第九章 基因突变与疾病

第九章基因突变与疾病

基因（gene)是DNA分子上一段具有遗传功能的核苷酸序列，是细胞内遗传物质的主要结构和功能单位。基因具有如下特征：①基因能自我复制。一个基因随DNA的复制而成为两个相同的基因。②基因决定性状。DNA上某一结构基因经转录和翻译，决定某种酶和蛋白质的合成，从而表现出某一性状。③基因能发生突变。在生物进化过程中，由于多种因素的影响，基因可发生突变，基因突变是生物进化、分化的分子基础，也是某些疾病的基础，是生物界普遍存在的现象。

第一节基因突变的概念和原因

基因突变(gene mutation)是指DNA分子上核苷酸序列或数目发生改变。由一个或一对碱基发生改变引起核苷酸序列改变所致的突变，称为点突变（point mutation)；把核苷酸数目改变的基因突变称为缺失性或插入性突变(deletional and insertionar mutation)。基因突变后在原有位置上出现的新基因，称为突变基因（mutant gene)。基因突变后变为和原来基因不同的等位基因，从而导致了基因结构和功能的改变，且能自我复制，代代相传。

基因突变可以发生在生殖细胞，也可发生在体细胞。发生在生殖细胞的基因突变可通过受精卵将突变的遗传信息传给下一代，并在子代所有细胞中都存在这种改变。由于子代生殖细胞的遗传性状也发生了相应的改变，故可代代相传。发生于有性生殖生物体细胞的基因突变不会传递给子代，但可传给由突变细胞分裂所形成的各代子细胞群，在局部形成突变细胞群体。通常认为肿瘤就是体细胞突变的结果。

基因突变的原因很多，目前认为与下列因素有关：

一、自发性损伤

大量的突变属于自发突变，可能与DNA复制过程中碱基配对出现误差有关。通常DNA复制时碱基配对总有一定的误配率，但一般均可通过DNA损伤的修复酶快速修正。如果少数误配碱基未被纠正或诸多修复酶某一种发生偏差，则碱基误配率就会增高，导致DNA分子的自发性损伤。

二、诱变剂的作用

诱变剂(mutagen）是外源诱发突变的因素，它们的种类繁多，主要有：（一）物理因素

如紫外线、电离辐射等。大剂量紫外线照射可引起DNA主链上相邻的两个嘧啶碱以共价键相结合。生成嘧啶二聚体，相邻两个T、相邻两个C或C与T之间均可形成二聚体，但最容易形成的二聚体是胸苷酸二聚体（thyminedimerTT)。由于紫外线对体细胞DNA的损伤，从而可以诱发许多皮肤细胞突变导致皮肤癌。电离辐射对DNA的损伤有直接效应和间接效应。前者系电离辐射穿透生物组织时，其辐射能量向组织传递，引起细胞内大分子物质吸收能量而激发电离，导致DNA理化性质的改变或损伤；后者系电离辐射通过扩散的离子及自由基使能量被生物分子所吸收导致DNA损伤。生物组织中的水

经辐射电离后可产生大量稳定的、高活性的自由基及H

2O

2

等。这些自由基与活

性氧与生物大分子作用不但可引起DNA损伤，而且也能引起脂质和生物膜的损伤及蛋白质和酶结构与功能的异常。电离辐射使DNA损伤的作用机制主要表现在三个方面：①碱基破坏脱落与脱氧戊糖分解。②DNA链断裂。③DNA交联或DNA-蛋白质交联。

（二）化学因素

如某些化工原料和产品、工业排放物、汽车尾气、农药、食品防腐剂和添加剂等均具有致突变作用。目前已检出的致突变化合物已达6万余种。现择下列常见化学诱变剂说明对DNA损伤的机制。

1.烷化剂对DNA的损伤烷化剂是一类亲电子化合物，极易与生物大分子的亲核位点发生共价结合。当烷化剂作用于DNA时，可将烷基（RH）加到核酸的碱基上去。如甲硝基亚硝基胍、乙基乙烷磺酸酯分别可提供甲基和乙基与DNA的碱基发生共价结合形成RH-DNA。DNA碱基烷基化是诱发基因突变机制之一。其中鸟嘌呤（G）的N

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位点最易被烷化，烷基化的鸟嘌呤其糖基键很不稳定，该键的裂解会导致碱基脱落，因而在DNA复制时任何碱基均可能插入此位点而造成碱基替换。例如，烷基化的鸟嘌呤（G）可与T配时，形成G-C→T-A 的替换。

2.碱基类似物对DNA的损伤碱基类似物（base analogue)是指一类结构与碱基相似的人工合成物，如5-溴尿嘧啶（5-BU）、2-氨基嘌呤（2-AP)等。这些物质进入细胞后便能掺入到DNA链与正常碱基竞争，取代其位置发生碱基替换。例如，5-溴尿嘧啶（5-BU）是胸腺嘧啶（T）的类似物，在DNA复制过程中酮式的5-BU代替T，使A-T碱基对变为A-5BU，由于5-BU存在异构互变，酮式的5-BU变为稀醇式的5-BU，再次复制时稀醇式的5-BU与G配对，出现G-C 碱基对，形成A-T→G-C的替换。

3.其他化学诱变剂对DNA的损伤如羟胺（HA)、亚硝酸盐等可对碱基产生氧化作用而破坏其结构，甚至引起链断裂。羟胺作用于胞嘧啶（C）,使之不再与鸟嘌呤（G）配对，而与腺嘌呤（A）配对，经过DNA复制后，引起碱基对由C-G→A-T。亚硝酸盐使A和C发生氧化脱氨，相应变为次黄嘌呤和尿嘧啶。导致G-C→A-T型转换。

常见化学诱变剂引起基因突变的机制

诱变剂作用机制DNA分子改变

烷化剂G-G→CH3

G →G-H3

G-C→T-A

碱基类似物（5-BU）T→5-BU A-T→G-C 羟胺类（NH2OH）C→A C-G→A-T

（三）生物因素

病毒（如流感病毒、麻疹病毒、风疹病毒等）是诱发突变最常见的生物因素。病毒感染细胞后通过把全部或部分基因组整合进入宿主染色体诱发基因突变或通过病毒信息表达而诱发基因突变。早期胚胎的体细胞对病毒感染尤为敏感，故妊娠早期病毒感染常常引起体细胞突变而导致胎儿畸形。除病毒外，某些真菌和细菌所产生的毒素或代谢产物也能诱发突变，如黄曲霉毒素就有致突变作用并可引起癌变。

第二节基因突变的特征、类型和意义

一基因突变的特征

（一）多向性

基因突变的方向是多样的，即同一基因可独立发生多次突变构成复等位基因（multiple gene)。例如，人类的ABO血型就是由ⅠA、ⅠB、i三种基因构成的复等位基因所决定的，即由一个i基因经两次不同的突变分别形成ⅠA、ⅠB 而构成，从而在人类存在ⅠAⅠA、ⅠBⅠB、ii、ⅠAⅠB、ⅠA i、ⅠB i六种基因型及A、B、AB和O型四种不同的ABO血型的表现型。

基因突变的方向也是可逆的。例如，显性基因A可以突变为隐性基因a（正突变），此隐性基因a又可突变为显性基因A而恢复原来状态（回复突变）。因此，突变并非基因物质的丧失，而是发生了化学变化。

（二）有害性

生物在长期进化过程中，形成了遗传基础的均衡系统，任何基因突变均将扰乱了原有遗传基础的均衡，从而引起个体正常生命活动出现异常如生长发育缺陷，也可引起人类多种遗传病的发生，人类肿瘤也与体细胞突变有关。基因突变的有害性是相对的，突变也为基因获得新的、更好的功能提供了机会。

（三）重复性

基因突变在一个群体中可多次重复地发生。即同种生物中相同基因的突变可以在不同个体中重复出现，例如，人的白化基因突变可以在不同个体重复出现。各种基因在一定的群体中都有一定的自然突变率。据统计，人类基因的自然突变率为10-4～10-6/生殖细胞/代，即每一万个到百万个生殖细胞中，就有一个基因发生突变。

（四）随机性

不同个体、不同细胞或不同基因，其突变的发生都是随机的，即具有相等的突变机会，符合正态分布的特点。许多实验证明，在同一个细胞中同时有两个基因发生突变的概率，等于这两个基因分别发生突变概率的乘积，说明对不同的基因来说，其突变是随机的。

二基因突变的类型

（一）根据发生的原因分为：

1.自发突变（spontaneous mutation）指未受诱变剂作用而自发出现的突变，属于遗传物质在复制过程中随机发生的误差，人类单基因病大多为自发突变的结果。

2.诱发突变（induced mutation）指有明确诱变剂（物理、化学和生物等因素）作用而诱发的突变。目前认为，人类肿瘤的发生与多次诱发突变的积累有关。

（二）根据突变的细胞不同分为：

1.生殖细胞突变（germ cell mutation）指发生于生殖细胞并通过受精卵直接传给子代的突变。如在第一代中就得到表现的突变为显性突变；如果突变基因的遗传效应被其等位基因所掩盖而在子代中不表现出来为隐性突变。生殖细胞在减数分裂时对诱变剂比较敏感，其突变率高于体细胞的突变率。

