第十二章基因与疾病.ppt
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1、第十二章基因与疾病第十二章基因与疾病第一节第一节第一节第一节 基因结构异常的分子机制基因结构异常的分子机制基因结构异常的分子机制基因结构异常的分子机制 一、DNA一级结构变异的分子机制 DNA一级结构改变的主要原因一级结构改变的主要原因 引起引起DNA一级结构改变的原因主要有两类:一级结构改变的原因主要有两类:一类是复制时碱基的偶然性错配,一类是复制时碱基的偶然性错配,由此引起的突变称由此引起的突变称为为自发性突变(自发性突变(spontaneous mutation)。这种突变频。这种突变频率极低,约为率极低,约为10-9,即每合成,即每合成109核苷酸可能会有一次碱基核苷酸可能会有一次碱基
2、与模板不相配的错误。与模板不相配的错误。另一类是另一类是体内代谢过程中产生的自由基由体内代谢过程中产生的自由基由某些环境因某些环境因素引起的素引起的DNA一级结构改变,由此引起的突变称为诱发突一级结构改变,由此引起的突变称为诱发突变(变(induced mutagenesis)。)。(一)诱发因素(一)诱发因素 能引起突变的理化因素或物质称为能引起突变的理化因素或物质称为诱变剂诱变剂诱变剂诱变剂(mutagenmutagen),主要有以下一些类型:主要有以下一些类型:1 1、碱基和核苷酸类似物、碱基和核苷酸类似物、碱基和核苷酸类似物、碱基和核苷酸类似物,如,如5-氟尿嘧啶(氟尿嘧啶(5-Fu)
3、、)、6-巯基嘌呤(巯基嘌呤(6-MP)等。)等。2 2、烷化剂、烷化剂、烷化剂、烷化剂,如氮芥、环磷酰胺。如氮芥、环磷酰胺。3 3、抗生素类、抗生素类、抗生素类、抗生素类,如放线菌素,如放线菌素D、丝裂霉素、博来霉素、丝裂霉素、博来霉素 等。等。4 4、染色剂、染色剂、染色剂、染色剂,如吖啶黄、二氨基吖啶等。如吖啶黄、二氨基吖啶等。5 5、亚硝酸盐、亚硝酸盐、亚硝酸盐、亚硝酸盐。6 6、电离辐射和紫外线照射、电离辐射和紫外线照射、电离辐射和紫外线照射、电离辐射和紫外线照射。(二)诱变剂的作用机制(二)诱变剂的作用机制 1 1、碱基类似物诱发突变、碱基类似物诱发突变、碱基类似物诱发突变、碱基类
4、似物诱发突变 碱基和核苷酸类似物,如碱基和核苷酸类似物,如5-氟尿嘧啶(氟尿嘧啶(5-Fu)、)、6-巯基巯基嘌呤(嘌呤(6-MP),),能取代正常的碱基而掺入到能取代正常的碱基而掺入到DNA当中去,当中去,并通过互变异构引起复制错误,或掺入到并通过互变异构引起复制错误,或掺入到RNA影响影响RNA的转的转录和翻译。录和翻译。2 2、烷化剂引起染色体损伤、烷化剂引起染色体损伤、烷化剂引起染色体损伤、烷化剂引起染色体损伤 烷化剂,如氮芥和环磷酰胺的分子有一个或多个活性烷烷化剂,如氮芥和环磷酰胺的分子有一个或多个活性烷基,可使基,可使DNA分子中的鸟嘌呤分子中的鸟嘌呤N7烷化后除去,留下缺失碱基烷
5、化后除去,留下缺失碱基后的空隙。后的空隙。3 3、抗生素类,使、抗生素类,使、抗生素类,使、抗生素类,使DNADNA失去模板作用失去模板作用失去模板作用失去模板作用 抗生素类,如放线菌素抗生素类,如放线菌素D、丝裂霉素和博来霉素能与、丝裂霉素和博来霉素能与DNA上脱氧鸟苷形成复合物,使上脱氧鸟苷形成复合物,使DNA失去模板作用,抑制失去模板作用,抑制DNA聚合酶。聚合酶。4、染色剂与双螺旋结合,引起、染色剂与双螺旋结合,引起DNA变构变构 染色剂,如吖啶黄和二氨基吖啶,通过与双螺旋结合染色剂,如吖啶黄和二氨基吖啶,通过与双螺旋结合引起引起DNA变构,并激活修复性核酸内切酶,影响变构,并激活修复
