03 基因突变及其机制
基因突变及其对细胞生物学功能的影响
基因突变及其对细胞生物学功能的影响随着现代科技的不断发展，基因突变这一词汇已经不再是陌生的。
基因突变是指基因序列中的一些信息发生改变，导致蛋白质的结构和功能被影响。
基因突变可以是自然产生的，也可以是由于环境等因素引起的。
在细胞生物学方面，基因突变可以对细胞功能产生严重影响，甚至导致疾病的发生。
接下来，我们将详细介绍基因突变及其对细胞生物学功能的影响。
一、基因突变的类型基因突变可以分为点突变和插入/缺失突变两种类型。
1、点突变点突变是指基因序列中的单个核苷酸被替换成另一个核苷酸，或者被删除或插入，导致基因序列出现错误。
点突变又可以分为错义突变、无义突变和同义突变三种类型。
错义突变是指突变导致的基因序列改变使得蛋白质中的一个氨基酸改变，进而影响蛋白质结构和功能；无义突变是指该突变导致蛋白质出现过早的终止，产生一个截断的不完整蛋白质；同义突变是指突变导致的基因序列改变并不影响蛋白质中的氨基酸。
2、插入/缺失突变插入/缺失突变是指基因序列中插入或者删除一段DNA序列，导致基因序列出现错误。
插入/缺失突变可能会导致读框错位，以致新的氨基酸序列被产生，而且后续的基因信息读取可能会受到影响。
二、基因突变对细胞的影响基因突变可以在细胞水平级别导致不同的生物学效应，从而可能导致一系列疾病与异常现象。
1、细胞周期受损细胞周期是细胞生命的重要阶段，它决定了细胞是否能够正常地分裂增殖。
基因突变可以造成蛋白质转录或者翻译的错误，甚至会导致细胞周期被中止或者增殖速度减缓。
2、细胞凋亡细胞凋亡是细胞死亡的一种类型，可以通过控制失衡而引发。
如果细胞发现自己有大量存在的损伤和受损的 DNA，细胞会尝试恢复其正常的基因信息，否则会自我摧毁。
基因突变导致的细胞凋亡机制可以通过多种途径发生。
有时候，基因突变甚至可以直接导致细胞凋亡，例如，一个蛋白质的合成可能会导致细胞凋亡，因为这种异常的蛋白质可能会不断地激活一个不正常的细胞死亡通路。
03 基因突变及其机制
Sub＋ Sub－ Antr Ants
Sub＋ Sub－ subA－ subA63 subA（Ts）
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带突变基因的菌株
Salmonella typhimurium 1535(hisG46, rfa,ΔuvrB)
Salmonella typhimurium 1537(hisC3076, rfa,ΔuvrB)
Thr ACG-3’ His CAC G-3’
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（三）按突变是否引起遗传编码特性的
一类是引起遗传性状改变 ： ——错义突变（missense mutation），无义突变（ 一类是不改变遗传性状的突变 ——同义突变（synonymy mutation）和沉默突变
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遗传学效应
错义突变 missense mutation：突变后的密码 例：AAG突变为GAG，编码的氨基酸由亮氨酸变成 无义突变 nonsense mutation：突变后的密码
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三、基因突变的稀有性
1、稀有性 突变以一定的突变率发生在个别细胞中。正常 突变率（mutation rate）：某基因或某个性状在 突变率也可以用某一群体在每一世代（即分裂
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2、突变率（m）的计算 世代总数=N2-N1 突变率的测定： 固体平板法测突变率： 在2组平板上接种相等数量的敏感菌，培养一 m=(M2-M1)/(N2-N1) 一般N0＜＜N，M0≈0，m≈M/N
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表现型或基因型
表示符号
表现型 具有合成或利用某种物质的能力 缺乏合成或利用某种物质的能力 具有对某种抗生素的抗性 具有对某种抗生素的敏感性 基因型 能够合成或利用某种物质的野生型基因 影响合成或利用某种物质的突变基因 突变的subA基因 subA基因的63号突变 具有温度敏感表型的subA基因突变
基因突变及其分子机制概述
转换：DNA分子中的嘌呤被嘌呤或嘧啶被嘧啶替换。
颠换：DNA分子中的嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤替换。
A
G
T
C
转换 颠换
碱基图 类似物2 ：分1子-结1构与转 天然4换 种碱基与 结构类颠 似的换 物质。
常见的碱基类似物有5-溴尿嘧啶（BU）和2-氨基嘌呤（AP）
碱基类似物
例如：5-溴尿嘧啶（BU）引起的碱基替换。 正常情况：A=T，酮式BU在酮式 与烯醇式之间转换，结果G≡C A=T。
A
A
G
G
T
BUK
BUE
C
酮式
烯醇式
DNA修饰物：通过化学变化改造DNA分子结 构的物质。其作用与DNA复制无关。
（3）染色体畸变：缺失、重复、易位、倒位
一、基因突变
2.基因突变的特点 1、自发性：自发，随机。 2、不对应性：与环境无关。 3、稀有性：10-9-10-6 4、独立性：某一基因突变不影响其他基因突变。 5、可诱变性：诱变剂提高101-105倍。 6、稳定性：突变可遗传下一代。 7、可逆性：回复突变
二、基因突变及其机制
1、诱发突变：物理、化学和生物的因素，提高突 变率的人为的作法。
