《生物学》课程教学资源（教材讲义）第五部分 第18章 遗传信息的改变

第五部分第18章遗传信息的改变要点概述18.1突变是遗传信息的变化突变很少发生，然而却很重要。基因的改变为进化提供了原材料。突变类型。有些突变改变的是基因本身，而另外一些改变的则是基因所在的位置。点突变。辐射损伤或者化学修饰造成一个或者几个核苷酸发生变化而导致的突变。基因位置变化。染色体重排和插入失活反映了基因位置的改变。18.2生长调控基因的突变导致癌症什么是癌症？癌症是一种无序的细胞生长。癌症的种类。几乎所有组织都能发生癌变，但不同组织中的发生概率不同。一些肿瘤由化学物质引起。使DNA发生突变的化学物质可能导致癌症，另外一些肿瘤由病毒感染引起。携带生长调控基因的病毒可能导致癌症。癌症和细胞周期。调控细胞增殖的基因发生突变，导致癌症。吸烟和癌症。吸烟引发肺癌。癌症治疗。新的探索有望彻底治愈癌症。18.3重组改变基因位置重组概述。重组是由于基因转移和相互重组产生的。基因转移。很多基因在一种叫做质粒的小的环状DNA中移动。质粒可以携带细菌的基因在细菌细胞之间移动。一些基因序列从染色体的一处移动到另一处

第五部分 第 18 章 遗传信息的改变 要点概述 18.1突变是遗传信息的变化 突变是遗传信息的变化 突变很少发生，然而却很重要 ，然而却很重要。基因的改变为进化提供了原材料 。 。 突变类型。有些突变改变的是基因本身 。 ，而另外一些改变的则是基因所在的 位置。 点突变。辐射损伤或者化学修饰造成一个或者几个核苷酸发生变化而导致的 。 突变。 基因位置变化。染色体重排和插入失活反映了基因位置的改变 。 。 18.2 生长调控基因的突变导致癌症 18.2 生长调控基因的突变导致癌症 什么是癌症？癌症是一种无序的细胞生长 ？ 。 癌症的种类。几乎所有组织都能发生癌变 。 ，但不同组织中的发生概率不同。 一些肿瘤由化学物质引起。使 DNA 发生突变的化学物质可能导致癌症 。 。 另外一些肿瘤由病毒感染引起。携带生长调控基因的病毒可能导致癌症 。 。 癌症和细胞周期。调控细胞增殖的基因发生突变，导致癌症。 吸烟和癌症。吸烟引发肺癌 。 。 癌症治疗。新的探索有望彻底治愈癌症 。 。 18.3 重组改变基因位置 18.3 重组改变基因位置 重组概述。重组是由于基因转移和相互重组产生的 。 。 基因转移。很多基因在一种叫做质粒的小的环状 。 DNA 中移动。质粒可以携带 细菌的基因在细菌细胞之间移动。一些基因序列从染色体的一处移动到另一处

相互重组。相互重组可以通过几种途径改变基因。三核苷酸重复。重复三联体数量的增加可能导致基因序列异常。18.4基因组在不断进化真核生物DNA分类。染色体遗传物质的不等量交换扩大了真核生物的基因组(genome)。总体来说，遗传信息的改变主要通过两种途径：突变和重组（recombination）。突变是指遗传信息的内容发生改变，也就是一个或者更多基因的碱基序列的改变。有的突变使某个特定的核苷酸发生变化，还有的突变增加或减少基因中的核苷酸数目。重组是部分遗传信息的位置发生变化。有的重组将一个基因移动到另一条不同的染色体上；有的则仅仅改变一个基因中一部分碱基图18.1癌症。致死癌细胞的扫序列的位置。在这一章，首先以癌症为例介绍基描电镜照片（8000倍）。因突变（图18.1），然后我们再讨论重组，重点放在重组是如何影响真核生物基因组的结构的。18.1突变是遗传信息的变化突变很少发生，然而却很重要真核生物的细胞含有大量DNA。如果把一位成年人体内所有细胞中的DNA头尾相接地连接起来，总长度接近一千亿公里，是地球到木星距离的60倍！任何多细胞生物的DNA都是从一个细胞一一受精卵开始，经过长期连续复制而形成的。在漫长的进化历程中，生物体利用很多不同的机制避免DNA复制过程发生错误，保护DNA免受损害。其中包括一些校正（proofreading）机制，检查DNA复制链是否准确，更正出现的任何错误。然而，校正机制并不是完美无缺的，因为如果真真如此，基因的核苷酸序列将不会出现任何变异。错误的发生

