突變和重組的機(jī)理課件

1、遺傳學(xué)遺傳學(xué)突變和重組的機(jī)理課件第十二章第十二章 突變和重組機(jī)理突變和重組機(jī)理第一節(jié) 突變的分子基礎(chǔ) 1第二節(jié) 重組的分子基礎(chǔ) 2第三節(jié) 轉(zhuǎn)座遺傳因子 3第四節(jié) DNA損傷的修復(fù) 4第一節(jié)第一節(jié) 突變的分子基礎(chǔ)突變的分子基礎(chǔ) vWatsonWatson和和CrickCrick關(guān)于關(guān)于DNADNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制的模型牢的結(jié)構(gòu)和復(fù)制的模型牢固地確立后，很清楚，固地確立后，很清楚，基因突變是由于基因突變是由于DNADNA分分子中核苷酸順序的改變，子中核苷酸順序的改變，隨而基因作用改變，最隨而基因作用改變，最后導(dǎo)致個體表型的改變。后導(dǎo)致個體表型的改變。我們現(xiàn)在認(rèn)識到，至少我們現(xiàn)在認(rèn)識到，至少有兩種突變方

2、式可以改有兩種突變方式可以改變基因的信息內(nèi)容。變基因的信息內(nèi)容。 v堿基替換：一個堿基堿基替換：一個堿基對被另一堿基對代替。對被另一堿基對代替。 v移碼突變：增加或減少一個或幾個堿基對。移碼突變：增加或減少一個或幾個堿基對。 v可以引起基因突變的理化因素很多。不過在誘變可以引起基因突變的理化因素很多。不過在誘變機(jī)理方面了解比較清楚的，還是化學(xué)誘變劑。已機(jī)理方面了解比較清楚的，還是化學(xué)誘變劑。已知有誘變作用的化學(xué)品的種類很多，而且這張單知有誘變作用的化學(xué)品的種類很多，而且這張單子還不斷延長。我們現(xiàn)在就以幾類不同的化學(xué)物子還不斷延長。我們現(xiàn)在就以幾類不同的化學(xué)物質(zhì)為例，分別說明堿基替換和移碼突變的

3、兩種基質(zhì)為例，分別說明堿基替換和移碼突變的兩種基因突變方式。因突變方式。 堿基類似物的誘發(fā)突變 一種化合物的分子結(jié)構(gòu)很像天然化合物，所以在一種化合物的分子結(jié)構(gòu)很像天然化合物，所以在某個化學(xué)反應(yīng)中取代了天然化合物。堿基類似物某個化學(xué)反應(yīng)中取代了天然化合物。堿基類似物（base analogues）在這類化合物中是最早）在這類化合物中是最早受到注意的，因為其中少數(shù)可以在受到注意的，因為其中少數(shù)可以在DNA復(fù)制中代復(fù)制中代替這種或那種天然堿基，引起配對錯誤，從而由替這種或那種天然堿基，引起配對錯誤，從而由一堿基對代替另一不同堿基對。一堿基對代替另一不同堿基對。 v堿基替換時，嘌呤由堿基替換時，嘌呤由

4、嘌呤代替，嘧啶由嘧嘌呤代替，嘧啶由嘧啶代替，啶代替，叫做轉(zhuǎn)換。叫做轉(zhuǎn)換。v嘌呤為嘧啶代替，嘧嘌呤為嘧啶代替，嘧啶為嘌呤代替，啶為嘌呤代替，叫做叫做顛換。顛換。v5-溴尿嘧啶引起的堿溴尿嘧啶引起的堿基替換是轉(zhuǎn)換?；鎿Q是轉(zhuǎn)換。改變DNA化學(xué)結(jié)構(gòu)的誘變劑v堿基類似物是誘變劑，因為它們?nèi)〈鷱?fù)制中堿基類似物是誘變劑，因為它們?nèi)〈鷱?fù)制中DNA的一個正常堿基；其它誘變劑，如亞硝酸，烷化的一個正常堿基；其它誘變劑，如亞硝酸，烷化劑，它們的作用是改變核酸中的核苷酸化學(xué)組成，劑，它們的作用是改變核酸中的核苷酸化學(xué)組成，所以它們的作用跟所以它們的作用跟DNA的復(fù)制無關(guān)。的復(fù)制無關(guān)。v （1）亞硝酸（）亞硝酸（HN

