什么原因导致基因突变为什么会突变思维导图

心不动则不痛

2023-01-12

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什么原因导致基因突变

为什么会突变

基因组DNA分子发生的突然的、可遗传的变异现象（gene mutation）。从分子水平上看，基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。

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思维导图大纲

诱发基因突变的因素

（1）物理诱变因素

在多种物理诱变因素中，应用最广泛并且行之有效的是射线。用于诱变的射线包括电离射线和非电离射线。

在诱变研究中，X射线、γ射线、α射线、β射线和中子等都是人们常用的电离射线。最早用于诱变的电离射线是X射线，后来人们发现γ射线的诱变效果比较好，于是γ射线成为人工诱变的首选射线。近年来，人们发现中子的诱变效果也很好，用中子进行诱变的研究日趋增多。电离辐射作用于生物体时，首先从细胞中各种物质的原子或分子的外层击出电子，引起这些物质的原子或分子的电离和激发。当细胞内的染色体或DNA分子在射线的作用下产生电离和激发时，它们的结构就会改变，这是电离辐射的直接作用。此外，电离辐射的能量可以被细胞内大量的水吸收，使水电离，产生各种游离基团，游离基团作用于DNA分子，也会引起DNA分子结构的改变。研究表明，电离辐射诱发基因突变的频率，在一定范围内和辐射剂量成正比；电离辐射有累加效应，小剂量长期照射与大剂量短期照射的诱变效果相同。

紫外线携带的能量很小，穿透力弱，不足以引起物质的电离，属于非电离射线。物质吸收紫外线后，其组成分子由于电子的激发而变成激发分子，结果极易引起分子结构的改变。在紫外线的照射下，DNA分子可能发生多种形式的结构改变，如DNA链的断裂、DNA分子内或分子间交联、DNA和蛋白质交联、胞嘧啶水合作用以及形成嘧啶二聚体等，这些变化都有可能引起基因突变，其中形成嘧啶二聚体（如胸腺嘧啶二聚体）是引起突变的主要原因。例如，DNA双链之间胸腺嘧啶二聚体的形成，会阻碍双链的分开和下一步的复制。同一条链上相邻胸腺嘧啶之间二聚体的形成，会阻碍碱基的正常配对和腺嘌呤的正常加入，使复制在这个点上停止或发生错误，于是新形成的链上便出现改变了的碱基顺序，在随后的复制过程中就会产生一个在两条链上碱基顺序都改变了的分子，从而导致基因突变。

（2）化学诱变因素

一些化学物质和辐射一样能够引起生物体发生基因突变。通过对上千种化学物质的诱变作用进行研究，发现从简单的无机物到复杂的有机物，金属离子、生物碱、生长刺激素、抗生素、农药、灭菌剂、色素、染料等都可以诱发突变，但是诱变效果好的种类并不多。根据化学诱变剂对DNA作用方式的不同，可以将它们分为以下三类。

一类是能够改变DNA化学结构的诱变剂，如亚硝酸和烷化剂等。亚硝酸具有氧化脱氨作用，它能使腺嘌呤（A）脱去氨基变成次黄嘌呤（H），胞嘧啶（C）脱去氨基变成尿嘧啶（U）。在DNA分子第一次复制时，H与C配对，U与A配对。第二次复制时，C与G配对，A与T配对。于是，经过两次复制，原来的A—T碱基对就变成了G—C碱基对，而G—C碱基对却变成了A-T碱基对。

常见的烷化剂有硫酸二乙酯、乙烯亚胺、甲基磺酸乙二酯、亚硝基甲基脲等。烷化剂有一个或几个不稳定的烷基，能够与DNA分子的碱基发生化学反应，置换其中某些基团的氢原子，从而改变碱基的化学结构，使DNA分子复制时出现碱基配对的差错，最终导致基因突变。

一类是碱基类似物，它们的分子结构与DNA分子中的碱基十分相似。在DNA分子复制时，这些碱基类似物能够以假乱真，作为DNA的组成成分加入到DNA分子中，从而引起基因突变。常见的碱基类似物有5-溴尿嘧啶、2-氨基嘌呤等。

还有一类是吖啶类化合物，它们可以插入DNA分子结构中，使DNA分子在复制或转录时出现差错而导致突变。

（3）生物诱变因素

这类因素很简单，某些病毒和细菌，一些逆转录病毒，如乙肝病毒将其自身的DNA导入到人细胞DNA 中，引起基因突变。

内因：DNA复制过程中，基因内部的脱氧核苷酸的数量、顺序、种类发生了局部改变从而改变了遗传信息。

基因突变是如何发生的

01 遗传性突变

由父母遗传而来，突变几乎存在于身体的每一个细胞中，终其一生。因为突变存在于双亲的生殖细胞中（卵细胞或细胞），也被称为生殖系突变或胚系突变。当卵细胞和细胞结合，形成的受精卵得到了父母双方的DNA携带突变，那么由受精卵生长发育而形成的胎儿将会在其每一个细胞中存在同样的突变。

02 获得性突变（体细胞突变）

发生在个体从受精卵开始的任何发育阶段，并且只存在于某些特定细胞中，而不是身体的每一个细胞。这些改变可能是由于环境等因素引起的，例如被太阳紫外线辐射等，细胞分裂过程中DNA自我复制发生错误也会导致基因突变。发生在体细胞（除生殖细胞之外的细胞）的获得性突变不能遗传给下一代。

此外，所谓“新生突变”，则既可能是遗传性突变，也可能是获得性突变。例如，某些情况下，突变发生在人卵子或细胞形成的过程中，在其他体细胞中完全不存在，其后代可能为遗传性突变携带者。在另一种情况中，卵子和精子细胞结合后，受精卵发生了突变，当受精卵开始分裂时，生长发育中的胚胎每一个细胞都会携带此突变。新生突变的发生可以解释为何某些基因突变在子女的每一个细胞中都存在，但其父母亲并不携带，也没有家族病史。

在胚胎发育早期，单个细胞中发生的体细胞突变可能导致一种叫做“嵌合”的情况。这些突变并不存在于父母亲的卵子或精子细胞中，受精卵也没有发生突变，然而当胚胎分裂至若干个细胞时，有一部分细胞发生了突变。于是在个体生长发育过程中，细胞增殖分裂，携带异常基因的细胞分裂产生同样异常的细胞。考虑到突变的类型和突变细胞的数量，嵌合不一定影响人的健康。

大多数致病的基因突变在一般人群中其实并不常见，而非致病的基因变异相对较频繁。在人群中变异频率超过1%的基因变异被称为遗传多态性，被认为是DNA的正常变异。遗传多态性是形成人种和个体之间（例如眼睛颜色、头发颜色、血型等）差异的原因。多态性对人的健康没有直接的负面影响，但部分多态性可能会影响个体罹患某些疾病的风险。

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