相互重组。相互重组可以通过几种途径改变基因 。 。 三核苷酸重复。重复三联体数量的增加可能导致基因序列异常。 18.4 基因组在不断进化 18.4 基因组在不断进化 真核生物 DNA 分类。染色体遗传物质的不等量交换扩大了真核生物的基因组 。 (genome)。 总体来说，遗传信息的改变主要通过两种途 径：突变和重组(recombination)。突变是指遗 传信息的内容发生改变，也就是一个或者更多基 因的碱基序列的改变。有的突变使某个特定的核 苷酸发生变化，还有的突变增加或减少基因中的 核苷酸数目。重组是部分遗传信息的位置发生变 化。有的重组将一个基因移动到另一条不同的染 色体上；有的则仅仅改变一个基因中一部分碱基 序列的位置。在这一章，首先以癌症为例介绍基 因突变（图 18.1），然后我们再讨论重组，重点 放在重组是如何影响真核生物基因组的结构的。 18.1 突变是遗传信息的变化 突变很少发生，然而却很重要 ，然而却很重要 真核生物的细胞含有大量 DNA。如果把一位成年人体内所有细胞中的 DNA 头 尾相接地连接起来，总长度接近一千亿公里，是地球到木星距离的 60 倍！任何 多细胞生物的 DNA 都是从一个细胞——受精卵开始，经过长期连续复制而形成 的。在漫长的进化历程中，生物体利用很多不同的机制避免 DNA 复制过程发生错 误，保护 DNA 免受损害。其中包括一些校正(proofreading)机制，检查 DNA 复制 链是否准确，更正出现的任何错误。然而，校正机制并不是完美无缺的，因为如 果真真如此，基因的核苷酸序列将不会出现任何变异。 错误的发生 图 18.1 癌症。致死癌细胞的扫 描电镜照片（8000 倍）

事实上，在复制过程中细胞的确会犯错误，并且对遗传信息的破坏也会发生，从而导致突变(mutation)（图18.2)。但是，突变发生的几率很小。一般情况下，每一百万个配子中只有一个配子中的某个特定基因发生变异。假如突变经常发生的话，DNA编码的遗传信息将很快变得面目全非而显得毫无意义。因此从一定意义上来讲，进化的实质就是遗图18.2突变。正常果蝇胸部（thorax）传信息发生的稳步而缓慢的变化。不同长有一对翅膀。这是一只突变型果蝇，因为一个调控发育的关键阶段的基因物种间遗传信息的每个差异都是基因改“双胸基因(bithorax)”发生突变。变的结果。这只果蝇有两个胸节，因此长有两对翅膀。基因变化的重要性所有进化都源于遗传信息的变化：突变产生新的等位基因（allele）。基因转移（genetransfer）和转座（transposition）改变基因的位置：相互重组(reciprocalrecombination）将这些变化进行改组和分选；以及染色体重排改变整个染色体上的基因结构。在生殖系组织（germ-linetissue)中发生的一些突变能使生物体保留更多后代，并且这些突变趋于在下一代保存和延续下去。还有一些突变使生物体的繁殖能力下降，后代数量减少。那么这些突变就会因为携带这些突变个体的后代数目越来越少而逐渐消失。进化可以看作是从变异库中选择某些特定的等位基因组合。进化的速度最终受到变异产生速度的限制。通过突变和重组而产生的遗传信息的改变为进化提供了原材料。体细胞的基因变化不能传递给后代，因此不像生殖细胞突变那样会对进化造成很大影响。不过体细胞的变异往往有“立竿见影”的效果，尤其是当发生突变的基因影响个体发育或者与调控细胞增殖有关的时候。突变一一染色体中偶尔发生的基因改变称为突变，若发生在体细胞，将对个体产生重大影响；只有发生在生殖系组织中的突变才能遗传。能遗传的突变