5、O2）這是一種很有效的誘變）這是一種很有效的誘變劑，已知可以引起很多生物的突變，如煙草花葉劑，已知可以引起很多生物的突變，如煙草花葉病病毒，病病毒，T2，T4，Ecoli等。等。 v已知亞硝酸有氧化脫氨作用，它使腺嘌呤（已知亞硝酸有氧化脫氨作用，它使腺嘌呤（A）脫去氨基，成為次黃嘌呤（脫去氨基，成為次黃嘌呤（H），使胞嘧啶（），使胞嘧啶（C）脫去氨基，成為尿嘧啶（脫去氨基，成為尿嘧啶（U）（圖）（圖12-4），使鳥），使鳥嘌呤脫去氨基，成為黃嘌呤。脫氨后生成的次黃嘌呤脫去氨基，成為黃嘌呤。脫氨后生成的次黃嘌呤跟胞嘧啶配對，脫氨后生成的尿嘧啶跟腺嘌嘌呤跟胞嘧啶配對，脫氨后生成的尿嘧啶跟腺嘌呤配對

6、。在下一次呤配對。在下一次DNA復(fù)制時，胞嘧啶（復(fù)制時，胞嘧啶（C）又）又按一般情況跟鳥嘌呤（按一般情況跟鳥嘌呤（G）配對，腺嘌呤（）配對，腺嘌呤（A）也按通常情況跟胸腺嘧啶（也按通常情況跟胸腺嘧啶（T）配對，這樣就由）配對，這樣就由原來的原來的AT轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為GC，由原來的，由原來的GC轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為AT，使，使DNA分子中核苷酸排列次序發(fā)生變化。分子中核苷酸排列次序發(fā)生變化。但脫氨后生成的黃嘌呤不能跟其它任何堿基配對，但脫氨后生成的黃嘌呤不能跟其它任何堿基配對，所以這種改變可能對細(xì)胞是致死的。所以這種改變可能對細(xì)胞是致死的。 用亞硝酸處理大腸桿用亞硝酸處理大腸桿菌的堿性磷酸酶缺陷菌的堿性磷酸

7、酶缺陷株，得到能夠產(chǎn)生這株，得到能夠產(chǎn)生這種酶的回復(fù)株。分析種酶的回復(fù)株。分析回復(fù)株所產(chǎn)生的堿性回復(fù)株所產(chǎn)生的堿性磷酸酶的氨基酸順序，磷酸酶的氨基酸順序，并參照遺傳密碼，知并參照遺傳密碼，知道亞硝酸使這個缺陷道亞硝酸使這個缺陷型回復(fù)為原養(yǎng)型的作型回復(fù)為原養(yǎng)型的作用主要是由于用主要是由于AT轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為GC。 v （2）烷化劑）烷化劑 烷化劑對很多生物有誘變作用，這些生物包烷化劑對很多生物有誘變作用，這些生物包括噬菌體，細(xì)菌，鏈孢霉，蠶豆和果蠅等。烷化劑包括的括噬菌體，細(xì)菌，鏈孢霉，蠶豆和果蠅等。烷化劑包括的種類很多，其中有最早發(fā)現(xiàn)的化學(xué)誘變劑種類很多，其中有最早發(fā)現(xiàn)的化學(xué)誘變劑芥子氣，還芥子氣

8、，還有在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的硫酸二乙酯，亞硝基胍等。烷化劑有在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的硫酸二乙酯，亞硝基胍等。烷化劑誘發(fā)突變的機(jī)理目前還不十分清楚，它可能通過幾種不同誘發(fā)突變的機(jī)理目前還不十分清楚，它可能通過幾種不同途徑，引起突變：給鳥嘌呤添加甲基或乙基，使它的作途徑，引起突變：給鳥嘌呤添加甲基或乙基，使它的作用象腺嘌呤，所以可跟胸腺嘧啶配對，產(chǎn)生配對誤差（圖用象腺嘌呤，所以可跟胸腺嘧啶配對，產(chǎn)生配對誤差（圖12-5），使鳥嘌呤烷化，烷化的鳥嘌呤脫掉，造成脫），使鳥嘌呤烷化，烷化的鳥嘌呤脫掉，造成脫嘌呤作用，在嘌呤作用，在DNA鏈上留下一個缺口，影響鏈上留下一個缺口，影響DNA的復(fù)制，的復(fù)制，或使核苷酸順

