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基因突变只发生在分裂间期吗?
林颖韬 1

基因突变指DNA分子中碱基对的增添、缺失、替换,而引起基因结构的改变。很多教辅书对基因突变时间和原因的总结为:基因突变是由于间期DNA复制出错引起的。所以学生会认为基因突变只是在间期发生的,这样的认识是否准确呢?

1基因突变发生的时间

DNA是一个双螺旋结构,两条链的碱基之间互补配对,这样,一条链的碱基限制着另一条链的碱基,碱基不能随意改变。当DNA复制时,局部的双链解开成单链,没有了约束,一条链上的碱基就可能变成另一种碱基,或者增添,缺失碱基对,发生基因突变。不可否认,基因突变主要与DNA复制出错有关,所以基因突变主要是在间期发生,但间期不是发生基因突变的唯一时间。在此,有必要了解基因突变发生的前因后果,以及相关要素之间的内在联系。

2引起基因突变的因素

引起基因突变的因素包括外部因素和内部因素。

2.1引起基因突变的外部因素

物理因素:主要指紫外线、X射线和其他辐射,能损伤细胞内的DNA;

化学因素:亚硝酸、碱基类似物等能改变核酸的碱基;

生物因素:指某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的DNA等。

2.2引起基因突变的内部因素

DNA复制偶尔发生错误;DNA碱基组成发生改变等。上述外部因素和内部因素中,DNA复制出错是发生在间期,那么DNA碱基组成的改变什么时候发生呢?外部的物理因素、化学因素、生物因素是直接损伤DNA结构呢,还是通过扰乱DNA复制过程间接的影响基因突变?

3基因突变的发生过程

3.1外部因素引起基因发生的过程

常见的外部因素引起基因突变的类型可归纳为表1。

 

以紫外线引起的基因突变为例加以说明:紫外线照射可以使DNA分子中部分胸腺嘧啶以环丁基环形成二聚体,这种变化在DNA链上相邻近的胸腺嘧啶核苷酸间容易发生。二聚体形成以后,DNA的复制和转录功能受到阻碍,这属于基因碱基对的改变。紫外线照射形成的环丁基环在任何时期都可以发生,并不只是在间期起作用。

3.2内部因素中DNA碱基组成发生改变引起基因突变的过程

DNA虽然是一个规则的双螺旋结构,通过碱基之间的氢键和磷酸基团的排斥力使结构相对稳定,但也不是绝对的稳定。在自然条件下,碱基也会自发发生以下改变:一是脱嘌呤作用,在细胞内正常的pH及温度下,自发进行的脱嘌呤作用可见于DNA嘌呤组分内,核苷酸中连接碱基与脱氧核糖的糖苷键发生断裂,于是嘌呤脱落,造成DNA长链中光秃的d-核糖残基。据估算,哺乳动物细胞中24h内有10个嘌呤-d核糖之间糖苷键断裂,使DNA中出现许多无嘌呤的部位;二是脱氨基作用,嘧啶核苷酸中的糖苷键较嘌呤核苷酸稳定,因此不易进行脱嘧啶作用。但是胞嘧啶在37条件下易发生脱氨基作用,生成尿嘧啶核苷酸(胞嘧啶和尿嘧啶结构上相差一个氨基)。如果此变化得不到修复,则DNA复制时,C:G配对将变为U:A配对。

上述的DNA损伤类型均是较易发生且是随机发生的。通常,细胞通过切除修复、重组修复、SOS修复等DNA修复方式对损伤进行修复;如果不能得到修复,则可导致突变。

基因突变发生时间的问题还有一个有力的证据。癌症是正常细胞中原癌基因和抑癌基因突变,正常细胞转化成癌细胞。至今已经发现许多种细胞都可能发生癌变,其中也包括许多不分裂的细胞。如血管瘤、肝癌等。这从另一方面说明,基因突变并不只是在间期发生,而是各个时期都有可能发生。

——樊向利.基因突变只发生在分裂间期吗.生物学教学.2014年第11期
来源:https://buluo.qq.com/p/detail.html?bid=338220&pid=4196881-1488452200

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