第04章 基因突变的细胞分子生物学效应

第四章基因突变的细胞分子生物学效应细胞是机体正常生命活动的根本单位，也是机体疾病发生的病理生理根基。

人类疾病的发生，正是在各样内外环境致病要素作用下，造成机体组织细胞内正常代谢机能杂乱，以致发生细胞病变的综合表现。

基因是细胞内遗传信息的物质载体；蛋白质是基因功能的主要表达者。

亦即，细胞的全部生命活动现象，最后表达为蛋白质的各样构造特点和功能活动状况。

所以，在以遗传要素为主导要素或主要病因的疾病中，基因突变的直接细胞分子生物学效应，就是改变了由其所编码的多肽链的质量或数目，以致蛋白质的功能构造异样。

而细胞生理活动的异样及机体遗传性状的改变，那么是蛋白质功能构造异样的结果。

Physiological,Genetic,andDevelopmentalHomeostasis Alogicofdiseasemustbebasedonrelationshipsbetweenphysiological,genetic,and developmentalhomeostasisandonprevalentcultures.Susceptibility,madeupofacc umulatingeffectsofgenesandexperiences,becomesadiseasewhoseformdependsonth especificityofthegenesandexperiencesaswellasontheindividualityofontogeny. Theseelements,whichcanbeseentocomprehendWaddington ’sthreetime----theframespresent,thelifetime,andthebiologicalpast,inanarrangementthatallowsthephys iciantoanalyzeeachcaseaccordingtotheindividualarrayofconstituents,whichis tosay,totheindividualityofthecase,whichitselfshouldhelpinthechoiceoftreat ment.Isitnotalsoplausiblethatsoindividualananalysisofapatient’diseasemus tleadthedoctortoobservethespecificityofthepatientasaperson?第一节基因突变以致蛋白质功能异样基因突变对蛋白质所产生的影响可表此刻以下几个方面：①直接影响了有关功能蛋白质的生物合成；②以致蛋白质产生异样的功能效应；③以致组织细胞蛋白质表达种类的改变；④波及到蛋白质的分子细胞生物学效应与相应临床表型之间的关系。

基因突变的分子生物学机制研究基因突变是指DNA序列发生错误或改变，导致了基因信息的突变。

这一现象在生物界中是非常常见的。

基因突变可能导致生物体发生形态、生理、行为等方面的变化，并且还与人类疾病的发生和发展密切相关。

因此，深入研究基因突变的分子生物学机制对于理解生命的本质和疾病的发生具有重要意义。

一、DNA突变DNA突变是基因突变的最基本形式之一。

DNA突变可以分为点突变、删除突变和插入突变三种类型。

其中，点突变是指DNA序列中的一个碱基发生改变，导致单个核苷酸的变化；删除突变是指DNA序列中的一个或多个碱基被删除，导致DNA长度的变短；插入突变是指DNA序列中插入了一个或多个额外的碱基，导致DNA长度的增加。

二、突变原因基因突变的原因多种多样，包括自然突变、诱变剂诱导的突变和遗传突变等。

自然突变是由于DNA复制时出现错误或DNA修复机制失败导致的。

诱变剂诱导的突变是指外界环境中的化学物质、辐射等因素导致的突变。

遗传突变则是指由父母遗传给后代的突变。

三、突变机制基因突变的分子生物学机制非常复杂，包括DNA复制错误、DNA修复机制失效、DNA重组等多种机制。

DNA复制错误是指在DNA复制过程中，由于DNA聚合酶的错误添加碱基导致的点突变。

DNA修复机制失效是指DNA损伤修复系统未能及时修复受损的DNA，导致突变的发生。

DNA重组是指DNA序列发生重组，导致基因组结构的改变。

四、突变效应基因突变对生物体的影响是多方面的。

一方面，突变可能导致基因功能的改变，进而影响基因的表达和蛋白质的合成。

这种改变可能会导致生物体的形态、生理甚至行为的变化。

另一方面，基因突变还与人类疾病的发生和发展密切相关。

例如，某些基因突变与遗传性疾病（如先天性心脏病）的发生有关。

五、突变检测为了准确地检测基因突变，科学家们开发了各种各样的突变检测方法。

这些方法包括PCR、DNA测序、基因芯片等。

利用这些方法，科学家们可以在DNA水平上发现和分析基因突变，从而探索基因突变的分子生物学机制。

医学遗传学名词解释第一章绪论1.medical genetics（医学遗传学）是用人类遗传学的理论和方法研究遗传病从亲代到子代的特点和规律、起源和发生、病理机制、病变过程及其与临床关系（诊断、治疗和预防）的一门综合性学科。