9、序縮短，引起移碼突變。同一或使核苷酸順序縮短，引起移碼突變。同一DNA分子分子或不同或不同DNA分子間的兩鏈間形成交鍵，使一個或幾個核分子間的兩鏈間形成交鍵，使一個或幾個核苷酸丟失或切除。苷酸丟失或切除。 注意！注意！v烷化劑是重要的，因為它們在工業(yè)上廣泛地應(yīng)用，烷化劑是重要的，因為它們在工業(yè)上廣泛地應(yīng)用，可造成環(huán)境污染。很多烷化劑不僅是有毒的，而可造成環(huán)境污染。很多烷化劑不僅是有毒的，而且可以誘變和致癌，所以不小心散逸出去，會對且可以誘變和致癌，所以不小心散逸出去，會對使用者和附近群眾造成危害，這是應(yīng)該多多注意使用者和附近群眾造成危害，這是應(yīng)該多多注意的。的。 結(jié)合到DNA分子上的化合物v

10、吖啶類是很重要的一類誘變劑，因為這類藥物能使在細(xì)胞吖啶類是很重要的一類誘變劑，因為這類藥物能使在細(xì)胞內(nèi)生長中的病毒出現(xiàn)移碼突變。所謂移碼突變就是由于內(nèi)生長中的病毒出現(xiàn)移碼突變。所謂移碼突變就是由于DNA分子的某一位置上一對或二對核苷酸的缺失或插入分子的某一位置上一對或二對核苷酸的缺失或插入而造成的遺傳密碼的移位。由于遺傳密碼以而造成的遺傳密碼的移位。由于遺傳密碼以3個核苷酸為個核苷酸為一組而且是連續(xù)的，所以在缺失或插入核苷酸以后的密碼一組而且是連續(xù)的，所以在缺失或插入核苷酸以后的密碼都成為錯誤密碼，都將轉(zhuǎn)譯為不正常的氨基酸，甚而提早都成為錯誤密碼，都將轉(zhuǎn)譯為不正常的氨基酸，甚而提早終止。這種突

11、變型稱為移碼突變型。例如一個正常基因的終止。這種突變型稱為移碼突變型。例如一個正?；虻拿艽a編組是密碼編組是UUU，AAA，UUU，當(dāng)增加一，當(dāng)增加一個個A時，就使編碼順序改變，成為時，就使編碼順序改變，成為AUU， UAA， AUU， U，這樣就要引起基因突變。相反的，失去，這樣就要引起基因突變。相反的，失去一個核苷酸對，將引起同樣的遺傳后果（圖一個核苷酸對，將引起同樣的遺傳后果（圖12-6）。）。 v雙鏈雙鏈DNA上的遺傳信息（核苷酸順序，有時單稱上的遺傳信息（核苷酸順序，有時單稱堿基順序）先傳遞給單鏈堿基順序）先傳遞給單鏈mRNA，然后以，然后以mRNA為模板，合成多肽。為模板，合成多肽

12、。mRNA上的核苷酸上的核苷酸以以3個為一組，作為一個密碼子，被一個特定的個為一組，作為一個密碼子，被一個特定的tRNA分子所認(rèn)出，并由它把正確的氨基酸接到分子所認(rèn)出，并由它把正確的氨基酸接到延伸中的多肽鏈上。所以延伸中的多肽鏈上。所以DNA分子的核苷酸順序分子的核苷酸順序的改變，不論是起因于堿基替換，還是起因于移的改變，不論是起因于堿基替換，還是起因于移碼突變，都有可能使由那個基因決定的多肽的氨碼突變，都有可能使由那個基因決定的多肽的氨基酸順序發(fā)生改變?；犴樞虬l(fā)生改變。 v 核苷酸順序的改變起因于堿基替換時，由于改變后對多肽核苷酸順序的改變起因于堿基替換時，由于改變后對多肽中氨基酸順序的影

13、響的不同，可以是中氨基酸順序的影響的不同，可以是同義的同義的，可以是，可以是錯義錯義的的，也可以是，也可以是無義的無義的。 v同義突變：同義突變：一般不易認(rèn)出，雖然一般不易認(rèn)出，雖然DNA組成變了，某一組成變了，某一密密碼子不同碼子不同了，但在了，但在多肽鏈中仍插入同一氨基酸多肽鏈中仍插入同一氨基酸。 例如天冬氨酸由三聯(lián)體例如天冬氨酸由三聯(lián)體GAU或或GAC編碼，編碼，DNA中一個堿中一個堿基對的替換，使基對的替換，使mRNA密碼子由密碼子由 GAU變?yōu)樽優(yōu)?GAC，仍不，仍不能認(rèn)出，因為密碼子能認(rèn)出，因為密碼子GAU和和GAC都為攜帶天冬氨酸的都為攜帶天冬氨酸的tRNA分子所認(rèn)出，這種氨基酸

