1、第第 三三 章章基因突變的基因突變的細胞分子生物學效應細胞分子生物學效應組織和細胞定位組織和細胞定位表型（臨床效應）表型（臨床效應） 基因突變基因突變蛋白功能改變蛋白功能改變細胞效應細胞效應性狀改變性狀改變l正常蛋白質功能實現所需的條件正常蛋白質功能實現所需的條件多肽鏈合成正常多肽鏈合成正常各級結構正常各級結構正常亞細胞定位和分揀正常亞細胞定位和分揀正常多聚體形成正常多聚體形成正常與輔助因子或輔基結合正常與輔助因子或輔基結合正常穩定性正常穩定性正常第第 一一 節節 基因突變導致蛋白質功能異常基因突變導致蛋白質功能異常l突變影響活性蛋白的生物合成突變影響活性蛋白的生物合成l突變改變了蛋白質的功能

2、效應突變改變了蛋白質的功能效應l突變蛋白的細胞定位與病變位置的關系突變蛋白的細胞定位與病變位置的關系l蛋白質的分子異常與臨床表現的關系蛋白質的分子異常與臨床表現的關系一、突變生成異常蛋白l原發性損害原發性損害(primary abnormalities) 突變改變了蛋白質的突變改變了蛋白質的一級結構一級結構：多肽鏈中氨基酸的：多肽鏈中氨基酸的組成和順序組成和順序l繼發性損害繼發性損害(secondary abnormalities) 突變干擾多肽鏈的合成過程突變干擾多肽鏈的合成過程突變與疾病的關系突變與疾病的關系突變涉及的突變涉及的步驟步驟原發損害原發損害病例病例繼發性損害繼發性損害病例病例核

3、苷酸序列核苷酸序列轉錄、轉錄、RNA剪切剪切地中海貧血、地中海貧血、HPFH轉錄的調節轉錄的調節急性間隙性卟啉癥急性間隙性卟啉癥mRNA翻譯翻譯地中海貧血地中海貧血翻譯的調節翻譯的調節急性間隙性卟啉癥急性間隙性卟啉癥多肽多肽多肽鏈折疊多肽鏈折疊LDL受體突變受體突變2型型翻譯后修飾翻譯后修飾Ehlers-Danlos綜合征綜合征三維空間構三維空間構象象亞單位聚合、亞單位聚合、細胞定位細胞定位膠原形成缺陷膠原形成缺陷亞單位聚合和亞細亞單位聚合和亞細胞定位的調節胞定位的調節Zellweger綜合征、綜合征、I細胞病細胞病生物學功能生物學功能蛋白質降解蛋白質降解Tay-Sachs病病蛋白質降解的調節

4、蛋白質降解的調節未知未知突變蛋白突變蛋白l影響影響mRNA和蛋白質合成的突變和蛋白質合成的突變l影響蛋白質結構的突變影響蛋白質結構的突變l影響蛋白質亞細胞的定位的突變影響蛋白質亞細胞的定位的突變l影響蛋白質與其他因子結合的突變影響蛋白質與其他因子結合的突變l影響輔基或輔助因子與蛋白質結合、去除的突變影響輔基或輔助因子與蛋白質結合、去除的突變l結構基因的突變降低了突變蛋白的穩定性結構基因的突變降低了突變蛋白的穩定性（一）影響（一）影響mRNA和蛋白質合成的突變和蛋白質合成的突變l 例如：例如：-珠蛋白生成障礙性貧血珠蛋白生成障礙性貧血 點突變導致轉錄受阻點突變導致轉錄受阻 -珠蛋白生成減少珠蛋白