2.体细胞突变（somatic mutation）指在体细胞中发生和传递的突变。由于体细胞突变不影响生殖细胞，故该突变基因不会传递给子代，但突变的细胞会形成一团基因型与体内其他细胞不同的细胞群，故可引起疾病。目前认为体细胞突变是肿瘤发生的重要机制，肿瘤是一种体细胞遗传病。

（三）根据碱基改变分为：

1.碱基置换突变（base substitution mutation）指DNA复制时因碱基互相取代导致错误配对所引起的突变。一种嘌呤或嘧啶分别换成另一种嘌呤或嘧啶称为转换（transition）;例如，异常血红蛋白HbC就是由于β-珠蛋白基因的第6位三联体GAA变为AAA，转发后mRNA中的密码子相应发生改变，翻译后的多肽链中谷氨酸变为赖氨酸所致。如果一种嘌呤或嘧啶分别被一种嘧啶或嘌呤取代称为颠换（transversion）。例如，异常血红蛋白HbS就是由于β-蛋白基因的第6位三联体GAG变为GTG，转录后mRNA的密码子由GAG变为GUG，翻译后的多肽链中谷氨酸变为缬氨酸所致。碱基置换改变了密码子的组成，可能会出现4种不同的效应：

（1）同义突变（cosense mutation）指碱基置换后，密码子虽发生改变，但其编码的氨基酸并未改变，并不影响蛋白质的功能，不发生表型的变化，即改变前后的密码子为同义密码子。

（2）错义突变（missense mutation）指碱基置换后的密码子为另一种氨基酸的编码，导致氨基酸组成发生改变，产生异常的蛋白质。例如，珠蛋白生成障碍性贫血就是由于外显子1第26个密码子由GAG错义突变为AAG,使生成的多肽链中第26位氨基酸由谷氨酸变为赖氨酸所致。

（3）无义突变（nonsense mutation）指碱基置换后，使原来编码某一个氨基酸的密码子变为终止密码子，使多肽链合成提前终止，使蛋白质失去活性。例如，异常血红蛋白HbMcKees-Rock就是由于β-珠蛋白第145位编码中TAT变为TAA,经转录后UAU变为UAA（终止密码子），翻译时多肽链合成提前

终止，成为缩短的β链之故。

（4）终止密码突变：指碱基置换后使原终止密码子变成编码某一个氨基酸的密码子，从而形成延长的异常多肽链。

2.碱基插入性和缺失性突变在DNA编码序列中插入或缺失一个或几个碱基对（3个或3n个除外），从而使插入或缺失点以下的DNA编码框架全部改变，这种基因突变称为移码突变（frameshift mutation）。其结果导致插入或缺失以下部分翻译出的氨基酸种类和顺序也发生改变。

如果在DNA编码序列中插入或缺失某些碱基对的片段，称为片断突变，其结果导致蛋白质改变更加复杂。例如，假肥大型肌营养不良症的基因就有几个kb的缺失，从而导致严重的遗传病。

一般来说，在一定条件下，基因突变在各世代中能保持相对稳定的突变率，即静态突变。长期以来，人们认为单基因遗传病是点突变引起的。近年来发现，由于脱氧三核苷酸串联重复扩增，也可引起单基因疾病，而且这种串联重复的拷贝数可随世代的递增而呈累加效应，称为动态突变（dynamic mutation）。例如，脆性x综合症就是由于三核苷酸（CCG）n重复序列的拷贝数增加所致。

尽管自然界中诱变因素很多，基因突变经常发生，但DNA分子能表现出高度的稳定性，这是由于细胞内具有三种DNA修复系统：①光修复（photo-repair）：通过波长为300～600nm的可见光照射，激活光修复酶（photolyase）,将紫外线照射后产生的嘧啶二聚体分解为原来的非聚合状态，使DNA恢复正常构型。②切除修复（excision repair）：通过特异的内切核酸酶识别DNA损伤部位，再在外切核酸酶的作用下切除损伤的单链片断。在DNA聚合酶的作用下，以损伤处相对应的互补链为模板，合成新的DNA单链片段来填补切除后的空隙。然后在DNA连接酶的作用下将新合成的单链片断与原有的单链以磷酸二酯键相接完成修复过程。③复制后修复（postreplication repair）：又称

重组修复。当DNA分子损伤面较大，复制的新子链会出现缺口，此时，通过重组蛋白的作用，完整的母链与有缺口的子链发生重组，母链的核苷酸片段填补子链上的缺口。重组后原来母链中的缺口可以通过DNA聚合酶的作用，以对侧子链为模板，合成单链DNA片段来填补，然后在连接酶作用下，以磷酸二酯键使新片段与旧链相连接而完成修复过程。

三基因突变的意义

基因突变可引起人类疾病，但其有害性是相对的，从生物进化的角度来看，突变也有其积极的意义。

（一）突变是生物进化、分化的分子基础

基因突变是生物界中普遍存在的现象，没有遗传物质的突变，就没有生物的进化。当突变的基因使机体能更好地适应环境或有更优势的竞争力，带有这种突变基因的个体就会在自然选择中更加优化，生存率就会提高，平均寿命就会延长。例如，一个B-淋巴细胞克隆只能产生一种针对特定抗原的免疫球蛋白，但编码相应免疫球蛋白的基因是在漫长的进化过程中由外来的新抗原诱发基因突变而获得的。带有这种突变基因的细胞发生克隆扩增（clonal expansion）,从而使机体获得了产生新的免疫球蛋白的能力。

有些突变只有基因型改变而没有明显的表型改变。多态性（poly-mophism）就是用来描述个体之间基因型差别的现象。法医学上的个体识别、亲子鉴定、器官移植的配型等均要采用DNA多态性分析技术。

（二）突变是某些疾病的病变基础

突变基因改变了原有的结构与功能，导致原有的遗传性状发生改变，其中一部分基因突变可导致遗传病或具有遗传倾向的病甚至肿瘤。如血友病是凝血因子基因的突变、地中海贫血是珠蛋白的基因突变等。具有遗传倾向的高血压病、糖尿病、溃疡病等系多基因变异与环境因素共同作用的结果。肿瘤是体细胞基因突变的结果。

尚需指出，一种基因突变愈有害，选择对它的作用就愈强，适合度（即生物生存和生育并把基因传给后代的能力）也就愈低，这类突变基因很少传给后代。例如，先天性鳞皮病患儿多在胚胎期死亡，先天性肌弛缓患儿多在1岁内死亡。血友病、苯丙酮尿症等虽能活到生育年龄，但生育力比正常人低很多。因此，这种基因的频率就很低，不会增加群体的遗传负荷。亦有许多突变基因不会引起疾病，因为不同基因的产物在功能上可能互相代偿。致病基因与疾病表型也并非完全对应，同一基因的不同突变可以引起不同疾病表型，同一疾病表型也可能由不同基因突变所引起。有些遗传病对生存和生育影响不大；有些遗传病到生育年龄时才发病，这类突变基因能传给子代。特别是隐性基因突变后，往往以携带者形式在群体中散布，增加群体的遗传负荷，使遗传病发病率增加。因此，控制环境条件，把基因突变的有害性控制在最低限度，对于降低群体遗传病的发病率，具有实际意义。

总之，低水平的突变率在进化进程中可以保证种群中优化基因和致病基因之间的平衡。它即是生物进化的源泉，也是某些疾病的基础。

第三节基因突变与基因病

基因病（gene disease）是指基因突变或其表达调控障碍引起的疾病，包括单基因病和多基因病。据统计，人类单基因病已达6457种，平均年增170种。约有15％~20％的人受多基因病所累，基因突变及其表达调控障碍在疾病发生中具有重要作用。

一、单基因病

单基因指的是决定某遗传性状的一对等位基因；单基因遗传指某种性状的遗传主要受一对等位基因的控制。单基因病（monogenic disease）是由于单基因突变而发生的疾病。等位基因基本上按照孟德尔定律进行传递，所以，单基

因病的传递方式按孟德尔定律传至后代。根据突变基因所在位点和性状的不同而分为下列三种类型：

（一）常染色体显性遗传病

常染色体显性遗传病（autosomal dominant disorder,AD）的致病基因位于1~22号常染色体上，等位基因之一发生突变，遗传方式是显性的。此类患者的异常性状表达程度可不尽相同。杂合子可以完全表现出与显性纯合子相同的性状，这种情况为完全显性（complete dominance），大多数常染色体显性遗传病属于此类。在某些情况下，显性基因性状表达极其轻微，甚至临床不能查出，这种情况称为失显。由于某种原因杂合子的显性基因不表现相应的性状，在系谱中可以出现隔代遗传的现象。称为不规则显性（irregular dominance）。如杂合子的表现型介于纯合子显性与纯合子隐性之间，其临床表现较纯合子轻，称为不完全显性（incomplete dominance）。一对等位基因，彼此之间无显隐关系，杂合时，两种基因分别表达其基因产物，形成相应的表型，称为共显性（codominance）。由于致病基因位于常染色体上，故男女发病机会均等。患者的双亲等中往往有一个为患者，但绝大多数为杂合体，子代中有1/2机率发病，并可出现连续遗传现象。目前，已发现的常染色体显性遗传病有2400多种，较常见的有遗传性球形红细胞增多症、多发性家族性结肠息肉症、α-珠蛋白生成障碍性贫血、多囊肾等。

