Tip:
Highlight text to annotate it
X
在上個單元裡面 我們介紹了說
DNA上面的訊息 怎麼樣能夠控制我們的表徵
是藉由轉錄跟轉譯的過程
轉錄跟轉譯的過程
最後的產物就是一個蛋白質
蛋白質會影響我們細胞很多地方的功能
在這個單元我想跟大家介紹一樣就是說
為什麼一個基因的突變 會造成疾病
在這裡我們一開始會用
腎上腺腦白質退化症來做一個例子
腎上腺腦白質退化症 它的英文簡稱是ALD
它是一個代謝異常的疾病
這一個異常的疾病 發現說在病人體內
會有超長鏈的飽和脂肪酸的累積
這個累積其實大多數 其實都是在細胞裡面的
超長鏈飽和脂肪酸如果累積過多
常常會影響腦中樞神經纖維的髓鞘
髓鞘受損以後 就會影響神經的傳導
最後的時候 會有組織的受損
我們現在發現說 大腦白質會受損
同時腎上腺也會有嚴重的受損
腎上腺腦白質退化症再發現說
它是一個性聯的隱性遺傳疾病
經過了科學家努力地研究以後
它們發現說在X染色體
q28這個位置上面有一個gene 叫做ABCD1
這個gene有一個突變
有了這個突變以後 這個gene就失去了功能
ABCD1gene 它所表現的蛋白叫ALDP
它是一個蛋白用來運輸超長鏈的脂肪酸
來進入細胞內的過氧化體
這一個蛋白質是在過氧化體的胞器的膜上面
過氧化體是我們身體裡面
來分解超長鏈脂肪酸重要的胞器
當你ABCD1這個gene有缺陷而失去功能的時候
就會導致說 超長鏈脂肪酸堆積在細胞質中
沒有辦法進入過氧化體
當然也就沒有辦法分解 所以造成堆積
最後就會影響神經髓鞘的功能
為什麼突變可以影響這個疾病
突變其實就是說
細胞或病毒遺傳物質上面的變化
我們的突變很多種 點突變是只有一個gene的
一個鹼基對的變化
我們有非常多不同的遺傳性的疾病
它們的突變有 各種型態
其中一個最重要的 就是點突變
它產生了一個鹼基對的變化 但是它會影響蛋白質
因為在模板中 每個鹼基都有可能
影響最後的密碼子
最後產生的蛋白質就會不一樣
譬如說在這裡我們用一個例子
這是一個鐮刀型貧血症
鐮刀型貧血症是因為
血紅素的基因上面有一個突變
在左邊你會看到說 在中間有一個密碼子是GAA
它會產生傳訊RNA的序列 也會是GAA
這時候經過了轉譯 它會產生一個麩胺酸
胺基酸在這一個特定的位置
在鐮刀型貧血症的病患中發現說
它的血紅素DNA上面有一個突變 是一個點突變
從GAA變成GTA 也就是第二個A變成T
這時候經過了轉錄
它這個傳訊RNA上面的訊號就會是GUA
雖然說只改變了一個鹼基
這時候它所代表的密碼子完全不一樣
所以經過轉錄以後
它接上去的胺基酸不再是麩胺酸
而是一個鐑胺酸
一個胺基酸的變化 結果就影響了它的功用
我們在DNA上面 點突變 主要可以分成兩大類
第一個是鹼基對的替換
第二個是鹼基對的插入或是缺失
鹼基對的取代是說 用一對核苷酸來取代
另外一個核苷酸及其配對的核苷酸
我們這一種鹼基對取代的突變
主要有分成三類 根據它的結果
第一種叫做緘默突變 第二種叫做誤義突變
第三種是無意義突變
其實這一些突變都是根據
它最後對蛋白質的影響
它們的基本DNA上的改變
都只是鹼基對的一個取代
用一對來取代另外一對
鹼基對替換所造成的結果 通常有三種
第一種就是緘默遺傳
在這裡你可以看到這上面藍色DNA的序列
它在第10個鹼基的地方 本來是G
第11是G C 這一個密碼子是GGC
再經過轉錄以後 傳訊RNA上面的密碼子
也就是GGC 經過轉譯 它會被加上一個甘胺酸(Gly)
