逆性
基因突变可以发生回复突变，显性基因Ａ可以突变为 隐性基因ａ，而隐性基因ａ也可以突变为显性基因Ａ： A a
3．错义突变（missense mutation）：
指碱基替换的结果引起氨基酸序列的改变。有的影
响到蛋白质的活性和功能，甚至丧失全部活性，从 而影响表型；也有引起蛋白质活性和功能不同程度 的丧失。
3．错义突变（missense mutation）。
(1)渗漏突变（leaky mutation）：错义突变的产物
基因突变一般在染色体结构上是看不到的，所以又称
点突变（point mutation）。实际上点突变与染色 体畸变的界限并不明确，特别是微细的畸变更是如此。
突变体（mutant）：含有突变基因，从而表现突变
性状的细胞或个体称为突变体或称为突变型。
一、基因突变的类型
根据诱发的原因，基因突变可分为以下两个类型：
前者称为正向突变（forward mutation）。后者称为反 向突变或回复突变（back mutation）。 正向突变和反向突变的发生频率是不一样的。在多数情况 下，正向突变率总是高于反向突变率。
由于缺失而引起的突变不能发生回复突变。
(四)、突变的多方向性与复等位基因
基因的突变可以向多个方向进行，一个基因Ａ可以突
A ATG TC TACAG AT G T C TACAG AT G T C TACAG A AT G G C TACAG AT G TC TACAG AT G G C TACCG ATG C C TACAG
A
二、自发的化学损伤
2、脱氨基(deamination)：细胞正常生理条件下只有胞密 啶(c)氨基易脱，成为尿密啶(U)。
1．同义突变（same sense mutation）：碱基替
代的结果为同义密码子，碱基顺序改变而氨基酸顺序未变。 没有突变效应产生，这显然与密码的简并性有关。
2．无义突变（nonsense mutation）：
是指某一碱基的改变使mRNA的密码子变成终止密码，使
多肽合成中断，形成不完全的肽链，丧失生物活性。 如 DNA ATG → ATT mRNA UAC → UAA 酪氨酸 → 终止
人类血红蛋白的突变多数是由于碱基替换引起的。目前已
知血红蛋白α链有40多种，β 链有80多种。 a．HbA正常人血红蛋白β 链N端的第6位氨基酸是谷氨酸。
HbS镰型细胞贫血症，第6位→缬氨酸。 HbC，轻度贫血症，第6位→赖氨酸。 b．β 链63位氨基酸正常是组氨酸，被酪氨酸取代→HbMS。铁血红蛋 白 症，被精氨酸取代→不稳定的血红蛋白症（HbZ）。
如人类珠蛋白β链有146氨基酸： Hb McKess-Rock只有144个。原因：145位UAU变为UAA。
终止密码突变：终止密码的一个碱基被取代，突变后的密
码子能编码某一氨基酸。
如Hbα 链有141个氨基酸。Hb Constant Spring的α 链
142位的UAA变为CAA，终止密码变为氨酰胺，肽链一直 延长到173位另一终止密码子。
第八章 基因突变与DNA损伤修复
生物变异的来源大致可分为二个方面：
基因重组（gene recombination）：这是包括通过父
母本杂交而产生染色体重新组合以及减数分裂时的染色体重
组，这种变异服从于孟德尔遗传规律。
突变（mutation）：这是指由于遗传物质的改变而导致
的变异。 突异可分为两大类，一是细胞学水平上可看到的变异，包 括染色体数目和结构的改变，特称为染色体畸变。另一类是 细胞学水平上看不到的基因突变（gene mutation）或称 点突变（point mutation）。
(七)、突变的平行性
(八)、突变的有害性和有利性
(一)、突变的稀有性
基因自发突变的频率一般是很低的，不同的生物，
不同的基因其突变率相差较大；如果在人工诱变条件下， 突变频率可以大大提高，有时可达几千倍。
突变频率(mutation rate)是指生物体在每一世代中或
其它规定的单位时间内，在特定的条件下，一个细胞发 生某一突变的频率。
NH 2 H N Deamination H N Cytosine O H H
O H N N Uracil O
Fig. 21- Deamination of cytosine to uracil.
二、自发的化学损伤
2、脱氨基(deamination)： 另一种更为严重是5-甲基胞密啶(5mc)脱氨基作用。 5mc脱氨基后产生的是胸腺密啶（T）。
3. 缺失突变（deletion mutation）：
缺失了一个较大片段的DNA（缺失的片段范围可以从
十几到几千个碱基）。
二、基因突变的遗传学效应
不论是碱基替换，还是移码突变，都有可能使由那个基因决
定的多肽的氨基酸顺序发生改变，或造成多肽合成终止而不 产生完整的肽链。 但由于遗传密码具有简并性，所以有些碱基因替换也不 一定会造成氨基酸顺序的改变。
变为a1、a2、a3……an等而构成所谓的复等位基因 （multiple alleles）。
复等位基因：一个基因座位上存在两种以上的一系列等 位基因形式，称为复等位基因。如人类ABO血型。 这些复等位基因可以从野生型基因突变产生，也可以 从其它任何一个突变基因突变产生。
第二节 基因突变的分子基础
染色体畸变 碱基错配 复制错误 突变 自发突变 基因突变 诱发突变 脱嘌呤 化学错误 脱氨基 氧化损伤 放射线----产生嘧啶二聚体、DNA 断裂 碱基类似物:5BU,2AP 化学诱变剂 碱基修饰物:NA,HA,烷化剂 DNA 插入剂:吖啶类 DNA 复制跳格
电 泳 方 向
Hb-A Hb-S
图 正常血红蛋白β β 、镰型贫 S S 血的血红蛋白β β 以及 杂合血红蛋 A S 白β β 的电泳图谱（val:GUU、GUC、GUA、GUG; Glu:GAA、GAG）
A
A
4．移码突变：
阅读框（ORF）插入或者缺失一个或几个碱 基，导致从突变位点起，后面的密码子发生改变; 或产生终止密码子，提前终止肽链的合成；或使正 常的密码子改变为编码氨基酸的密码子，继续肽链 的合成，直到下一个终止密码子结束肽链的合成。 例如Hb Wayne是138位UCC失去一个C，使 α 链的合成不在原来应该终止的地方停止，一直到 146位合成精氨酸后才终止，从而使α 链延长。
图
21－4 在 DNA 复制中由于 DNA 的错误环出自发产生碱基的插入和缺失 (参考 Peter J. Russell: Genetics, 3rd ed.,Fig18-8)
二、自发的化学损伤
1、脱嘌呤（depurination）：由于碱基和脱 氧核糖间的糖苷的断裂，A或G从DNA链的骨架 上脱落下来，成为一个脱嘌呤位点(apurinic site,AP site)。
基因突变是由于DNA分子（基因编码区）中
核苷酸顺序的改变，引起了基因正常功能的 改变（如蛋白质序列的改变），最后导致个 体表型的改变。
一、突变的三种方式
1．碱基替代（base substitution） ：某一位
点的一个碱基对被其他碱基对取代。
碱基替换包括两种类
(1) 转换（transition）：是同型碱基之间的替换，即一种嘌