《基因的编码奥秘》课件.pptVIP

*************************************第六部分：基因突变与进化基因突变是遗传变异的源泉，为生物进化提供原材料。从点突变到染色体水平变异，突变以不同方式影响基因功能和表型特征。自然选择作用于这些变异，保留有利突变，淘汰有害突变，推动物种适应和进化。分子水平的进化研究揭示了生物进化的机制和历程，为理解生命多样性提供了全新视角。基因复制、基因重组和水平基因转移等机制促进了基因组的多样化和新功能的获得，推动了物种的辐射和适应性进化。基因突变的类型点突变点突变指单个核苷酸的改变，是最常见的突变类型。根据核苷酸变化方式，点突变可分为转换(purine→purine或pyrimidine→pyrimidine)和颠换(purine→pyrimidine或反之)。点突变对基因功能的影响取决于其位置和性质。编码区的点突变可能导致同义突变(不改变氨基酸)、错义突变(改变氨基酸)或无义突变(产生终止密码子)。调控区域的点突变可能影响基因表达水平或模式。插入和缺失插入突变是指DNA序列中添加了一个或多个核苷酸，而缺失突变是指DNA序列中丢失了一个或多个核苷酸。当插入或缺失的核苷酸数量不是3的倍数时，会导致阅读框移位，完全改变下游密码子读取方式。阅读框移位突变通常具有严重后果，因为它们改变了所有下游密码子的解读，导致从突变点开始合成完全不同的氨基酸序列，并且常常导致提前出现终止密码子。一些遗传疾病，如亨廷顿舞蹈症，是由三核苷酸重复序列异常扩增引起的。突变的原因自发突变自发突变是在正常细胞过程中自然发生的DNA改变，无需外部诱变因子。DNA复制错误是主要来源，尽管DNA聚合酶具有校对功能，但仍有约百万分之一的错误率。这些错误大多被修复系统纠正，但少数会固定下来成为永久突变。碱基互变异构、脱氨基作用和氧化损伤等自发化学变化也会导致突变。例如，胞嘧啶自发脱氨基形成尿嘧啶，若未及时修复，下一轮复制会导致C→T转换。人类基因组中每个细胞每天发生约1万次DNA损伤，大多通过多种修复机制得到修复。诱导突变诱导突变由环境因素引起，包括物理和化学诱变剂。物理诱变剂主要是辐射，如紫外线(导致胸腺嘧啶二聚体)和电离辐射(导致DNA链断裂)。X射线和γ射线能产生自由基，间接损伤DNA。化学诱变剂种类繁多，作用机制各异。碱基类似物(如5-溴尿嘧啶)可掺入DNA导致错配；烷化剂(如亚硝酸)修饰碱基导致错误配对；嵌入剂(如乙锭)插入DNA双螺旋，导致阅读框移位；交联剂(如顺铂)形成DNA交联，阻碍复制和转录。转座子活动转座子是能在基因组内跳跃的DNA序列，约占人类基因组的45%。它们可通过自我复制和插入新位置引起各种突变，包括基因断裂、调控改变和染色体重排。虽然大多数人类转座子已失去活性，但某些LINE和SINE元件仍保持活跃，尤其在生殖细胞和早期胚胎中。转座子活动与多种人类遗传疾病相关，但也被认为是基因组进化和多样化的重要驱动力。突变对蛋白质的影响1同义突变同义突变改变了密码子但不改变编码的氨基酸，通常发生在密码子第三位置(摇摆位点)。虽然不改变蛋白质序列，但可能影响mRNA稳定性、剪接效率或翻译速率。密码子使用偏好性意味着某些同义变化可能显著影响蛋白质表达水平。2错义突变错义突变导致一个氨基酸被另一个氨基酸替代。其影响取决于氨基酸变化的性质和位置：保守性替换(相似氨基酸间)通常影响较小；非保守性替换(性质差异大)可能严重影响蛋白质折叠和功能。位于蛋白质活性位点或结构核心的突变通常影响更大。3无义突变无义突变(终止突变)将密码子改变为终止密码子(UAA、UAG或UGA)，导致提前终止翻译，产生截短蛋白质。这通常导致蛋白质功能丧失，截短蛋白可能完全无功能或表现为显性负效应。无义介导的mRNA衰变(NMD)机制通常会降解含有过早终止密码子的mRNA。4框移突变框移突变由非3倍数的插入或缺失引起，改变了突变点后所有密码子的读取框架。这通常导致完全不同的氨基酸序列和提前出现终止密码子。框移突变几乎总是导致蛋白质功能丧失，是许多遗传疾病的常见原因。基因进化基因复制新基因拷贝产生，允许功能分化1功能分化复制基因获得新功能或专化2自然选择有利变异保留，有害变异清除3物种适应基因组变化促进环境适应4基因复制是新基因产生的主要机制，可通过不等交换、逆转录转座或全基因组复制等方式发生。复制后的基因副本面临几种可能命运：一个副本可能维持原始功能，而另一个副本可能因突变而丢失功能(假基因化)；或者两个副本可能经历功能分化，包括新功能获得(新功能化)或原始功能的细分(亚功能化)。基因重组打破了遗传连锁，创