DNA的損傷修復(fù)及突變學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1DNA的損傷修復(fù)及突變的損傷修復(fù)及突變2第1頁(yè)/共94頁(yè)3 根據(jù)受損的部位，根據(jù)受損的部位，DNA損傷可以為兩種：損傷可以為兩種：n堿基損傷堿基損傷nDNA鏈的損傷鏈的損傷DNA損傷：損傷：一切使一切使DNA結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變的變的DNA變化，都可稱(chēng)為基因的損傷變化，都可稱(chēng)為基因的損傷 。第2頁(yè)/共94頁(yè)4有變異、有進(jìn)化。有變異、有進(jìn)化。DNA損傷修復(fù)的重要性：損傷修復(fù)的重要性：第3頁(yè)/共94頁(yè)5 細(xì)胞內(nèi)在的因素和環(huán)境中的因素都可能細(xì)胞內(nèi)在的因素和環(huán)境中的因素都可能導(dǎo)致導(dǎo)致DNA損傷，根據(jù)損傷的原因可以分為：損傷，根據(jù)損傷的原因可以分為：第4頁(yè)/共94頁(yè)61.堿基的異構(gòu)

2、互變堿基的異構(gòu)互變2. 堿基的脫氨基作用堿基的脫氨基作用3. 脫嘌呤與脫嘧啶脫嘌呤與脫嘧啶 (堿基丟失堿基丟失)4. 活性氧引起的堿基修飾與鏈斷裂活性氧引起的堿基修飾與鏈斷裂第5頁(yè)/共94頁(yè)71. 1. 堿基的互變異構(gòu)堿基的互變異構(gòu) DNA每種堿基有幾種形式，稱(chēng)互變異構(gòu)體，異構(gòu)體每種堿基有幾種形式，稱(chēng)互變異構(gòu)體，異構(gòu)體中原子的位置及原子之間的鍵有所不同。中原子的位置及原子之間的鍵有所不同。 堿基各自的異構(gòu)體間可以自發(fā)發(fā)生變化（烯醇式與堿基各自的異構(gòu)體間可以自發(fā)發(fā)生變化（烯醇式與酮基間互變）酮基間互變）; A=C T=G 上述配對(duì)發(fā)生在上述配對(duì)發(fā)生在DNA復(fù)制時(shí)，會(huì)造成子代復(fù)制時(shí)，會(huì)造成子代DN

3、A序序列與親代列與親代DNA不同的錯(cuò)誤損傷不同的錯(cuò)誤損傷.第6頁(yè)/共94頁(yè)8同型異構(gòu)體轉(zhuǎn)換同型異構(gòu)體轉(zhuǎn)換= O -OH第7頁(yè)/共94頁(yè)9同型異構(gòu)體轉(zhuǎn)換同型異構(gòu)體轉(zhuǎn)換-NH2 -NH第8頁(yè)/共94頁(yè)10第9頁(yè)/共94頁(yè)11異構(gòu)互變?cè)斐傻膹?fù)制損傷異構(gòu)互變?cè)斐傻膹?fù)制損傷第10頁(yè)/共94頁(yè)122. 堿基的脫氨基作用堿基的脫氨基作用 堿基的環(huán)外氨基自發(fā)脫落，堿基的環(huán)外氨基自發(fā)脫落，C變?yōu)樽優(yōu)閁，A變?yōu)榇吸S嘌呤（變?yōu)榇吸S嘌呤（I ），），G變?yōu)辄S嘌呤（變?yōu)辄S嘌呤（X） 。 復(fù)制時(shí)，復(fù)制時(shí)，U與與A配對(duì)、配對(duì)、H和和X都與都與C配對(duì)會(huì)導(dǎo)致子代配對(duì)會(huì)導(dǎo)致子代DNA序列的錯(cuò)誤變化。序列的錯(cuò)誤變化。第11頁(yè)/共9

4、4頁(yè)13第12頁(yè)/共94頁(yè)143. 脫嘌呤與脫嘧啶脫嘌呤與脫嘧啶 (堿基丟失堿基丟失) 自發(fā)水解使嘌呤和嘧啶從自發(fā)水解使嘌呤和嘧啶從DNA鏈的核糖磷酸骨架上脫落。鏈的核糖磷酸骨架上脫落。 哺乳類(lèi)動(dòng)物細(xì)胞，在哺乳類(lèi)動(dòng)物細(xì)胞，在30C下，下，20h內(nèi)內(nèi)DNA鏈自發(fā)脫落嘌呤約鏈自發(fā)脫落嘌呤約1000個(gè)，嘧啶約個(gè)，嘧啶約500個(gè)。個(gè)。第13頁(yè)/共94頁(yè)154. 活性氧引起的堿基修飾與鏈斷裂活性氧引起的堿基修飾與鏈斷裂 細(xì)胞呼吸的副產(chǎn)物細(xì)胞呼吸的副產(chǎn)物O2-, H2O2造成造成DNA損傷，產(chǎn)生一損傷，產(chǎn)生一些堿基修飾物（胸腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等），還些堿基修飾物（胸腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等），