三类：亚硝酸、烷化剂、羟胺。
亚硝酸（HNO2）
作用
氧化脱氨基
移码突变
A→H、C→U、G→X NO也有类似的作用。
碱基的置换引起的突变
表 21-2 点突变的类型(以 Tyr 的密码子为例)
无义突变
同义突变
错义突变
DNA TAC→TAA , TAG TAC → TAT TAC→ TCC
遗传突变与基因突变
基因突变检测方法介绍
Sanger测序法
基于DNA链终止反应的测序方法 ，具有准确度高、读长较长等优 点，适用于已知突变位点的验证 。
高通量测序技术
一次可对多个样本进行大规模平 行测序，提高检测通量和效率， 适用于全基因组关联分析等研究 。
等位基因特异性PCR
针对特定突变位点设计引物进行 PCR扩增，通过检测扩增产物判 断是否存在突变。
新型测序技术在基因突变检测中应用
单分子测序技术
无需PCR扩增即可对单个DNA分子进 行测序，降低扩增引入的误差，提高 检测准确度。
靶向捕获测序技术
针对特定基因或区域设计捕获探针进 行富集和测序，提高目标区域覆盖度 和检测灵敏度。
第三代测序技术
基于纳米孔的单分子测序方法，具有 超长读长、实时检测等优点，适用于 复杂基因组结构解析和突变检测。
在农业领域，人工选择已经成功培育 出高产、优质、抗病、抗逆等优良品 种，极大地提高了农作物的产量和品 质。
基因突变在生态系统稳定性和多样性维护中作用
1
基因突变在生态系统稳定性和多样性维护中发挥 着重要作用，通过产生新的遗传变异，增加物种 的适应性和生存能力。
2
在生态系统中，基因突变可以增加物种的多样性 ，提高生态系统的稳定性和恢复力，减少外来物 种入侵和生态灾害的风险。
发生在同源染色体之间的 基因交换，是生物进化中 的重要机制。
位点特异性重组
特定DNA序列之间的重组 ，常见于某些病毒和细菌 的基因调控。
转座子作用
转座子能够在基因组中移 动并插入到新的位置，导 致基因表达的改变。
表观遗传学调控机制
DNA甲基化
通过添加甲基基团到DNA 分子上，影响基因的表达 。
基因突变及其效应
基因突变的类型
点突变
指DNA分子中一个或少数几个 碱基对的替换或缺失，导致基
因结构的改变。
插入突变
指DNA分子中插入一段额外的 碱基序列，导致基因结构的改 变。
缺失突变
指DNA分子中一段碱基序列的 缺失，导致基因结构的改变。
重复突变
指DNA分子中一段重复序列的 异常扩增或重复，导致基因结
构的改变。
04 基因突变的实例
镰状细胞贫血症
总结词
镰状细胞贫血症是一种由基因突变引起的遗传性疾病，会导致红细胞变形并堆 积在血管中，引起疼痛、感染和器官损伤。
详细描述
镰状细胞贫血症是由β-珠蛋白基因突变引起的血红蛋白异常，导致红细胞呈镰 刀状。这种异常的红细胞容易在血管中聚集形成血栓，影响血液循环，引发疼 痛、器官损伤甚至死亡。
遗传性疾病的发病机制
基因突变是许多遗传性疾病的发病机制之一。这些疾病可能由单个基因的突变引起，也可 能涉及多个基因的相互作用。
遗传性疾病的类型
基因突变导致的遗传性疾病包括但不限于代谢性疾病、神经性疾病、免疫性疾病和先天性 畸形等。这些疾病可能具有家族聚集性或散发性特征。
遗传性疾病的预防和治疗
了解基因突变与遗传性疾病的关系有助于疾病的早期筛查、诊断和干预。通过遗传咨询、 产前诊断和基因治疗等方法，可以降低遗传性疾病的发生风险或改善患者的生活质量。
适应性进化
基因突变可以产生新的等位基因，为生物体提供适应环境 变化的遗传变异。这些变异在自然选择的作用下得以保留 和传播，促进生物的适应性进化。
生物多样性
基因突变是生物多样性的重要来源之一。不同物种和种群 间的基因突变差异导致其适应性、生态位和进化路径的分 化，从而形成丰富多彩的生物世界。
基因突变的特征和原因
主要有三种情况
对应例题：6、（原创）下列叙述正确的是 ( ) A、基因控制性状，因此基因突变的结果一定引起性状改变 B、 显性突变，可直接引起性状的改变，而且这个突变基因一定能传给后代 C、显性突变虽直接引起了性状的改变，但这个突变基因不一定能传给后代 D、基因发生突变时，引起mRNA上的密码子改变，则这个密码子所对应的氨基酸一定改变
解析：基因控制性状，但基因突变的结果不一定引起性状改变，例如隐性突变，此时性状并不改变；显性突变，可直接引起性状的改变，但突变基因是否能传给后代，要看这种突变性状是否有很强的适应环境能力。若有，则为有利突变，可通过繁殖传给后代，否则为有害突变，被淘汰掉，所以B错， C对；基因发生突变时，引起mRNA上的密码子改变，这个密码子所对应的氨基酸不一定改变，这是由于密码子的简并性，改变了的密码子与原密码子可仍对应同一种氨基酸。
6、基因突变与生物性状的关系
（1）显性突变： 如aa中的一个a突变为A，会直接引起性状的改变。但具有突变性状的个体能否把突变基因传给后代，要看这种突变性状是否有很强的适应环境能力。若有，则为有利突变，可通过繁殖传给后代，否则为有害突变，被淘汰掉。
（2）隐性突变：如AA中的一个A突变为a，此时性状不改变。
CGG 精氨酸
UAG 终止
A、增添 B、缺失 C、改变 D、重组
B
解析：正常血红蛋白ｍRNA密码顺序是：ACC UCC AAA UAC CGU UAA，由于在138位点上的密码子UCC 缺失 了C，这样后面的碱基，就以次向前移一位，于是从138号开始，后面的密码子就全改变了。这是移码突变，ｍRNA缺失1个碱基，导致作用部位以后的密码子顺序和组成发生相应改变，终止码常会提前或者推迟。
第九章 基因突变及其分子机制ppt课件
（2） 暗修复