事实上，在复制过程中细胞的确会 犯错误，并且对遗传信息的破坏也会发 生，从而导致突变(mutation)（图 18.2）。 但是，突变发生的几率很小。一般情况 下，每一百万个配子中只有一个配子中 的某个特定基因发生变异。假如突变经 常发生的话，DNA 编码的遗传信息将很 快变得面目全非而显得毫无意义。因此 从一定意义上来讲，进化的实质就是遗 传信息发生的稳步而缓慢的变化。不同 物种间遗传信息的每个差异都是基因改 变的结果。 基因变化的重要性 所有进化都源于遗传信息的变化：突变产生新的等位基因(allele)。基因转 移（ gene transfer）和转座(transposition)改变基因的位置；相互重组 (reciprocal recombination)将这些变化进行改组和分选；以及染色体重排改变 整个染色体上的基因结构。在生殖系组织(germ-line tissue)中发生的一些突变 能使生物体保留更多后代，并且这些突变趋于在下一代保存和延续下去。还有一 些突变使生物体的繁殖能力下降，后代数量减少。那么这些突变就会因为携带这 些突变个体的后代数目越来越少而逐渐消失。 进化可以看作是从变异库中选择某些特定的等位基因组合。进化的速度最终 受到变异产生速度的限制。通过突变和重组而产生的遗传信息的改变为进化提供 了原材料。 体细胞的基因变化不能传递给后代，因此不像生殖细胞突变那样会对进化造 成很大影响。不过体细胞的变异往往有“立竿见影”的效果，尤其是当发生突变 的基因影响个体发育或者与调控细胞增殖有关的时候。 突变——染色体中偶尔发生的基因改变称为突变，若发生在体细胞 ，若发生在体细胞，将对 个体产生重大影响；只有发生在生殖系组织中的突变才能遗传 ；只有发生在生殖系组织中的突变才能遗传。能遗传的突变 。能遗传的突变 图 18.2 突变。正常果蝇胸部（thorax） 长有一对翅膀。这是一只突变型果蝇， 因为一个调控发育的关键阶段的基因 “双胸基因(bithorax)”发生突变。 这只果蝇有两个胸节，因此长有两对翅 膀

为进化提供了原材料。突变的类型由于突变可能随机发生在细胞DNA上的任何地方，因此突变的结果可能是有害的，正如随意改动计算机程序或者音乐乐谱将破坏程序的运行、乐谱的演奏一样。有害突变的结果对机体来讲可能是微不足道的，也可能是灾难性的，这取决于发生突变的基因执行什么功能。生殖细胞的突变突变产生的影响关键取决于发生突变的细胞是什么性质的。当多细胞生物还处于胚胎发育时期时，就出现了体细胞（somaticcells)和生殖细胞（germ-lingcel1s)的分化。生殖细胞将来发育成配子，体细胞将来发育成机体的其他细胞。只有突变发生在生殖细胞中，突变才能通过配子传递到后代，才能被一代一代地遗传下去。体细胞的突变自然选择通过突变促使进化不断进行下去：生殖细胞的突变为自然选择提供了原材料，因而具有重要的生物学意义。只有存在新的、不同的等位基因组合来取代旧的，具有进化意义的变化才会发生。突变产生新的等位基因，而重组将全部的等位基因以新的方式组合起来。在动物中，发生在生殖细胞中的突变和重组对进化有重要意义，而体细胞的突变不能世代相传下去。但是，体细胞突变可能对发生突变的个体有重大影响，这是因为突变被最初发生突变的细胞传递给了机体的所有细胞。因此，假如一个突变的肺组织细胞发生分裂，所有分裂而成的新细胞都将携带有这种突变信息。我们即将看到，发生在肺组织的这种突变是引发肺癌的主要原因。点突变

为进化提供了原材料。 突变的类型 由于突变可能随机发生在细胞 DNA 上的任何地方，因此突变的结果可能是有 害的，正如随意改动计算机程序或者音乐乐谱将破坏程序的运行、乐谱的演奏一 样。 有害突变的结果对机体来讲可能是微不足道的，也可能是灾难性的，这取决 于发生突变的基因执行什么功能。 生殖细胞的突变 突变产生的影响关键取决于发生突变的细胞是什么性质的。当多细胞生物还 处于胚胎发育时期时，就出现了体细胞(somatic cells)和生殖细胞(germ-ling cells)的分化。生殖细胞将来发育成配子，体细胞将来发育成机体的其他细胞。 只有突变发生在生殖细胞中，突变才能通过配子传递到后代，才能被一代一代地 遗传下去。 体细胞的突变 自然选择通过突变促使进化不断进行下去；生殖细胞的突变为自然选择提供 了原材料，因而具有重要的生物学意义。只有存在新的、不同的等位基因组合来 取代旧的，具有进化意义的变化才会发生。突变产生新的等位基因，而重组将全 部的等位基因以新的方式组合起来。在动物中，发生在生殖细胞中的突变和重组 对进化有重要意义，而体细胞的突变不能世代相传下去。但是，体细胞突变可能 对发生突变的个体有重大影响，这是因为突变被最初发生突变的细胞传递给了机 体的所有细胞。因此，假如一个突变的肺组织细胞发生分裂，所有分裂而成的新 细胞都将携带有这种突变信息。我们即将看到，发生在肺组织的这种突变是引发 肺癌的主要原因。 点突变