5、生成減少1、影響、影響mRNA和蛋白質合成的原發缺陷：和蛋白質合成的原發缺陷： 使某些使某些Pr合成異常減少或增加合成異常減少或增加l例如：急性間隙性卟啉癥（例如：急性間隙性卟啉癥（AIP）血紅素的合成與急性卟啉癥的發生血紅素的合成與急性卟啉癥的發生2、影響、影響mRNA和蛋白質和蛋白質合成速率合成速率的繼發缺陷的繼發缺陷 順式作用元件、反式作用因子順式作用元件、反式作用因子缺乏缺乏PBG脫氨酶使細胞內脫氨酶使細胞內ALA、膽色素原不能轉化為血紅素，血、膽色素原不能轉化為血紅素，血紅素含量下降；而血紅素的下降則調節著紅素含量下降；而血紅素的下降則調節著ALA合成酶表達的增加合成酶表達的增加AL

6、A和膽色素原更嚴重的積聚，導致疾病。和膽色素原更嚴重的積聚，導致疾病。急性間隙性卟啉癥急性間隙性卟啉癥（青春期以后出現神經系統癥狀）（青春期以后出現神經系統癥狀）急性間隙性卟啉癥患者急性間隙性卟啉癥患者患有急性間隙性卟啉患有急性間隙性卟啉癥的英王喬治癥的英王喬治（二）影響蛋白質結構的突變（二）影響蛋白質結構的突變 1、改變蛋白質結構的原發性突變、改變蛋白質結構的原發性突變擔負特定功能的氨基酸組成順序；擔負特定功能的氨基酸組成順序；正常的構象；正常的構象； Pr行使正常生理功能行使正常生理功能非極性或疏水性氨基酸被極性或親水性氨基酸取代，非極性或疏水性氨基酸被極性或親水性氨基酸取代，或者極性或親

7、水性氨基酸插入。或者極性或親水性氨基酸插入。例如：例如：Huntington 舞蹈病舞蹈病2、影響蛋白質結構的繼發性因素：、影響蛋白質結構的繼發性因素： 翻譯后加工、修飾缺陷翻譯后加工、修飾缺陷 l例如：例如：Ehlers-Danlos綜合征綜合征型型 賴氨酸羥化酶缺陷所致，膠原分子上的賴氨酸不能被賴氨酸羥化酶缺陷所致，膠原分子上的賴氨酸不能被羥化羥化，使膠原分子間的連結發生障礙，而不能適應于組織細胞內膠原網使膠原分子間的連結發生障礙，而不能適應于組織細胞內膠原網絡結構的形成，最終而導致結締組織的結構改變和功能紊亂。絡結構的形成，最終而導致結締組織的結構改變和功能紊亂。Ehlers-Danlo

8、s綜合征綜合征: 皮膚及血管脆弱；皮膚及血管脆弱； 皮膚彈性過強皮膚彈性過強; 關節活動度過大。關節活動度過大。（三）影響蛋白質的亞細胞定位的因素（三）影響蛋白質的亞細胞定位的因素 l例如：甲基丙二氨酸尿癥例如：甲基丙二氨酸尿癥1、影響蛋白質細胞轉運的原發缺陷、影響蛋白質細胞轉運的原發缺陷 甲基丙二酰輔酶甲基丙二酰輔酶A羧基變位羧基變位酶基因突變，使其不能進入酶基因突變，使其不能進入線粒體。線粒體內的甲基丙線粒體。線粒體內的甲基丙酰酰CoA因此不能轉變為琥珀因此不能轉變為琥珀酰酰CoA，在線粒體內堆積而，在線粒體內堆積而發病。發病。蛋白質分子在細胞內定位是由組成多肽鏈的氨基酸組成和序列蛋白質分