（二）常染色体隐性遗传病

常染色体隐性遗传病(autosomal recessive disorder,AR)的致病基因位于常染色体上，基因性状是隐性的，即只有隐性基因为纯合子时才可显示症状。此种遗传病双亲均为致病基因携带者，子女中有1/4的风险为患者，男女发病机会均等，多为散发或隔代遗传，多见于近亲婚配的子女。目前已发现常染色体隐性遗传病有1500多种，较常见的有镰形红细胞贫血，β-珠蛋白生成障碍性贫血、苯丙酮尿症、白化病、先天性聋哑、高度近视、肝豆状核变性等。

（三）性连锁遗传病

性连锁遗传病（sex-linked disorder）的致病基因位于性染色体上，它随着性染色体而传递给子代。

1.X连锁隐性遗传较多见。致病基因位于X染色体上，性状是隐性的杂合时并不发病。由于男性只有一条X染色体，尽管致病基因是隐性的，也会出现相应的遗传性状或遗传病；而女性存在两条X染色体，当她只有一个隐性致病基因时，则不会发病，而是携带者。只有当女性是致病基因的纯合子时才会发病。故此类疾病男性多见，且多是患父通过女儿遗传给外孙。常见有色盲、血友病、葡萄糖-6-磷酸酶缺乏症等。

2.性连锁显性遗传致病基因位于X染色体上，性状是显性的，故男女均可发病。由于女性有两条X染色体，任何一条有致病基因均可发病。男性只有一条X染色体，故女性发病率为男性的2倍。此类疾病有抗维生素D佝偻病、遗传性肾炎等。

3.Y连锁遗传较少见。致病基因位于Y染色体上，故系全男性遗传。如Y染色体上性别决定区基因点突变或缺失，将导致睾丸发育不全。

二、多基因病

一些遗传性状或遗传病的遗传基础不是一对基因，而是受多对基因控制，每对基因彼此之间没有显性与隐性的区分，而是共显性。这些基因对该遗传性状形成的作用较小（微效基因），但多对基因累加起来，可以形成一个明显的表型效应，即累积效应。上述遗传性状形成，除受微效基因的影响外，也受环境的影响。这种性状的遗传方式称为多基因遗传，由这种方式传递的疾病为多基因病（polygenic disease)。多基因病的发病受遗传和环境因素双重影响，其中遗传因素所起作用大小称为遗传率或遗传度，一般用百分率来表示。凡遗传度＞60％，表明遗传率高，环境作用小，此类疾病不易控制。如精神分裂症、先天性巨结肠、唇裂、腭裂等。有的遗传率不足40％，如消化性溃疡（遗

传率37％），说明环境因素在发病中具有重要作用，易于控制。常见的多基因病（遗传率）有精神分裂症（80％）、支气管哮喘（80％）、青少年型糖尿病（75％）、冠心病（65％）、高血压病（62％）、消化性溃疡（37％）、各型先天性心脏病（35％）等。多基因病有如下特点：

1.发病有家族聚集倾向，患者亲属的发病率高于群体发病率。

2.随着亲属级别的降低，发病风险也相应降低。

3.多基因病再现率随妊娠次数及疾病严重程度而相应增高。

4.发病率有种族（民族）差异，这表明不同种族（或民族）的基因库是不同的。

值得指出的是，基因突变与肿瘤有密切关系，肿瘤也属于基因病范畴。除少数肿瘤（如家族性结肠息肉症、神经纤维瘤病、恶性黑色素瘤）属于单基因病外，绝大多数肿瘤属于多基因病范畴。涉及多种基因（包括癌基因、抑癌基因、凋亡调节基因、DNA修复基因的改变（参阅病理学第五章）。

第四节基因诊断与治疗的病理生理基础

随着现代分子生物学研究的不断深入，对基因病发病机制、诊断及防治的研究已达到分子水平，从基因水平诊断和防治疾病已成为现代医学的重要课题。

一、基因诊断的病理生理基础

基因诊断（gene diagnosis）就是利用现代分子生物学和分子遗传学的技术方法，直接检测基因结构及其表达水平是否正常，从而对疾病作出诊断的方法。基因诊断的检测目的物是DNA或RNA，前者反映基因的存在状态，后者反映基因的表达状态。传统的诊断方法主要以疾病的表型改变为依据，生物个体的表型性状是基因在一定条件下的体现，基因的改变可导致各种表型的改变而

出现疾病。近年来随着分子生物学技术的飞速发展，使开展基因诊断成为可能。

基因诊断的特点：①以基因作为检测目标，属于病因诊断，针对性强。②分子杂交技术选用特定基因序列作为探针，特异性强。③采用分子杂交和聚合酶链反应（PCR）技术，灵敏度高。④诊断范围广。检测的基因可为内源基因（即机体自身的基因）和外源基因（如病毒、细菌等），前者用于诊断基因有无病变，后者用于诊断有无病原体感染。

基因诊断的常用技术方法有核酸分子杂交、PCR和DNA芯片技术等。

基因诊断常用于：①用于遗传病诊断，基因诊断最早用于遗传病的诊断，如血红蛋白病、苯丙酮尿症、脆性X综合症、家族性高胆固醇血症、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症等，基因诊断对遗传病的早期防治和优生有实际意义。

②用于肿瘤诊断，肿瘤的发生发展均与基因的变化密切相关，基因结构和表达的异常是肿瘤病变的主要因素之一。基因诊断除用于细胞癌变机制的研究外，在临床应用方面也显示了潜在的价值，如对肿瘤进行早期诊断和鉴别诊断、肿瘤分级、分期及预后的判断、指导抗癌药物的应用及疗效评价、高危人群及易感人群中肿瘤的筛查及患癌危险性预测等。③用于诊断感染性疾病，由于基因诊断具有高度敏感性和特异性，可广泛应用于病毒、细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体以及寄生虫感染的诊断。不仅可以检出正在生长繁殖的病原体,而且也能检出潜伏的病原体。对那些不容易培养的病原体（如立克次体）也可用基因诊断进行检测。④在器官移植组织配型中的应用，基因诊断技术能够分析和显示基因型，故能更好地完成器官移植术前的组织配型，能大大地提高器官移植的成功率。⑤在法医学中的应用，主要是针对人类DNA遗传差异进行个体识别和亲子鉴定，DNA指纹个体识别率很高，用于个体识别和亲子鉴定具有很强的特异性。DNA指纹技术还可用于犯罪物证的检验。有时犯罪物证的量甚少，不足以用来进行DNA指纹分析，PCR技术的应用有效地解决量少的问

题，对于犯罪现场中遗留的少量生物物证，如一根头发、一滴血、少量精液等都能用于分析，基因诊断的高灵敏度为法医物证检验提供了科学依据。

二、基因治疗的病理生理基础

众所周知，很多疾病（如遗传性疾病、心脑血管疾病、肿瘤等）的发生均与基因变异或表达异常密切相关，临床上尚缺乏有效地治疗方法，采用基因治疗，在基因水平上予以纠正，为这些疾病的防治开辟了新的途径。

所谓基因治疗（gene therapy）就是用正常基因置换致病基因以纠正基因结构和功能异常的一种治疗疾病的方法。狭义的基因治疗是用正常基因（目的基因）导入靶细胞后与宿主细胞内的基因组发生整合，让目的基因的表达产物起治疗疾病的作用。近年来，采用基因转移技术或反义核酸技术、核酶技术等，即使目的基因和宿主细胞的基因组不发生整合，也可使目的基因得到表达，或封闭、剪切致病基因的mRNA，达到治疗疾病的目的。因此，广义的基因治疗就是将某种遗传物质转移到患者细胞内，使其在体内发挥作用，达到治疗疾病的目的，均谓之基因治疗。目前，基因治疗的主要方法有：①基因置换（gene replacement），指用正常基因替换致病基因。②基因修正（gene correction），指纠正致病基因中的异常碱基而保留正常部分。③基因增补（gene augmentation），指将目的基因导入病变细胞或其他细胞进行表达，使其表达产物补偿缺陷基因的功能或使原有的功能得以加强，但不去除异常基因。目前，多采用此种基因治疗的方法。④基因失活（gene inactivation），指特异性封闭或破坏某些有害基因的表达。

基因治疗的基本步骤包括：选择目的基因及选择基因载体、选择靶细胞、基因转移、外源基因表达的筛检、将目的基因修饰的细胞回输到病人体内等。

总之，基因治疗作为一门新兴学科，其发展十分迅速，特别是在遗传性疾病、心血管疾病、肿瘤、感染性疾病和神经系统疾病等治疗中取得了突破性进展。人类基因组计划的实施，使我们能逐渐掌握人体内所有的遗传信息，基因

治疗技术将在疾病的治疗和预防方面获得更大的发展空间。诚然，在现阶段，基因治疗作为常规疗法尚不成熟，有许多理论、技术和论理问题需要解决，但可以预期，随着人类基因组计划的实施和完善，基因治疗将成为生物医学史上的一个崭新里程碑。

第21讲 基因突变和基因重组

第21讲基因突变和基因重组 考点1基因突变 一、可遗传变异和不可遗传变异 在光学显微镜下可见的可遗传变异为染色体变异， 的变异为基因突变、基因重组，只在减数分裂过程发生的变异为基因重组，真、原核生物和病毒共有的变异类型为基因突变。 二、基因突变 1．基因突变的实例：镰刀型细胞贫血症