某些DNA的修复工作可不需 光也能进行，例如，大肠杆菌中 的UVrA突变体的修复过程由四 种酶来完成：首先由核酸内切酶 在╥ 一边切开，然后由核酸外切 酶在另一边切开，把╥和邻近的 一些核苷酸切除；第三种酶 (DNA聚合酶)把新合成的正常的 核苷酸片段补上；最后由连接酶 把切口缝好，使DNA的结构恢 复正常。这类修复系统称为暗修 复(dark repair)，或切除修复 (excision repair)。
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（2） 突变的有利性
A. 突变的有害和有利性是相对的，在某些情况下，基因突 变的有害与有利性可以转化。 a. 对突变性状表现当代及后代群体而言: 如抗逆性(抗生物、非生物协迫)突变是有利的。 b. 对后代群体在特殊环境中生存而言： 如作物矮秆突变型在多风与高肥环境下是有利的； 又如果蝇残翅突变型在多风海鸟环境下是有利的。 c. 对人类需求与利用而言： 如作物矮秆突变型的利用； 又如作物雄性不育突变型的利用。 B. 中性突变：指突变型的性状变异对生物个体生活力与 繁殖力没有明显的影响，在自然条件下不具有选择差异的 基因突变。
1表现出来之后，就要对其进行深入 的研究与利用，相关的研究内容可能包括： 1、突变的产生：如何产生、提高突变率、控制 突变方向； 2、突变的真实性鉴定：是否能稳定遗传； 3、突变基因的性质：显性/隐性； 4、突变频率的测定； 5、其它深入研究：如基因定位(染色体定位与 连锁分析)、基因克隆、测序(分子水平)、遗传与 表达机制(生理生化)、育种应用(杂交育种、转基 因)等。
第九章 基因 突变及其分子 机制
第一节、基因突变的概念及其一般特征
可遗传的变异，可以通过基因重组来实现，以上各章就是 有关这方面的内容；还可以通过基因突变来实现，基因突变是 生物进化的主要源泉。基因突变在生物中广泛存在，但是基因 突变首先由摩尔根（1910年）通过果蝇的实验中得到肯定的。 突变可以自然发生，也可以利用理化因素人工诱导，是创造育 种材料的重要手段。 一、基因突变的概念 1．基因突变（gene mutation）：染色体上某一基因位点内 部发生了化学性质(结构)的变化，与原来基因形成对性关系。 例如：植物高秆基因D突变为矮秆基因d。 经典遗传学（基因论）认为：基因就是一个“点”，在染色 体上具有一定的位置和相互排列关系，而基因突变就是一个 点的改变，是以一个整体进行突变。因此从经典遗传学水平 看，基因突变又称为“点突变”（point mutation）。 ２．摩尔根等1910年发现果蝇眼色的突变(Ww)，并进行鉴 2 定与分析，从而明确证实基因突变的存在。
基因突变
第二代(M２)
1DD : 2Dd :
第三代(M３) DD 1DD:2Dd:1dd dd
（二）大突变和微突变的表现
１大突变:突变效应明显,一般是控制质量性状的基因突变。 ２微突变:突变效应微小,一般是控制数量性状的基因突变。 １＜２,因而在育种中要特别注意微突变的分析和选择。
二、基因突变的鉴定
１判断是否是真实的基因突变； ２判断突变的显隐性； ３突变的发生率； １）利用花粉直感现象估算配子突变率； ２）根据出现的突变体占总个体数的比例。 异地鉴定。 杂交试验。
遗传变异的性状 黑麦 小麦 大麦 生活方式 冬性 + + + 春性 + + + 半冬性 + + + 熟性 晚熟 + + + 早熟 + + + 生态型 + + + 湿生型 旱生型 + + + 抗寒性 + + + 弱 + + + 强 对肥料的反应 敏感 + + + 不敏感 + + + 燕麦 黍 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 玉米 + + + + + + + + 高粱 + + + + + + + + + 水稻 + + + + + + + + +
基因突变与生育问题
基因突变与生育问题基因是决定个体性状的基本单位，而基因突变则是基因序列发生改变的现象。
基因突变可以带来多种效应，其中包括对生育能力的影响。
本文将探讨基因突变对生育问题的可能影响，并深入了解其机制和相关科学研究。
一、基因突变与生育能力基因突变可以对生育能力产生不同程度的影响。
一些基因突变会导致严重的遗传疾病，如先天性疾病或遗传性不孕症，从而对个体的生殖能力造成直接的影响。
这些突变遗传至后代，可能会导致不育问题在家族中传承。
此外，一些基因突变也可能导致生殖能力降低或受限。
例如，某些突变可能导致精子或卵子的质量下降，从而减少了受精的成功率。
这些突变对生育能力的影响程度可能因个体差异而有所不同，但总体来说，基因突变对生育能力至关重要。
二、基因突变的机制与影响基因突变是基因序列的改变，其机制可以分为不同类型。
最常见的基因突变类型包括点突变、插入突变和缺失突变等。
这些突变可能发生在基因编码区域，影响蛋白质的合成，进而影响细胞的正常功能。
如果突变影响到与生殖有关的基因，就会对生育能力产生影响。
此外，基因突变还可能通过改变基因调控机制来影响生育能力。
基因调控是指基因表达的调节过程，它决定了细胞在不同发育阶段表达不同基因的能力。
如果基因突变影响了某个特定的基因调控元件，就可能导致生育相关基因的异常表达，从而影响生育能力的发挥。
三、科学研究与基因突变科学家们一直在进行相关研究，以进一步探索基因突变与生育问题之间的关系。
通过对人类基因组的研究，我们可以识别与生育能力相关的突变，并了解突变的机制及其影响。
这些研究有助于诊断和治疗遗传性不孕症，并为生育相关的遗传咨询提供科学依据。
另外，基因编辑技术的快速发展也为研究基因突变与生育问题提供了新的途径。
通过基因编辑技术，科学家们可以直接操作基因序列，进一步验证特定基因突变对生育能力的影响。
这种研究有望为未来的基因治疗提供新的思路和方法。
