rearrangement)会对遗传信息的表达产生重大影响。点突变是指生物体遗传信息的改变，可以由DNA复制过程中碱基配对错误或者外界诱变剂损坏DNA而引起。基因位置的改变可能影响基因的表达。点突变物理因素对DNA造成的损害电离辐射。高能量的辐射形式，如X射线、Y射线，很容易诱发基因突变。当细胞受到这种高能射线照射时，细胞中的原子吸收射线中的能量，把它传递给核外电子。受到激发的核外电子脱离原子核的束缚而跑到原子之外，失去核外电子的原子由于所带电量不再为零，而成为携带不成对电子的自由基（freeradicals）。自由基的化学性质非常活泼，很容易与包括DNA在内的其他分子发生反应当自由基把DNA双螺旋中的两个磷酸二酯键（phosphodiesterbonds）都打开时，会引起双链断裂(double-strandbreak)。细胞中存在的一般的突变修复酶对这种损伤束手无策。在磷酸二酯键重新形成的同时，断裂形成的两条单链必须进行排列在一起。细菌缺少这种断链排列的机制，因此一旦发生双链断裂，对它们来说将是致命的。几乎所有的真核生物都有多拷贝的染色体，因此可以在减数分裂（meiosis）时形成联会复合体（synaptonemalcomplex），将同源染色体片段配对。实际上，在进化过程中，减数分裂最初有可能是作为一种修复DNA双链断裂的机制而存在的。（见12章）紫外线辐射。紫外线辐射（ultravioletradiation）是阳光中可以使人晒黑和灼伤的成份，其能量比电离辐射（ionizingradiation）小得多，它不能引起原子激发出电子，因此不会产生自由基。能够吸收紫外线的分子是那些有无机环状化合物，当它们吸收紫外线后，外层电子变的活跃起来
rearrangement)会对遗传信息的表达产生重大影响。 点突变是指生物体遗传信息的改变，可以由 DNA 复制过程中碱基配对错误或 DNA 复制过程中碱基配对错误或 者外界诱变剂损坏 DNA 而引起 DNA 而引起。基因位置的改变可能影响基因的表达 。基因位置的改变可能影响基因的表达。 点突变 物理因素对 DNA 造成的损害 DNA 造成的损害 电离辐射。高能量的辐射形式 。 ，如 X 射线、γ射线，很容易诱发基因突变。当细 胞受到这种高能射线照射时，细胞中的原子吸收射线中的能量，把它传递给核外 电子。受到激发的核外电子脱离原子核的束缚而跑到原子之外，失去核外电子的 原子由于所带电量不再为零，而成为携带不成对电子的自由基(free radicals)。 自由基的化学性质非常活泼，很容易与包括 DNA 在内的其他分子发生反应。 当自由基把 DNA 双螺旋中的两个磷酸二酯键(phosphodiester bonds)都打开 时，会引起双链断裂(double-strand break)。细胞中存在的一般的突变修复酶 对这种损伤束手无策。在磷酸二酯键重新形成的同时，断裂形成的两条单链必须 进行排列在一起。细菌缺少这种断链排列的机制，因此一旦发生双链断裂，对它 们来说将是致命的。几乎所有的真核生物都有多拷贝的染色体，因此可以在减数 分裂(meiosis)时形成联会复合体(synaptonemal complex)，将同源染色体片段 配对。实际上，在进化过程中，减数分裂最初有可能是作为一种修复 DNA 双链断 裂的机制而存在的。（见 12 章） 紫外线辐射。紫外线辐射(ultraviolet radiation)是阳光中可以使人晒黑和灼 伤的成份，其能量比电离辐射(ionizing radiation)小得多，它不能引起原子激 发出电子，因此不会产生自由基。能够吸收紫外线的分子是那些有无机环状化合 物，当它们吸收紫外线后，外层电子变的活跃起来