在下面也會看到一個突變
它這個突變是在第12個鹼基的位置
它本來是一個C 現在變成一個T了
所以你的傳訊RNA上面就變成一個U
可是因為遺傳密碼的冗贅性
這兩個密碼都是指引核醣體加上甘胺酸(Gly)
所以最終的結果是雖然有DNA上的突變
胺基酸是沒有改變的
這種突變就叫做緘默突變
第二種突變叫做誤義突變
同樣地 你可以看到在這一個DNA上面
在第10個鹼基的位置
它本來是一個G 現在變成一個A
結果在經過轉錄後 它的傳訊RNA上面的訊號
就變成是一個A 這一個密碼子就從GGC變成AGC
因為這兩個密碼所指引的胺基酸是不一樣的
所以被加上的胺基酸就從甘胺酸(Gly)變成絲胺酸(Ser)
這一種突變就叫做誤義突變
DNA上面有一個點突變 鹼基有被替換
在胺基酸的層次 也有被替換
誤義突變在蛋白質功能上的影響
其實是很廣義的
它取決於說 它這一個誤義突變的
所改變的胺基酸在蛋白質上
是不是在扮演重要的角色
我們的個體裡面 其實有很多的點突變
它們造成的突變雖然會影響胺基酸
可是並不是所有的誤義突變
都會影響蛋白質的功能
所以這是我們平常在注意疾病的時候
是非常重要的一點
鹼基對替換所造成的突變
第三種叫做無意義突變
在這裡你可以看到說 上面DNA的第四個
鹼基原來是A 轉錄後也是A
可是在突變以後 它從A變成T
變成T以後 它的傳訊RNA就會變成U
這時候就發現說
4 5 6讀起來變成是 UAG這一個密碼子
而UAG密碼子是一個終止密碼子
所造成的結果就是
轉譯的過程來到這裡就會停止
最終的結果就是說 是一條蛋白
但是它比原來的短
這一種突變通常影響的是短的蛋白
而且大多數的時候的功能 就會消失
所以 無意義突變是一個影響非常大的突變
它會嚴重地影響蛋白質的功能
除了點突變以外
另外一種是鹼基的插入或是缺失
鹼基對如果增加或短缺
它會影響得比點突變基因體
鹼基對的替換影響更大
因為它可能會影響讀框 產生框移突變
這些突變的結果 通常都是更嚴重的
我們在探討鹼基對插入或缺失
會造成的影響的時候
就先再回來回溯這一件事
就是說 在轉譯的過程中
我們的核醣體在讀取傳訊RNA上面的訊號時
每次都要讀三個
而且要用正確的讀框來讀取
每一次讀三個 而且是連續 而且不重複
因為核醣體在解讀傳訊RNA訊號的時候
要讀取訊號是要
很重要的就是要根據讀框來讀取
所以鹼基對的插入或缺失
最常發生的就是影響讀框的訊號
也就是框移突變
在這裡是一個鹼基對的插入的例子
你可以看到在下面突變種的DNA中
第三個鹼基的後面 加上了一個T
這時候在你的傳訊RNA就多了一個U
讀起來就變成AUG UAA 而不是原來的AUG AAG
因為UAA是一個終止密碼子
所以造成的結果就是一個立即性的無意義突變
蛋白質在這裡合成就終止了
另外一種 框移突變是會造成
廣泛性的錯義突變
在這裡是一個鹼基對的刪除來做例子
你可以看到在下面突變種的DNA序列中
第九個鹼基T 不見了 也就是說
在傳訊RNA上面 少了一個U
結果讀碼 就從原來的UUU
變成下面讀起來是UUG
這時候造成的結果 就是本來在第三個位置
會加上一個苯丙胺酸(Phe)
這時候就變成了改讀一個亮胺酸
同時 不只是影響這一個
因為框移突變會影響接下來所有的序列的讀取
所以讀框改變了 所以本來第四個胺基酸
應該是加上去甘胺酸(Gly)
結果現在因為讀取也往前移
就變成加進了一個丙胺酸
所以 框移突變 可以影響蛋白質的提前終止
