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杨鸿智-后现代理论医学博客

《后现代医学》、《正反馈医学》、《自体原位器官重构技术》

 
 
 

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这是一个宣传后现代理论医学的博客.后现代理论医学是以系统理论为指导的新医学.该理论认为,在生命组织中干细胞是决定机体功能状态最基本的因素.通过调节机体内环境和为干细胞提供再生所需要的物质和能量,就可以使干细胞在患者体内原位再生,实现器官重构,使器质性病变得到治疗.现在,已经在北京医药信息学会内成立了后现代理论医学专业委员会,杨鸿智是主任委员.

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(9)细菌基因突变研究的现代内容  

2013-05-31 07:39:13|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

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9)细菌基因突变研究的现代内容

 

  基因突变的概念

 

基因突变是指基因结构的改变。基因突变是指由于DNA碱基对的置换、增添或缺失而引起的基因结构的变化,亦称点突变。在自然条件下发生的突变叫自发突变,由人工利用物理因素或化学药剂诱发的突变叫诱发突变。基因突变是生物变异的主要原因,是生物进化的主要因素。在生产上人工诱变是产生生物新品种的重要方法。

 

突变这个概念和术语最初是由荷兰植物学家、孟德尔定律的重新发现者之一德弗里斯在1901年提出来的,当时他把在月见草中观察到的偶然出现的、巨大的、可遗传的变化称为突变。后来知道,德弗里斯在月见草中观察到的"突变"是染色体畸变而非基因突变。但由于突变概念的提出,使人们将遗传物质的变异引起的可遗传性变异与生物体对环境条件变化引起的不可遗传的变异(后天获得性)严格区分开来。当然,最早区分可遗传的变异与不遗传变异的,应该追溯到魏斯曼。魏斯曼1885年提出"种质学说"时,就曾明确区分可遗传的种质变异与不遗传的体质变异。

 

当我们说突变是自发产生的时候,并不是说突变是无缘无故发生的,而是指未经人为干预而自然发生的。突变发生肯定有原因,只是原因不明,或者说我们没有去深究。有时是我们不感兴趣,有时甚至是没有必要去深究。然而,自发突变是一种频率很低的突变,仅靠自发突变无异于守株待兔。

 

微生物个体微小,与外界环境的接触面积大,容易受到环境条件的影响而发生性状变化(变异)。尽管变异发生的机会只有百万分之一到百亿分之一,但由于微生物繁殖快,也可在短时间内产生大量变异的后代。

 

微生物以惊人的速度“生儿育女”。例如大肠杆菌在合适的生长条件下,12.5-20分钟便可繁殖一代,每小时可分裂3次,由1个变成8个。每昼夜可繁殖72代,由1个细菌变成4722366500万亿个(重约4722吨);经48小时后,则可产生2.2×1043个后代,如此多的细菌的重量约等于4000个地球之重。

 

  基因结构的改变方式

 

根据基因结构的改变方式,基因突变可分为碱基置换突变和移码突变两种类型。

 

(一)碱基置换突变:

 

由一个错误的碱基对替代一个正确的碱基对的突变叫碱基置换突变。例如在DNA分子中的GC碱基对由CGATTA所代替,AT碱基对由TAGCCG所代替。碱基替换过程只改变被替换碱基的那个密码子,也就是说每一次碱基替换只改变一个密码子,不会涉及到其他的密码子。

 

引起碱基置换突变的原因和途径有两个。一是碱基类似物的掺入,例如在大肠杆菌培养基中加入5-溴尿嘧院(BU)后,会使DNA的一部分胸腺嘧啶被BU所取代,从而导致AT碱基对变成GC碱基对,或者GC碱基对变成AT碱基对。二是某些化学物质如亚硝酸、亚硝基胍、硫酸二乙酯和氮芥等,以及紫外线照射,也能引起碱基置换突变。

 

(二)移码突变:

 

