第十二章 突变和重组机理

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1、第十二章突变和重组机理　　这本书里，有一章专门讨论突变，有一章专门讨论重组，此外在好多章节里提到突变和重组，可是我们还很少接触到这些过程的机理，所以在这一章里，我们要从分子水平来加以探讨。第一节突变的分子基础　　Watson和Crick关于DNA的结构和复制的模型牢固地确立后，很清楚，基因突变是由于DNA分子中核苷酸顺序的改变，随而基因作用改变，最后导致个体表型的改变。我们现在认识到，至少有两种突变方式可以改变基因的信息内容。　　①碱基替换（basesubstitution）一个碱基对被另一碱基对代替。　　②移码突变（frameshif

2、tmutation）增加或减少一个或几个碱基对。　　在第十章中已提到过，可以引起基因突变的理化因素很多。不过在诱变机理方面了解比较清楚的，还是化学诱变剂。已知有诱变作用的化学品的种类很多，而且这张单子还不断延长。我们现在就以几类不同的化学物质为例，分别说明碱基替换和移码突变的两种基因突变方式。至于物理因素诱变的机理在本章的第三节“DNA损伤的修复”中，将约略提及。　　碱基类似物的诱发突变一种化合物的分子结构很像天然化合物，所以在某个化学反应中取代了天然化合物。碱基类似物（baseanalogues）在这类化合物中是最早受到注意的，因为其

3、中少数可以在DNA复制中代替这种或那种天然碱基，引起配对错误，从而由一碱基对代替另一不同碱基对。　　例如5-溴尿嘧啶（5-bromouracil，BU）是一种碱基类似物，它跟胸腺嘧啶有类似的结构。把E．coli培养在含有5-溴尿嘧啶的培养液中，菌体里一部分DNA中的胸腺嘧啶便为5-溴尿嘧啶所取代。一般，DNA中含有的5-溴尿嘧啶愈多，则群体中发生突变的细菌也愈多，而且已经发生了突变的细菌，以后在不含溴化物的培养液中多次培养，仍旧保持突变的性状。那末怎样解释这些现象呢？　　我们知道，在正常的DNA分子中，胸腺嘧啶和腺嘌呤处在相对的位置上。

4、5-溴尿嘧啶像所有天然碱基一样，能从一种结构转变为另一种结构。通常5-溴尿嘧啶（BU）在DNA分子中以酮式状态存在，这时它和胸腺嘧啶一样，也能与腺嘌呤配对；但由于5位上的溴的影响，5-溴尿嘧啶有时以烯醇式状态存在于DNA中，当DNA复制到这个碱基时，在它的相对位置上便将出现一个鸟嘌呤（图12-1）。而在下一次DNA复制时，鸟嘌呤又按一般情祝跟胞嘧啶配对，这样原来的A—T碱基对就转变为G—C碱基对（图12-2）。　　因为BU的烯醇式可以跟鸟嘌呤配对，所以它有时掺入到DNA，取代胞嘧啶的位置，也可引起碱基对的改变，由G－C碱基对改变为A－T

5、碱基对。这过程完全是上述过程的回复。因为BU的烯醇式是比较不常有的异构体，所以由G－C变为A－T要比A－T变为G—C少得多。尽管这样，由BU诱发的突变也可由BU来回复。　　碱基替换时，嘌呤由嘌呤代替，嘧啶由嘧啶代替，叫做转换（transition），而嘌呤为嘧啶代替，嘧啶为嘌呤代替，叫做颠换（transversion）（图12-3）。5-溴尿嘧啶引起的碱基替换是转换。　　另一碱基类似物——2-氨基嘌呤（2-aminopurine），对T4和E．coli等也是诱变剂，它的诱变作用也是引起碱基对的转换。　　改变DNA化学结构的诱变剂碱基类似

6、物是诱变剂，因为它们取代复制中DNA的一个正常碱基；其它诱变剂，如亚硝酸，烷化剂（alkylatingagents），它们的作用是改变核酸中的核苷酸化学组成，所以它们的作用跟DNA的复制无关。　　（1）亚硝酸（HNO2）这是一种很有效的诱变剂，已知可以引起很多生物的突变，如烟草花叶病病毒，T2，T4，E．coli等。　　已知亚硝酸有氧化脱氨作用，它使腺嘌呤（A）脱去氨基，成为次黄嘌呤（H），使胞嘧啶（C）脱去氨基，成为尿嘧啶（U）（图12-4），使鸟嘌呤脱去氨基，成为黄嘌呤。脱氨后生成的次黄嘌呤跟胞嘧啶配对，脱氨后生成的尿嘧啶跟腺嘌呤配

7、对。在下一次DNA复制时，胞嘧啶（C）又按一般情况跟鸟嘌呤（G）配对，腺嘌呤（A）也按通常情况跟胸腺嘧啶（T）配对，这样就由原来的A－T转换为G—C，由原来的G—C转换为A—T，使DNA分子中核苷酸排列次序发生变化。但脱氨后生成的黄嘌呤不能跟其它任何碱基配对，所以这种改变可能对细胞是致死的。　　用亚硝酸处理大肠杆菌的碱性磷酸酶缺陷株，得到能够产生这种酶的回复株。分析回复株所产生的碱性磷酸酶的氨基酸顺序，并参照遗传密码，知道亚硝酸使这个缺陷型回复为原养型的作用主要是由于A－T转换为G－C。　　已知亚硝酸可以引起T4和E．coli的缺失，以

8、及酵母菌的移码突变。关于移码突变留到下面再谈。　　（2）烷化剂烷化剂对很多生物有诱变作用，这些生物包括噬菌体，细菌，链孢霉，蚕豆和果蝇等。烷化剂包括的种类很多，其中有最早发现的化学诱变剂——芥子气，还有在工