四、伦理和社会问题基因突变与生育问题的研究涉及到一系列伦理和社会问题。
基因突变的分子生物学机制研究
基因突变的分子生物学机制研究基因突变是指DNA序列发生错误或改变，导致了基因信息的突变。
这一现象在生物界中是非常常见的。
基因突变可能导致生物体发生形态、生理、行为等方面的变化，并且还与人类疾病的发生和发展密切相关。
因此，深入研究基因突变的分子生物学机制对于理解生命的本质和疾病的发生具有重要意义。
一、DNA突变DNA突变是基因突变的最基本形式之一。
DNA突变可以分为点突变、删除突变和插入突变三种类型。
其中，点突变是指DNA序列中的一个碱基发生改变，导致单个核苷酸的变化；删除突变是指DNA序列中的一个或多个碱基被删除，导致DNA长度的变短；插入突变是指DNA序列中插入了一个或多个额外的碱基，导致DNA长度的增加。
二、突变原因基因突变的原因多种多样，包括自然突变、诱变剂诱导的突变和遗传突变等。
自然突变是由于DNA复制时出现错误或DNA修复机制失败导致的。
诱变剂诱导的突变是指外界环境中的化学物质、辐射等因素导致的突变。
遗传突变则是指由父母遗传给后代的突变。
三、突变机制基因突变的分子生物学机制非常复杂，包括DNA复制错误、DNA修复机制失效、DNA重组等多种机制。
DNA复制错误是指在DNA复制过程中，由于DNA聚合酶的错误添加碱基导致的点突变。
DNA修复机制失效是指DNA损伤修复系统未能及时修复受损的DNA，导致突变的发生。
DNA重组是指DNA序列发生重组，导致基因组结构的改变。
四、突变效应基因突变对生物体的影响是多方面的。
一方面，突变可能导致基因功能的改变，进而影响基因的表达和蛋白质的合成。
这种改变可能会导致生物体的形态、生理甚至行为的变化。
另一方面，基因突变还与人类疾病的发生和发展密切相关。
例如，某些基因突变与遗传性疾病（如先天性心脏病）的发生有关。
五、突变检测为了准确地检测基因突变，科学家们开发了各种各样的突变检测方法。
这些方法包括PCR、DNA测序、基因芯片等。
利用这些方法，科学家们可以在DNA水平上发现和分析基因突变，从而探索基因突变的分子生物学机制。
基因突变机制
基因突变机制基因突变是指生物基因组中DNA序列发生的变化，包括点突变、插入突变、缺失突变等。
这些突变可以导致基因表达的改变，从而影响生物的遗传特征和性状。
基因突变机制是指引起基因突变的原因和过程。
下面我们就来详细探讨一下基因突变的机制。
首先，点突变是最常见的一种基因突变机制。
点突变是指DNA中的一个或多个碱基发生改变，包括碱基置换、碱基插入和碱基缺失。
其中，碱基置换是最常见的点突变类型，它会导致DNA中的某个碱基被其他碱基替代，这可能会改变蛋白质编码序列。
而碱基插入和碱基缺失则是指DNA中插入或缺失了一个或数个碱基，导致DNA序列发生改变。
其次，染色体重排是一种较大范围的基因突变机制。
染色体重排是指染色体上的两个或多个区域重组或重新排列，导致基因组的结构发生改变。
染色体重排可以包括倒位重排、颠倒重排和平衡重排等。
这些重排可以导致基因组中某些基因重复或缺失，从而引起遗传疾病或其他变异。
此外，基因拷贝数变异也是一种常见的基因突变机制。
基因拷贝数变异是指某个基因的拷贝数目发生改变，可以增加或减少基因的副本数。
这种变异可以导致基因表达的改变，从而影响相关性状的表现。
基因拷贝数变异通常是由非同源重组、重复序列间的非等位基因交换和含有同源区域的染色体不稳定性等因素引起的。
此外，化学物质和放射线等外源性因素也可以引起基因突变。
这些外源性因素可以直接损伤DNA分子，导致碱基的损失、断裂或结构改变，从而引起基因突变。
特别是放射线，由于其高能量和强电离能力，对DNA的损伤较大，容易引起大片段DNA的缺失或重排。
除了以上几种机制，还有一些其他的基因突变机制，如基因甲基化、DNA复制错误、重复序列间的重组等。
这些机制也都可以导致基因组中DNA序列发生改变，进而引起基因突变。
综上所述，基因突变是一种常见的遗传变异现象，是生物进化和种群多样性形成的重要驱动力。
基因突变的机制多种多样，包括点突变、染色体重排、基因拷贝数变异等。
基因突变及其机制
meshift mutation
在DNA序列中由于一对或少数几对核苷酸的插 一般只引起一个基因的表达出现错误。
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Phe 5’-TTC Phe 5’-TTC
Asp GAT Asp GAT
Glu GAG Glu GAG
Pro Leu Cys CCC TTG TGC ↓Insertion of A Thr Leu Val ACC CTT GTG
例：TGC（亮氨酸）突变为TGA（终止密码子）
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同义/沉默突变 silent mutation：突变后的密
例：ATT突变为ATC，两者都编码异亮氨酸。
沉默突变的发生是由于遗传密码的简并性。 同义突变和沉默突变不会导致编码特性的改变
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点突变的类型(以 Tyr 的密码子为例) 无义突变 DNA TAC→TAA,TAG ↓ ↓ ↓ ↓ RNA UAC UAA UAG ↓ ↓ ↓ ↓ aa Tyr Och Amb 同义突变 TAC → TAT ↓ ↓ UAC UAU ↓ ↓ Tyr Tyr 错义突变 TAC→ TCC ↓ ↓ UAC UCC ↓ ↓ Tyr Ser
3
（二）、按变化范围分突变类型
突变可以发生在染色体水平或基因水 平，发生在染色体水平的突变称为染色 体畸变，发生在基因水平的突变称为基 因突变。
