13.2: 基因组复制错误

每次人类细胞分裂时，DNA 聚合酶都会高保真地复制超过 30 亿个碱基对，并传递给子细胞。

然而，由于复制的信息量很大，DNA 聚合酶有时会在复制时出错。例如，可能将不正确的碱基添加到新合成的链中，例如胞嘧啶而不是胸腺嘧啶。

在某些情况下，这种变化可能是有害的，例如 β-血红蛋白基因中从 GAG 到 GTG 的单核苷酸变化导致镰状红细胞。这会降低红细胞的携氧能力，导致镰状细胞贫血。

也可能从基因中添加或删除额外的碱基。这种突变统称为插入缺失。在囊性纤维化中，在 CFTR 基因中添加或删除的单个碱基可以改变阅读框，使该基因编码有缺陷的蛋白质。这种蛋白质不能将氯离子从肺上皮细胞中运输出来，导致粘稠的胶状粘液积聚，从而增加肺部感染的风险。

幸运的是，这种复制错误发生的频率很低 – 大约每 100,000 个碱基 1 个错误。

此外，这些错误中的大多数在复制过程中通过 DNA 聚合酶的校对活性得到纠正，然后才能传递到子细胞，或者在复制后被 DNA 修复酶修复。然而，在极少数情况下，错误可能会逃脱修复过程并传递给下一代。

然而，并非所有突变都对生物体有害;大多数突变是中性的，有些突变可能会带来生存优势。

抗生素耐药性是通过突变引起的一种有益特征。

例如，抗生素氟喹诺酮类药物与一种称为 DNA 旋转酶的细菌酶结合，并抑制细菌生长。然而，当编码酶 DNA 旋转酶的基因积累随机碱基取代时，这会导致酶的突变版本。抗生素不能再与这种突变的酶结合，这会导致细菌的生存和生长，即使在抗生素存在的情况下也是如此。