9、子在細胞內定位是由組成多肽鏈的氨基酸組成和序列所決定的。所決定的。琥珀酰CoA2、影響蛋白質細胞內轉運的繼發因素、影響蛋白質細胞內轉運的繼發因素 例如：例如：I-細胞細胞病病 溶酶體內的酸性水解酶的轉運受阻，甘露糖轉變為溶酶體內的酸性水解酶的轉運受阻，甘露糖轉變為M-6-P的的酶缺酶缺陷，致酸性水解酶不能進入溶酶體而堆積于細胞質中并釋放到體陷，致酸性水解酶不能進入溶酶體而堆積于細胞質中并釋放到體液中。液中。酸性水解酶在內質網內合成酸性水解酶在內質網內合成 帶有甘露糖的糖蛋白帶有甘露糖的糖蛋白 6-磷酸磷酸-甘露糖甘露糖 形成胞內囊泡形成胞內囊泡 將酸性水解酶釋放入溶酶體將酸性水解酶釋放入溶酶體

10、 與溶酶體融合與溶酶體融合與內質網膜上受體結合與內質網膜上受體結合糖化糖化磷酸化磷酸化I-細胞病：細胞病： 患者具有多種臨床效應，患者具有多種臨床效應，包括骨骼異常、嚴重包括骨骼異常、嚴重的生長遲緩和智力低下等。的生長遲緩和智力低下等。 （四）影響輔基或輔助因子與蛋白質結合、去除的突變（四）影響輔基或輔助因子與蛋白質結合、去除的突變 例如：同型胱氨酸尿癥例如：同型胱氨酸尿癥 本病的分子缺陷是由于基因缺陷而致胱硫本病的分子缺陷是由于基因缺陷而致胱硫醚合成酶與輔助因子醚合成酶與輔助因子磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛的結合障的結合障礙而失去活性。大劑量的吡哆醛礙而失去活性。大劑量的吡哆醛(維生素維生素B6)具

11、有一定的治療作用具有一定的治療作用 1、影響輔助因子與蛋白質結合的原發突變、影響輔助因子與蛋白質結合的原發突變 催化蛋白質分子的輔助因子合成、轉運的酶或催化輔助因子催化蛋白質分子的輔助因子合成、轉運的酶或催化輔助因子與蛋白質結合與蛋白質結合/解離的酶發生了缺陷，間接地影響到蛋白質與解離的酶發生了缺陷，間接地影響到蛋白質與輔助因子的結合，繼而影響著該蛋白質的生物活性。輔助因子的結合，繼而影響著該蛋白質的生物活性。2、影響輔助因子與蛋白質結合的繼發突變、影響輔助因子與蛋白質結合的繼發突變（五）影響蛋白質與其它因子結合的突變（五）影響蛋白質與其它因子結合的突變 1、影響、影響Pr各亞單位之間相互組裝

12、的原發突變各亞單位之間相互組裝的原發突變 如果蛋白質分子是由兩個以上的亞單位組成的，則其表面的改如果蛋白質分子是由兩個以上的亞單位組成的，則其表面的改變往往會影響到亞單位之間的親和力，不能形成正常的蛋白質變往往會影響到亞單位之間的親和力，不能形成正常的蛋白質復合體。復合體。例如：成骨不全癥例如：成骨不全癥pro1（）和和 pro2（）基因突變基因突變 蛋白亞單位親和力減低蛋白亞單位親和力減低 組裝異常組裝異常 骨發育不良骨發育不良 例如：例如：Zellweger綜合征綜合征 （腦（腦-肝肝-腎綜合癥）腎綜合癥） 孿生兄弟中一為孿生兄弟中一為Zellweger綜合征患綜合征患者（右），一正常。者

13、（右），一正常。2、導致組裝后復合蛋白功能結構失常的繼發性突變、導致組裝后復合蛋白功能結構失常的繼發性突變 缺陷不影響缺陷不影響Pr的組裝，但組的組裝，但組裝后卻造成復合蛋白整體功裝后卻造成復合蛋白整體功能結構的異常而導致疾病發能結構的異常而導致疾病發生。生。（六）結構基因的突變降低了突變蛋白的穩定性（六）結構基因的突變降低了突變蛋白的穩定性 l 許多結構基因的突變導致由其所編碼的蛋白穩定性降低，而許多結構基因的突變導致由其所編碼的蛋白穩定性降低，而導致遺傳病的發生。導致遺傳病的發生。二、突變導致蛋白質產生了異常功能效應（一）功能丟失的突變（一）功能丟失的突變（二）功能加強的突變（二）功能加強

