突变是特定有机体核苷酸序列的永久性变化。它们可能是由于DNA复制错误或外部诱变剂引起的。突变对细胞的影响可以是有益的，也可以是有害的。然而，细胞通过各种机制来防止突变。DNA聚合酶是一种参与DNA复制的酶，具有多种防止DNA复制错误的机制。在DNA复制过程中，错配的碱基被校对取代。DNA复制后，剩余的错配碱基立即被链定向错配修复所取代。此外，由外界因素引起的突变可通过切除修复、化学逆转和双链断裂修复等机制进行修复。如果损伤是可逆的，细胞就会发生凋亡，以避免将有缺陷的DNA传递给后代。

覆盖的关键领域

1.什么是突变-定义、类型、原因2.DNA聚合酶如何防止突变-校对、链定向错配修复

关键词：DNA聚合酶，链定向错配修复，Mut蛋白，突变，校对

什么是突变(a mutation)？

突变是指基因组中核苷酸序列的永久性和遗传性变化。突变可能是由于DNA复制错误或外界因素（即诱变剂）引起的。突变的三种形式是点突变、移码突变和染色体突变。

点突变

点突变是单核苷酸替换。三种类型的点突变是错义突变、无义突变和沉默突变。错义突变改变了基因的一个密码子，改变了多肽链中的氨基酸。虽然无义突变会改变密码子序列，但不会改变氨基酸序列。沉默突变将一个密码子改变为另一个代表相同氨基酸的密码子。点突变是由DNA复制错误和诱变剂引起的。不同类型的点突变如图1所示。

Figure 1: Point Mutati***

移码突变

移码突变是基因组中单个或多个核苷酸的**或缺失。**、删除和重复是移码突变的三种类型。**是在序列中添加一个或几个核苷酸，而删除是从序列中删除几个核苷酸。重复是几个核苷酸的重复。移码突变也由DNA复制错误和诱变剂引起。

染色体突变

染色体突变是染色体片段的改变。染色体突变类型有易位、基因重复、染色体内缺失、反转和杂合缺失。易位是染色体部分在非同源染色体之间的互换。在基因复制中，可能会出现多个特定等位基因拷贝，从而增加基因剂量。染色体片段的清除被称为染色体内缺失。反转改变染色体片段的方向。一个基因的杂合性可能由于一条染色体上的等位基因缺失或基因重组而丢失。染色体突变主要是由外部诱变引起的，也是DNA机械损伤所致。

dna聚合酶如何防止突变

DNA聚合酶是DNA复制过程中，负责向生长链中添加核苷酸碱基的酶。由于基因组的核苷酸序列决定了某一特定生物体的发育和功能，因此在DNA复制过程中合成现有基因组的精确复制品至关重要。一般来说，DNA聚合酶在DNA复制过程中保持高度保真度，仅在109个添加核苷酸中加入单一不匹配的核苷酸。因此，如果氮基之间除了标准互补碱基对之外发生错配，DNA聚合酶会将该核苷酸添加到生长链中，从而产生频繁的突变。DNA复制的错误通过两种机制来纠正，即校对和链定向错配修复。

校对

校对是指从生长的DNA链中纠正错配碱基对的一种初始机制，它是由DNA聚合酶进行的。DNA聚合酶分两步进行校对。第一次校对发生在向生长链中添加新的核苷酸之前。正确核苷酸对DNA聚合酶的亲和力比错误核苷酸高很多倍。然而，在进入的核苷酸通过氢键与模板结合之后，但在核苷酸通过DNA聚合酶作用与生长链结合之前，酶应该经历构象变化。在DNA聚合酶构象变化过程中，碱基对错的核苷酸容易与模板分离。因此，该步骤允许DNA聚合酶在将核苷酸永久添加到生长链之前对其进行“双重检查”。DNA聚合酶的校对机制如图2所示。

Figure 2: Proofreading

第二个校对步骤称为外核溶解校对。在罕见的情况下，它发生在不匹配的核苷酸与生长链结合之后。DNA聚合酶不能在错配的核苷酸旁边添加第二个核苷酸。DNA聚合酶的一个单独的催化位点称为3′到5′校对核酸外切酶，从生长链中消化错配的核苷酸。

股线定向错配修复

尽管有校对机制，DNA聚合酶在DNA复制过程中仍可能将不正确的核苷酸结合到生长链中。从校对中逃逸出来的复制错误将通过串定向的不匹配修复来删除。该系统检测DNA螺旋中由于碱基对不匹配而产生的潜在畸变。但是，在更换不匹配的底座之前，维修系统应该从现有底座中识别出不正确的底座。一般来说，E。大肠杆菌依赖DNA甲基化系统识别双螺旋中的旧DNA链，因为新合成的DNA链可能不会很快发生甲基化。在大肠杆菌中，GATC的A残基被甲基化。由于链定向错配修复系统的作用，DNA复制的保真度增加了102倍。真核生物、细菌和大肠杆菌的DNA错配修复途径。大肠杆菌如图3所示。

Figure 3: DNA Mi**atch Repair in Eukaryotes, Bacteria, and E. coli

在链定向错配修复中，三种复合蛋白通过新合成的DNA链。第一种被称为MutS的蛋白质检测并结合到DNA双螺旋中的扭曲。第二种被称为MutL的蛋白质检测并结合到MutS，吸引了第三个被称为MutH的蛋白质，该MutH能够区分未甲基化或新合成的链。结合后，MutH将未甲基化DNA链直接切割到GATC序列中G残基的上游。外核酸酶负责降解下游的链到失配。该系统降解了不到10个核苷酸的区域，这些核苷酸易于由DNA聚合酶1合成。真核生物的Mut蛋白与E的同源性。大肠杆菌。

结论

突变是由于DNA复制错误或外部诱变剂的影响而引起的基因组核苷酸序列的永久性改变。DNA复制的错误可以通过两种机制来纠正，即校对和链定向错配修复。在DNA合成过程中，DNA聚合酶本身进行校对。Mut蛋白在DNA复制后进行链定向错配修复。然而，这些修复机制与维持基因组的完整性有关。

引用

1.阿尔伯茨，布鲁斯。”细胞的分子生物学。第4版，美国国家医学图书馆，1970年1月1日，可在这里获得。2.布朗，特伦斯A.“突变、修复和重组〉，基因组。第二版，美国国家医学图书馆，1970年1月1日，可在这里获得。 2.布朗，特伦斯A.“突变、修复和重组〉，基因组。第二版，美国国家医学图书馆，1970年1月1日，