DNA的嘧啶碱基（胞嘧啶（cytosine）和胸腺嘧啶（thymine））对紫外线有很强的吸收作用。如果相临的两个碱基恰好都是嘧啶碱基的UltravioletlightKink话，当它们吸收紫外线的能量以后，彼此之间会形成共价双Thymine>dimel键，形成嘧啶二聚体(pyrimidinedimer）（图图18.3嘧啶二聚体的生成。当两个啶，如两个胸18.3）。大多数情况下，细胞腺嘧啶在DNA链上相连时，紫外线辐射的吸收能使内的紫外线辐射修复系统可它们之间形成共价键，生成一个嘧啶二聚体。二聚体在双螺旋内引入一个以将连接嘧啶二聚体的共价“结(kink)”，阻止DNA聚合酶复制双螺旋。键打断，或者将嘧啶二聚体从Ultraviolet light紫外光Thyminedimer胸腺嘧啶二聚体Kink绞结DNA分子链上整个切除，再利用另一条完整的互补单链把缺口补上（图18.4）。偶尔也会发生嘧啶二聚体切除处未被处理的情况，这时DNA聚IGTAUTGTC合酶无法复制形成二聚体的部ZAA分，就跳过该部分继续前行，把填补缺口的任务留下。不过，以后的填补经常发生错误，因此可能在缺口处产生基因突变。一些合合未被修补的嘧啶二聚体由于本身GITAT是单链结构，可能阻碍整个DNAU品合分子的复制进程，这对细胞来说GTATTGTO将是致命的。1ZAAAAA阳光中的紫外线容易引发细图18.4嘧啶二聚体的修复胞突变，因而对皮肤造成严重损一些嘧啶二聚体的修复遵照以下途径：将二聚体害。实际上，由于曝晒引起的细连同两端相邻的一小段碱基切除，然后以另一条完整的链作为模板填补空缺。胞DNA损伤和皮肤癌有直接关系。过度的日光浴对人体健康有害！着色性干皮病（xerodermapigmentosum）是一种罕见的遗传疾病，患者对紫外线的耐受力很差，轻度紫外线照射就能引起发病
DNA 的嘧啶碱基（胞嘧啶(cytosine)和胸腺嘧啶(thymine)）对紫外线有很 强的吸收作用。如果相临的两 个碱基恰好都是嘧啶碱基的 话，当它们吸收紫外线的能量 以后，彼此之间会形成共价双 键 ， 形 成 嘧 啶 二 聚 体 (pyrimidine dimer) （ 图 18.3）。大多数情况下，细胞 内的紫外线辐射修复系统可 以将连接嘧啶二聚体的共价 键打断，或者将嘧啶二聚体从 DNA 分子链上整个切除，再利 用另一条完整的互补单链把缺口补上（图 18.4）。偶尔也会发生嘧啶二聚体切除 处未被处理的情况，这时 DNA 聚 合酶无法复制形成二聚体的部 分，就跳过该部分继续前行，把 填补缺口的任务留下。不过，以 后的填补经常发生错误，因此可 能在缺口处产生基因突变。一些 未被修补的嘧啶二聚体由于本身 是单链结构，可能阻碍整个 DNA 分子的复制进程，这对细胞来说 将是致命的。 阳光中的紫外线容易引发细 胞突变，因而对皮肤造成严重损 害。实际上，由于曝晒引起的细 胞 DNA损伤和皮肤癌有直接关系。 过度的日光浴对人体健康有害！着色性干皮病(xeroderma pigmentosum)是一种 罕见的遗传疾病，患者对紫外线的耐受力很差，轻度紫外线照射就能引起发病。 图 18.4 嘧啶二聚体的修复 一些嘧啶二聚体的修复遵照以下途径：将二聚体 连同两端相邻的一小段碱基切除，然后以另一条 完整的链作为模板填补空缺。 图 18.3 嘧啶二聚体的生成。当两个嘧啶，如两个胸 腺嘧啶在 DNA 链上相连时，紫外线辐射的吸收能使 它们之间形成共价键，生成一个嘧啶二聚体。二聚体 在双螺旋内引入一个 “结(kink)”，阻止 DNA 聚合酶复制双螺旋。 Ultraviolet light 紫外光 Thymine dimer 胸腺嘧啶二聚体 Kink 绞结