14、的突變（三）新特性的突變（三）新特性的突變Von willebrand 病：病：vWF活性異常增高，與血小活性異常增高，與血小板結合的功能加強，不易從板結合的功能加強，不易從血小板上分離。患者損傷后，血小板上分離。患者損傷后，帶有帶有vWF的血小板的凝血作的血小板的凝血作用減弱。用減弱。三、突變導致組織/細胞蛋白表達類型的改變依據有無組織特異性，蛋白質可分為兩類：依據有無組織特異性，蛋白質可分為兩類：1、持家蛋白（、持家蛋白（housekeeping protein）：）： 產生、存在于幾乎所有的組織細胞類型中，為細胞一產生、存在于幾乎所有的組織細胞類型中，為細胞一 般結構和最基本的生命活動維

15、系所必需。般結構和最基本的生命活動維系所必需。2、奢侈蛋白（、奢侈蛋白（luxury protein） 僅表達、存在于某些特定的組織細胞類型，是特異組僅表達、存在于某些特定的組織細胞類型，是特異組 織性細胞類型分化及特殊生理功能的標志。織性細胞類型分化及特殊生理功能的標志。 一般情況下，組織特異性蛋白的突變所引起的病理生理一般情況下，組織特異性蛋白的突變所引起的病理生理改變常局限于改變常局限于原發原發的特定的組織內部。的特定的組織內部。（一）奢侈蛋白突變（一）奢侈蛋白突變 （二）持家蛋白的突變（二）持家蛋白的突變 持家蛋白突變所引起的臨床效應通常局限在一個或幾個持家持家蛋白突變所引起的臨床效應

16、通常局限在一個或幾個持家蛋白起特殊作用的組織中。蛋白起特殊作用的組織中。 如：精氨酸琥珀酸合成酶和精氨酸琥珀酸裂解酶如：精氨酸琥珀酸合成酶和精氨酸琥珀酸裂解酶 四、突變蛋白質分子病理學效應與相應疾病的臨床表型之間的關系 同一單基因（基因座）的不同突變產生不同的臨床表型意味同一單基因（基因座）的不同突變產生不同的臨床表型意味著遺傳異質性（等位基因異質性）與臨床異質性之間存在著因果著遺傳異質性（等位基因異質性）與臨床異質性之間存在著因果聯系。聯系。（一）同一基因的不同突變產生不同的臨床表型（一）同一基因的不同突變產生不同的臨床表型 目前在很多情況下，尚不能估計或推測某一突變應該或不應該引目前在很多

17、情況下，尚不能估計或推測某一突變應該或不應該引起這樣或那樣的生化或臨床表型。起這樣或那樣的生化或臨床表型。（二）突變所引起的結果有時尚無法預測（二）突變所引起的結果有時尚無法預測第第 二二 節節 基因突變引起性狀改變基因突變引起性狀改變的分子生物學機制的分子生物學機制 酶蛋白異常酶蛋白異常 先天性代謝病（遺傳性酶病）先天性代謝病（遺傳性酶病）非酶蛋白異常非酶蛋白異常 分子病分子病基因突變基因突變一、基因突變引起酶缺陷（一）結構基因突變引起的酶結構改變（一）結構基因突變引起的酶結構改變 酶完全失去活性；酶完全失去活性； 酶具一定程度的活性，但穩定性降低，容易被迅速裂解酶具一定程度的活性，但穩定性