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染色体畸变（chromosome aberration) 染色体数目的变化或染色体结构发生较 大片段的异常改变。
• 染色体数目的变化 整倍体(euploidy)：含有完整的染色体组 单倍体（ n ）：haploid 二倍体（2n）：diploid 三倍体（3n）：triploid 四倍体（4n）：tetraploid
基因突变对蛋白质功能的影响及其机制
基因突变对蛋白质功能的影响及其机制基因突变是指在基因序列中发生的突变，其中包括插入、缺失、替代、倒位等类型。
这些突变可以通过改变蛋白质的氨基酸组合来影响其功能。
事实上，大部分蛋白质的功能都与其三维结构密切相关，任何会导致蛋白质结构受损的突变都有可能导致蛋白质功能障碍。
蛋白质的结构主要由其氨基酸序列决定，这些氨基酸通过两种键即氢键和疏水作用相互作用，形成蛋白质的二级、三级和四级结构。
在这一过程中，不同的氨基酸对蛋白质结构及功能的影响不同。
例如，脂肪酸代谢相关的酮体氧化酶（ACAT1）的突变常常会导致疾病——家族性ACAT1缺陷。
这是因为这种突变会使ACAT1失去其催化作用。
类似地，餐后胰岛素分泌由突变引起的失调也与蛋白质结构有关。
基因突变还可以影响蛋白质的功能通过改变其翻译过程。
在正常情况下，蛋白质的翻译是由核糖体完成的，这需要依赖mRNA和tRNA的配对及与氨基酸的结合。
但是，如果基因序列发生突变，可能会导致mRNA靶序列的改变，最终导致蛋白质结构发生变化，甚至会出现严重的功能缺失现象。
此外，基因突变可以影响蛋白质的表达：一些基因突变导致表达失调，极大地影响了蛋白质的生物学功能。
例如，胆汁酸细胞膜传输蛋白（BSEP）的突变与特定的重性黄疸有关，这是因为这些突变会使BSEP的表达下降，导致胆汁酸无法正常出入肝细胞，最终导致肝细胞疾病。
基因突变对蛋白质功能的影响机制是多方面的，包括改变蛋白质结构、破坏翻译和调节表达等。
在这个过程中，很多机制是连锁反应的，一旦突变发生，可能会导致一系列的生理和病理变化。
因此，对基因突变对蛋白质功能的影响以及其机制有一个更加深入的了解尤其重要。
基因突变及其机制
隐性遗传
突变基因为隐性基因，需要双亲都携带突变等位基因 才能表现突变。
性联遗传
突变基因位于性染色体上，导致男性和女性遗传模式
多基因遗传
多个基因共同决定了一种性状的表现，突变可能涉及
基因突变的检测方法
基因组测序
通过测序技术检测DNA序列，以 发现突变和基因变异。
聚合酶链式反应
一种迅速扩增特定DNA片段来检 测突变的分子生物学技术。
突变的分子机制
1
错误复制
在DNA复制过程中，错误地插入了错误的核苷酸，导致突变。
2
化学改变
环境中的化学物质或代谢产物可以改变DNA分子的结构，导致突变。
3
基因组稳定性损害
DNA损伤修复机制的缺陷可能导致DNA序列的改变，引发突变。
基因突变的遗传方式
显性遗传
突变基因为显性基因，只需一个突变等位基因即可表 现突变。
基因突变及其机制
基因突变是一种遗传变异，通过不同种类、不同原因和不同机制引发，具有 重要的生物学意义和广泛的应用价值。
基因突变的定义
1 点突变
2 插入突变
一种基因突变类型，涉及基因组DNA中的单个核 苷酸的改变。
一种基因突变类型，涉及将额外的DNA序列插入 到基因组中的特定位置。3 缺失突变源自4 倒位突变蛋白质分析
通过分析蛋白质的结构和功能来 评估基因突变的影响。
基因突变的意义和应用
遗传疾病研究
突变的发现有助于了解遗传疾病的发病机制，为治 疗提供新的靶点。
个体化医学
利用基因突变信息，为个体提供定制的医疗策略和 药物治疗方案。
进化研究
通过研究突变在进化过程中的作用，揭示生物多样 性的形成与演化。
基因工程
遗传学基因突变课件.ppt
遗传学基因突变
表 21-2 点 突 变 的 类 型 (以 Tyr的 密 码 子 为 例 ) 无 义 突 变 同 义 突 变 错 义 突 变
1.体细胞突变（ somatic mutation ）
• 一个祖先细胞由无性繁殖而产生的相同细胞群体叫 做一个克隆（clone) 。
• 体细胞突变常形成一个“突变体区”，体细胞突变 发生愈早， “突变体区”愈大。
• 体细胞突变不能遗传给后代，可通过有性途径传递。
2.生殖细胞突变（ germinal mutation ）
遗传学基因突变
遗传学基因突变
GC →→ → G-U→→→ A-U→→→A-U ↘→G-C ↘→A-T
AT →→ → H-T→→→ H-C→→→ H-C ↘→A-T ↘→G-C
遗传学基因突变
（3）氧化性损伤碱基（oxidatively damaged bases） • 活泼氧化物如超氧基（O2-），过氧化氢 （H2O2），氢氧基（-OH）对DNA本身的氧化 损伤，也能引起突变。
遗传学基因突变
5.致死突变（lethal mutation）： 是指能造成个体死亡的突变
• 显性致死突变：在杂合状态就有致死作用 • 隐性致死突变：在纯合时方有致死作用
6.条件致死突变（conditional lethal mutation)： 指在某些条件下能存活，而在某些条件下
表现致死效应。
遗传学基因突变
• 例如：玉米有高、矮秆变异类型，其它物种如水稻、 • 大麦、高粱、玉米等同样存在着这些变异类型。
基因突变的机制和影响因素
基因突变的机制和影响因素基因突变是指DNA序列发生错误或改变的过程，其形成方式多种多样，包括自然突变、人工诱发突变等。
不同的突变类型和机制，对生物体的影响也有所不同。
一、自然突变的机制和影响因素自然突变是指发生于自然界中，在没有明显诱发因素的情况下，由于DNA自身复制或其他生物学过程中发生的错误所引起的突变。