6、性核酸内切酶,影响DNA复制复制和转录。和转录。5、亚硝酸盐可以除去、亚硝酸盐可以除去DNA分子碱基上的氨基基团分子碱基上的氨基基团 亚硝酸盐可以除去亚硝酸盐可以除去DNA中任何一个带有氨基基团的碱中任何一个带有氨基基团的碱基上氨基基团,使基上氨基基团,使DNA上碱基脱氨,则上碱基脱氨,则C、A、G变成变成U、H(次黄嘌呤)、(次黄嘌呤)、X(黄嘌呤),导致复制转录中碱基配对(黄嘌呤),导致复制转录中碱基配对错误。错误。6、电离辐射和紫外线照射、电离辐射和紫外线照射 电离辐射和紫外线照射引起两个相邻碱基之间发生二电离辐射和紫外线照射引起两个相邻碱基之间发生二聚化,尤其是相邻胸腺嘧啶之间形成聚化
7、,尤其是相邻胸腺嘧啶之间形成T-T交联,阻碍复制交联,阻碍复制与转录。与转录。二、突变类型及其遗传效应(一)突变类型(一)突变类型 根据根据DNA分子的改变,突变可以分为四类分子的改变,突变可以分为四类 1 1、点突变、点突变、点突变、点突变 DNA大分子一个碱基的变异,又可以分为转换大分子一个碱基的变异,又可以分为转换和颠换两种,嘌呤取代嘌呤,嘧啶取代嘧啶称为和颠换两种,嘌呤取代嘌呤,嘧啶取代嘧啶称为转换转换转换转换(transitiontransition),有,有4种转换形式,即种转换形式,即AG、GA、TC、CT。嘌呤取代嘧啶或嘧啶取代嘌呤称为。嘌呤取代嘧啶或嘧啶取代嘌呤称为颠换颠换颠
8、换颠换(transversiontransversion),有,有8种颠换形式。种颠换形式。2 2、缺失、缺失、缺失、缺失 一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。大分子上消失。3 3、插入、插入、插入、插入 一个原来没有的碱基或一段原来没有的核苷酸链一个原来没有的碱基或一段原来没有的核苷酸链插入插入DNA大分子中间。大分子中间。4 4、倒位、倒位、倒位、倒位 DNA链内重组,使其中一段方向反置。链内重组,使其中一段方向反置。(二)突变的遗传效应(二)突变的遗传效应1 1、遗传密码的改变、遗传密码的改变、遗传密码的改变、遗传密码的改变 从从DNA碱基序列改变多少碱基
9、序列改变多少可以分成可以分成单点突变单点突变单点突变单点突变和和多点突变多点突变多点突变多点突变。从对阅读框的影响来看从对阅读框的影响来看,如果插入或缺失如果插入或缺失1个或个或2个碱基,可以个碱基,可以改变阅读框架,这种突变往往是致死的。如果缺失或插入改变阅读框架,这种突变往往是致死的。如果缺失或插入3个碱基,个碱基,则阅读框架不变,其产物常常有活性或有部分活性。则阅读框架不变,其产物常常有活性或有部分活性。从从对遗传信息改变来看,点突变中碱基替代突变可以分成同义对遗传信息改变来看,点突变中碱基替代突变可以分成同义突变、错义突变和无义突变。突变、错义突变和无义突变。(1)同义突变()同义突变
10、(same sense mutation)是指没有改变产物是指没有改变产物氨基酸序列的密码子变化,不影响蛋白质表型。氨基酸序列的密码子变化,不影响蛋白质表型。(2)错义突变()错义突变(missense mutation)则引起了产物氨基酸则引起了产物氨基酸序列的改变。序列的改变。(3)无义突变)无义突变(nonsense mutation mutation)是指某个碱基改变使是指某个碱基改变使代表某种氨基酸的密码子变为蛋白质合成的终止密码子。无义突变代表某种氨基酸的密码子变为蛋白质合成的终止密码子。无义突变还可以由移框突变、插入突变和缺失突变造成。还可以由移框突变、插入突变和缺失突变造成。2
11、、对、对mRNA剪接的影响剪接的影响 如果点突变发生在内含子的剪接位点,可以产生两种影响如果点突变发生在内含子的剪接位点,可以产生两种影响 (1)使原有的剪接位点消失;使原有的剪接位点消失;(2)产生新的剪接位点。)产生新的剪接位点。无论是哪一种形式,都可以导致无论是哪一种形式,都可以导致mRNA的错误剪接,产生异的错误剪接,产生异常的常的mRNA。最终产生异常的表达产物。数个碱基缺失,片断缺。最终产生异常的表达产物。数个碱基缺失,片断缺失均有可能造成剪接位点的缺失。失均有可能造成剪接位点的缺失。3、蛋白质肽链中的片断缺失、蛋白质肽链中的片断缺失 (1)无义突变和)无义突变和DNA片断的缺失都
