03基因突变
Gene Mutation
基因突变
? 前言
? 诱发基因突变的因素
? 基因突变的一般特性
? 基因突变的分子机制
? DNA损伤的修复
前言
一切生物细胞内的基因都能保持其相对稳
定性，但在一定内外因素的影响下，遗传物质
就可能发生变化，这种遗传物质的变化及其所
引起的表型改变称为突变（ mutation）。
诱发基因突变的因素
? 在自然条件下，未经人工处理而发生的突变为 自发突
变 （ spontaneous mutation） 。
? 经人工处理而发生的突变是 诱发突变 （ induced
mutaion） 。
? 能诱发基因突变的各种内外环境因素统称为 诱变剂
（ mutagen）。
一、物理因素
? 紫外线
紫外线的照射可使 DNA顺序中相邻的嘧啶
类碱基结合成嘧啶二聚体，最常见的为胸腺嘧
啶二聚体（ TT）。 在复制或转录进行时，该处
碱基配对发生错误，从而引起新合成的 DNA或
RNA链的碱基改变。
紫
外
线
诱
发
的
胸
腺
嘧
啶
二
聚
体
? 电离辐射
射线直接击中 DNA链,DNA分子吸收能
量后引起 DNA链和染色体的断裂，片断发生重
排，引起染色体结构畸变 。
? 其它物理因素
电磁辐射
高温
严寒
二、化学因素
? 羟胺（ hydroxylamine,HA）
可使胞嘧啶（ C） 的化学成分发生改变，而不能
正常地与鸟嘌呤（ G） 配对，而改为与腺嘌呤（ A）
互补。经两次复制后,C-G碱基对就变换成 T-A碱基
对 。
羟胺引起 DNA碱基对的改变
? 亚硝酸或含亚硝基化合物
可使碱基脱去氨基（ -NH2） 而产生结构改变，
从而引起碱基错误配对。
亚硝酸引起 DNA碱基对的改变
图中 A被其脱去氨基后可变成次黄嘌呤 （ H）,H不能再与 T配对，而变为与
配对，经 DNA复制后，可形成 T-A→ C-G的转换。
? 烷化剂
具有高度诱变 化学因素 活性的烷化剂，可将烷
基 （ CH3-,C2H5-等 ） 引入多核苷酸链上的任何位
置，被其烷基化的核苷酸将产生错误配对而引起突变。
烷化剂引起的 DNA碱基对的改变
? 碱基类似物
某些碱基类似物可以取代碱基而插入 DNA分子引
起突变 。
5-BU引起的 DNA碱基对的改变
5-BU与腺嘌呤 （ A） 和鸟嘌呤 （ G） 均可配对。如果 5-BU取代 T以后一直保持与 A
配对，所产生的影响并不大；若与 G配对，经一次复制后，就可以使原来的 A-T对
变换成 G-C对。
? 芳香族化合物
吖啶类和焦宁类等扁平分子构型的芳香族化合物
可以嵌入 DNA的核苷酸序列中, 导致碱基插入或丢失
的移码突变 。
三、生物因素
? 病毒 风疹、麻疹、流感、疱疹等
? 真菌和细菌 毒素
基因突变的一般特性
? 多向性
同一基因座上的基因可独立发生多次不同的突变而形成
复等位基因。
? 可逆性
突变的方向可逆,可以是正突变，也可以是回复突变。
? 有害性
突变会导致人类许多疾病的发生 。
? 稀有性
在自然状态下发生突变的频率很低。
? 随机性
? 可重复性
基因突变的分子机制
? 静态突变
? 动态突变
一、静态突变 （ static mutation）
是在一定条件下生物各世代中以相对稳定
的频率发生的基因突变。可分为点突变和片段
突变 。
点突变（ point mutation）
DNA链中一个或一对碱基发生的改变，两
种形式：碱基替换和移码突变。
? 碱基替换（ base substitution）
DNA链中碱基之间互相替换，从而使被替
换部位的三联体密码意义发生改变。