(1)图示中a 、b 、c 过程分别代表DNA 复制、转录和翻译。突变发生在a(填字母)过程中。 (2)患者贫血的直接原因是血红蛋白异常，根本原因是发生了基 因突变，碱基对由=====A T 突变成=====T A 。 2．基因突变的概念 DNA 分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。 3．发生时间 主要发生于有丝分裂间期或减Ⅰ分裂前的间期。 4．诱发基因突变的因素(连线) 类型 举例 引发突变原因 ①物理因素 a ．亚硝酸、碱基类似物 Ⅰ.影响宿主细胞DNA ②化学因素 b ．某些病毒的遗传物质 Ⅱ.损伤细胞内DNA ③生物因素 c ．紫外线、X 射线 Ⅲ.改变核酸碱基 答案： 5．基因突变的特点 (1)普遍性：一切生物都可以发生。 (2)随机性：生物个体发育的任何时期和部位。 (3)低频性：自然状态下，突变频率很低。 (4)不定向性：一个基因可以向不同的方向发生突变。

(5)多害少利性：大多数基因突变对生物体是有害的，但有些基因突变，可使生物获得新性状，适应改变的环境。 6．基因突变的结果 产生一个以上的等位基因。 7．意义 (1)新基因产生的途径； (2)生物变异的根本来源； (3)提供生物进化的原始材料。 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) 1．观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置。(×) 2．有丝分裂前期不会发生基因突变。(×) 提示：基因突变不只发生在分裂间期。引起基因突变的因素分为外部因素和内部因素，外部因素对DNA的损伤不仅发生在间期，而是在各个时期都有；另外，外部因素还可直接损伤DNA分子或改变碱基序列，并不是通过DNA的复制来改变碱基对，所以基因突变不只发生在间期。 3．基因突变不一定会引起生物性状的改变。(√) 4．基因突变不一定都产生等位基因。(√) 提示：病毒和原核细胞的基因组结构简单，基因数目少，而且一般是单个存在的，不存在等位基因。因此，真核生物基因突变可产生它的等位基因，而原核生物和病毒基因突变产生的是一个新基因。 5．基因突变不一定都能遗传给后代。(√) 提示：基因突变如果发生在有丝分裂过程中，一般不遗传，但有些植物可能通过无性生殖传递给后代。如果发生在减数分裂过程中，可以通过配子传递给后代。 6．由基因B1突变的等位基因B2可能是由于碱基对替换或碱基

基因突变与疾病

第九章基因突变与疾病 基因（gene)是DNA分子上一段具有遗传功能的核苷酸序列，是细胞内遗传物质的主要结构和功能单位。基因具有如下特征：①基因能自我复制。一个基因随DNA的复制而成为两个相同的基因。②基因决定性状。DNA上某一结构基因经转录和翻译，决定某种酶和蛋白质的合成，从而表现出某一性状。③基因能发生突变。在生物进化过程中，由于多种因素的影响，基因可发生突变，基因突变是生物进化、分化的分子基础，也是某些疾病的基础，是生物界普遍存在的现象。 第一节基因突变的概念和原因 基因突变(gene mutation)是指DNA分子上核苷酸序列或数目发生改变。由一个或一对碱基发生改变引起核苷酸序列改变所致的突变，称为点突变（point mutation)；把核苷酸数目改变的基因突变称为缺失性或插入性突变(deletional and insertionar mutation)。基因突变后在原有位置上出现的新基因，称为突变基因（mutant gene)。基因突变后变为和原来基因不同的等位基因，从而导致了基因结构和功能的改变，且能自我复制，代代相传。 基因突变可以发生在生殖细胞，也可发生在体细胞。发生在生殖细胞的基因突变可通过受精卵将突变的遗传信息传给下一代，并在子代所有细胞中都存在这种改变。由于子代生殖细胞的遗传性状也发生了相应的改变，故可代代相传。发生于有性生殖生物体细胞的基因突变不会传递给子代，但可传给由突变细胞分裂所形成的各代子细胞群，在局部形成突变细胞群体。通常认为肿瘤就是体细胞突变的结果。 基因突变的原因很多，目前认为与下列因素有关：

一、自发性损伤 大量的突变属于自发突变，可能与DNA复制过程中碱基配对出现误差有关。通常DNA复制时碱基配对总有一定的误配率，但一般均可通过DNA损伤的修复酶快速修正。如果少数误配碱基未被纠正或诸多修复酶某一种发生偏差，则碱基误配率就会增高，导致DNA分子的自发性损伤。 二、诱变剂的作用 诱变剂(mutagen）是外源诱发突变的因素，它们的种类繁多，主要有： （一）物理因素 如紫外线、电离辐射等。大剂量紫外线照射可引起DNA主链上相邻的两个嘧啶碱以共价键相结合。生成嘧啶二聚体，相邻两个T、相邻两个C或C与T 之间均可形成二聚体，但最容易形成的二聚体是胸苷酸二聚体（thyminedimerTT )。由于紫外线对体细胞DNA的损伤，从而可以诱发许多皮肤细胞突变导致皮肤癌。电离辐射对DNA的损伤有直接效应和间接效应。前者系电离辐射穿透生物组织时，其辐射能量向组织传递，引起细胞内大分子物质吸收能量而激发电离，导致DNA理化性质的改变或损伤；后者系电离辐射通过扩散的离子及自由基使能量被生物分子所吸收导致DNA损伤。生物组织中的水 经辐射电离后可产生大量稳定的、高活性的自由基及H 2O 2 等。这些自由基与活 性氧与生物大分子作用不但可引起DNA损伤，而且也能引起脂质和生物膜的损伤及蛋白质和酶结构与功能的异常。电离辐射使DNA损伤的作用机制主要表现在三个方面：①碱基破坏脱落与脱氧戊糖分解。②DNA链断裂。③DNA交联或DNA-蛋白质交联。 （二）化学因素 如某些化工原料和产品、工业排放物、汽车尾气、农药、食品防腐剂和添加剂等均具有致突变作用。目前已检出的致突变化合物已达6万余种。现择下列常见化学诱变剂说明对DNA损伤的机制。

基因突变和基因重组

基因突变和基因重组

基因突变和基因重组 【课前复习】 在学习新课程前必须复习有关DNA的复制、基因控制蛋白质的合成、表现型与基因型的关系等知识，这样既有利于掌握新知识，又便于将新知识纳入知识系统中。 温故——会做了，学习新课才能有保障1．DNA分子的特异性决定于 A．核糖的种类B．碱基的种类 C．碱基的比例D．碱基对的排列顺序答案：D 2．基因对性状控制的实现是通过A．DNA的自我复制 B．DNA控制蛋白质的合成 C．一个DNA上的多种基因 D．转运RNA携带氨基酸 答案：B 3．下列关于基因型与表现型关系的叙述中，错误的是 A．表现型相同，基因型不一定相同B．基因型相同，表现型一定相同C．在相同生活环境中，基因型相同，表现型一定相同

D．在相同生活环境中，表现型相同，基因型不一定相同 答案：B 4．实现或体现遗传信息的最后阶段是在细胞的哪一部分中进行的 A．线粒体中B．核糖体中C．染色质中D．细胞质中 答案：B 知新——先看书，再来做一做 1．变异的类型有_________和_________两种。后者有三个来源_________、___________、___________。2．基因突变 (1)概念：由于DNA分子中发生碱基对的___________、___________或___________，而引起的基因结构的改变，就叫做基因突变。 (2)实例：镰刀型细胞贫血症 ①根本原因：控制合成血红蛋白的DNA 分子的一个___________发生改变。 ②直接原因：血红蛋白多肽链中___________被___________代替。(3)结果：基因突变使一个基因变成它的___________基因，并且通常会引起—定的___________型的变化。

基因突变

基因突变 　基因突变发生的时期： 1．生物个体发育的任何时期中均可发生突变，即体细胞和性细胞均能发生突变。 2．性细胞的突变率高于体细胞：性细胞在减数分裂末期对外界环境条件的敏感性较大；性细胞发生的突变可以通过受精过程直接传递给后代。 3．突变后的体细胞常竞争不过正常细胞，会受到抑制或最终消失 需及时与母体分离 无性繁殖 经有性繁殖传递给后代。 许多植物的“芽变”就是体细胞突变的结果：发现性状优良的芽变 及时扦插、压条、嫁接或组织培养 繁殖和保留。 芽变在农业生产上有着重要意义，不少果树新品种就是由芽变选育成功的，如：温州密桔 温州早桔。 但芽变一般只涉及某一性状，很少同时涉及很多性状。 4．基因突变通常独立发生：某一基因位点的一个等位基因发生突变时，不影响另一个等位基因，即等位基因中两个基因不会同时发生突变(AA，aa)。 三、基因突变的一般特征： ㈠、突变的重演性和可逆性: 1.重演性：同一生物不同个体间可以多次发生同样的突变。 2.可逆性：显性基因A通过正突变(u) 形成的隐性基因a 又可经过反突变 (v) 又形成显性基因A。 3．多方向性：基因突变的方向不定，可多方向发生： 如A

a，可以A a1、a2、a3、…都是隐性。 a1，a2，a3，… 对A来说都是对性关系，但其之间的生理功能与性状表现各不相同。 4．复等位基因：指位于同一基因位点上各个等位基因的总体。 复等位基因并不存在于同一个体中(同源多倍体除外)，而是存在于同一生物群内。如人类血型ABO系统。 复等位基因的出现 增加生物多样性 提高生物的适应性 提供育种工作更丰富的资源 使人们在分子水平上进一步了解基因内部结构。 1．突变的有害性： 多数突变对生物的生长和发育往往是有害的。 某一基因发生突变 长期自然选择进化形成的平衡关系就会被打破或削弱 进而打乱代谢关系 引起程度不同的有害后果 一般表现为生育反常或导致死亡。 2．致死突变：即导致个体死亡的突变。 致死基因（lethal alleles）：指可以导致个体死亡的基因，包括隐性致死基因（recessive lethal alleles）和显性致死基因（dominant lethal alleles）。 1)．植物：最常见的为隐性白化突变。 (2)．动物： ①. 纯合显性致死(小鼠毛色遗传)：黑色 黄色，但无黄色纯合体。 ②．杂合显性致死突变：显性致死突变在杂合状态时即可死亡。不会产生纯合体。