这表18.1突变类型类突变作用于遗传突变举例结果无突变信息本ABCB基因编码正常的B蛋白身，改变点突变DNA中的碱基替换氨基酸的改变导致B蛋白失活核苷酸序个或者几个碱基替换列（表CABTC18.1归纳插入插入序列破坏DNA的正常结构，了突变的个或者几个碱基增加导致B蛋白失活来源和类A型)。如果缺失这种突变0一个或者几个碱基缺失蛋白质部分缺失导致仅仅涉及ACB蛋白失活一个或者基因位置的变化几个起编转座由于基因位置的改变,B基因或码作用的ACBB蛋白的调控有所不同碱基对，染色体重组在染色体的新位置上B基因可叫做点突能失活或调控变化变（pointmutation)。其中一些点突变是由DNA复制过程中自发的碱基配对错误引起的，另一些是由辐射、化学物质等诱变剂(mutagen)对DNA造成损害而引起的。后者有很重要的实际意义，因为现代化工业生产经常把这些引发突变的化学物质排放到自然界中去。基因位置的改变另一类突变影响遗传信息的组织方式。在细菌和真核生物中都可以通过转座把基因从染色体上的一个位置转移到另一个位置。当一个特定的基因转移到别的位置时，它的表达或者和它相临的基因的表达可能发生改变。此外，真核细胞中的染色体可以大段地改变相对位置或者发生重复。这种染色体重排（chromosomal

这 一 类突变作 用于遗传 信 息 本 身，改变 DNA 中 的 核苷酸序 列 （ 表 18.1 归纳 了突变的 来源和类 型）。如果 这种突变 仅仅涉及 一个或者 几个起编 码作用的 碱基对， 叫做点突 变 (point mutation)。其中一些点突变是由 DNA 复制过程中自发的碱基配对错误引起的， 另一些是由辐射、化学物质等诱变剂(mutagen)对 DNA 造成损害而引起的。后者 有很重要的实际意义，因为现代化工业生产经常把这些引发突变的化学物质排放 到自然界中去。 基因位置的改变 另一类突变影响遗传信息的组织方式。在细菌和真核生物中都可以通过转座 把基因从染色体上的一个位置转移到另一个位置。当一个特定的基因转移到别的 位置时，它的表达或者和它相临的基因的表达可能发生改变。此外，真核细胞中 的染色体可以大段地改变相对位置或者发生重复。这种染色体重排(chromosomal 表 18.1 突变类型 突变 举例结果 无突变 B 基因编码正常的 B 蛋白 点突变 碱基替换 氨基酸的改变导致 B 蛋白失活 一个或者几个碱基替换 插入 插入序列破坏 DNA 的正常结构， 一个或者几个碱基增加 导致 B 蛋白失活 缺失 一个或者几个碱基缺失 蛋白质部分缺失导致 B 蛋白失活 基因位置的变化 转座 由于基因位置的改变，B 基因或 B 蛋白的调控有所不同 染色体重组 在染色体的新位置上B基因可 能失活或调控变化

rearrangement)会对遗传信息的表达产生重大影响。点突变是指生物体遗传信息的改变，可以由DNA复制过程中碱基配对错误或者外界诱变剂损坏DNA而引起。基因位置的改变可能影响基因的表达。点突变物理因素对DNA造成的损害电离辐射。高能量的辐射形式，如X射线、Y射线，很容易诱发基因突变。当细胞受到这种高能射线照射时，细胞中的原子吸收射线中的能量，把它传递给核外电子。受到激发的核外电子脱离原子核的束缚而跑到原子之外，失去核外电子的原子由于所带电量不再为零，而成为携带不成对电子的自由基（freeradicals）。自由基的化学性质非常活泼，很容易与包括DNA在内的其他分子发生反应当自由基把DNA双螺旋中的两个磷酸二酯键（phosphodiesterbonds）都打开时，会引起双链断裂(double-strandbreak)。细胞中存在的一般的突变修复酶对这种损伤束手无策。在磷酸二酯键重新形成的同时，断裂形成的两条单链必须进行排列在一起。细菌缺少这种断链排列的机制，因此一旦发生双链断裂，对它们来说将是致命的。几乎所有的真核生物都有多拷贝的染色体，因此可以在减数分裂（meiosis）时形成联会复合体（synaptonemalcomplex），将同源染色体片段配对。实际上，在进化过程中，减数分裂最初有可能是作为一种修复DNA双链断裂的机制而存在的。（见12章）紫外线辐射。紫外线辐射（ultravioletradiation）是阳光中可以使人晒黑和灼伤的成份，其能量比电离辐射（ionizingradiation）小得多，它不能引起原子激发出电子，因此不会产生自由基。能够吸收紫外线的分子是那些有无机环状化合物，当它们吸收紫外线后，外层电子变的活跃起来