12、可以导致肽链中的片断缺片断的缺失都可以导致肽链中的片断缺失,致使基因编码的蛋白质失去原有的功能。失,致使基因编码的蛋白质失去原有的功能。(2)移码突变不仅使翻译后的肽链中氨基酸序列发生改变,)移码突变不仅使翻译后的肽链中氨基酸序列发生改变,而且也导致肽链中的大片断缺失。因为移码使阅读框发生改变后,而且也导致肽链中的大片断缺失。因为移码使阅读框发生改变后,在结构基因中往往出现多个终止密码子,无法翻译出全长的肽链。在结构基因中往往出现多个终止密码子,无法翻译出全长的肽链。第二节第二节 基因结构变异与异常血红蛋白病基因结构变异与异常血红蛋白病 异常血红蛋白病的基本概念异常血红蛋白病的基本概念 由于基
13、因突变导致血红蛋白肽链中氨基酸异常而形成由于基因突变导致血红蛋白肽链中氨基酸异常而形成的异常血红蛋白而引起的疾病称之为异常血红蛋白病的异常血红蛋白而引起的疾病称之为异常血红蛋白病(abnormal hemoglobin syndrome)。)。一、血红蛋白变异的分子基础一、血红蛋白变异的分子基础 血红蛋白变异的分子基础血红蛋白变异的分子基础 组成血红蛋白(组成血红蛋白(Hb)的珠蛋白肽链中,无论是)的珠蛋白肽链中,无论是链还链还是是链结构发生异常,均可导致异常血红蛋白病。链结构发生异常,均可导致异常血红蛋白病。珠蛋白珠蛋白结构变异的类型非常多,结构变异的类型非常多,主要包括下述几种类型:主要包
14、括下述几种类型:1 1、单个碱基替代、单个碱基替代、单个碱基替代、单个碱基替代 目前发现的异常目前发现的异常Hb中,绝大多数属中,绝大多数属于肽链上单个氨基酸替代,因相应密码子发生单个碱基替代。于肽链上单个氨基酸替代,因相应密码子发生单个碱基替代。如如HbS的的链第链第6位的谷氨酸被缬氨酸替代(位的谷氨酸被缬氨酸替代(6谷谷缬),缬),相应密码子由相应密码子由GAAGUA。2 2、密码子的缺失与插入、密码子的缺失与插入、密码子的缺失与插入、密码子的缺失与插入 有些异常的有些异常的Hb,缺失或嵌入,缺失或嵌入某些氨基酸,如在我国江西发现的某些氨基酸,如在我国江西发现的HbLeiden即在第即在第
15、6或第或第7位缺失了一个谷氨酸;位缺失了一个谷氨酸;HbGrady(Dakaar)则是在)则是在链第链第119位后面添加了位后面添加了3个氨基酸(苯丙个氨基酸(苯丙-苏苏-脯)。脯)。3 3、移码突变、移码突变、移码突变、移码突变 移玛突变是由于珠蛋白基因中发生移玛突变是由于珠蛋白基因中发生1、2个碱基丢失或嵌入,致使后面的阅读框依次移位,导致重新个碱基丢失或嵌入,致使后面的阅读框依次移位,导致重新编码,产生异常肽链,如编码,产生异常肽链,如HbWayne(缺失一个碱基)和(缺失一个碱基)和HbTaR(嵌入(嵌入2个碱基)。个碱基)。4 4、终止密码突变、终止密码突变、终止密码突变、终止密码突
16、变 由于珠蛋白基因上终止密码子发生突变,由于珠蛋白基因上终止密码子发生突变,珠蛋白链合成不在正常位置终止,而继续合成至新的终止密码子珠蛋白链合成不在正常位置终止,而继续合成至新的终止密码子为止,因此生成了延长的异常珠蛋白链。为止,因此生成了延长的异常珠蛋白链。如如HbConstantSpring,即因珠蛋白基因第,即因珠蛋白基因第142的终止密码子突变,的终止密码子突变,其其链不是正常的链不是正常的141个氨基酸,而延长为个氨基酸,而延长为172个氨基酸。个氨基酸。5 5、融合基因、融合基因、融合基因、融合基因 某些异常某些异常Hb的珠蛋白链由两种不同的肽链的珠蛋白链由两种不同的肽链联结而成联
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- 第十二 基因 疾病
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