第十章 基因突变《遗传学》

第十章基因突变 本章习题 1．举例说明自发突变和诱发突变、正突变和反突变。 答：通过外界环境条件的自然作用，或由植物体内生理生化变化而发生的突变，称为自发突变。如寿星桃是由正常的桃突变而来（DwDw-Dwdw-dwdw）。自然条件下，水稻的矮生型、棉花的短果枝、玉米的糯性胚乳等性状，都是基因自发突变的结果。 人为地利用物理、化学或其它因素影响而发生的突变称为诱发突变。如辐射诱发引起的苹果短枝型变异、人工诱发樱桃紧凑型变异。 基因突变像许多生物化学反应过程一样是可逆的，即显性基因A可以突变为隐性基因a，而隐性基因a也可突变为显性基因A。前者通常称为正突变，后者称为反突变或回复突变。例如水稻有芒基因A可以突变为无芒基因a，而无芒基因a也可突变为有芒基因A。 2．什么叫复等位基因？人的ABO血型复等位基因的遗传知识有什么利用价值？ 答：位于同一基因位点上的各个等位基因在遗传学上称为复等位基因。复等位基因并不存在于同一个体（同源多倍体是例外），而是存在于同一生物类型的不同个体里。 人的ABO血型就是由IA、IB和i三个复等位基因决定着红细胞表面抗原的特异性。其中，IA基因、IB基因分别对i基因为显性，IA与IB为共显性。根据ABO血型的遗传规律可进行亲子鉴定等。 3．何为芽变？在生产实践上有什么价值？ 答：芽变是体细胞突变的一种，突变发生在芽的分生组织细胞中。当芽萌发长成枝条，并在性状上表现出与原类型不同，即为芽变。 芽变是植物产生新变异的丰富源泉，它既可为杂交育种提供新的种质资源，又可从中选出优良新品种，是选育品种的一种简易而有效的方法。全世界有一半苹果产量来自于芽变，如品种：元帅、红星、新红星、首红、超首红。

第十章 基因突变 (复 习 题)

第十章基因突变(复习题) 1.解释名词： 基因突变自发突变诱发突变致死突变回复突变突变率电离辐射碱基替换 移码突变同义突变错义突变无义突变 2. 基因突变有哪些特征? 3. 基因突变和染色体结构的改变有何区别? 4. 如何区分遗传性突变与非遗传性突变；显性突变和隐性突变? 5. 自发突变的原因何在?突变因素和选择因素是不是一回事? 6. 电离辐射和紫外线照射的遗传效应怎样? 7. 目前人工诱变的常用方法有哪些? 8. 从分子水平上看，为什么说要做到定向变异目前还有困难? -C-G-A-T- 9.用亚硝酸处理并经两次复制后，其核苷酸顺 序发生了怎样的变化? -G-C-T-A 10. 紫外线照射引起的DNA损伤如何修复? 11. 如何理解和区分抑制因子突变和真正的回复突变? 12. 怎样分析判断高秆水稻田里发现的矮秆植株是突变产生的?还是自然杂交后的分离 或其他矮秆品种的偶然混杂? 13. 基因突变有何用途? 14. 密码子GGA中由于某一个碱基的变动，产生出：①UGA；②GAA；③GGC；④CGA。 其中哪一个代表同义突变密码?哪一个是错义突变密码?哪一个是无义突变密码? 15. 精氨酸→亮氨酸；胱氨酸→谷氨酸；丝氨酸→苏氨酸；异亮氨酸→丝氨酸；精氨酸→天门冬氨酸；脯氨酸→组氨酸中，哪些是单个碱基对的替换结果? 16. 指出DNA信使链上：CCA→CCT；CCT→CA T；CCT→ACT；CTA→CTC；AAC →GAC；AGT→GGT；ACC→ATC等各是什么性质的突变? 17.为什么血红蛋白(HbA)(α2β2)β链N端的第6个氨基酸(谷氨酸)被缬氨酸替代后，就会产生镰刀形细胞贫血症?

基因突变和基因重组测试题(附解析)

基因突变和基因重组测试题（附解析） 一、选择题 1．下列有关基因突变和基因重组的叙述，正确的是( ) A．基因突变对生物个体是利多于弊 B．基因突变所产生的基因都可以遗传给后代 C．基因重组能产生新的基因 D．在自然条件下，基因重组是进行有性生殖的生物才具有的一种可遗传变异方式 解析：选D 基因突变具有多害少利的特点；发生在体细胞中的基因突变一般不能遗传给后代；只有基因突变才可以产生新的基因，基因重组可以产生新的基因型；在自然条件下，只有进行有性生殖的生物才会发生基因重组。 2．下列关于遗传变异的说法正确的是( ) A．任何生物在遗传过程中都可以发生基因突变、基因重组和染色体变异 B．花药离体培养过程中发生的变异有基因重组和染色体变异 C．基因突变可发生在细胞内不同DNA分子上体现了其随机性 D．基因重组和染色体变异都可导致基因在染色体上的排列顺序发生改变 解析：选C 原核生物和病毒不含染色体，不会发生染色体变异，基因重组一般发生在真核生物的有性生殖过程中；花药离体培养成单倍体幼苗过程中发生的是有丝分裂，该过程可以发生基因突变和染色体变异，但不会发生基因重组；细胞的不同DNA分子上的基因都可能发生突变，体现了基因突变的随机性；基因重组和染色体数目变异不会导致染色体上基因的排列顺序发生改变。 3.(2019·巢湖质检)如图是某二倍体动物细胞分裂示意图，其中字母表 示基因。据图判断正确的是( ) A．此细胞含有4个染色体组，8个DNA分子 B．此动物体细胞基因型一定是AaBbCcDd C．此细胞发生的一定是显性突变 D．此细胞既发生了基因突变又发生了基因重组 解析：选D 图示细胞有2个染色体组，8个DNA分子；细胞中正在发生同源染色体的分离，非同源染色体上非等位基因的自由组合，即基因重组；图中一条染色体的姐妹染色单体相同位置的基因为D和d，其对应的同源染色体上含有d、d，但不能确定是D突变成d，还是d突变成D，故可能发生的是隐性突变，也可能发生的是显性突变。 4．(2018·齐齐哈尔三模)诺贝尔生理学或医学奖获得者克隆了果蝇的period基因，并发现该基因编码的mRNA和蛋白质含量随昼夜节律而变化。下列相关叙述正确的是( ) A．period基因的基本组成单位是核糖核苷酸

神经系统遗传性疾病

第18章神经系统遗传性疾病 第一节概述 遗传性疾病（genetic disease）是由于遗传物质异常或有遗传因素决定的疾病。在遗传性疾病中约80%累及神经系统，其中以神经功能缺损为主要临床表现者称为神经系统遗传性疾病（genetic diseases of the nervous system）。神经系统遗传病可在任何年龄发病，但绝大多数在小儿或青少年期起病，具有家族性和终生性特点，致残、致畸及致愚率很高，危害极大，治疗困难。在研究、诊断和治疗遗传性疾病时，临床核心问题主要包括该疾病是否具有家族遗传性、家族中再发风险率是多少，发病受环境因素影响的大小以及预防或延缓疾病发生的可能性。同时，医学伦理问题密切贯穿遗传病的诊断和治疗过程，如产前和症状前诊断、基因诊断和治疗等，应给予高度关注。 【流行病学】 在人类遗传性疾病中，在已发现的7000多种遗传病中半数以上累及神经系统，我国神经系统单基因遗传病患病率为109.3/10万，本类疾病可发生于任何年龄，出生后即表现异常的如唐氏综合征和半乳糖血症；婴儿期发病的如婴儿型脊肌萎缩症和黑朦性痴呆；儿童期发病的如假肥大型肌营养不良；少年期发病的如肝豆状核变性、少年型脊肌萎缩症；青年期发病的如腓骨肌萎缩症；多在中年发病的如强直性肌营养不良、遗传性舞蹈病及遗传性共济失调；而橄榄脑桥小脑萎缩则多在老年期发病。 神经系统遗传性疾病病种很多，不少疾病的病因和发病机制尚未阐明。在家族性神经系统遗传性疾病中，基因遗传是起病的主要形式。在没有家族性遗传的情况下，因染色体畸变和基因突变导致的神经系统遗传性疾病，其可能的因素是细菌毒素、代谢产物及理化因子等。 【遗传方式】 神经系统遗传性疾病的遗传方式有： 1.单基因遗传病是单个基因发生碱基替代、插入、缺失、重复或动态突变引起的疾病。包括常染色体显性、常染色体隐性、X连锁隐性、X连锁显性和动态突变性遗传等。临床常见的单基因遗传病包括假肥大型肌营养不良、遗传性