自然突变的机制包括：1. 细胞分裂过程中的复制错误每个细胞分裂时，需将DNA复制一遍才能完成分裂。
但DNA复制时难免发生错误，如插入、缺失或替换碱基等，这些错误导致DNA序列改变，进而引起基因突变。
2. 物理和化学刺激引起的DNA损伤物理或化学刺激如紫外线辐射、化学污染物等会引发DNA断裂、化学改变和氧化等，而这些改变或损伤也会出现在DNA的复制中，导致基因突变。
自然突变对生物有着严重的影响，对其基因组的稳定性和功能性都有相应的破坏。
这些突变会导致基因的失活、变异、或者成为新的基因等，对生物的繁殖、适应和进化都会带来重要的影响。
二、人为诱导突变的机制和影响因素人为诱导突变是指通过人工手段，让生物体基因发生突变的一种方式。
其诱因包括：1. 化学灵敏剂和物理照射等物理化学因素化学灵敏剂或物理照射会诱发DNA断裂，进而产生各类基因突变。
2. 基因工程等人工手段基因工程等人工手段可以通过改变或插入基因等的方式，来诱导生物基因突变。
人为诱导的基因突变在生物资源开发和研究领域有着重要的作用。
利用人工诱发基因突变，可以为生物组学研究和分子育种等领域提供丰富的基因组资源，进而促进相关领域的发展和进步。
三、影响基因突变的因素除了上述的机制和诱因，生物个体和环境中还存在着一些影响基因突变的因素，如：1. 遗传因素基因突变常常与遗传有关，在不同的生物种群中，遗传背景对基因突变的发生和传递起着至关重要的作用。
2. 生物年龄随着年龄的增加，生物个体的基因会长期暴露在各种环境危害因子中，进而增加其产生基因突变的风险。
3. 生存环境不同的生存环境会对生物体产生不同的生理和心理应激，以及各种环境污染物等，这些因素也都可能会影响生物体及其后代的基因突变率。
遗传性疾病的基因突变及其病理生理学
遗传性疾病的基因突变及其病理生理学遗传性疾病是由基因突变导致的一类疾病，基因突变是遗传信息发生改变的原因之一。
在正常情况下，人体基因组是由数以亿计的DNA分子组成的，而这些DNA分子上包含了遗传信息。
基因突变是指在这些DNA分子上发生的突变，这种突变可能导致严重的健康问题。
基因突变是遗传性疾病的根本原因。
它们可能是单基因突变或多基因突变，单基因突变通常是指某个基因内部发生了改变，而多基因突变则是指数个基因中发生了改变。
这些基因的突变会导致人体内一些内部过程发生异常，从而引发一些常见的遗传性疾病，包括致命的婴幼儿疾病，在这种情况下，许多人很难在一生中幸存下来。
例如，半乳糖血症就是一种常见的遗传性疾病，该病的根本原因是某个基因突变。
这种突变会导致人体无法正常消化半乳糖，这使得患有半乳糖血症的患者面临以奶制品为主的饮食限制。
而有些遗传疾病则更加严重，比如囊性纤维化，患有该病的人会在胰腺和肺部堵塞中痛苦地死去。
基因突变不仅会导致遗传病发生，还可能导致一些其他形式的疾病，包括癌症和自身免疫性疾病等。
在这样的情况下，基因突变通常被认为是“高风险基因”的来源。
这些高风险基因可以在家族中不断传递，这就是为什么一些人可能患上同样的病，或者该病在他们家族中非常常见。
遗传疾病的发展过程与基因突变密切相关。
在正常情况下，身体的细胞会不断进行分裂和复制，每个分裂过程都会产生一些细胞。
然而，在细胞分裂的时候，可能会发生错误，就像复印机机器发生故障一样。
通常情况下，身体可以自己修复这些错误，但是在某些情况下，错误可能会持续下去，导致基因发生突变。
一旦基因发生突变，会产生一系列影响，这些影响最终会导致遗传性疾病发生。
对于某些基因突变，可能会使病人在很小的时候就表现出病症，而对于其他基因突变，则可能在较晚的年龄发生。
另外，在研究遗传性疾病时，科学家们还会查看基因间的相互作用；他们会比较一组基因在病人中与在非病人中的表达情况，从而评估该基因是否与该病有关。
基因突变及其对生物学功能的影响
基因突变及其对生物学功能的影响基因是生物体遗传信息的载体，它们携带着细胞生命的蓝图，决定了生物体的生长和发育，以及后代的遗传性状。
基因突变是指DNA分子发生异常改变，导致基因序列发生变化。
这种基因突变可以分为两种，一种是点突变，一种是染色体结构异常。
基因突变是生物进化的源动力，也是很多遗传病的原因。
在这篇文章中，我们将探讨基因突变及其对生物学功能的影响。
基因突变的种类基因突变可以分为点突变和染色体结构异常两种类型。
点突变是指DNA中的一个核苷酸发生变化，包括错义突变、同义突变和无义突变。
错义突变是指一个具有特定功能的氨基酸被替换成另一个氨基酸，导致蛋白质功能受损。
同义突变是指DNA中的单个碱基改变，但不改变编码的氨基酸，因此不会对蛋白质功能造成影响。
无义突变是指DNA中的单个碱基改变，导致一个暴力终止密码子的出现，从而使蛋白质合成提前终止。
染色体结构异常是指染色体的部分或全部区域发生改变，包括染色体缺失、翻转、重复、倒位和易位。
这类变异通常会导致多种疾病的发生。
基因突变的原因基因突变有很多原因，包括自然变异、突变诱导因素和环境因素等。
在自然变异中，基因转录、复制和修复机制的差错是主要原因。
通过突变诱导因素可以加速DNA序列的变异，这类因素包括辐射、化学物质和病毒。
辐射是突变的主要原因之一，它能够破坏DNA的结构，导致突变的发生。
另外，化学物质也能导致基因突变的发生，包括化学污染物和烟草。
在环境因素的作用下，基因突变也会发生，例如氧化应激、光照和地球磁场。
基因突变对表型的影响基因突变对生物表型的影响是非常大的。
从单个细胞到整个个体，基因突变都能改变表型的形式和功能。
对于细胞来说，基因突变可能会影响细胞分裂、分化和生存能力。
例如，当癌细胞发生基因突变时，它们就能够逃避体免系统的免疫监视，从而导致癌症的发生。