14、將按沒有發(fā)生過堿基替換分子所認(rèn)出，這種氨基酸將按沒有發(fā)生過堿基替換時一樣，插入到野生型和同義突變型的多肽鏈中的相應(yīng)位時一樣，插入到野生型和同義突變型的多肽鏈中的相應(yīng)位置上。置上。錯義突變 DNA中堿基對替換，使中堿基對替換，使mRNA的某一密碼子改變的某一密碼子改變，由它，由它所編碼的所編碼的氨基酸不同氨基酸不同。那就是說，改變了的密碼子為。那就是說，改變了的密碼子為完全完全不同的另一不同的另一tRNA所認(rèn)出所認(rèn)出。 例如例如DNA中堿基對中堿基對TA被被GC代替，使代替，使mRNA中編碼中編碼色氨酸的三聯(lián)體色氨酸的三聯(lián)體 UGG改變?yōu)楦淖優(yōu)镚GG，而，而 GGG是甘氨酸的是甘氨酸的密碼子，因

15、而被帶有甘氨酸的密碼子，因而被帶有甘氨酸的tRNA所認(rèn)出，這樣就出現(xiàn)所認(rèn)出，這樣就出現(xiàn)錯義突變。因為多肽鏈中氨基酸順序決定它的二級，三級錯義突變。因為多肽鏈中氨基酸順序決定它的二級，三級和四級結(jié)構(gòu)，很多錯義突變（不過決不是全部）造成蛋白和四級結(jié)構(gòu)，很多錯義突變（不過決不是全部）造成蛋白質(zhì)的部分或完全失活，從而表現(xiàn)出突變性狀來質(zhì)的部分或完全失活，從而表現(xiàn)出突變性狀來v 堿基替換改變了堿基替換改變了 mRNA上的一個密碼子，成為上的一個密碼子，成為3個密碼個密碼子子UAG，UAA和和UGA的一個時，這樣就出現(xiàn)無義突變。的一個時，這樣就出現(xiàn)無義突變。v 如無義突變出現(xiàn)在基因中間，轉(zhuǎn)譯進(jìn)行到無義密碼子

16、，肽如無義突變出現(xiàn)在基因中間，轉(zhuǎn)譯進(jìn)行到無義密碼子，肽鏈的延長停止，只能產(chǎn)生沒有活性的多肽片段鏈的延長停止，只能產(chǎn)生沒有活性的多肽片段 第二節(jié)第二節(jié) 重組的分子基礎(chǔ)重組的分子基礎(chǔ) 圖表2006200720082009項目名稱項目名稱添加本本添加本本添加本本添加本本圖表 添加標(biāo)題添加標(biāo)題 添加標(biāo)題添加標(biāo)題添加文本添加文本添加文本添加文本圖表文本文本文本Your text in hereYour text in hereYour text in hereYour text in hereYour twenext in here 文本 文本 文本 文本 文本 文本 文本 文本 文本 文本 添加文本添

17、加文本圖表圖表文本文本文本文本文本文本圖表你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本你的文本2006200720082009程序圖表段落段落1段落段落2段落段落 3添加你的文本添加你的文本- 文本- 文本添加你的文本添加你的文本- 文本- 文本添加你的文本添加你的文本- 文本- 文本文本文本圖表A 組組B 組組C 組組 添加你的文本添加你的文本 - 你的文本 - 你的文本 - 你的文本 - 你的文本文本文本D 組組 添加你的文本添加你的文本 - 你的文本 - 你的文本 - 你的文本 - 你的文本 添加你的文本添加你的文本 - 你的文本 - 你的文本 - 你的文本 - 你的文本 添加你的文本添加你的文本 - 你的文本 - 你的文本 - 你的文本 - 你的文本圖表Click to add TextClick to add TextClick to add TextAdd YourText hereClick to add Text添加你的文本添加你的文本- 你的文本你的文本- 你的文本你的文本添加你的文本添加你的文本- 你的文本你的文本- 你的文本你的文本添加你的文本添加你的文本- 你的文本你的文本- 你的文本你的