【高考真题分类汇编】基因突变和基因重组

【高考真题分类汇编】基因突变和基因重组1．(2019·江苏高考)人镰刀型细胞贫血症是基因突变造成的，血红蛋白β链第6个氨基酸的密码子由GAG变为GUG，导致编码的谷氨酸被置换为缬氨酸。下列相关叙述错误的是() A．该突变改变了DNA碱基对内的氢键数 B．该突变引起了血红蛋白β链结构的改变 C．在缺氧情况下患者的红细胞易破裂 D．该病不属于染色体异常遗传病 答案A 解析题述密码子由GAG变为GUG，则控制血红蛋白合成的基因的模板链中对应的CTC变为CAC，但该基因中A与T和C与G的对数不变，故氢键数不会发生改变，A错误；由题意可知，血红蛋白β链中发生了一个氨基酸的改变，故该突变引起了血红蛋白β链结构的改变，B正确；镰刀型细胞贫血症患者的红细胞呈镰刀状，严重缺氧时红细胞易破裂，造成患者严重贫血，甚至死亡，C正确；该病产生的根本原因是基因突变，属于单基因遗传病，不属于染色体异常遗传病，D正确。 2．某大肠杆菌能在基本培养基上生长，其突变体M和N均不能在基本培养基上生长，但M可在添加了氨基酸甲的基本培养基上生长，N可在添加了氨基酸乙的基本培养基上生长，将M和N在同时添加氨基酸甲和乙的基本培养基中混合培养一段时间后，再将菌体接种在基本培养基平板上，发现长出了大肠杆菌(X)的菌落。据此判断，下列说法不合理的是() A．突变体M催化合成氨基酸甲所需酶的活性丧失 B．突变体M和N都是由于基因发生突变而得来的 C．突变体M的RNA与突变体N混合培养能得到X D．突变体M和N在混合培养期间发生了DNA转移 答案C 解析突变体M在添加了氨基酸甲的基本培养基上才能生长，可以说明突变体M催化合成氨基酸甲所需酶的活性可能丧失，从而不能自身合成氨基酸甲，A正确；大肠杆菌属于原核生物，突变体M和N都是由于基因发生突变而得来，B正确；突变体M与突变体N 混合培养能得到X是由于M将DNA整合到N的DNA中或N将DNA整合到M的DNA 中，实现了细菌间DNA的转移，D正确；突变体M的RNA为单链，不能整合到N的DNA 上，则不能形成X，C错误。

第三讲 基因突变与单基因病(参考答案)

第三讲基因突变与单基因病-13级临床1-10班、麻 醉班 考试说明： 一、单项选择题 1 基因突变致病的可能机制是（） 所编码蛋白质的结构改变，导致其功能增强所编码蛋白质的结构改变，导致其功能减弱所编码蛋白质的结构虽不变，但其表达量过多所编码蛋白质的结构虽不变，但其表达量过少以上都包括 2 点突变可引起( ) mRNA降解 DNA复制停顿阅读框架移动氨基酸置换氨基酸缺失 3 属于颠换的碱基替换为（） G和T A和G T和C C和U T和U 4 属于转换的碱基替换为（） A和C A和T T和C G和T G和C 5 不改变氨基酸编码的基因突变为（） 同义突变错义突变无义突变终止密码突变移码突变 6 导致脆性X综合征的是哪一种突变类型( ) 移码突变碱基替换后发生错义突变动态突变碱基替换后发生无义突变碱基替换后发生终止密码突变 7 某基因表达后，合成了一条比正常基因产物短的多肽链，该基因突变为( )

移码突变动态突变错义突变终止密码突变无义突变 8 下列哪种突变可导致肽链氨基酸序列由“Ala-Gly-Val-Leu-Pro-Cys”为 “Ala-Val-Val-Leu-Pro- Cys”（） 同义突变错义突变无义突变移码突变整码突变 9 终止密码突变会引起（） 肽链缩短肽链延长编码的氨基酸不变编码的氨基酸性质改变都不对 10 关于基因突变说法正确的是（） 由点突变引起的错义突变能够使蛋白质序列变短产生同义突变的原因是密码子具有简并性插入或者缺失碱基必定改变开放阅读框嘌呤和嘧啶互相替代的点突变称为转换结构基因的突变导致蛋白质表达量改变 11 由脱氧三核苷酸串联重复扩增而引起疾病的突变为（） 移码突变动态突变片段突变转换颠换 12 下列哪种突变可导致肽链氨基酸序列由“Ala-Gly-Val-Leu-Pro-Cys”为 “Ala-Val-Gly-Val-Leu-Pro- Cys”（） 错义突变无义突变终止密码子突变移码突变整码突变 13 下列哪种突变可引起移码突变( ) 转换和颠换颠换点突变缺失1-2个碱基插入3个核苷酸 14 错配联会和不等交换常引起（） 错义突变中性突变移码突变整码突变大段核酸缺失或重复 15 下列哪一种数量的碱基插入会导致基因的移码突变（）

第十章遗传物质的改变二基因突变

第十章遗传物质的改变二基因突变 所谓基因突变，就是一个基因变为它的等位基因。基因突变是染色体上一个座位内的遗传物质的变化，所以也称作点突变（point mutation）。 第一节基因突变概说 基因突变在生物界中是很普遍的，而且突变后所出现的性状跟环境条件间看不出对应关系。例如有角家畜中出现无角品种，禾谷类作物中出现矮秆植株，有芒小麦中出现无芒小麦，大肠杆菌中出现不能合成某些氨基酸的菌株等，都看不出突变性状与环境间的对应关系。 突变在自然情况下产生的，称为自然突变或自发突变（spont-aneous mutation）；由人们有意识地应用一些物理、化学因素诱发的，则称为诱发突变（induced mutation）。 突变体的表型特性突变后出现的表型改变是多种多样的。根据突变对表型的最明显效应，可以分为： （1）形态突变（morphological mutations）突变主要影响生物的形态结构，导致形状、大小、色泽等的改变。例如普通绵羊的四肢有一定的长度，但安康羊（Ancon sheep）的四肢很短，因为这类突变可在外观上看到，所以又称可见突变（visible muta-tions）。 （2）生化突变（biochemical mutations）突变主要影响生物的代谢过程，导致一个特定的生化功能的改变或丧失。例如链孢霉的生长本来不需要在培养基中另添氨基酸，而在突变后，一定要在培养基中添加某种氨基酸才能生长，这就发生了生化突变。 （3）致死突变（lethal mutations）突变主要影响生活力，导致个体死亡。致死突变可分为显性致死或隐性致死。显性致死在杂合态即有致死效应，而隐性致死则要在纯合态时才有致死效应。一般以隐性致死突变较为常见，如上面讲过的镰形细胞贫血症的基因就是隐性致死突变。又植物中常见的白化基因也是隐性致死的，因为不能形成叶绿素，最后植株死亡。当然，有时致死突变不一定伴有可见的表型改变。 致死突变的致死作用可以发生在不同的发育阶段，在配子期，胚胎期，幼龄期或成年期都可发生。如女娄菜的细叶基因b是配子致死，而小鼠的黄鼠基因A y在纯合时是合子致死。 致死基因的作用也有变化。基因型上属于致死的个体，有全部死亡的，有一部分或大部份活下来的。从而根据基因的致死程度，可以分为全致死（使90％以上个体死亡），半致死（semilethals，使50—90％个体死亡）和低活性（subvitals，使50—10％个体死亡）等。

神经系统遗传性疾病

神经系统遗传性疾病 病因和发病机制：见P383 1、三核苷酸重复扩增。 2、离子通道病。 3、遗传代谢病。 4、异常蛋白产物沉积。 5、金属离子转运障碍。 分类： 1、单基因遗传病：孟德尔式的单基因遗传。 2、多基因遗传病：多基因、累加效应、环境因素。 3、染色体病：数目和结构异常。 4、线粒体遗传：母系遗传。 症状和体征： 共同性症状： 1、发病年龄早。 2、进行性加重。 3、家族聚集现象。 4、认知、行为、发育异常。 5、语言运动障碍。 6、多系统、多器官、多功能损害。 特征性症状： 诊断： 1、遗传早现现象：动态突变病。 2、DNA突变诊断：单基因遗传病。 遗传性共济失调 1、其特征：明显的家族遗传背景，小脑损害为主的病理改变，共济失调为核 心症状。 2、损害部位：小脑及传导束纤维、脊髓后索、锥体束、脑桥核、基底节、脑 神经核、脊神经节、自主神经系统。 3、目前主要以所发现的突变基因分类。 4、根据临床表现分类： a、脊髓小脑性共济失调：主要表现脊髓症状——Friedreich型共济失调。 b、小脑皮质性共济失调：小脑皮质症状——家族性纯小脑-橄榄萎缩 Holmes型。 c、复杂性小脑共济失调：橄榄-脑桥-小脑萎缩——Machado-Joseph病。 5、根据遗传方式和致病基因及位点的不同进行分类： a、常染色体显性遗传性小脑共济失调(ADCA)：脊髓小脑性共济失调 （SCA）——齿状核－红核－苍白球－底丘脑核萎缩；遗传性痉挛性共 济失调（HSA）；两种发作性共济失调（EA、EA2）。 b、常染色体隐性共济失调：Friedreich共济失调；共济失调－毛细血管扩 张症（A－T）；伴维生素Ｅ缺乏的共济失调。 c、性连锁遗传性共济失调。