2.genetic disease（遗传病）细胞内的遗传物质在数量、结构和功能方面发生改变所引起的疾病。

其发生需要有一定的遗传基础；通过这种基础，能按一定方式传给后代。

在现代医学中，遗传病的概念有所扩大，逐渐强调环境因素所起的作用。

3.somatic cell genetic disorder（体细胞遗传病）是指只能在特异的体细胞中发生的遗传病，不能在世代间垂直传递。

体细胞基因突变是此类疾病发生的基础。

主要包括恶性肿瘤、白血病、自身免疫缺陷病、衰老等。

在经典的遗传病的概念中，并不包括此类疾病。

4.recurrence risk（再发风险率）是指病人所患的遗传病在家系亲属中再次发生的风险率。

第二章人类基因1.gene（基因）是DNA（或RNA）分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列，是细胞内遗传物质的结构和功能单位，可以通过细胞内RNA和蛋白质的合成，决定生物的性状。

2.genome（基因组）是指包含在该生物的DNA（部分病毒是RNA）中的全部遗传信息的总和，也就是单倍体细胞中的全部基因的总和。

人类基因组包括核基因组和线粒体基因组。

3.solitary gene（单一基因）也称单一序列。

是指在一个单倍体基因组中只有一个拷贝的基因。

4.gene family（基因家族）许多基因不是完全单拷贝，属于若干个相似基因的家族，它们进化来源相同，结构、功能相似，称基因家族。

它们可以紧密排列在一起，形成一个基因簇；也可以分散在同一染色体的不同位置，或者存在于不同的染色体上的，各自具有不同的表达调控模式。

5.pseudogene（假基因）是一种畸变基因，其核苷酸序列和有正常功能的基因有很大的同源性；但由于突变而不能表达，因而没有功能。

基因突变的遗传学效应
（1）错义突变：是因DNA分子中碱基对被取代，突变基因mRNA 中相应密码子所编码氨基酸被另一种所取代。

（2）无义突变：是由于碱基取代、缺失或插入后使得编码某种氨基酸的密码子变成了终止密码子，导致蛋白质翻译过程被提前终止。

（3）同义突变：是由于遗传密码的简并性，使突变前后相应密码子编码同一氨基酸。

（4）移码突变：是指DNA序列中发生单碱基、多个碱基或DNA 片段的缺失或插入，导致突变点后三联密码阅读框改变。

（5）基因突变使正常剪接位点消失或产生新的位点，导致mRNA 剪接错误。

基因突变产生的细胞生物学效应基因突变是指基因发生了不同于正常基因序列的变异，产生了新的表型特征。

基因突变是细胞分化和进化的基础，同时也是人类疾病的重要原因。

本文将从细胞生物学的角度探讨基因突变的产生、影响和应对策略。

一、基因突变的产生基因突变可以在DNA合成、减数分裂和重组等各个阶段出现。

其中，DNA合成中的突变最常见。

由于DNA合成是细胞的基本生命过程之一，因此细胞在不断地慢速突变，也就是说，每个人的DNA都有差异，而且很多突变都不会带来明显的影响。

此外，环境因素也是基因突变的原因之一。

如有毒物质、放射线等因素，都会导致DNA结构的改变，从而引发基因突变。

这些环境因素会导致细胞DNA的结构发生改变，进而影响蛋白质合成作为一个整体的生物过程。

二、基因突变的影响基因突变能够影响细胞的正常生命过程，从而导致细胞分化失控和形态不稳定，有可能将正常细胞培养成癌细胞。

因此，基因突变是癌症等疾病的发生的一个重要原因。

基因突变还可以导致细胞免疫性的改变，从而影响人体对疾病的抵抗力。

例如，基因突变可能导致身体对某些细菌和病毒限制作用出现不足，导致感染疾病。

三、基因突变的应对策略基因突变的深入研究能够增加对细胞生命过程的认识，从而为治疗细胞疾病提供理论基础和生物学依据。

目前，基因治疗已经成为包括癌症等疾病治疗的一种新的方法。

基因治疗会在肿瘤细胞内植入具有抗癌活性的DNA片段，从而抑制肿瘤的生长。

同时，研究人员还可以通过基因工程技术将DNA片段移植到腺病毒等“宿主”病毒中，实现对疾病的治疗。

在治疗方面，基因组学和蛋白质组学的研究手段，能够帮助科学家们发现各种生理上常见的变异，并研究其与疾病之间的关系。

另外，基因编辑技术能够破坏突变造成的特定蛋白质分子，从而修复转录作用和蛋白质合成的异常状态，有希望在肿瘤治疗和遗传病治疗上取得突破。

四、小结基因突变的产生、影响和应对策略是细胞分化和进化基础的关键。

本文介绍了基因突变的产生原因、影响以及应对策略。

第四章突变基因的分子细胞生物学效应一、教学大纲要求1．掌握遗传性酶病和分子病等基本概念；2．掌握基因突变导致蛋白质功能改变的机制；3．掌握基因突变引起性状改变的分子机制；4．熟悉常见先天性代谢病发病的分子机制和主要临床表现。