由于这种病的患者体内缺少紫外线引起的DNA损伤的修复机制，紫外线照射就很容易引起大面积的皮肤肿瘤。嘧啶二聚体的切除和修复需要多种不同蛋白质，八个不同的基因发生突变就会导致疾病。化学因素诱发DNA变异很多突变直接由化学9CH因素诱发DNA变异引起。H能与DNA发生反应的化学物质可分为三类：（1）与OBrHHDNA核苷酸结构相似，一Thymine旦用于组装DNA能引发配H对错误的化学物质（图5-BromouracilO18.5）。一些新开发的治H疗艾滋病的化疗药物就Cytosine图18.5是含氮碱基的类似物，被DNA碱基的相似化学物质能引起突变。例如，DNA聚合插入到病毒或者被感染酶不能区分具有相似结构的胸腺嘧啶和5-溴尿嘧啶。但是，5-溴尿嘧啶一旦插入DNA分子将会发生结构重排，细胞的DNA中之后，这种变得与胞嘧啶相似，并与鸟嘌呤配对。这时，原先的ADNA不能被正确转录，因一T碱基对变成G-C 碱基对。Thymine胸腺嘧啶5-Bromouracil5-溴尿啶而抑制病毒的生长增殖；Cytosine胞嘧啶(2)能删除腺嘌呤(adenine)或胞嘧啶（cytosine）中氨基的化学物质，使这两种碱基发生配对错误：（3）能在核苷酸碱基上添加烷基的化学物质，也使碱基发生配对错误。最后一种化学物质包括很多高效诱变剂，常用于实验室。排放到环境中的废物也含有这种物质，如芥子气（mustardgas）。自发突变很多点突变是自发发生的，没有受到辐射或者化学物质的诱变影响。有时核苷酸碱基的结构自发改变，形成异构体（isomers），进而形成异常的氢键。在DNA复制过程中，聚合酶将异构体与另外的碱基配对，而本该配对的两个碱基却没以氢键方式连接起来。每一世代中，自发出现未配对碱基这种错误的概率小于十亿
由于这种病的患者体内缺少紫外线引起的 DNA 损伤的修复机制，紫外线照射就很 容易引起大面积的皮肤肿瘤。嘧啶二聚体的切除和修复需要多种不同蛋白质，八 个不同的基因发生突变就会导致疾病。 化学因素诱发 DNA 变异 很多突变直接由化学 因素诱发 DNA 变异引起。 能与 DNA 发生反应的化学 物质可分为三类：(1) 与 DNA 核苷酸结构相似，一 旦用于组装 DNA 能引发配 对错误的化学物质（图 18.5）。一些新开发的治 疗艾滋病的化疗药物就 是含氮碱基的类似物，被 插入到病毒或者被感染 细胞的 DNA 中之后，这种 DNA 不能被正确转录，因 而抑制病毒的生长增殖； (2) 能 删 除 腺 嘌 呤 (adenine)或胞嘧啶(cytosine)中氨基的化学物质，使这两种碱基发生配对错误； (3) 能在核苷酸碱基上添加烷基的化学物质，也使碱基发生配对错误。最后一种 化学物质包括很多高效诱变剂，常用于实验室。排放到环境中的废物也含有这种 物质，如芥子气(mustard gas)。 自发突变 很多点突变是自发发生的，没有受到辐射或者化学物质的诱变影响。有时核 苷酸碱基的结构自发改变，形成异构体(isomers)，进而形成异常的氢键。在 DNA 复制过程中，聚合酶将异构体与另外的碱基配对，而本该配对的两个碱基却没以 氢键方式连接起来。每一世代中，自发出现未配对碱基这种错误的概率小于十亿 图 18.5 DNA 碱基的相似化学物质能引起突变。例如，DNA 聚合 酶不能区分具有相似结构的胸腺嘧啶和 5-溴尿嘧啶。但 是，5-溴尿嘧啶一旦插入 DNA 分子将会发生结构重排， 变得与胞嘧啶相似，并与鸟嘌呤配对。这时，原先的 A －T 碱基对变成 G－C 碱基对。 Thymine 胸腺嘧啶 5-Bromouracil 5-溴尿嘧啶 Cytosine 胞嘧啶