第十章 基因突变

第十章基因突变 基因突变是指染色体上某一基因位点内部发生了化学性质的变化，与原来基因形成对性关系。 第一节基因突变的时期和特征 基因突变在自然界广泛地存在。由于基因突变而表现突变性状的细胞或个体，称为突变体，或称突变型。 1、基因突变的时期 突变可以发生在生物个体发育的任何时期，亦即体细胞和性细胞都能发生突变。 基因突变通常是独立发生的，某一基因位点的这一等位基因发生突变时，不影响其它等位基因。在体细胞中如果隐性基因发生显性突变，当代就会表现出来，同原来性状并存，形成镶嵌现象或称嵌合体。 2、基因突变的一般特征 (一)突变的重演性和可逆性 同一突变可以在同种生物的不同个体间多次发生，这称为突变的重演性。 基因突变象许多生物化学反应过程一样是可逆的，在多数情况下，正突变率总是高于反突变率。 (二)突变的多方向性和复等位基因 基因突变的方向是不定的，可以多方向发生。例如，基因A可以突变为a，也可以突变为a1、a2、a3、……等。a、a1、a2、a3、……对A来说都是隐性基因，同时a、al、a2、a3、……等之间的生理功能与性状表现又各不相同。位于同一基因位点上的各个等位基因在遗传学上称为复等位基因。 (三)突变的有害性和有利性 大多数基因的突变，对生物的生长和发育往往是有害的。极端的会导致死亡，这种导致个体死亡的突变，称为致死突变。 突变的有害性是相对的，而不是绝对的。 (四)突变的平行性 亲缘关系相近的物种因遗传基础比较近似，往往发生相似的基因突变。这种现象称为突变的平行性。 第二节基因突变与性状表现 一、显性突变和隐性突变的表现 基因突变是独立发生的，一对等位基因一般总是其中之一发生突变，另一个不同时发生突变。基因突变表现世代的早晚和纯化速度的快慢，因显隐性而有所不同。在自交的情况下，相对地说，显性突变表现的早而纯合的慢(在第一代就能表现，第二代能够纯合，而检出突变纯合体则有待于第三代)；隐性突变与此相反，表现的晚而纯合的快(在第二代表现，第二代纯合，检出突变纯合体也在第二代)。 二、大突变和微突变的表现 基因突变引起性状变异的程度是不相同的。有些突变效应表现明显，容易识别，这叫大突变。控制质量性状的基因突变大都属于大突变，有些突变效应表现微小，较难察觉，这叫微突变。控制数量性状的基因突变大都属于微突变。控制数量性状遗传的基因是微效的、累加的。 第三节基因突变的鉴定

基因突变和基因重组习题精选.doc

《基因突变和基因重组》习题精选 1．培育青霉素高产菌株的方法是（） （ A）杂交育种（B）单倍体育种 （ C）诱变育种（D）多倍体育种 2．自然界中生物变异的主要来源是（） （ A）基因突变（B）基因重组 （ C）环境影响（D）染色体变异 3．产生镰刀型细胞贫血症的根本原因是（） （A）红细胞易变形破裂 （B）血红蛋白中的一个氨基酸不正常 （C）信使 RNA 中的一个密码发生了变化 （D）基因中的一个碱基发生了变化 4．人工诱变区别于自然突变的突出特点是（） （ A）产生的有利变异多（B）使变异的频率提高 （ C）可人工控制变异方向（D）产生的不利变异多 5．下面列举了几种可能诱发基因突变的原因，其中哪项是不正确的（ ）（ A）射线的辐射作用（B）杂交 （ C）激光照射（D）秋水仙素处理 6．人类的基因突变常发生在（） （ A）减数分裂的间期（B）减数第一次分裂 （ C）减数第二次分裂（D）有丝分裂末期 7．人工诱变是创造生物新类型的重要方法，这是因为人工诱变（）（A）易得大量有利突变体 （B）可按计划定向改良 （C）变异频率高，有利变异较易稳定 （D）以上都对 8．一种植物只开红花，但在红花中偶尔出现一朵白花，将白花所给种子种下，后代仍为白花。出现这种现象的原因可能是（） （ A）基因突变（B）基因重组 （ C）染色体变异（D）基因互换 9．下列属于基因突变的是（） （A）外祖母正常，母亲正常，儿子色盲 （B）杂种高茎豌豆自交，后代中出现矮茎豌豆 （C）纯种红眼果蝇后代中出现白眼果蝇 （D）肥水充足时农作物出现穗大粒多 10．一对夫妇所生子女中，性状差别甚多，这种变异主要来自于（）（ A）基因重组（B）基因突变 （ C）染色体变异（D）环境的影响 11．如果基因中四种脱氧核苷酸的排列顺序发生了变化，则这种变化叫（）（ A）遗传性变化（B）遗传信息变化 （ C）遗传密码变化（D）遗传规律变化

2019高中生物第5章第1节基因突变和基因重组教案新人教版

基因突变和基因重组 一、基因突变 1．概念 DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。 2．实例(镰刀型细胞贫血症)分析 (1)症状：患者红细胞由正常中央微凹的圆饼状变为弯曲的镰刀状，易发生红细胞破裂，使人患溶血性贫血。 (2)病因图解 (3)分析 (4)结论：镰刀型细胞贫血症是由于基因的一个碱基对改变而产生的一种遗传病。 3．对后代的影响 (1)若发生在配子中，将传递给后代。 (2)若发生在体细胞中，一般不遗传，但有些植物可通过无性繁殖传递。 4．时间、原因、特点及意义 (1)时间：主要发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期。

二、基因重组 1．概念 在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。 2．类型比较 3.意义 基因重组是生物变异的来源之一，对生物进化具有重要意义。 一、基因突变的实例 1．阅读教材P83[思考与讨论]，探讨下列问题： (1)基因突变一般发生在细胞分裂的什么时期？ 提示：有丝分裂间期或减数第一次分裂前的间期。 (2)结合DNA分子的结构特点和复制过程，分析DNA分子复制时容易发生基因突变的原因。 提示：DNA分子复制时，DNA双链要解旋，此时结构不稳定，易导致碱基对的数量或排列顺序改变，从而使遗传信息发生改变。

2．分析教材P70囊性纤维病的病因图解，结合镰刀型细胞贫血症的病因，探讨下列问题： (1)从DNA分子结构上分析，囊性纤维病的病因是什么？与正常人的CFTR基因相比，碱基数量、排列顺序发生了怎样的变化？ 提示：①CFTR基因缺失3个碱基。②与正常人的CFTR基因相比，碱基数量减少，排列顺序发生改变。 (2)镰刀型细胞贫血症的根本原因是什么？变化后导致血红蛋白基因中碱基种类、数量和排列顺序发生了怎样的变化？ 提示：①碱基替换。②碱基种类可能变化，数量不变，排列顺序发生改变。 (3)根据上述资料分析可知，基因突变导致基因结构的改变，这种改变具体表现在哪些方面？这种改变在光学显微镜下能观察到吗？ 提示：①脱氧核苷酸(碱基)的种类、数量、排列顺序的改变引起遗传信息的改变。②这种改变在光学显微镜下不能观察到。 3．基因突变一定会改变遗传信息和生物性状吗？试分析原因。 提示：(1)遗传信息一定改变。基因突变是指基因中碱基对的替换、增添和缺失，基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息。发生基因突变后，遗传信息会发生改变。 (2)生物性状不一定发生改变。发生碱基对的改变时，由于密码子的简并性，可能并不改变蛋白质中的氨基酸序列，不改变生物的性状；发生隐性突变时，生物的性状也不一定改变。 二、基因突变的原因和特点 1．癌变的原因是由于细胞内抑癌基因和原癌基因发生突变，癌细胞的特点之一是能进行无限增殖，医学上通常使用一定量的化学药剂对癌症病人进行化疗。另一方面接受化疗后的病人身体非常虚弱。 结合基因突变分析并回答下列问题： (1)化疗能够治疗癌症的原理是什么？ 提示：化疗的作用是通过一定量的化学药剂干扰癌细胞进行DNA复制，从而抑制其分裂的能力，或者杀死癌细胞。 (2)接受化疗的癌症患者，身体非常虚弱的原因是什么？ 提示：化疗的药物，既对癌细胞有作用，也对正常的体细胞有作用，因此，化疗后病人的身体是非常虚弱的。