rearrangement)会对遗传信息的表达产生重大影响。 点突变是指生物体遗传信息的改变，可以由 DNA 复制过程中碱基配对错误或 DNA 复制过程中碱基配对错误或 者外界诱变剂损坏 DNA 而引起 DNA 而引起。基因位置的改变可能影响基因的表达 。基因位置的改变可能影响基因的表达。 点突变 物理因素对 DNA 造成的损害 DNA 造成的损害 电离辐射。高能量的辐射形式 。 ，如 X 射线、γ射线，很容易诱发基因突变。当细 胞受到这种高能射线照射时，细胞中的原子吸收射线中的能量，把它传递给核外 电子。受到激发的核外电子脱离原子核的束缚而跑到原子之外，失去核外电子的 原子由于所带电量不再为零，而成为携带不成对电子的自由基(free radicals)。 自由基的化学性质非常活泼，很容易与包括 DNA 在内的其他分子发生反应。 当自由基把 DNA 双螺旋中的两个磷酸二酯键(phosphodiester bonds)都打开 时，会引起双链断裂(double-strand break)。细胞中存在的一般的突变修复酶 对这种损伤束手无策。在磷酸二酯键重新形成的同时，断裂形成的两条单链必须 进行排列在一起。细菌缺少这种断链排列的机制，因此一旦发生双链断裂，对它 们来说将是致命的。几乎所有的真核生物都有多拷贝的染色体，因此可以在减数 分裂(meiosis)时形成联会复合体(synaptonemal complex)，将同源染色体片段 配对。实际上，在进化过程中，减数分裂最初有可能是作为一种修复 DNA 双链断 裂的机制而存在的。（见 12 章） 紫外线辐射。紫外线辐射(ultraviolet radiation)是阳光中可以使人晒黑和灼 伤的成份，其能量比电离辐射(ionizing radiation)小得多，它不能引起原子激 发出电子，因此不会产生自由基。能够吸收紫外线的分子是那些有无机环状化合 物，当它们吸收紫外线后，外层电子变的活跃起来

DNA的嘧啶碱基（胞嘧啶（cytosine）和胸腺嘧啶（thymine））对紫外线有很强的吸收作用。如果相临的两个碱基恰好都是嘧啶碱基的UltravioletlightKink话，当它们吸收紫外线的能量以后，彼此之间会形成共价双Thymine>dimel键，形成嘧啶二聚体(pyrimidinedimer）（图图18.3嘧啶二聚体的生成。当两个啶，如两个胸18.3）。大多数情况下，细胞腺嘧啶在DNA链上相连时，紫外线辐射的吸收能使内的紫外线辐射修复系统可它们之间形成共价键，生成一个嘧啶二聚体。二聚体在双螺旋内引入一个以将连接嘧啶二聚体的共价“结(kink)”，阻止DNA聚合酶复制双螺旋。键打断，或者将嘧啶二聚体从Ultraviolet light紫外光Thyminedimer胸腺嘧啶二聚体Kink绞结DNA分子链上整个切除，再利用另一条完整的互补单链把缺口补上（图18.4）。偶尔也会发生嘧啶二聚体切除处未被处理的情况，这时DNA聚IGTAUTGTC合酶无法复制形成二聚体的部ZAA分，就跳过该部分继续前行，把填补缺口的任务留下。不过，以后的填补经常发生错误，因此可能在缺口处产生基因突变。一些合合未被修补的嘧啶二聚体由于本身GITAT是单链结构，可能阻碍整个DNAU品合分子的复制进程，这对细胞来说GTATTGTO将是致命的。1ZAAAAA阳光中的紫外线容易引发细图18.4嘧啶二聚体的修复胞突变，因而对皮肤造成严重损一些嘧啶二聚体的修复遵照以下途径：将二聚体害。实际上，由于曝晒引起的细连同两端相邻的一小段碱基切除，然后以另一条完整的链作为模板填补空缺。胞DNA损伤和皮肤癌有直接关系。过度的日光浴对人体健康有害！着色性干皮病（xerodermapigmentosum）是一种罕见的遗传疾病，患者对紫外线的耐受力很差，轻度紫外线照射就能引起发病