也可以更常發生的就是造成廣泛性的錯義突變
另外一種鹼基對 插入或缺失的影響
並不是造成移框
因為我們的每一個密碼子 都是3個
也就是說 只要你的改變增加或減少的
鹼基對是3的倍數的話 它就不會造成移框
但是它會減少或增加胺基酸
在這裡你會看到一個例子 在下面突變種的DNA序列中
第四個 第五個 跟第六個 三個鹼基不見了
不見了以後 你的傳訊RNA上面就少了AAG
也就是說 核醣體在讀取的時候
它就不會加上本來該加上的離胺酸
是直接讀取下面一個密碼子 變成苯丙胺酸(Phe)
因為它這個影響的是三個鹼基對
所以它沒有造成移框
所以接下來的還是甘胺酸(Gly) 並不會影響
減少三個鹼基對的例子 是少了胺基酸
同時我們還有其他的例子
就是增加三個鹼基對
譬如說 我們在台灣常有的小腦萎縮症的病人
它就是在小腦萎縮症蛋白上面
增加了一個脯胺酸的序列
而且是以三的倍數
所以蛋白質會變得更長 有很長的脯胺酸
剛剛介紹完突變可能造成的影響後
現在來做一個這個單元的回顧總結
第一個是說 我們在第一單元裡面
告訴了大家說 1930年代到50年代
科學家們利用微生物實驗
來證實DNA是遺傳物質的這些事
這一些是重要的
不只是說DNA是遺傳物質的問題
而是說 它們會想到用簡單的微生物
細菌 或是噬菌體來達成這一個目的
設計這些實驗的方法 其實是最重要的
第二件事 藉由DNA的結構的發現
找到了說鹼基的配對的這一個事實
這一件事其實是非常重要
因為它決定了遺傳的忠實度
包括從第一代到下一代
同時 它也影響了表徵的傳遞
因為鹼基的配對 影響了DNA到RNA訊號的傳遞
而RNA訊號的傳遞 到蛋白質的合成
也是要靠鹼基的配對的
第三件事 DNA帶有的訊息
是以特定的序列來形成
為什麼這個重要性呢 因為我們的鹼基只有四種
你可以有各種排列組合
但是你排列出來的組合是藉由
核醣體來讀取密碼子的時候存在
所以這個特定的核苷酸的序列 是非常地重要的
它不是一個隨機的亂碼
第四 蛋白質通常是基因跟表徵之間的聯繫
雖然說 我們已經知道有一些gene
它不會表現蛋白質而是以RNA的存在
但是大多數的時候
蛋白質還是這一個表徵的最重要的現象
而基因訊息從DNA來轉錄 到轉譯蛋白質的時候
這個傳遞是基於三重密碼子的存在
核醣體 在讀取這個密碼的時候 是以讀框為主
每次讀三個 連續的 而且不重複的
最後 當你有突變的時候
你會影響蛋白質的序列 這是非常重要的一件事
它可能造成誤義突變 也可能造成無意義突變
這一些都有可能影響蛋白質的功能
或是影響它的量
最後 都可能造成一些
很嚴重的影響 而造成疾病
這個單元就到這裡告一段落
我們主要的資料都是參考生物學第八版
是由Campbell跟Jane Reece來寫的
再次這裡謝謝各位同學
我也希望各位同學 如果有想要找更多的資料
應該是有機會要聽聽老師們的演講
看看最新的研究
因為我們很多研究 都是根據舊的資訊
然後從上面來設計新的實驗
我們常常說 研究是踩在前人的肩膀上
因為 就像一開始介紹的
當你要設計一個實驗來看
是DNA還是蛋白質 進入宿主細胞的時候
它們就想到了說
蛋白質上面沒有什麼磷元素 而DNA沒有硫元素
所以他們就分別用兩種
不一樣的放射線元素來標定
這時候就很容易 很清楚地
能夠分開這兩個分子
這就是我們常常要能夠注意前人的發展
然後 來找到答案
更重要地是說 不是只有答案重要
而是說 你如果能夠用前面的答案
它們是怎麼樣去設計實驗回答問題
這通常才是學習這一些東西最重要的地方