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1.3 基因突变的类型

基因突变、基因重组、染色体变异与生物进化 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 基因突变是指DNA分子中碱基对的替换、增添和缺失,从而引起基因结构的改变。

从哪来 本知识点建立在 6.2 DNA复制、转录、翻译的比较 之上。理解基因突变必须基于对DNA双螺旋结构及复制机制(半保留复制、碱基互补配对)的掌握,因为突变发生在复制过程中的碱基配对错误,且突变后的基因需通过转录和翻译才能影响性状。

为什么 基因突变之所以分为“替换、增添、缺失”三种类型,根本原因在于DNA复制时碱基互补配对原则的暂时性失效或DNA聚合酶的校对功能出错。 1. 替换:若一个碱基被另一个不同碱基替代,通常只改变一个密码子。若突变位点在密码子第三位(简并性),可能不改变氨基酸(同义突变);若改变氨基酸,则属于错义突变;若变成终止密码子,则导致蛋白质提前截短。 2. 增添/缺失:由于遗传密码是三联体密码(三个碱基编码一个氨基酸),非3整数倍的碱基增添或缺失会导致该位点之后的所有密码子阅读框发生移位(移码突变)。这通常会导致后续氨基酸序列完全改变,且极易提前出现终止密码子,产生无功能的短肽。 因此,分类的依据是对遗传密码阅读框的影响程度不同。

类比“句子删改”法** **适合:形象思维强、对抽象分子机制理解困难的学生** 把基因序列比作一句英文长句:"THE CAT ATE THE RAT"(猫吃了老鼠)。 1. **替换
把 "CAT" 改成 "BAT",变成 "THE BAT ATE THE RAT"(蝙蝠吃了老鼠)。意思变了,但句子结构完整,还能读通。对应生物上的“错义突变”,蛋白质结构改变但可能仍有部分功能。 2. 增添/缺失:删掉第一个 "T",变成 "HE CAT ATE THE RAT"。从第二个词开始,所有单词都错位了,句子变得毫无意义。对应生物上的“移码突变”,蛋白质从突变点后完全乱码,通常致死或功能丧失。 *注意:若删掉 "CAT" 三个字母,变成 "THE ATE THE RAT",虽然少了个词,但后面还能读,对应生物上“3的整数倍缺失”,影响相对较小。*
“密码子阅读框”推演法** **适合:逻辑推理能力强、擅长微观机制分析的学生** 直接利用遗传密码表进行推演。 假设原序列:`... AUG GAA UUU ...` (Met-Glu-Phe) 1. **替换
`GAA` -> `GAG` (Glu->Glu,同义) 或 `GAA` -> `GUA` (Glu->Val,错义)。强调:只影响一个氨基酸,后续序列不变。 2. 缺失:删去 `GAA` 中的第一个 `G`。序列变为 `... AUG AAU UUU ...`。 - 原密码子:`GAA` (Glu), `UUU` (Phe) - 新密码子:`AAU` (Asn), `UUU` (Phe) - 再往后推演,所有后续密码子均重组。 - 核心逻辑:密码子是不重叠的三联体。非3倍数变动 = 阅读框移位 = 后续全乱。
讲法
“后果严重性”分级法 适合:应试导向、需要快速判断突变影响的学生 按对生物体性状影响的大小排序记忆: 1. 最严重:移码突变(增添/缺失非3倍数)。后果:蛋白质结构彻底崩溃,通常导致胚胎致死或严重遗传病(如囊性纤维化)。 2. 中等:错义突变。后果:蛋白质功能改变。可能是有害的(如镰刀型细胞贫血症),也可能是中性的,甚至是有利的(如抗疟疾)。 3. 最轻微:同义突变(替换)。后果:氨基酸不变,蛋白质结构功能基本不变,通常无表型效应。 *口诀:移码毁结构,错义改功能,同义无动静。*
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练一道
基础题
某基因片段中一个碱基对发生了替换,导致其控制合成的蛋白质中,第10位氨基酸由缬氨酸(GUA)变成了亮氨酸(CUA),其余氨基酸序列不变。请问该基因突变属于哪种类型?对蛋白质结构影响如何?
变式
某DNA分子中,某基因编码区第20位碱基对缺失。已知该基因编码区共有600个碱基对。请问该突变对蛋白质氨基酸序列的影响范围是? A. 仅第20位氨基酸改变 B. 第20位及之后的所有氨基酸序列均改变 C. 第20位及之后的部分氨基酸序列改变,且可能提前终止 D. 蛋白质结构完全不变
看解答过程
1. 比较密码子:原密码子 `GUA`,新密码子 `CUA`。 2. 观察变化:第一个碱基由 `G` 变为 `C`,属于碱基对的替换。 3. 观察后果:仅第10位氨基酸改变,其余不变,说明阅读框未移位。 4. 结论:属于碱基替换引起的错义突变。蛋白质中一个氨基酸被替换,空间结构可能发生局部改变,功能可能受损或改变。
试试手自己判
检测题
某二倍体生物的一个基因中,第100位碱基对发生缺失。已知该基因编码区长度为900个碱基对。下列关于该突变及其后果的叙述,正确的是( ) A. 该突变属于基因重组 B. 该突变会导致第34位及之后的氨基酸序列全部改变 C. 该突变后,蛋白质中氨基酸总数一定减少 D. 该突变在光学显微镜下可以观察到
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
1. 选A者:混淆了基因突变与基因重组的概念。基因突变是DNA分子结构改变,基因重组是原有基因的重新组合。
2. 选B者:正确。第100位碱基缺失,属于非3整数倍缺失,引发移码突变。第100位碱基位于第34个密码子(97-99位)和第35个密码子(100-102位)之间。准确地说,第100位碱基是第34个密码子的第4个碱基?不对,密码子是1-3, 4-6... 97-99是第33个密码子,100-102是第34个密码子。
*修正计算*:
1-3 (1), ..., 97-99 (33), 100-102 (34).
第100位碱基是第34个密码子的第1个碱基。
缺失第100位碱基后,原来的第101、102位碱基将与后面的第103位碱基组成新的第34个密码子。
因此,从第34个氨基酸开始,后续所有密码子阅读框移位,氨基酸序列改变。
*注:若题目说第100位缺失,通常意味着从该位置开始阅读框错位。*
3. 选C者:忽略了移码突变可能提前遇到终止密码子(导致变短),也可能没有终止密码子(导致变长或长度不变但序列全变)。“一定减少”太绝对。
4. 选D者:混淆了微观分子变化与宏观细胞结构变化。基因突变不可见。
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