5、還可引起可引起DNA單鏈斷裂等損傷單鏈斷裂等損傷; 這些損失的積累可導(dǎo)致老這些損失的積累可導(dǎo)致老化。化。第14頁(yè)/共94頁(yè)16第15頁(yè)/共94頁(yè)17第16頁(yè)/共94頁(yè)18 DNA受到大劑量紫外線（受到大劑量紫外線（260nm）照射時(shí)，同一條照射時(shí)，同一條鏈上相鄰的鏈上相鄰的嘧啶以共價(jià)鍵連成二聚體嘧啶以共價(jià)鍵連成二聚體；TT, CC, CT之間之間都可形成二聚體。都可形成二聚體。復(fù)制時(shí)，此處產(chǎn)生空耗過(guò)程，復(fù)制時(shí)，此處產(chǎn)生空耗過(guò)程，DNA不能復(fù)制，細(xì)胞不能分裂，導(dǎo)致凋亡。不能復(fù)制，細(xì)胞不能分裂，導(dǎo)致凋亡。第17頁(yè)/共94頁(yè)19紫外線引起的紫外線引起的DNA損傷損傷最易形成胸腺嘧啶二聚體（最易形成胸

6、腺嘧啶二聚體（TT）第18頁(yè)/共94頁(yè)20 細(xì)胞中的水經(jīng)輻射解離后產(chǎn)生大量細(xì)胞中的水經(jīng)輻射解離后產(chǎn)生大量OH-自由基，使自由基，使DNA鏈上的堿基氧化修飾、形成過(guò)氧化物的、導(dǎo)致堿鏈上的堿基氧化修飾、形成過(guò)氧化物的、導(dǎo)致堿基環(huán)的破壞和脫落等。基環(huán)的破壞和脫落等。 脫氧核糖上的每個(gè)碳原子和羥基上的氫都能與脫氧核糖上的每個(gè)碳原子和羥基上的氫都能與OH-反反應(yīng)，導(dǎo)致脫氧核糖分解，最后會(huì)引起應(yīng)，導(dǎo)致脫氧核糖分解，最后會(huì)引起DNA鏈斷裂。鏈斷裂。第19頁(yè)/共94頁(yè)21脫氧核糖破壞或磷酸二酯鍵斷開(kāi)而導(dǎo)致脫氧核糖破壞或磷酸二酯鍵斷開(kāi)而導(dǎo)致DNA鏈斷裂。鏈斷裂。一條鏈斷裂稱(chēng)一條鏈斷裂稱(chēng)單鏈斷裂單鏈斷裂（sing

7、le strand broken）；DNA雙鏈在同一處或相近處斷裂稱(chēng)為雙鏈在同一處或相近處斷裂稱(chēng)為雙鏈斷裂雙鏈斷裂（double strand broken ）。第20頁(yè)/共94頁(yè)22 同一條同一條DNA鏈上或兩條鏈上或兩條DNA鏈上的堿基間以共價(jià)鍵鏈上的堿基間以共價(jià)鍵結(jié)合；結(jié)合；DNA與蛋白質(zhì)之間也以共價(jià)鍵相連；組蛋白、染色質(zhì)與蛋白質(zhì)之間也以共價(jià)鍵相連；組蛋白、染色質(zhì)中的非組蛋白、調(diào)控蛋白、與復(fù)制和轉(zhuǎn)錄有關(guān)的酶都會(huì)與中的非組蛋白、調(diào)控蛋白、與復(fù)制和轉(zhuǎn)錄有關(guān)的酶都會(huì)與DNA以共價(jià)鍵連接。以共價(jià)鍵連接。 膠聯(lián)是細(xì)胞受電離輻射后在顯微鏡下看到的染色膠聯(lián)是細(xì)胞受電離輻射后在顯微鏡下看到的染色體畸變的