DNA 的嘧啶碱基（胞嘧啶(cytosine)和胸腺嘧啶(thymine)）对紫外线有很 强的吸收作用。如果相临的两 个碱基恰好都是嘧啶碱基的 话，当它们吸收紫外线的能量 以后，彼此之间会形成共价双 键 ， 形 成 嘧 啶 二 聚 体 (pyrimidine dimer) （ 图 18.3）。大多数情况下，细胞 内的紫外线辐射修复系统可 以将连接嘧啶二聚体的共价 键打断，或者将嘧啶二聚体从 DNA 分子链上整个切除，再利 用另一条完整的互补单链把缺口补上（图 18.4）。偶尔也会发生嘧啶二聚体切除 处未被处理的情况，这时 DNA 聚 合酶无法复制形成二聚体的部 分，就跳过该部分继续前行，把 填补缺口的任务留下。不过，以 后的填补经常发生错误，因此可 能在缺口处产生基因突变。一些 未被修补的嘧啶二聚体由于本身 是单链结构，可能阻碍整个 DNA 分子的复制进程，这对细胞来说 将是致命的。 阳光中的紫外线容易引发细 胞突变，因而对皮肤造成严重损 害。实际上，由于曝晒引起的细 胞 DNA损伤和皮肤癌有直接关系。 过度的日光浴对人体健康有害！着色性干皮病(xeroderma pigmentosum)是一种 罕见的遗传疾病，患者对紫外线的耐受力很差，轻度紫外线照射就能引起发病。 图 18.4 嘧啶二聚体的修复 一些嘧啶二聚体的修复遵照以下途径：将二聚体 连同两端相邻的一小段碱基切除，然后以另一条 完整的链作为模板填补空缺。 图 18.3 嘧啶二聚体的生成。当两个嘧啶，如两个胸 腺嘧啶在 DNA 链上相连时，紫外线辐射的吸收能使 它们之间形成共价键，生成一个嘧啶二聚体。二聚体 在双螺旋内引入一个 “结(kink)”，阻止 DNA 聚合酶复制双螺旋。 Ultraviolet light 紫外光 Thymine dimer 胸腺嘧啶二聚体 Kink 绞结

由于这种病的患者体内缺少紫外线引起的DNA损伤的修复机制，紫外线照射就很容易引起大面积的皮肤肿瘤。嘧啶二聚体的切除和修复需要多种不同蛋白质，八个不同的基因发生突变就会导致疾病。化学因素诱发DNA变异很多突变直接由化学9CH因素诱发DNA变异引起。H能与DNA发生反应的化学物质可分为三类：（1）与OBrHHDNA核苷酸结构相似，一Thymine旦用于组装DNA能引发配H对错误的化学物质（图5-BromouracilO18.5）。一些新开发的治H疗艾滋病的化疗药物就Cytosine图18.5是含氮碱基的类似物，被DNA碱基的相似化学物质能引起突变。例如，DNA聚合插入到病毒或者被感染酶不能区分具有相似结构的胸腺嘧啶和5-溴尿嘧啶。但是，5-溴尿嘧啶一旦插入DNA分子将会发生结构重排，细胞的DNA中之后，这种变得与胞嘧啶相似，并与鸟嘌呤配对。这时，原先的ADNA不能被正确转录，因一T碱基对变成G-C 碱基对。Thymine胸腺嘧啶5-Bromouracil5-溴尿啶而抑制病毒的生长增殖；Cytosine胞嘧啶(2)能删除腺嘌呤(adenine)或胞嘧啶（cytosine）中氨基的化学物质，使这两种碱基发生配对错误：（3）能在核苷酸碱基上添加烷基的化学物质，也使碱基发生配对错误。最后一种化学物质包括很多高效诱变剂，常用于实验室。排放到环境中的废物也含有这种物质，如芥子气（mustardgas）。自发突变很多点突变是自发发生的，没有受到辐射或者化学物质的诱变影响。有时核苷酸碱基的结构自发改变，形成异构体（isomers），进而形成异常的氢键。在DNA复制过程中，聚合酶将异构体与另外的碱基配对，而本该配对的两个碱基却没以氢键方式连接起来。每一世代中，自发出现未配对碱基这种错误的概率小于十亿

