基因突变的类型
基因突变的类型
突变是指发生在遗传物质上的变异。广义上突变可以分为两类:染色体变异(chromosome aberration),即染色体数目和结构的改变;基因突变(genemutation),即基因的核苷酸顺序或数目发生改变。狭义突变通常特指基因突变,它包括单个碱基改变所引起的点突变(point mutation),或多个碱基的缺失、重复和插入。
图片来自:四哥生物
基因突变可发生在个体发育的任何阶段,以及体细胞或生殖细胞周期的任何时期。如果突变发生在体细胞中,则变异不能直接遗传给下一代。如果突变发生在某一个配子中,那么,子代中只有某一个个体有可能继承这个突变基因。如果突变发生在配子形成的早期阶段,如发生在卵原细胞或精原细胞中,则多个配子都有可能接受这个突变基因,这样,突变基因传到后代的可能性就会增加。通常,生殖细胞的突变率比体细胞高,这主要是因为生殖细胞在减数分裂时对外界环境的变化更加敏感。我们一般把携带突变基因的细胞或个体称为突变体(mutant),没有发生基因突变的细胞或个体称为野生型(wild type)。
引起突变的物理因素(如Ⅹ射线)和化学因素(如亚硝酸盐)称为诱变剂(mutagen)。通过使用诱变剂而产生的突变称为诱发突变(inducedmutation)。由于自然界中诱变剂的作用或DNA复制、转录、修复时偶然出现的碱基配对错误所产生的突变称为自发突变(spontaneous mutation)。人类单基因病大都为自发突变的结果。自发突变产生的频率(突变率)一般很低,平均每一核苷酸每一世代为10-10~10-9,即每世代、每10亿至100亿个核苷酸有一次突变发生。
如果按照DNA碱基顺序改变的类型区分,突变还可以分为碱基置换突变、移码突变、整码突变、染色体错误配对和不等交换4种。
一个碱基被另一个碱基取代而造成的突变称为碱基置换突变。凡是一个嘌呤被另一个嘌呤所取代,或者一个嘧啶被另一个嘧啶所取代的置换称为转换(transition);一个嘌呤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)。转换可能有4种,而颠换可能有8种。在自然界中,转换通常多于颠换。根据碱基置换对肽链中氨基酸顺序的影响,可以将突变分为同义突变、错义突变、无义突变和终止密码突变4种类型。
①同义突变
由于密码子具有简并性,因此,单个碱基置换可能只改变mRNA上的特定密码子,但不影响它所编码的氨基酸。例如,DNA模板链中GCG的第3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,由于CGC和CGU都是精氨酸的密码子,因而新形成的肽链没有氨基酸顺序和数目的变化,这种突变称为同义突变(synonymous mutation)。同义突变不易检出。
②错义突变
错义突变是指DNA中的碱基置换不仅改变了mRNA上特定的遗传密码,而且导致新合成的肽链中一个氨基酸被另一个氨基酸所取代,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的正常编码顺序为:UAU(酪)GCC(丙)AAA(赖)UUG(亮)AAA(赖)CCA(脯),当第3个氨基酸对应的密码子中间的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)。错义突变往往导致产生功能异常的蛋白质。
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,肽链将提前终止合成,所产生的蛋白质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。
④终止密码突变
当DNA中一个终止密码发生突变成为编码氨基酸的密码子时,肽链的合成将不能正常终止,肽链将继续延长直至遇到下一个终止密码子,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),属于一类延长突变(elongationmutation)。
此外,还有抑制基因突变。如果基因内部不同位置上的不同碱基分别发生突变,使其中一次突变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,在血红蛋白异常疾病中, Hbharlem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,但患者的临床表现较轻;而单纯β6谷氨酸→缬氨酸,通常产生严重的临床症状,甚至造成死亡。这说明 Hb harlem即β73的突变抑制了β6突变的有害效应。
移码突变(frame-shift mutation)是指DNA链上插入或缺失1个、2个甚至多个碱基(但非3个碱基或3的整数倍的碱基),导致在插入或缺失碱基部位以后的密码子顺序和组成发生相应改变。
由于原来的密码子移位,终止密码子常常推后或提前出现,结果造成新合成的肽链延长或缩短。
如果在DNA链的密码子之间插入或缺失一个或几个密码子,则合成的肽链将增加或减少个或几个氨基酸,但插入或缺失部位前后的氨基酸顺序不变。这种突变称为整码突变(codon mutation),亦称密码子插入或缺失(codon insertionor deletion)。