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一、基因突变的概念与特性
基因突变的概念
遗传物质是相对稳定的，但在一定内外因素的影响下可以发生改变。DNA分子中发生碱基对的组成或排列顺序的改变，叫做基因突变（genemutation）。基因突变可以发生在生物个体发育的任何阶段和任意细胞中，包括体细胞和生殖细胞。如果基因突变发生在生殖细胞形成时期，突变基因将随生殖细胞的传递而存在于子代的每个体细胞中，使后代表现处相应的遗传形状改变，也就是说突变是可以遗传的，这种突变称为生殖细胞突变（gecmcellmutation）。如果基因突变发生在体细胞中，突变基因只会随体细胞的增值而传递，在当代表现，其遗传形状一般不能直接传递给下一代，这种突变称为体细胞突变（somticcellmutation），它是细胞癌变的基础。
2.基因突变的特性
（1）基因突变的可逆性基因突变具有可逆性，如显性基因A可以突变为隐性基因a，隐性基因a也可以突变成显性基因A。前者称为正突变（forwardmutation），后者称为回复突变或反突变（backmutation）。正突变和回复突变的频率是不同的。二者突变频率的差异不难理解。如果我们设想一个正常野生型基因是包含个碱基对的NDA片段，其中任何一个碱基对的变化都是正向突变，而回复突变则只有在特定变化了的碱基对重新恢复原来的状态下才能发生。因此，回复突变要求高度的特异性，其突变频率自然比正向突变低得多。
（2）基因突变的多向性基因突变的多向性是指同一基因在群体中可以发生多种独立的突变，即产生多个等位基因。如基因A可以突变成等位基因a?、a?、a?等，从而构成复等位基因。人类ABO血型就是IA、IB、i三种基因构成的复等位基因决定的。
（3）基因突变的稀有性。自然状态下基因突变的频率很低，不同生物的基因突变率是不同的。高等生物的自发突变率为1x10^(-10)~1x10^(-5)/配子/位点/代，人类的突变率约为1x10^-6/配子/位点/代。
（4）基因突变的有害性大部分基因突变对生物体本身都是有害的，人类的遗传病绝大多数是由基因突变造成的。因为生物现有性状是经过长期进化形成的遗传平衡系统，任何基因突变都将破坏和扰乱原有的遗传平衡，从而产生有害的影响。
二、基因突变的诱发因素
根据基因突变发生的原因，可将突变分为自发突变和诱发突变。自发突变（spontaneousmutation）也称自然突变，即在自然条件下，细胞在正常生活过程中的产生，或受环境随机作用而发生的。诱发突变（inducedmutation）则是在人为诱变条件的作用下发生的突变。这两类突变的表现形式没有差别。研究表明，基因突变与生物所处的外部和内部的环境条件有关，一些物理、化学和生物等因素都可以诱发基因突变。
物理因素
物理诱变因素可以分为电离辐射和非电离辐射两类。电离辐射包括X射线、γ射线、α射线和β射线等，这些射线通过引起碱基结构的改变，导致DNA的断裂、错接以及碱基配对关系的改变，从而产生基因突变。非电离辐射主要包括紫外线等，紫外线照射容易引起DNA同一链上的两个邻接嘧啶碱的共价连接，形成嘧啶二聚体，最常见的是形成胸腺嘧啶二聚体。
化学因素
根据诱变剂的作用及时，化学因素主要有以下三类。
（1）碱基类似物碱基类似物是指与核酸中四种碱基的化学结构相似的一些物质。如5-溴尿嘧啶在结构上与胸腺嘧啶（T）十分相似，有酮式和烯醇式两种可以互变的异构体，它们可以分别于A和G配对，从而导致突变的发生（图一）
图一5-溴尿嘧啶的酮式、烯醇式结构及配对特性图