由于这种病的患者体内缺少紫外线引起的 DNA 损伤的修复机制，紫外线照射就很 容易引起大面积的皮肤肿瘤。嘧啶二聚体的切除和修复需要多种不同蛋白质，八 个不同的基因发生突变就会导致疾病。 化学因素诱发 DNA 变异 很多突变直接由化学 因素诱发 DNA 变异引起。 能与 DNA 发生反应的化学 物质可分为三类：(1) 与 DNA 核苷酸结构相似，一 旦用于组装 DNA 能引发配 对错误的化学物质（图 18.5）。一些新开发的治 疗艾滋病的化疗药物就 是含氮碱基的类似物，被 插入到病毒或者被感染 细胞的 DNA 中之后，这种 DNA 不能被正确转录，因 而抑制病毒的生长增殖； (2) 能 删 除 腺 嘌 呤 (adenine)或胞嘧啶(cytosine)中氨基的化学物质，使这两种碱基发生配对错误； (3) 能在核苷酸碱基上添加烷基的化学物质，也使碱基发生配对错误。最后一种 化学物质包括很多高效诱变剂，常用于实验室。排放到环境中的废物也含有这种 物质，如芥子气(mustard gas)。 自发突变 很多点突变是自发发生的，没有受到辐射或者化学物质的诱变影响。有时核 苷酸碱基的结构自发改变，形成异构体(isomers)，进而形成异常的氢键。在 DNA 复制过程中，聚合酶将异构体与另外的碱基配对，而本该配对的两个碱基却没以 氢键方式连接起来。每一世代中，自发出现未配对碱基这种错误的概率小于十亿 图 18.5 DNA 碱基的相似化学物质能引起突变。例如，DNA 聚合 酶不能区分具有相似结构的胸腺嘧啶和 5-溴尿嘧啶。但 是，5-溴尿嘧啶一旦插入 DNA 分子将会发生结构重排， 变得与胞嘧啶相似，并与鸟嘌呤配对。这时，原先的 A －T 碱基对变成 G－C 碱基对。 Thymine 胸腺嘧啶 5-Bromouracil 5-溴尿嘧啶 Cytosine 胞嘧啶

分之一，但仍然是突变的重要来源之一有时同源色体染Correctpairing(homologouschromosomes)Slipped配对时会发生mispairing序列连接错误，结果一条染色ExcisionResumption ofofloopcorrect pairing体的一部分未与另一条配对而向外突出成ResultVResult环。这种现象称I为跳格错配图18.6跳格配对。当同源染色体之一含有某一序列的多个拷贝，并且另一条染色体与它配对时发生错位时就产生跳格配对现象，就像(slipped衬衫系错了纽扣。产生的环状结构有时被细胞的修复酶切除，出现mispairing)。一小段缺失而改变阅读框架。任何能够起到稳定环状结构作用的化学物都能增加它被切除的几率。这种错配经常正确配对Slippedmispairing跳格错配Correct paring是暂时性的，染Resumptionofcorrectpairing重新开始正确配对Excisionofloop环状结构切除Result结果色体很快就自发恢复到正常状态（图18.6）。可是，如果在染色体自发恢复正常之前，细胞的纠错系统发现了跳格错配，那么系统就会发挥作用，把未配对那一段染色体形成的环状结构切断。这样做的结果造成染色体上的几百个碱基的缺失。很多缺失开始或结束于某个密码子（codon）中间，使阅读框架（readingframe）发生一到两个碱基的移位。这种移码突变（frame-shiftmutations）使基因的“三碱基组”阅读顺序发生错误，导致遗传信息的错误。这就好比把下面这句话：“肥猫吃老鼠”（THEFATCATATETHERAT)中的字母“F”去掉，使阅读框架改变，结果就成了THEATCATATETHERAT这样一句毫无意义的话。一些化学物质可以通过稳定跳格错配形成的环状结构而特异地增加缺失和移码突变，因为环状结构维持的时间越长，越容易受到攻击而被删除。电离辐射破坏DNA双链；紫外线辐射容易使碱基之间形成交联，修复过程中

分之一，但仍然是突变的重要来源之一。 有 时 同 源 染 色 体 (homologous chromosomes) 配对时会发生 序列连接错误， 结果一条染色 体的一部分未 与另一条配对 而向外突出成 环。这种现象称 为 跳 格 错 配 (slipped mispairing) 。 这种错配经常 是暂时性的，染 色体很快就自 发恢复到正常状态（图 18.6）。可是，如果在染色体自发恢复正常之前，细胞的 纠错系统发现了跳格错配，那么系统就会发挥作用，把未配对那一段染色体形成 的环状结构切断。这样做的结果造成染色体上的几百个碱基的缺失。很多缺失开 始或结束于某个密码子(codon)中间，使阅读框架(reading frame)发生一到两个 碱基的移位。这种移码突变(frame-shift mutations)使基因的“三碱基组”阅 读顺序发生错误，导致遗传信息的错误。这就好比把下面这句话：“肥猫吃老鼠” (THE FAT CAT ATE THE RAT)中的字母“F”去掉，使阅读框架改变，结果就成了 THE ATC ATA TET HER AT 这样一句毫无意义的话。一些化学物质可以通过稳定 跳格错配形成的环状结构而特异地增加缺失和移码突变，因为环状结构维持的时 间越长，越容易受到攻击而被删除。 电离辐射破坏 DNA 双链；紫外线辐射容易使碱基之间形成交联 ；紫外线辐射容易使碱基之间形成交联，修复过程中 图 18.6 跳格配对。当同源染色体之一含有某一序列的多个拷贝 。 ，并 且另一条染色体与它配对时发生错位时就产生跳格配对现象，就像 衬衫系错了纽扣。产生的环状结构有时被细胞的修复酶切除，出现 一小段缺失而改变阅读框架。任何能够起到稳定环状结构作用的化 学物都能增加它被切除的几率。 Correct paring 正确配对 Slipped mispairing 跳格错配 Resumption of correct pairing 重新开始正确配对 Excision of loop 环状结构切除 Result 结果