分之一，但仍然是突变的重要来源之一有时同源色体染Correctpairing(homologouschromosomes)Slipped配对时会发生mispairing序列连接错误，结果一条染色ExcisionResumption ofofloopcorrect pairing体的一部分未与另一条配对而向外突出成ResultVResult环。这种现象称I为跳格错配图18.6跳格配对。当同源染色体之一含有某一序列的多个拷贝，并且另一条染色体与它配对时发生错位时就产生跳格配对现象，就像(slipped衬衫系错了纽扣。产生的环状结构有时被细胞的修复酶切除，出现mispairing)。一小段缺失而改变阅读框架。任何能够起到稳定环状结构作用的化学物都能增加它被切除的几率。这种错配经常正确配对Slippedmispairing跳格错配Correct paring是暂时性的，染Resumptionofcorrectpairing重新开始正确配对Excisionofloop环状结构切除Result结果色体很快就自发恢复到正常状态（图18.6）。可是，如果在染色体自发恢复正常之前，细胞的纠错系统发现了跳格错配，那么系统就会发挥作用，把未配对那一段染色体形成的环状结构切断。这样做的结果造成染色体上的几百个碱基的缺失。很多缺失开始或结束于某个密码子（codon）中间，使阅读框架（readingframe）发生一到两个碱基的移位。这种移码突变（frame-shiftmutations）使基因的“三碱基组”阅读顺序发生错误，导致遗传信息的错误。这就好比把下面这句话：“肥猫吃老鼠”（THEFATCATATETHERAT)中的字母“F”去掉，使阅读框架改变，结果就成了THEATCATATETHERAT这样一句毫无意义的话。一些化学物质可以通过稳定跳格错配形成的环状结构而特异地增加缺失和移码突变，因为环状结构维持的时间越长，越容易受到攻击而被删除。电离辐射破坏DNA双链；紫外线辐射容易使碱基之间形成交联，修复过程中
分之一，但仍然是突变的重要来源之一。 有 时 同 源 染 色 体 (homologous chromosomes) 配对时会发生 序列连接错误， 结果一条染色 体的一部分未 与另一条配对 而向外突出成 环。这种现象称 为 跳 格 错 配 (slipped mispairing) 。 这种错配经常 是暂时性的，染 色体很快就自 发恢复到正常状态（图 18.6）。可是，如果在染色体自发恢复正常之前，细胞的 纠错系统发现了跳格错配，那么系统就会发挥作用，把未配对那一段染色体形成 的环状结构切断。这样做的结果造成染色体上的几百个碱基的缺失。很多缺失开 始或结束于某个密码子(codon)中间，使阅读框架(reading frame)发生一到两个 碱基的移位。这种移码突变(frame-shift mutations)使基因的“三碱基组”阅 读顺序发生错误，导致遗传信息的错误。这就好比把下面这句话：“肥猫吃老鼠” (THE FAT CAT ATE THE RAT)中的字母“F”去掉，使阅读框架改变，结果就成了 THE ATC ATA TET HER AT 这样一句毫无意义的话。一些化学物质可以通过稳定 跳格错配形成的环状结构而特异地增加缺失和移码突变，因为环状结构维持的时 间越长，越容易受到攻击而被删除。 电离辐射破坏 DNA 双链；紫外线辐射容易使碱基之间形成交联 ；紫外线辐射容易使碱基之间形成交联，修复过程中 图 18.6 跳格配对。当同源染色体之一含有某一序列的多个拷贝 。 ，并 且另一条染色体与它配对时发生错位时就产生跳格配对现象，就像 衬衫系错了纽扣。产生的环状结构有时被细胞的修复酶切除，出现 一小段缺失而改变阅读框架。任何能够起到稳定环状结构作用的化 学物都能增加它被切除的几率。 Correct paring 正确配对 Slipped mispairing 跳格错配 Resumption of correct pairing 重新开始正确配对 Excision of loop 环状结构切除 Result 结果