8、分子基礎(chǔ)，會(huì)影響細(xì)胞的功能和體畸變的分子基礎(chǔ)，會(huì)影響細(xì)胞的功能和DNA復(fù)制。復(fù)制。第21頁(yè)/共94頁(yè)23第22頁(yè)/共94頁(yè)241.堿基類(lèi)似物、修飾劑對(duì)堿基類(lèi)似物、修飾劑對(duì)DNA的損傷；的損傷；2. 烷化劑對(duì)烷化劑對(duì)DNA的損傷；的損傷；3. 嵌合劑對(duì)嵌合劑對(duì)DNA的損傷。的損傷。 第23頁(yè)/共94頁(yè)25 某些化學(xué)物質(zhì)和正常的堿基在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似，有時(shí)某些化學(xué)物質(zhì)和正常的堿基在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似，有時(shí)會(huì)替代正常堿基而摻入會(huì)替代正常堿基而摻入DNA分子，一旦這些堿基類(lèi)似物分子，一旦這些堿基類(lèi)似物進(jìn)人進(jìn)人DNA后，由于它們的配對(duì)能力不同于正常堿基，后，由于它們的配對(duì)能力不同于正常堿基，便引起便引起DNA復(fù)制過(guò)程

9、中其對(duì)應(yīng)位置上插入不正確堿基。復(fù)制過(guò)程中其對(duì)應(yīng)位置上插入不正確堿基。 第24頁(yè)/共94頁(yè)26例如例如 5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（BU）和）和 5-溴脫氧尿嘧啶（溴脫氧尿嘧啶（BrdU）是）是T結(jié)構(gòu)類(lèi)似物。細(xì)菌在含結(jié)構(gòu)類(lèi)似物。細(xì)菌在含BU的培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，的培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，部分部分DNA中的中的T被被BU取代，取代，BU有兩種互變異構(gòu)體，一有兩種互變異構(gòu)體，一種是酮式結(jié)構(gòu)（第種是酮式結(jié)構(gòu)（第6位上有一個(gè)酮基），它可以代替位上有一個(gè)酮基），它可以代替T而摻而摻入入DNA，并與，并與A配對(duì)；當(dāng)配對(duì)；當(dāng)BU發(fā)生互變異構(gòu)成為烯醇式（第發(fā)生互變異構(gòu)成為烯醇式（第6位上是一個(gè)羥基）后，就容易和位上是一個(gè)羥基）

10、后，就容易和G配對(duì)。配對(duì)。 通常以酮式存在，有時(shí)也以烯醇式存在。當(dāng)通常以酮式存在，有時(shí)也以烯醇式存在。當(dāng)BU先以酮式先以酮式摻入摻入DNA，繼而又變成烯醇式時(shí)，進(jìn)一步復(fù)制使，繼而又變成烯醇式時(shí)，進(jìn)一步復(fù)制使DNA中中 A- T對(duì)變成對(duì)變成 G- C對(duì)。同樣道理也引起對(duì)。同樣道理也引起 G- C向向 A- T的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換，BU可以使細(xì)菌的突變率提高近萬(wàn)倍?？梢允辜?xì)菌的突變率提高近萬(wàn)倍。第25頁(yè)/共94頁(yè)27 除除BU外，還有外，還有5-溴脫氧尿苷、溴脫氧尿苷、5-氟尿嘧啶、氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶及它們的脫氧核苷。氯尿嘧啶及它們的脫氧核苷。 另一種被廣泛應(yīng)用的堿基類(lèi)似物是另一種被廣泛應(yīng)用的堿基類(lèi)似

11、物是2-氨基嘌呤氨基嘌呤（2-AP），是一種腺嘌呤），是一種腺嘌呤A類(lèi)似物，可和胸腺嘧啶類(lèi)似物，可和胸腺嘧啶T配對(duì)?？稍俸桶奏づ鋵?duì)?？稍俸桶奏 配對(duì)，配對(duì)，產(chǎn)生產(chǎn)生A-T 、G-C的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換，或，或2-AP以和胞嘧啶以和胞嘧啶C 配對(duì)形式進(jìn)入配對(duì)形式進(jìn)入DNA后再和胸腺后再和胸腺嘧啶嘧啶T 配對(duì)后產(chǎn)生配對(duì)后產(chǎn)生G-C、A-T的轉(zhuǎn)換。的轉(zhuǎn)換。第26頁(yè)/共94頁(yè)28 某些誘變劑不摻入某些誘變劑不摻入DNA，而通過(guò)改變堿基的結(jié)構(gòu)從而引，而通過(guò)改變堿基的結(jié)構(gòu)從而引起特異性錯(cuò)配，如烷化劑（是一類(lèi)親電子的化合物，具有一個(gè)起特異性錯(cuò)配，如烷化劑（是一類(lèi)親電子的化合物，具有一個(gè)或多個(gè)活性烷基）。它們的