经常出现碱基选择错误；化学物质诱变DNA碱基，使其发生配对错误。这些是造成DNA损坏的主要物理因素。未被修复的DNA在复制过程中自发出现的错误只是偶尔才发生。基因位置的改变基因在染色体上的位置是决定该基因是否被转录的重要因素。有些基因在紧挨着染色体上螺旋紧密的部分就不能被转录，即使这些基因正常情况下处于染色体其他位置可以被转录。很多基因的转录方式都是通过这种机制加以控制的，染色体某一部位的卷曲程度取决于该部分与特定蛋白质的结合程度，因为蛋白质结合得紧密与否决定了转录过程中RNA聚合酶接近该部分的难易程度。染色体重排染色体总体上经历几种不同的物理改变，会对分布其上的基因位置产生很大影响。两种最重要的物理变化是易位（translocation）和倒位（inversion）。易位是指一条染色体上的一个片段移位到另一条染色体上去了：倒位是指染色体上一部分发生方向上的倒转。易位经常会对基因表达产生重大影响；倒位则不然，它不会改变基因的表达方式，但这并不表示倒位没有意义。如果重复发生在倒位区段内，一条同源Inverted染色体的一个segment片段发生倒位，而另一条相应的部分没发生倒位（图18.7）01就会发生严重问题：所有含有图18.7倒位的结果。（1）染色体的一个片段发生倒位，（2）在减数分裂时只能通过形染色单体的配成内部环状结构进行配对。（3）减数分裂时发生在倒位片段的任何交叉都将产子都不含有和生不能存活的配子；每条染色体都丢失了一些基因，其它的被重复。为了清楚起见，只画出两条链，尽管交叉发生在四分体阶段。倒位片段之间的配对有时母体相同的一在显微镜下所见为环状结构。套完整基因组。Invertedsegment倒位片段

经常出现碱基选择错误；化学物质诱变 ；化学物质诱变 DNA 碱基，使其发生配对错误 ，使其发生配对错误。这些是 造成 DNA 损坏的主要物理因素 DNA 损坏的主要物理因素。未被修复的 DNA 在复制过程中自发出现的错误 DNA 在复制过程中自发出现的错误 只是偶尔才发生。 基因位置的改变 基因在染色体上的位置是决定该基因是否被转录的重要因素。有些基因在紧 挨着染色体上螺旋紧密的部分就不能被转录，即使这些基因正常情况下处于染色 体其他位置可以被转录。很多基因的转录方式都是通过这种机制加以控制的，染 色体某一部位的卷曲程度取决于该部分与特定蛋白质的结合程度，因为蛋白质结 合得紧密与否决定了转录过程中 RNA 聚合酶接近该部分的难易程度。 染色体重排 染色体总体上经历几种不同的物理改变，会对分布其上的基因位置产生很大 影响。两种最重要的物理变化是易位(translocation)和倒位(inversion)。易位 是指一条染色体上的一个片段移位到另一条染色体上去了；倒位是指染色体上一 部分发生方向上的倒转。易位经常会对基因表达产生重大影响；倒位则不然，它 不会改变基因的表达方式，但这并不表示倒位没有意义。如果重复发生在倒位区 段内，一条同源 染色体的一个 片段发生倒位， 而另一条相应 的部分没发生 倒位（图 18.7） 就会发生严重 问题：所有含有 染色单体的配 子都不含有和 母体相同的一 套完整基因组。 图 18.7 倒位的结果。（1）染色体的一个片段发生倒位，（2）在减数分裂时只能通过形 成内部环状结构进行配对。（3）减数分裂时发生在倒位片段的任何交叉都将产 生不能存活的配子；每条染色体都丢失了一些基因，其它的被重复。为了清楚 起见，只画出两条链，尽管交叉发生在四分体阶段。倒位片段之间的配对有时 在显微镜下所见为环状结构。 Inverted segment 倒位片段