对于整个个体来说，基因突变会导致出现一系列表型的变异，包括体型、颜色和形态等方面。
例如，基因突变使得银狐的毛色从棕色变成了白色。
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液体培养法测突变率： 液体培养时突变株有2个可能来源：一次新的
g N N
1 2N
2 4N m
3 8N
4 16N 24mN+8mN 2m
M mN 2mN+2mN M/N--g 做图，斜率则为 m/28mN+4mN M/N m/2 3m/2
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液体稀释法测突变率 P0=e-mN 细胞分裂非同步性校正： 突变率=ln2m=0.69m
例：TGC（亮氨酸）突变为TGA（终止密码子）
18
19
同义/沉默突变 silent mutation：突变后的密
例：ATT突变为ATC，两者都编码异亮氨酸。
沉默突变的发生是由于遗传密码的简并性。 同义突变和沉默突变不会导致编码特性的改变
20
点突变的类型(以 Tyr 的密码子为例) 无义突变 DNA TAC→TAA,TAG ↓ ↓ ↓ ↓ RNA UAC UAA UAG ↓ ↓ ↓ ↓ aa Tyr Och Amb 同义突变 TAC → TAT ↓ ↓ UAC UAU ↓ ↓ Tyr Tyr 错义突变 TAC→ TCC ↓ ↓ UAC UCC ↓ ↓ Tyr Ser
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第二节
基因突变的规律
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一、基因突变的自发性
突变可自发产生，突变的微生物与所处的环境 1）波动实验 2）涂布实验 3）影印培养实验
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波动实验fluctuation test
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抗噬菌体a的波动测验结果
培养皿编号
1 14
培养皿上菌落数 样品来自同一培养物
46 4 1
样品来自不同培养物
1 0
28
表现型或基因型
表示符号
表现型 具有合成或利用某种物质的能力 缺乏合成或利用某种物质的能力 具有对某种抗生素的抗性 具有对某种抗生素的敏感性 基因型 能够合成或利用某种物质的野生型基因 影响合成或利用某种物质的突变基因 突变的subA基因 subA基因的63号突变 具有温度敏感表型的subA基因突变
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•
产生同一突变型表型的不同基因，在三个小写字母后用 例如：hisA、hisB：不同的组氨酸基因
•
同一基因的不同突变位点（mutation site）在基因符号 例如：trpA46, trpA23：trpA的不同位点的突变
27
•
•
突变型的基因符号用基因座符号加“+”或“-”或其它 基因表型或其表达产物用相应基因符号的正写字母，
0
0 7 0 303 0 0 3 48 1 4
0
0 0 8 1 0 1 0 15 0 0 19 0 0 17 11 0 0
16.7 15
51.4 27
3.3 3.8
11.35 694
30 6620
3.8 40.8
34
涂布实验
35
影印培养replica plating实验
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二、基因突变的随机性
• 缺失 deficiency ：是染色体片段的丢失。 细胞学效应：缺失环 遗传学效应：这种突变往往是不可逆的损伤，其 结果会造成遗传平衡的失衡。 • 重复 repetition ：是染色体片段的二次出现 。 细胞学效应：重复环 遗传学效应：这种突变有可能获得具有优良遗传 性状的突变体。
9
•
倒位 inversion：是指染色体的片段发生
Thr ACG-3’ His CAC G-3’
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（三）按突变是否引起遗传编码特性的
一类是引起遗传性状改变 ： ——错义突变（missense mutation），无义突变（ 一类是不改变遗传性状的突变 ——同义突变（synonymy mutation）和沉默突变
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遗传学效应
错义突变 missense mutation：突变后的密码 例：AAG突变为GAG，编码的氨基酸由亮氨酸变成 无义突变 nonsense mutation：突变后的密码
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如何来表示野生型和突变型的表现型
25
二. 基因符号
•
基因命名原则 1966年 M. Demerec 每一基因座位（locus）用三个小写英文字母表示， 例如：his：组氨酸基因 histidine rim：核糖体的装配、成熟有关基因 ribosomal modification rps ：核糖体蛋白小亚基基因 ribosomal protein small
6
染色体结构的变化
染色体结构的改变，多数是染色体或染色 单体遭到巨大损伤产生断裂，而断裂的数 目、位置、断裂端连接方式等造成不同的 突变 包括染色体缺失、重复、倒位和易位等 涉及到DNA分子上较大范围的变化，往往 会涉及到多个基因。
