基因结构与功能

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\chapter{基因结构与功能}

\section{总述}

自然和非自然因素\rightarrow 遗传物质的（组成和结构）改变

\begin{enumerate}

  \item 以\redbf{突变为手段}回答遗传学问题。

  

  基因:染色体上不连续的功能DNA片段（包括蛋白质编码True/False）。其中每一个几个核苷酸单元均可相互独立地\rightarrow 突变和/或重组（理解互补实验的概念）。

  \begin{itemize}

​    \item 突变类型:点突变（Point Mutation）: 可遗传的甚至影响表型的DNA改变。

​    \item 4种类型:转换，颠换，缺失，插入。

​    \item 区别于染色体畸变引起的突变。

  \end{itemize}

  \item \redbf{DNA序列的改变的分子机制}

  \item \redbf{通过突变来理解基因的结构/功能}。互补实验\rightarrow 用于检验两个(功能缺失突变 LOSS-OF-FUNCTION)是否存在于基因内或基因间不同区域。基因非弥撒杂乱分布于染色体的实体而在染色体上占据较小的分开的区域。\\噬菌体顺反子互补+重组测验\rightarrow 精细作图 \\ 

  \begin{itemize}

​    \item 基因\rightarrow 可再分

​    \item 基因\rightarrow 内重组

​    \item 基因\rightarrow 完整性[基因内\rightarrow 顺式|基因间\rightarrow 反式]

  \end{itemize}

  “一个基因一个酶假说”:代谢途径pathway

  \begin{itemize}

​    \item 不同基因编码

​    \item 不同功能酶

​    \item 串联关系

​    \item 每一环不可少

  \end{itemize}

  \item \redbf{DNA修复机制【重点】}。DNA损伤修复的调控重要性。突变（产生错误）\rightarrow 生物演化（自然选择）源泉。产生突变（应对环境变化）\redbf{必要性}。说明DNA损伤修复的\redbf{重要性}（有益突变）、及其\redbf{严谨性}（遗传信息完整性）。

\end{enumerate}

\begin{figure}[H]

  \centering

  \includegraphics[width=0.96\textwidth]{DNA/DNA的复制与修复.png} % 替换为你的图片文件名

  \caption{DNA的复制与修复}

  \label{fig:DNA replication and repair}

\end{figure}

\section{突变}

\subsection{四种类型的点突变}

当DNA分子一条链中的某个位置的碱基被另外三

个碱基中的一个取代时，称为\textcolor{red}{\textbf{**置换**}}；DNA复制后，一个新的碱基对将出现在子双螺旋中。

取代可以细分为：

\begin{itemize}

  \item \redbf{转换}，指其中一个嘌呤（A或G）取

代另一个嘌呤或一个嘧啶（C或T）取代另一个嘧啶；

  \item \redbf{颠换}，指其中嘌呤变为嘧啶，反之亦然。

\end{itemize}

其他类型的突变重新排列DNA序列，而不仅仅是

改变碱基对的身份。当一个或多个核苷酸对的区段从

DNA分子中丢失时就发生\textcolor{red}{\textbf{**缺失**}}；\textcolor{red}{\textbf{**插入**}}恰好相反，是添

加一个或多个核苷酸对。

缺失和插入可以像单个碱基对一样小，也可以像兆碱基一样

大（即数百万个碱基对）。大的缺失和插入只是一些复

杂的突变，可以通过改变染色体上基因的顺序、基因组

中的基因数量，甚至生物体中的染色体数量来重组基因组。

\textcolor{red}{\textbf{**一次只改变一个基因**}}。

\section{DNA序列的改变的分子机制}

\begin{itemize}

  \item 自然过程通过\redbf{DNA损伤}引起自发突变

  \item \redbf{DNA复制中的错误}也会导致自发突变

\end{itemize}

\subsection{自然过程通过DNA损伤引起自发突变}

\begin{figure}[H]

  \centering

  \includegraphics[width=0.96\textwidth]{DNA/修复与复制.png} % 替换为你的图片文件名

  \caption{当DNA复制比DNA修复快时，点突变就产生了。发生在DNA中的突变只有在DNA修复不能在下一轮DNA复制前修复突变时才具有遗传性。}

  \label{fig:replication and repair}

\end{figure}

来自脱氧核糖-磷酸骨架的嘌呤碱基A或G

的水解在每个人细胞中每小时发生1000次。这种DNA

改变称为\textcolor{red}{\textbf{**脱嘌呤**}}。因为得到的脱嘌呤位点不能指定互补碱基，DNA复制过程引人与脱嘌岭位点相对的随机碱基，导致新合成的互补链中3/4的突变。

可以修饰DNA信息含量的天然过程是\textcolor{red}{\textbf{**脱氨**

**作用**}}，即去除氨基（$-NH_2$）基团。脱氨基可以将胞嘧

啶（C）改变为尿嘧啶（U），尿嘧啶是在RNA中发现

但未在DNA中发现。因为U与A而不是G配对，脱氨基

之后的复制可能会在未来几代DNA分子中将C-G碱基对

改变为T-A对；这种C-G到T-A的变化是

一种转换突变。

某些天然药物可诱发自发突变。这些试剂包括辐射

（如X射线和紫外线）和破坏DNA的化学反应（如脱

氨和氧化）。

\subsection{DNA复制中的错误也会导致自发突变}

DNA复制错误是自发突变的另一个来源。许多这些错

误是由\redbf{三核苷酸重复}的碱基互变异构或扩增/收缩引

起的。

\section{DNA修复机制}

\subsection{两种重要机制可以修复双链断裂}

\begin{enumerate}

  \item \redbf{同源重组}（HR）：HR系统可

以使用同源染色体或更常见的姐妹染色单体作为\redbf{修复模

板}。如果同源染色体充当模板，则断裂的修复导致\redbf{有丝

分裂重组}。然而，寻找同源物是低效的，因此通过重组

的修复通常发生在细胞周期的$G_2$期（即染色体复制后）

的姐妹染色单体之间。在这种情况下，断裂的修复不会

产生有丝分裂重组，因为破碎的染色单体和模板染色单

体碱基对序列是相同的。

  \item \redbf{非同源末端连接}（NHEJ）：NHEJ机制是HR的替代物，其对于修复在细胞周期

的$G_1$期期间形成的双链断裂（即在姐妹染色单体可用作

同源重组的模板之前）尤其重要。参与NHEJ的蛋白质

在断裂位点与DNA末端结合并保护末端免受核酸酶的

影响。NHEJ蛋白也桥接两端，允许它们通过DNA连接

酶缝合在一起。因为NHEJ不涉及DNA同源性，它

可以将任何DNA末端（除了端粒，其受到保护免于该

途径）连接在一起，即使这些末端在最初的基因组中彼

此不相邻。

\end{enumerate}

\subsection{错配修复纠正了DNA复制中的错误}

DNA复制错误的纠正需要错配修复系统选择正确的

链来改变。细菌通过用甲基标记亲本链来完成这项

任务。

\subsection{DNA损伤修复的调控重要性}

\begin{kaobox}

\begin{itemize}

  \item \redbf{重要性}：没有突变，生命早就会消失，因为

它无法应对环境的变化。突变是进化的“原料”。虽然许多突变是有害的，但

罕见的突变可能赋予选择性优势。

  \item \redbf{严谨性}：尽管突变在进化中起着重要作用，但

大多数突变对生物体有害。因此DNA修复过程必须小心

谨慎。它们必须足够有效，以保护基因组免受大量对

DNA的攻击。

\end{itemize}

  

\end{kaobox}