突变和DNA修复
突变随机过程在哪里DNA复制错误,并且子链中的碱基对顺序与父链中的顺序不同。即使碱基对的一个单一差异也会导致产物蛋白质的结构和功能的改变。DNA在突变过程中不断变化。
DNA突变从无害到致命不等。许多遗传病和疾病都是由单一基因的变化引起的。例子包括镰状细胞性贫血,囊性纤维化,苯丙酮酸尿,家族黑蒙性白痴病,色盲.
当检查完整的DNA分子时,DNA复制中的错误似乎很少;大约每100亿个复制的核苷酸中就有1个会出现它们。然而,模板链和被添加到子链上的单核苷酸之间的错误要常见得多:十万分之一。在子链的伸长过程中,大多数这些错误都是由DNA聚合酶校正和修正的。
虽然人们通常认为突变是有害的,因为突变最常在疾病的背景下被谈论,但突变本身并不是坏事。它们中的大多数甚至无法被探测到。其他的,如蓝眼睛或更高的身材,可能被认为是可取的。突变是有益的还是有害的,主要取决于生物体所处的环境,以及这种差异如何改变其生存机会。
类型的突变
任何时候DNA被复制或分裂,都有发生突变的机会。
点突变当单个碱基对发生化学变化时发生。
替换当一个核苷酸替换为另一个核苷酸时发生。由于遗传密码中存在冗余(多个碱基对三联体可以为同一氨基酸编码,见右表),碱基对替换可能不会影响添加到DNA链上的核苷酸。这些替换被称为沉默突变.例如,一段突变的DNA,其转录的mRNA链读起来是GUU而不是GUA,在蛋白质合成过程中仍然编码缬氨酸氨基酸。DNA分子的结构会受到影响,但产生的蛋白质的结构不会受到影响。
错义错误当突变的DNA仍然可以编码某个氨基酸,但不是正确的氨基酸时,就会发生这种情况。如果遗传密码的其余部分是完整的,突变的DNA可能仍然会产生功能蛋白,尽管结构和性质不同。
荒谬的错误当突变的DNA过早地产生终止密码子,终止多肽合成时就会发生。通常,这些缩短的多肽链不能折叠成功能蛋白。
插入当额外的核苷酸被添加到DNA链上时就会发生。删除当一个核苷酸从DNA链上移除时就会发生。插入和删除都被称为移码突变因为所有下游的核苷酸都被错误地分组了。
诱变剂
一个诱变剂是一种破坏DNA的物理或化学物质,导致核苷酸序列的永久改变。
紫外线是一种常见的辐射物理诱变剂.它使邻近的胸腺嘧啶形成二聚体,改变了双螺旋的形状。当过多的二聚体形成时,就会发生晒伤,而这些二聚体不能全部被修复,反而会导致细胞死亡。在修复损伤的过程中,核苷酸序列错误有时会被引入到DNA序列中,错误可能会导致不受抑制的细胞生长,从而导致皮肤癌。
DNA修复方法
当检查完整的DNA分子时,DNA复制中的错误似乎很少;大约每100亿个复制的核苷酸中就有1个会出现它们。然而,模板链和被添加到子链上的单核苷酸之间的错误要常见得多:十万分之一。
不匹配的核苷酸没有被DNA聚合酶检测到,或由于链合成后的损伤而产生,会被特殊的酶纠正,这个过程称为错配修复.
核苷酸切除修复利用DNA碱基配对来纠正问题片段。受损的部分被酶去除核酸酶,空隙由聚合酶和连接酶沿着未受损的链的模板填充。