经常出现碱基选择错误；化学物质诱变DNA碱基，使其发生配对错误。这些是造成DNA损坏的主要物理因素。未被修复的DNA在复制过程中自发出现的错误只是偶尔才发生。基因位置的改变基因在染色体上的位置是决定该基因是否被转录的重要因素。有些基因在紧挨着染色体上螺旋紧密的部分就不能被转录，即使这些基因正常情况下处于染色体其他位置可以被转录。很多基因的转录方式都是通过这种机制加以控制的，染色体某一部位的卷曲程度取决于该部分与特定蛋白质的结合程度，因为蛋白质结合得紧密与否决定了转录过程中RNA聚合酶接近该部分的难易程度。染色体重排染色体总体上经历几种不同的物理改变，会对分布其上的基因位置产生很大影响。两种最重要的物理变化是易位（translocation）和倒位（inversion）。易位是指一条染色体上的一个片段移位到另一条染色体上去了：倒位是指染色体上一部分发生方向上的倒转。易位经常会对基因表达产生重大影响；倒位则不然，它不会改变基因的表达方式，但这并不表示倒位没有意义。如果重复发生在倒位区段内，一条同源Inverted染色体的一个segment片段发生倒位，而另一条相应的部分没发生倒位（图18.7）01就会发生严重问题：所有含有图18.7倒位的结果。（1）染色体的一个片段发生倒位，（2）在减数分裂时只能通过形染色单体的配成内部环状结构进行配对。（3）减数分裂时发生在倒位片段的任何交叉都将产子都不含有和生不能存活的配子；每条染色体都丢失了一些基因，其它的被重复。为了清楚起见，只画出两条链，尽管交叉发生在四分体阶段。倒位片段之间的配对有时母体相同的一在显微镜下所见为环状结构。套完整基因组。Invertedsegment倒位片段
经常出现碱基选择错误；化学物质诱变 ；化学物质诱变 DNA 碱基，使其发生配对错误 ，使其发生配对错误。这些是 造成 DNA 损坏的主要物理因素 DNA 损坏的主要物理因素。未被修复的 DNA 在复制过程中自发出现的错误 DNA 在复制过程中自发出现的错误 只是偶尔才发生。 基因位置的改变 基因在染色体上的位置是决定该基因是否被转录的重要因素。有些基因在紧 挨着染色体上螺旋紧密的部分就不能被转录，即使这些基因正常情况下处于染色 体其他位置可以被转录。很多基因的转录方式都是通过这种机制加以控制的，染 色体某一部位的卷曲程度取决于该部分与特定蛋白质的结合程度，因为蛋白质结 合得紧密与否决定了转录过程中 RNA 聚合酶接近该部分的难易程度。 染色体重排 染色体总体上经历几种不同的物理改变，会对分布其上的基因位置产生很大 影响。两种最重要的物理变化是易位(translocation)和倒位(inversion)。易位 是指一条染色体上的一个片段移位到另一条染色体上去了；倒位是指染色体上一 部分发生方向上的倒转。易位经常会对基因表达产生重大影响；倒位则不然，它 不会改变基因的表达方式，但这并不表示倒位没有意义。如果重复发生在倒位区 段内，一条同源 染色体的一个 片段发生倒位， 而另一条相应 的部分没发生 倒位（图 18.7） 就会发生严重 问题：所有含有 染色单体的配 子都不含有和 母体相同的一 套完整基因组。 图 18.7 倒位的结果。（1）染色体的一个片段发生倒位，（2）在减数分裂时只能通过形 成内部环状结构进行配对。（3）减数分裂时发生在倒位片段的任何交叉都将产 生不能存活的配子；每条染色体都丢失了一些基因，其它的被重复。为了清楚 起见，只画出两条链，尽管交叉发生在四分体阶段。倒位片段之间的配对有时 在显微镜下所见为环状结构。 Inverted segment 倒位片段