转换（ transition）,一种嘌呤 -嘧啶对被另一种
嘌呤 -嘧啶对所替换。
颠换 （ transvertion）,一种嘌呤 -嘧啶对被另
一种嘧啶 -嘌呤对所替换 。
? 同义突变 （ same sense mutation）
碱基被替换之后，产生了新的密码子，但新旧密码子
同义，所编码的氨基酸种类保持不变，因此同义突
变并不产生突变效应 。
? 无义突变 （ non-sense mutation）
碱基替换使编码氨基酸的密码变成终止密码 UAA、
UAG或 UGA。
? 错义突变 （ missense mutation）
碱基替换使编码某种氨基酸的密码子变成编码另
一种氨基酸的密码子，从而使多肽链的氨基酸种
类和序列发生改变。
错义突变引发疾病 —— 镰刀状红细胞贫血
? 终止密码突变（ terminator codon mutation）
DNA分子中的某一个终止密码突变为编码氨基
酸的密码，从而使多肽链的合成至此仍继续下去，
直至下一个终止密码为止，形成超长的异常多肽链。
? 影响非密码子区域的 突变
调控序列突变,使蛋白质合成的速度或效率发生改
变，进而影响着这些蛋白质的功能，并引起疾病。
内含子与外显子剪辑位点突变,GT-AG中的任一
碱基发生置换而导致剪辑和加工异常，不能形成
正确的 mRNA分子。
?移码突变 （ frame-shift mutation）
基因组 DNA链中插入或缺失 1个或几个
碱基对，从而使自插入或缺失的那一点以下
的三联体密码的组合发生改变，进而使其编
码的氨基酸种类和序列发生变化。
移码突变
? 碱基对插入和（或）缺失的数目和方式不同，对其
后的密码组合的改变的影响程度不同。
? 移码突变引起的最小变化是在 DNA链上增加或减少
一个遗传密码导致合成的多肽链多或少一个氨基酸，
若大范围改变密码组合则会引起的整条多肽链的氨
基酸种类及序列的变化。
? 移码突变的后果严重，通常是导致一条或几条多肽
链丧失活性或根本不能合成，进而严重影响细胞或
机体的正常生命活动。
片段突变
? 片段突变是 DNA链中某些小片段的碱基序列发
生缺失、重复或重排。
二、动态突变
串联重复的三核苷酸序列随着世代传递而
拷贝数逐代累加的突变方式。
? 例如：脆性 X综合症
Xq27.3内（ CGG） n重复
数,60-200，正常,6-60
脆性 X综合症患者,
智能低下，皮肤松弛，
关节过度伸展，长脸。
? 例如,Huntington 舞蹈
病
4p16.3 CAG 36～ 121
正常 6～ 35
? 例如,SBMA
Xq11-q12 CAG 40-72
雄激素受体蛋白
运动神经元受损
DNA损伤的修复
生物体内存在着多种 DNA修复系统，当
DNA受到损伤时，在一定条件下，这些修复系
统可以部分地修正 DNA分子的损伤，从而大大
降低突变所引起的有害效应，保持遗传物质的
稳定性。
一、紫外线引起的 DNA损伤的修复
? 光复活修复 （ photoreactivation repair）
细胞内存在着一种光复活酶。在可见光的照射下，
光复活酶被激活，从而能识别嘧啶二聚体并与之结合，
形成酶 -DNA复合物，然后利用可见光提供的能量，
解开二聚体，此后光复活酶从复合物中释放出来，完
成修复过程，这一过程称为光复活修复。
光
复
活
修
复
的
过
程
? 切除修复 （ excision repair）
也称为暗修复（ dark repair）。 光在这种修复过
程中不起任何作用。切除修复发生在复制之前，需要
其它酶的参与。