7
a-缺失
b-重复
c-倒位
b f
d-相互 易位
8
染色体结构的变化
43
3
（二）、按变化范围分突变类型
突变可以发生在染Biblioteka 体水平或基因水 平，发生在染色体水平的突变称为染色 体畸变，发生在基因水平的突变称为基 因突变。
4
染色体畸变（chromosome aberration)
染色体数目的变化或染色体结构发生较 大片段的异常改变。
• 染色体数目的变化 整倍体(euploidy)：含有完整的染色体组 单倍体（ n ）：haploid 二倍体（2n）：diploid 三倍体（3n）：triploid 四倍体（4n）：tetraploid
A
G
T
C
转换 颠换
图 21-1 转换与颠换
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Phe 5’-TTC Phe 5’-TTC
Phe 5’-TTC Phe 5’-TTC
Asp GAT Asp GAT
Asp GAT Asp GAT
Glu Pro Leu Cys Thr GAG CCC TTG TGC ACG-3’ ↓G→A mutation Lys Pro Leu Cys Thr AAG CCC TTG TGC ACG-3’ ↓C→T mutation Lys Pro Leu Cys Thr AAG CCT TTG TGC ACG-3’ ↓C→A mutation Lys Pro Leu Stop Thr AAG CCC TTG TGA ACG-3’
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致死突变型 lethal mutant： 由于基因突变造成个体死亡的突变型。 杂合状态的显性致死和纯合状态的隐性致死都导致个 条件致死突变型 condition lethal mutant： 在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有 调节突变型 regulatory mutant： 丧失对某一基因或操纵子表达能力调节的突变型。 产量突变型 metabolite quantitative mutant : 所产生的代谢产物的产量明显有别于原始菌株的突
Sub＋ Sub－ Antr Ants
Sub＋ Sub－ subA－ subA63 subA（Ts）
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带突变基因的菌株
Salmonella typhimurium 1535(hisG46, rfa,ΔuvrB)
Salmonella typhimurium 1537(hisC3076, rfa,ΔuvrB)
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（四）、按突变的表型变化效应分类
野生型 wild type：表现该物种正常表型的生物。 突变型 mutant：由于突变导致其正常的表型发生了 形态突变型morphological mutant ：引起细胞个
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生化突变型：引起特定生化功能的丧失而无形态学效应 • 营养缺陷型 auxotrophic mutant：由于代谢过程的缺陷 lack of a gene product involved in the synthesis of an ess • 抗性突变型 resistant mutant：由于基因突变而产生的 a) 抗药物突变型： 对原本 b) 抗噬菌体突变型： 对原本
5
•
非整倍体 aneuploidy：含有不完整状态的染 色体组，一般是指二倍体中成对染色体成员 的增加或减少。 单体（二倍减一，monosomic diploid): 2n-1 缺体（二倍减二，nullisomic dilpoid): 2n-2 三体（二倍加一，trisomic diploid): 2n+1 四体（二倍加二，tetrasomic diploid): 2n+2 双二倍加一（double trisomic）: 2n+1+ 1 部分二倍体（merodiploid）：细菌等原核生 物中由一整条染色体和外来的一个染色体片 段所构成的不完整二倍
2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 平均值 方 差
15
13 21 15 14 26 16 20 13
56
52 48 65 44 49 51 56 47
2
2 1 5 2 4 2 4 7
0
3 0 0 5 0 5 0 6 107 0 0 0 1 0 0 64 0 35
1
第一节突变类型
2
一、突变类型
（一）按突变发生原因分类 自发突变(spontaneous mutagenesis) ：未 经任何人为的处理而自然地发生的突变， 称为自发突变。 诱发突变(induced mutagenesis) ：由人们 有意识地利用物理或化学手段引起的突变 称为诱发突变。 诱发突变的频率要远远高于自发突变频率
1、随机性 波动试验的结果还说明了突变具有随机性，突变 基因突变的发生从时间、个体、位点和所产生的 突变总是以一定的频率在群体中发生。
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一些细菌的抗药性基因的突变率
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