基因中插入或者缺失一个或几个碱基对,会使DNA的阅读框架(读码框)发生改变,导致插入或缺失部位之后的所有密码子都跟着发生变化,结果产生一种异常的多肽链。移码突变诱发的原因是一些像吖啶类染料分子能插入DNA分子,使DNA复制时发生差错,导致移码突变。

 

  基因突变的特点

   

基因突变作为生物变异的一个重要来源,它具有以下主要特点:

 

(一)基因突变在生物界中是普遍存在的。

 

无论是低等生物,还是高等的动植物以及人,都可能发生基因突变。基因突变在自然界的物种中广泛存在。例如,棉花的短果枝、水稻的矮杆、糯性,果蝇的白眼、残翅,家鸽羽毛的灰红色,以及人的色肓、糖尿病、白化病等遗传病,都是突变性状。自然条件下发生的基因突变叫做自然突变,人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。

 

(二)基因突变是随机发生的。

 

它可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。一般来说,在生物个体发育的过程中,基因突变发生的时期越迟,生物体表现突变的部分就越少。例如,植物的叶芽如果在发育的早期发生基因突变,那么由这个叶芽长成的枝条,上面着生的叶、花和果实都有可能与其他枝条不同。如果基因突变发生在花芽分化时,那么,将来可能只在一朵花或一个花序上表现出变异。基因突变可以发生在体细胞中,也可以发生在生殖细胞中。发生在生殖细胞中的突变,可以通过受精作用直接传递给后代。发生在体细胞中的突变,一般是不能传递给后代的。

 

(三)在自然状态下基因突变的频率是很低的。

 

据估计,在高等生物中,大约十万个到一亿个生殖细胞中,才会有一个生殖细胞发生基因突变,突变率是105108。不同生物的基因突变率是不同的。例如,细菌和噬菌体等微生物的突变率比高等动值物的要低。同一种生物的不同基因,突变率也不相同。例如,玉米的抑制色素形成的基因的突变率为1.06×10-4,而黄色胚乳基因的突变率为2.2×10-6.

 

(四)大多数基因突变对生物体是有害的,

 

由于任何一种生物都是长期进化过程的产物,它们与环境条件已经取得了高度的协调。如果发生基因突变,就有可能破坏这种协调关系。因此,基因突变对于生物的生存往往是有害的。例如,绝大多数的人类遗传病,就是由基因突变造成的,这些病对人类健康构成了严重威胁。又如,植物中常见的白化苗,也是基因突变形成的。这种苗由于缺乏叶绿素,不能进行光合作用制造有机物,最终导致死亡。但是,也有少数基因突变是有利的。例如,植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的抗药性突变等,都是有利于生物生存的。

 

(五)基因突变是不定向的。

 

一个基因可以向不同的方向发生突变,产生一个以上的等位基因。例如,控制小鼠毛色的灰色基因(A+)可以突变成黄色基因(AY)。也可以突变成黑色基因(a.但是每一个基因的突变,都不是没有任何限制的。例如,小鼠毛色基因的突变,只限定在色素的范围内,不会超出这个范围。

 

  基因突变的原因

  

由于在DNA复制过程中,由于各种原因(内、外因)而发生差错,导致分子结构改变(碱基种类、数量、排列顺序等发生局部改变)

 

下面以镰刀型细胞贫血症为例说明基因突变的原因

 

该病原发生于地中海沿岸国家,又叫地中海镰刀型细胞贫血症,我国发现甚少,但在方东、福建沿海省份有出现,这种病在缺氧时,红细胞由正常的圆饼状变成镰刀形,严重时镰刀状的红细胞破裂,造成溶血性贫血,往往上引起死亡。经研究发现该病的血红蛋白和正常人的不同,一条多肽链上(第六位)有一个谷氨酸被一个缬氨酸代替了,这是该病的直接原因,当然其根本原因是控制合成蛋白质的基因结构变了。(CTT→CAT)

 

 

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