18、降低，容易被迅速裂解 而失去活性；而失去活性； 酶與底物的親和力降低。酶與底物的親和力降低。 復合酶的酶蛋白分子與輔助因子的親和力下降。復合酶的酶蛋白分子與輔助因子的親和力下降。（二）調節基因突變引起酶合成速度下降（二）調節基因突變引起酶合成速度下降代謝疾病的發生代謝疾病的發生酶酶缺缺陷陷代謝缺陷代謝缺陷二、酶缺陷通過引起代謝缺陷而使機體致病酶的生成和體內酶促反應酶的生成和體內酶促反應1.酶缺陷導致代謝底物缺乏酶缺陷導致代謝底物缺乏2.酶缺陷導致中間產物累積酶缺陷導致中間產物累積3.酶缺陷導致底（產）物累積酶缺陷導致底（產）物累積4.酶缺陷導致代謝終產物缺乏酶缺陷導致代謝終產物缺乏5.酶缺陷導

19、致代謝旁路開放、副產品累積酶缺陷導致代謝旁路開放、副產品累積6.酶缺陷導致反饋調節失常酶缺陷導致反饋調節失常7.酶缺陷導致膜轉運功能異常（轉運酶）酶缺陷導致膜轉運功能異常（轉運酶）l酶缺陷的效應酶缺陷的效應 例如：色氨酸加氧酶缺乏癥例如：色氨酸加氧酶缺乏癥 患者腸粘膜細胞上缺乏色氨酸的轉運酶（色氨酸加氧酶），患者腸粘膜細胞上缺乏色氨酸的轉運酶（色氨酸加氧酶），因而色氨酸不能被吸收。因而色氨酸不能被吸收。 色氨酸是細胞內合成煙酰胺、色氨酸是細胞內合成煙酰胺、5-羥色胺等的原材料，色氨酸羥色胺等的原材料，色氨酸的缺乏導致煙酰胺和的缺乏導致煙酰胺和5-羥色胺不能生成，從而使整個機體的代謝羥色胺不能生

20、成，從而使整個機體的代謝過程發生紊亂。過程發生紊亂。 臨床上主要表現為：反復發作的小腦運動失調、皮膚粗糙和臨床上主要表現為：反復發作的小腦運動失調、皮膚粗糙和色素沉著或表皮破潰等。色素沉著或表皮破潰等。1、酶缺陷導致代謝底物缺乏：膜轉運酶的缺陷、酶缺陷導致代謝底物缺乏：膜轉運酶的缺陷色氨酸代謝示意圖色氨酸代謝示意圖例如：半乳糖血癥例如：半乳糖血癥2、酶缺陷導致中間產物或底物的堆積、酶缺陷導致中間產物或底物的堆積 體內半乳糖代謝途徑體內半乳糖代謝途徑缺缺乏乏 苯丙氨酸與酪氨酸代謝苯丙氨酸與酪氨酸代謝1 苯丙酮尿癥苯丙酮尿癥 2 尿黑酸尿癥尿黑酸尿癥 3 白化病白化病4、次要代謝途徑的開放，有可能

21、引起某些副產物的推積、次要代謝途徑的開放，有可能引起某些副產物的推積 例如：苯丙酮尿癥例如：苯丙酮尿癥3、酶缺陷使代謝終產物減少或缺乏、酶缺陷使代謝終產物減少或缺乏 例如：白化病例如：白化病5、酶缺陷導致反饋抑制減弱、酶缺陷導致反饋抑制減弱 腎上腺皮質激素的合成腎上腺皮質激素的合成l例如：先天性腎上腺皮質增生癥例如：先天性腎上腺皮質增生癥l男嬰患者剛出生時，外生殖器正常或稍大，但不久之后，即體重迅速男嬰患者剛出生時，外生殖器正常或稍大，但不久之后，即體重迅速增長，出現陰毛、腋毛（但睪丸不發育）等一系列假性早熟現象。女增長，出現陰毛、腋毛（但睪丸不發育）等一系列假性早熟現象。女嬰患者剛出生時就表現出外生殖器異常，陰蒂肥大，大陰唇發育，隨嬰患者剛出生時就表現出外生殖器異常，陰蒂肥大，大陰唇發育，隨著年齡的增長逐漸男性化，著