（2）修饰碱基结构的诱变剂这类物质能够与DNA分子中的碱基作用，使碱基分子的结构改变，从而导致碱基的替代，常见的有亚硝酸、羟胺和烷化剂等。亚硝酸可使具有氨基的碱基发生氧化脱氧反应，如使A脱氨基转变为次*嘌呤与G配对；羟胺则可以专一地与胞嘧啶C结合，使其转变为羟胺胞嘧啶并与腺嘌呤A配对；烷化剂则能将自身的烷基转移到碱基上，使碱基发生烷基化，从而导致碱基的配对方式发生改变。
（3）插入诱变剂这类诱变剂能够结合到DNA分子中，引起DNA分子遗传密码的阅读顺序发生改变，从而导致突变。常见的有吖啶橙、溴化乙锭、原*素等。
生物因素
生物因素主要指真菌的代谢产物，病*，寄生虫等，例如麻疹病*、风疹病*等感染细胞后，均可引起基因突变。早期胚胎发育的细胞对此尤为敏感，因此，妊娠早期病*感染，常可引起基因突变而导致胎儿畸形。
三、基因突变的类型
基因突变可分为碱基替换、移码突变和动态突变三种类型。
碱基替换
DNA分子中一个碱基被另一个不同的碱基所取代，称为碱基替换。碱基替换包括转换和颠换两种方式（图二）。转换（transition）是指一种嘌呤被另一种嘌呤所替换，或者一种嘧啶被另一种嘧啶所替换；颠换（transversion）是指一种嘧啶被一种嘌呤替换，或一种嘌呤被一种嘧啶替换。
图二碱基替换
替换可以只涉及一个碱基，也可以涉及多个碱基。其特点是个别碱基发生改变，而没有增加或减少碱基数目，因而只影响单个或少数几个密码子，产生一下四种后果。
（1）同义突变（samesensemutation）是指碱基替换之后，一个密码子变成另一个密码子，但是所编码的氨基酸没有改变。这是由于遗传密码具有兼并性，例如，密码子CGA、CGG和CGU均编码精氨酸，第三位上的碱基发生突变并不改变编码的氨基酸。
（2）无义突变（nonsensemutation）是指碱基替换后，使一个编码氨基酸的密码子变为不编码任何氨基酸的终止密码子，致使肽链的合成提前终止，形成一条不完整的多肽链，由这条多肽链组装成的蛋白质分子就会失去正常功能，从而影响某些代谢过程。例如，当ATG最后一个碱基G被T替换后，编码络氨酸的密码子UAC变为UAA，成为终止信号。
（3）错义突变（missensemutation）是指碱基替换前后密码子编码不同的氨基酸，从而使多肽链氨基酸的种类和序列发生改变。例如，GAA编码谷氨酸，当一个碱基G被A替换后，则变成AAA，编码赖氨酸。错义突变的结果通常使多肽链丧失原有的功能，许多蛋白质的异常就是错义突变引起的。
（4）终止密码突变（terminatorcodonmutation）是指DNA分子中的某一终止密码突变为编码氨基酸的密码子，从而使多肽链的合成继续下去，直到下一个终止密码为止，形成超长的异常多肽链。
2.移码突变
移码突变（frameshiftmutation）是指DNA碱基序列中插入或缺失一个或几个不是3的倍数个碱基对，造成在插入或缺失点下游的所有密码子发生改变。例如，原来是GAAGAAGAAGAA……的一个mRNA分子，按照密码子所合成的肽链是一个由谷氨酸构成的多肽。如果开头插入一个G，那么mRNA就变了GGAAGAAGAAGA……按照这些密码子合成的肽链就是一个甘氨酸开头的精氨酸的多肽。移码突变产生的后果一般比较严重。
3.动态突变动态突变（dynamicmutation）是指DNA分子中的核苷酸重复序列拷贝数发生不同程度地扩增。目前已发现近20种遗传病与动态突变有关，如脆性X综合征、先天性强直性肌营养不良等。正常情况下，X染色体上CGG序列拷贝数为6~50之间，而脆性X综合征患者的拷贝数扩增到以上。动态突变的机制可能是姐妹染色单体的不等交换或重复序列中的断裂错位。
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