核酸内切酶先在嘧
啶二聚体附近切开 DNA
单链，然后以另一条正常
链为模板，按碱基互补原
则补齐需切除部分的碱基
序列，最后由核酸内切酶
切去含嘧啶二聚体的片段，
并由连接酶将断口与新合
成的 DNA片段连接起来。
? 重组修复 （ recombination repair）
含有嘧啶二聚体或其它结构损伤的 DNA仍可
进行复制，当复制到损伤部位时,DNA子链中与
损伤部位相对应的部位出现缺口。复制结束后，
完整的母链与有缺口的子链重组，使缺口转移到
母链上，母链上的缺口由 DNA聚合酶合成互补片
段，再由连接酶连接完整，从而使复制出来的
DNA分子的结构恢复正常。该过程发生在复制之
后。
重
组
修
复
的
过
程
二、电离辐射引起的 DNA损伤的修复
? 超快修复, 修复速度极快，在适宜条件下，大约 2分
钟内即可完成修复。
? 快修复, 一般在 X线照射后数分钟内，即可使超快修
复所剩下的断裂单链的 90％被修复。
? 慢修复, 是由重组修复系统对快修复所不能修复的
单链断裂加以修复的过程。一般修复时间较长。
三、修复缺陷引起的疾病
修复系统本身是由一系列基因所编码的酶
所组成的，修复系统的缺陷将使遗传物质的损
伤不能得到尽快修复，突变将以各种形式存在
并遗传下来，最终导致疾病的发生。
例如：着色性干皮病
? UV→ 嘧啶二聚体
? 光修复系统异常 解旋酶、核酸内切酶等修复蛋
白的基因突变
例如：着色性干皮病
对光敏感，皮肤、眼,
舌易受损；
皮肤上皮鳞状细胞
或基底细胞皮肤癌；
伴性发育不良、生长迟缓,
神经系统异常而学习能力差
? 例如,Bloom syndrome
光敏感性 reqQ解旋酶家族基因突变
身材矮小、免疫功
能低下、日光敏感
性面部红斑和轻度
颜面畸形
The End
Gene Mutation
基因突变
? 前言
? 诱发基因突变的因素
? 基因突变的一般特性
? 基因突变的分子机制
? DNA损伤的修复
前言
一切生物细胞内的基因都能保持其相对稳
定性，但在一定内外因素的影响下，遗传物质
就可能发生变化，这种遗传物质的变化及其所
引起的表型改变称为突变（ mutation）。
诱发基因突变的因素
? 在自然条件下，未经人工处理而发生的突变为 自发突
变 （ spontaneous mutation） 。
? 经人工处理而发生的突变是 诱发突变 （ induced
mutaion） 。
? 能诱发基因突变的各种内外环境因素统称为 诱变剂
（ mutagen）。
一、物理因素
? 紫外线
紫外线的照射可使 DNA顺序中相邻的嘧啶
类碱基结合成嘧啶二聚体，最常见的为胸腺嘧
啶二聚体（ TT）。 在复制或转录进行时，该处
碱基配对发生错误，从而引起新合成的 DNA或
RNA链的碱基改变。
紫
外
线
诱
发
的
胸
腺
嘧
啶
二
聚
体
? 电离辐射
射线直接击中 DNA链,DNA分子吸收能
量后引起 DNA链和染色体的断裂，片断发生重
排，引起染色体结构畸变 。
? 其它物理因素
电磁辐射
高温
严寒
二、化学因素
? 羟胺（ hydroxylamine,HA）
可使胞嘧啶（ C） 的化学成分发生改变，而不能
正常地与鸟嘌呤（ G） 配对，而改为与腺嘌呤（ A）
互补。经两次复制后,C-G碱基对就变换成 T-A碱基
对 。
羟胺引起 DNA碱基对的改变
? 亚硝酸或含亚硝基化合物
可使碱基脱去氨基（ -NH2） 而产生结构改变，
从而引起碱基错误配对。
亚硝酸引起 DNA碱基对的改变
图中 A被其脱去氨基后可变成次黄嘌呤 （ H）,H不能再与 T配对，而变为与