二、习题（一）A型选择题1．下列有关基因突变与染色体畸变所引起的分子细胞生物学效应不正确的是A．基因突变改变了该基因所编码的多肽链的数量和质量B．染色体畸变改变了相应基因所编码的多肽链的数量和质量C．基因突变和染色体畸变所引发的分子细胞生物学效应是完全相同的D．基因突变所引发的分子细胞生物学效应涉及面小E．染色体畸变所引发的分子细胞生物学效应涉及面大2．基因突变对蛋白质所产生的影响不包括A．影响活性蛋白质的生物合成B．影响蛋白质的一级结构C．改变蛋白质的空间结构D．改变蛋白质的活性中心E．影响蛋白质分子中肽键的形成3．原发性损害指A．突变改变了protein的一级结构，使其失去正常功能B．突变改变了糖元的结构，使糖元利用障碍B．突变改变了脂肪的分子结构，使脂肪动员受阻D．突变改变了核酸的分子结构，使其不能传给下一代E．突变主要使蛋白质的亚基不能聚合4．在结构基因的突变中不正确的是A．错位突变B．点突变C．无义突变D．终止密码突变E．插入突变5．由于基因突变导致酶缺陷使代谢底物堆积所引起的疾病是A．白化病B．半乳糖血症C．血友病A D．DMD E．Wilson病6．白化病Ⅰ型患者体内缺乏A．葡萄糖-6-磷酸脱氢酶B．苯丙氨酸羟化酶C．半乳糖激酶D．酪氨酸酶E．PRPP7．苯丙酮尿症患者体内异常增高的物质是A．黑色素B．酪氨酸C．苯丙酮酸D．精氨酸E．肾上腺素8．下列有关苯丙酮尿症的描述不符合的是A．患者智力低下B．患者毛发和肤色较浅C．患者尿液有特殊臭味D．患者尿液含大量的苯丙氨酸E．患者汗液也有特殊臭味9．苯丙酮尿症的发病机理是苯丙氨酸羟化酶缺乏导致A．代谢底物堆积B．代谢旁路产物堆积C．代谢中间产物堆积D．代谢终产物缺乏E．代谢终产物堆积10．半乳糖血症Ⅰ型的发病机理是由于基因突变导致酶遗传性缺乏使A．代谢底物堆积B．代谢旁路产物堆积C．代谢中间产物堆积D．代谢终产物缺乏E．代谢终产物堆积11．色氨酸加氧酶缺乏症的发病机理是由于基因突变导致A．5-羟色胺增多B．色氨酸不能被吸收C．色氨酸吸收过多D．烟酰胺生成过多E．代谢终产物堆积（二）X型选择题1．下列有关基因突变与染色体畸变所引起的分子细胞生物学效应正确的是A．基因突变改变了该基因所编码的多肽链的数量和质量B．染色体畸变改变了相应基因所编码的多肽链的数量和质量C．染色体畸变所引发的分子细胞生物学效应涉及面大D．基因突变和染色体畸变所引发的分子细胞生物学效应是完全相同的E．基因突变所引发的分子细胞生物学效应涉及面小2．下列能通过各种途径影响细胞内的成分从而导致细胞病变的是A．病毒感染B．紫外线照射C．电离辐射D．诱变剂作用E．基因突变3．继发性损害指A．编码蛋白质合成起始因子2的基因突变，从而干扰多肽链的合成过程B．基因突变直接影响某一蛋白质的功能活性C．各种参与蛋白质成熟过程的修饰因子突变D．编码某种特定蛋白质的结构基因突变E．干扰蛋白质翻译后修饰4．基因突变可从下列哪些环节影响蛋白质功能改变A．影响mRNA和蛋白质的合成速率B．影响多肽链中的氨基酸序列C．影响蛋白质的构象D．影响蛋白质在细胞中的定位E．影响多肽链与辅基的连接5．基因突变导致酶分子失活，主要表现在A．酶失去活性中心B．酶的稳定性降低C．酶与底物的亲和力升高D．酶与底物的亲和力降低E．复合酶与辅助因子的亲和力下降6．有关白化病的叙述正确的是A．患者体内遗传性缺乏酪氨酸B．皮肤浅红色或白色C．毛发银白或淡黄D．眼睛畏光E．为常染色体隐性遗传7．苯丙酮尿症患者常表现为A．智力低下B．毛发和肤色为纯白色C．尿液有特殊臭味D．尿液含大量的苯丙氨酸E．走路不稳8．有关半乳糖血症Ⅰ型的发病机理及临床特征正确的是A．所有类型的半乳糖血症患者都是由于半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶遗传性缺乏B．半乳糖-1-磷酸堆积C．哺乳后呕吐D．智力障碍E．肝肿大9．基因突变导致酶缺陷引起代谢缺陷致先天性代谢病发生的方式为A．代谢底物堆积B．代谢旁路产物堆积C．代谢中间产物堆积D．代谢终产物缺乏E．代谢终产物反馈抑制减弱10．先天性肾上腺皮质增生症A．是由于21-羟化酶缺陷引起的疾病B．为常染色体隐性遗传病C．出现假性早熟或假性畸形现象D．只有男婴发病E．其发病机理是由于反馈抑制减弱引起肾上腺皮质增生（三）名词解释1．inborn errors of metabolism2．molecular disease（四）问答题1．基因突变如何导致蛋白质功能改变？2．酶缺陷如何引起各种代谢紊乱并导致疾病？3．简述苯丙酮尿症（PKU）发病的分子机理及主要临床表现。