高中生物基因突变和基因重组

高中生物基因突变和基因重组2019年3月20日 （考试总分：120 分考试时长： 120 分钟） 一、填空题（本题共计 5 小题，共计 20 分） 1、（4分）多年生植物（2N＝10），茎的高度由一对等位基因（E和e）控制。研究发现：茎的高度与显性基因E的个数有关（EE为高秆、Ee为中秆、ee为矮秆），并且染色体缺失会引起花粉不育。请回答下列问题： （1）花粉形成过程中，在减数第一次分裂后期细胞内有________对同源染色体。 （2）育种工作者将一正常纯合高秆植株（甲）在花蕾期用γ射线照射后，让其自交，发现子代有几株中秆植株（乙）。其他均为高秆植株。子代植株（乙）出现的原因有三种假设： 假设一：仅由环境因素引起； 假设二：γ射线照射植株（甲）导致其发生了隐性突变； 假设三：γ射线照射植株（甲）导致一个染色体上含有显性基因的片段丢失。 ①γ射线照射花蕾期的植株（甲）后，植株叶芽细胞和生殖细胞均发生了突变，但在自然条件下，叶芽细胞突变对子代的性状几乎无影响，其原因是_________________________________________________ ___。 ②现欲确定哪个假设正确，进行如下实验： 将中秆植株（乙）在环境条件相同且适宜的自然条件下单株种植，并严格自交，观察并统计子代的表现型及比例。如果_______________________________________________________，则假设三正确。2、（4分）回答下列关于生物变异的问题： （1）2013年8月18日，中国“神舟十号”飞船搭载的“大红袍1号”和“正山小种1号”等茶种顺利移交给武夷山茶叶育种基地的科研人员，进入基地培育与筛种阶段，这种育种方式是________． （2）如图甲表示镰刀型细胞贫血症的发病机理，该病________（填“能”或“不能”）通过光学显微镜直接观察到，转运缬氨酸的tRNA一端裸露的三个碱基应该是________． （3）某动物的基因型为AABb，该动物体的一个体细胞有丝分裂过程中一条染色体上的基因如图乙所示，则两条姐妹染色单体上的基因不同的原因是________． （4）图丙表示两种类型的变异．其中属于基因重组的是________（填序号），属于染色体结构变异的是____ ____（填序号），从发生的染色体种类来看，两种变异的主要区别是________． 3、（4分）镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白多肽链中，一个氨基酸发生了替换。下图是该病的病因图解。回答下列问题： （1）图中①表示DNA上的碱基对发生改变，此种变异称为____________。 （2）图中②以DNA的一条链为模板，按照____________原则，合成mRNA的过程，遗传学上称为____ _____，该过程的场所主要是________________________。 （3）图中③过程称为____________，完成该过程的场所是____________。 （4）已知谷氨酸的密码子为GAA或GAG，组氨酸的密码子为CAU或CAC，天冬氨酸的密码子为GAU 或GAC，缬氨酸的密码子为GUA、GUU、GUC或GUG。图中氨基酸甲是____________。 4、（4分）如图为某家族甲、乙两种遗传病的系谱图。甲遗传病由一对等位基因（A、a）控制，乙遗传病由另一对等位基因（B、b）控制，这两对等位基因独立遗传。已知Ⅱ－4携带甲遗传病的致病基因，但不携带乙遗传病的致病基因。根据系谱图回答问题： （1）甲遗传病的遗传方式为______________，乙遗传病的遗传方式为______________。 （2）Ⅰ－2的基因型为_______________。 （3）若Ⅱ－3和Ⅱ－4再生一个孩子，则这个孩子同时患甲、乙两种遗传病的概率是______。 （4）甲病致病基因产生途径是基因突变，基因突变是指DNA分子中发生____________，而引起的基因结构的改变。 5、（4分）下图表示人类镰刀细胞贫血症的病因，据图回答： （1）③过程是________，发生的场所是________。 （2）④表示的碱基序列是________，这是决定一个缬氨基的一个________。

《基因突变和基因重组》教案

第1节基因突变和基因重组 ●从容说课 本节教学可用1课时，教学重点是基因突变。基因重组的实质，即基因的自由组合定律，已经在孟德尔的豌豆杂交实验中作过详细的介绍，因此在本节教学中不再列为重点内容。 为了让学生更好地理解基因突变的概念，教材不是从概念到概念，而是从实例分析入手，再归纳、总结概念。在教学过程中，教师也应遵循这种符合学生认知规律的呈现方式，从现象到概念，从宏观到微观来开展教学活动。 关于基因突变，教材选用了镰刀型细胞贫血症的实例，从现象开始，追根溯源，让学生理解基因突变的根本原因是DNA分子的碱基对发生了变化。这种变化可能会导致生物体的性状发生改变。限于篇幅，教材没有过多地介绍镰刀型细胞贫血症的发现过程（具体过程参见教学案例）。教学中，教师要让学生明确：DNA分子的碱基对发生了变化生物体的性状发生改变这一因果关系。通过讨论，学生能够认识到基因突变的本质是DNA分子的碱基对发生了改变，并且能够进一步理解“基因对性状的控制是通过控制蛋白质合成来实现的”这一基本的生物学原理。 在学习基因突变的原因时，教师可以通过先介绍癌症的形成是体细胞发生基因突变的结果，然后让学生列举生活中的事例，归纳哪些因素会导致基因突变。例如，射线（X射线、紫外线、γ射线等）容易引发癌症，在强烈的日光下暴晒，容易导致皮肤癌；据报道，在医院放射室工作的医生容易患癌症；前苏联的切尔诺贝利核电站发生核泄漏时，核电站周围的居民得癌症的几率大大增加。变质花生中的黄曲霉素可致癌（化学因素）等。 最后以填表的形式引导学生将基因突变和基因重组进行对比和总结。 ●三维目标 1.知识与技能 （1）举例说明基因突变的特点和原因。 （2）举例说出基因重组。 （3）说出基因突变和基因重组的意义。 2.过程与方法 （1）采用镰刀型细胞贫血症的实例，从现象开始，追根溯源，让学生理解基因突变的根本原因是DNA分子的碱基对发生了变化。 （2）用类比推理的方法引导学生理解基因突变的类型。 （3）通过生活中的具体事例引导学生理解抽象的概念，归纳哪些因素会导致基因突变。 （4）以设问和讨论的形式引导学生思考基因突变和基因重组的意义。 3.情感态度与价值观 引导学生从生物学角度对基因突变和基因重组作科学的了解，形成正确的科学价值观，激发学生的责任感。 ●教学重点 1.基因突变的概念及特点。 2.基因突变的原因。 ●教学难点 基因突变和基因重组的意义。 ●教具准备 1.基因突变实例图片。 2.基因突变引起性状改变流程图（即课本P81完整图）。 ●课时安排

第十章基因突变

第十章基因突变 基因突变指染色体上一个座位内遗传物质的变化 基因突变是指基因的一种等位形式变成另一种等位形式，可以涉及基因序列一个或 多个核苷酸对的取代、增加或缺失 表现突变性状的细胞或个体称为突变体 基因突变的特点（嫌长的话看下突变的一般特点就可以了） 突变率 指在一个世代中或其他规定的单位时间内，在特定的条件下，一个细胞发生 某一突变事件的概率 对有性生殖的生物，突变率通常是用一定数目配子中的突变型配子数表示 细菌的突变率通常用一定数目的细菌在分裂一次过程中发生突变的次数表 示 突变的类型 自发突变 在自然条件下发生突变 诱发突变 人工运用物理方法或使用化学诱变剂诱发的突变 1927年缪勒和斯特德勒用X射线研究人工诱变 体细胞突变 不能直接传递给后代。需及时与母体分离，加以无性繁殖，或再通 过有性繁殖传递给后代 性细胞突变 可以通过受精过程直接传递给后代 突变的表型特征 形态突变 突变主要影响生物的形态结构，导致形状、大小、颜色等的改变 生化突变 突变主要影响生物的代谢过程，导致某一特定的生化功能的改变或 丧失 致死突变 影响细胞或个体生活力，导致其死亡的突变 条件致死突变 在许可条件下突变体可以存活，在限制条件下突变体死亡的突变 营养缺陷突变型 温度敏感突变型 抑制子敏感突变型 致死突变 影响细胞或个体生活力，导致其死亡的突变 条件致死突变 在许可条件下突变体可以存活，在限制条件下突变体死亡的突变 营养缺陷突变型

温度敏感突变型 抑制子敏感突变型 突变的一般特点 突变的随机性 突变可以发生在生物世代的任何一个时期 突变的无目的性和不确定性 突变的稀有性 自然条件下突变率很低 真核生物每核苷酸对每代为10－7～10－9 细菌每核苷酸对每代为10－8～10－10 突变的可逆性 正向突变 由野生型改变为突变型 回复突变 由突变型恢复为野生型 抑制突变 在原突变点外的第二点回复突变，使野生表现型得以恢复或 部分恢复 抑制突变的类型 基因内抑制突变和基因间抑制突变 直接抑制突变和间接抑制突变 突变的重演性 同种生物中相同基因突变可以在不同的个体、不同的世代重复出现 突变的多方向性 一个基因可以突变为一个以上的等位基因 复等位基因：指位于同源染色体同一座位上多个等位基因的总体 突变的有害性和有利性 突变大多打破了机体遗传的平衡状态，影响个体正常生理代谢，导 致个体发育异常或死亡 中性突变：控制次要性状的基因发生突变，并不影响个体的生活力 或生殖力 突变的有利性和有害性是相对的 人类需要和生物本身突变的利弊有时有不一致性 突变的平行性 亲缘关系相近的物种因遗传基础近似，常发生相似的突变 如果在某一物种或属内发现一些突变，可以预期在亲缘关系相近的 其他物种或属内也会出现类似的突变，这对人工诱变有一定的参考 意义 突变的表现和检出 性细胞显性突变表现早，纯合迟；隐性突变表现迟，纯合早 体细胞显性突变，当代就会表现出来，同原来性状并存，形成嵌合体