配对，经 DNA复制后，可形成 T-A→ C-G的转换。
? 烷化剂
具有高度诱变 化学因素 活性的烷化剂，可将烷
基 （ CH3-,C2H5-等 ） 引入多核苷酸链上的任何位
置，被其烷基化的核苷酸将产生错误配对而引起突变。
烷化剂引起的 DNA碱基对的改变
? 碱基类似物
某些碱基类似物可以取代碱基而插入 DNA分子引
起突变 。
5-BU引起的 DNA碱基对的改变
5-BU与腺嘌呤 （ A） 和鸟嘌呤 （ G） 均可配对。如果 5-BU取代 T以后一直保持与 A
配对，所产生的影响并不大；若与 G配对，经一次复制后，就可以使原来的 A-T对
变换成 G-C对。
? 芳香族化合物
吖啶类和焦宁类等扁平分子构型的芳香族化合物
可以嵌入 DNA的核苷酸序列中, 导致碱基插入或丢失
的移码突变 。
三、生物因素
? 病毒 风疹、麻疹、流感、疱疹等
? 真菌和细菌 毒素
基因突变的一般特性
? 多向性
同一基因座上的基因可独立发生多次不同的突变而形成
复等位基因。
? 可逆性
突变的方向可逆,可以是正突变，也可以是回复突变。
? 有害性
突变会导致人类许多疾病的发生 。
? 稀有性
在自然状态下发生突变的频率很低。
? 随机性
? 可重复性
基因突变的分子机制
? 静态突变
? 动态突变
一、静态突变 （ static mutation）
是在一定条件下生物各世代中以相对稳定
的频率发生的基因突变。可分为点突变和片段
突变 。
点突变（ point mutation）
DNA链中一个或一对碱基发生的改变，两
种形式：碱基替换和移码突变。
? 碱基替换（ base substitution）
DNA链中碱基之间互相替换，从而使被替
换部位的三联体密码意义发生改变。
转换（ transition）,一种嘌呤 -嘧啶对被另一种
嘌呤 -嘧啶对所替换。
颠换 （ transvertion）,一种嘌呤 -嘧啶对被另
一种嘧啶 -嘌呤对所替换 。
? 同义突变 （ same sense mutation）
碱基被替换之后，产生了新的密码子，但新旧密码子
同义，所编码的氨基酸种类保持不变，因此同义突
变并不产生突变效应 。
? 无义突变 （ non-sense mutation）
碱基替换使编码氨基酸的密码变成终止密码 UAA、
UAG或 UGA。
? 错义突变 （ missense mutation）
碱基替换使编码某种氨基酸的密码子变成编码另
一种氨基酸的密码子，从而使多肽链的氨基酸种
类和序列发生改变。
错义突变引发疾病 —— 镰刀状红细胞贫血
? 终止密码突变（ terminator codon mutation）
DNA分子中的某一个终止密码突变为编码氨基
酸的密码，从而使多肽链的合成至此仍继续下去，
直至下一个终止密码为止，形成超长的异常多肽链。
? 影响非密码子区域的 突变
调控序列突变,使蛋白质合成的速度或效率发生改
变，进而影响着这些蛋白质的功能，并引起疾病。
内含子与外显子剪辑位点突变,GT-AG中的任一
碱基发生置换而导致剪辑和加工异常，不能形成
正确的 mRNA分子。
?移码突变 （ frame-shift mutation）
基因组 DNA链中插入或缺失 1个或几个
碱基对，从而使自插入或缺失的那一点以下
的三联体密码的组合发生改变，进而使其编
码的氨基酸种类和序列发生变化。
移码突变
? 碱基对插入和（或）缺失的数目和方式不同，对其
后的密码组合的改变的影响程度不同。
? 移码突变引起的最小变化是在 DNA链上增加或减少
一个遗传密码导致合成的多肽链多或少一个氨基酸，
若大范围改变密码组合则会引起的整条多肽链的氨
基酸种类及序列的变化。
? 移码突变的后果严重，通常是导致一条或几条多肽
链丧失活性或根本不能合成，进而严重影响细胞或
机体的正常生命活动。
片段突变
? 片段突变是 DNA链中某些小片段的碱基序列发
生缺失、重复或重排。
二、动态突变
串联重复的三核苷酸序列随着世代传递而
拷贝数逐代累加的突变方式。
? 例如：脆性 X综合症
Xq27.3内（ CGG） n重复
数,60-200，正常,6-60
脆性 X综合症患者,
智能低下，皮肤松弛，
关节过度伸展，长脸。
? 例如,Huntington 舞蹈
病
4p16.3 CAG 36～ 121
正常 6～ 35
? 例如,SBMA
Xq11-q12 CAG 40-72
雄激素受体蛋白
运动神经元受损
DNA损伤的修复
生物体内存在着多种 DNA修复系统，当
DNA受到损伤时，在一定条件下，这些修复系
统可以部分地修正 DNA分子的损伤，从而大大
降低突变所引起的有害效应，保持遗传物质的
稳定性。
一、紫外线引起的 DNA损伤的修复
? 光复活修复 （ photoreactivation repair）
细胞内存在着一种光复活酶。在可见光的照射下，
光复活酶被激活，从而能识别嘧啶二聚体并与之结合，
形成酶 -DNA复合物，然后利用可见光提供的能量，
解开二聚体，此后光复活酶从复合物中释放出来，完
成修复过程，这一过程称为光复活修复。
光
复
活
修
复
的
过
程
? 切除修复 （ excision repair）
也称为暗修复（ dark repair）。 光在这种修复过
程中不起任何作用。切除修复发生在复制之前，需要
其它酶的参与。
核酸内切酶先在嘧
啶二聚体附近切开 DNA
单链，然后以另一条正常
链为模板，按碱基互补原
则补齐需切除部分的碱基
序列，最后由核酸内切酶
切去含嘧啶二聚体的片段，
并由连接酶将断口与新合
成的 DNA片段连接起来。
? 重组修复 （ recombination repair）
含有嘧啶二聚体或其它结构损伤的 DNA仍可
进行复制，当复制到损伤部位时,DNA子链中与
损伤部位相对应的部位出现缺口。复制结束后，
完整的母链与有缺口的子链重组，使缺口转移到
母链上，母链上的缺口由 DNA聚合酶合成互补片
段，再由连接酶连接完整，从而使复制出来的
DNA分子的结构恢复正常。该过程发生在复制之
后。
重
组
修
复
的
过
程
二、电离辐射引起的 DNA损伤的修复
? 超快修复, 修复速度极快，在适宜条件下，大约 2分
钟内即可完成修复。
? 快修复, 一般在 X线照射后数分钟内，即可使超快修
复所剩下的断裂单链的 90％被修复。
? 慢修复, 是由重组修复系统对快修复所不能修复的
单链断裂加以修复的过程。一般修复时间较长。
三、修复缺陷引起的疾病
修复系统本身是由一系列基因所编码的酶
所组成的，修复系统的缺陷将使遗传物质的损
伤不能得到尽快修复，突变将以各种形式存在
并遗传下来，最终导致疾病的发生。
例如：着色性干皮病
? UV→ 嘧啶二聚体
? 光修复系统异常 解旋酶、核酸内切酶等修复蛋
白的基因突变
例如：着色性干皮病
对光敏感，皮肤、眼,
舌易受损；
皮肤上皮鳞状细胞
或基底细胞皮肤癌；
伴性发育不良、生长迟缓,
神经系统异常而学习能力差
? 例如,Bloom syndrome
光敏感性 reqQ解旋酶家族基因突变
身材矮小、免疫功
能低下、日光敏感
性面部红斑和轻度
颜面畸形
The End