12、誘變作用是使或多個(gè)活性烷基）。它們的誘變作用是使DNA中的堿基烷化中的堿基烷化。 活性烷基不穩(wěn)定，能轉(zhuǎn)移到其他分子的電子密度較活性烷基不穩(wěn)定，能轉(zhuǎn)移到其他分子的電子密度較高的位置上，并置換其中的氫原子，使其成為不穩(wěn)定的高的位置上，并置換其中的氫原子，使其成為不穩(wěn)定的物質(zhì)。物質(zhì)。 烷化劑的種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有甲磺酸乙酯（烷化劑的種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有甲磺酸乙酯（EMS）、亞）、亞硝基胍（硝基胍（NG）和芥子氣等。）和芥子氣等。第27頁(yè)/共94頁(yè)29 EMS能使鳥(niǎo)嘌呤的能使鳥(niǎo)嘌呤的 N位置上有乙基，成為位置上有乙基，成為7一乙一乙基鳥(niǎo)嘌呤。與胸腺嘧啶配對(duì)，故基鳥(niǎo)嘌呤。與胸腺嘧啶配對(duì)，故能使能使G-C轉(zhuǎn)換

13、成轉(zhuǎn)換成A-T。 烷化劑的另一作用是烷化劑的另一作用是脫嘌呤脫嘌呤。例如烷基在鳥(niǎo)嘌。例如烷基在鳥(niǎo)嘌呤呤N位上活化糖苷鍵引起斷裂，使嘌呤從位上活化糖苷鍵引起斷裂，使嘌呤從DNA鏈上脫鏈上脫掉，產(chǎn)生缺口。復(fù)制時(shí)，與缺口對(duì)應(yīng)的位點(diǎn)上可掉，產(chǎn)生缺口。復(fù)制時(shí)，與缺口對(duì)應(yīng)的位點(diǎn)上可能配上任一堿基，從而引起轉(zhuǎn)換或顛換；而且去能配上任一堿基，從而引起轉(zhuǎn)換或顛換；而且去嘌呤后的嘌呤后的DNA容易發(fā)生斷裂，引起缺失或其他突變。容易發(fā)生斷裂，引起缺失或其他突變。第28頁(yè)/共94頁(yè)303. 嵌合劑的致突變作用嵌合劑的致突變作用 嵌合染料是另一類(lèi)重要的嵌合染料是另一類(lèi)重要的DNA修飾劑。包括吖啶修飾劑。包括吖啶橙（橙（

14、acridine orange）、原黃素（）、原黃素（proflavin）、溴）、溴化乙錠（化乙錠（EB）等染料。）等染料。 這些試劑為平面分子，其分子大小與堿基對(duì)大這些試劑為平面分子，其分子大小與堿基對(duì)大小差不多，可以嵌入到小差不多，可以嵌入到DNA雙鏈堿基對(duì)之間，在嵌入雙鏈堿基對(duì)之間，在嵌入位置上引起單個(gè)堿基對(duì)的插入或缺失突變。嵌合染料位置上引起單個(gè)堿基對(duì)的插入或缺失突變。嵌合染料也能嵌入單鏈也能嵌入單鏈DNA的堿基之間，這些突變都會(huì)引起閱的堿基之間，這些突變都會(huì)引起閱讀框的改變，造成移碼突變。讀框的改變，造成移碼突變。第29頁(yè)/共94頁(yè)31熒光顯微鏡下（選用藍(lán)色激發(fā)濾片），可見(jiàn)含熒光顯微

15、鏡下（選用藍(lán)色激發(fā)濾片），可見(jiàn)含DNA的細(xì)胞核顯示黃綠色熒光，含的細(xì)胞核顯示黃綠色熒光，含RNA的細(xì)胞質(zhì)及核仁顯示橘紅色熒光。的細(xì)胞質(zhì)及核仁顯示橘紅色熒光。體外培養(yǎng)的肝癌細(xì)胞吖啶橙熒光染色體外培養(yǎng)的肝癌細(xì)胞吖啶橙熒光染色第30頁(yè)/共94頁(yè)32第31頁(yè)/共94頁(yè)33 如果如果DNA的損傷得不到有效的修復(fù)，就會(huì)造成的損傷得不到有效的修復(fù)，就會(huì)造成DNA分子上可遺傳的永久性結(jié)構(gòu)變化，稱(chēng)為分子上可遺傳的永久性結(jié)構(gòu)變化，稱(chēng)為突變突變（mutation）。少數(shù)突變甚至有可能對(duì)細(xì)胞是有利）。少數(shù)突變甚至有可能對(duì)細(xì)胞是有利的。有利突變的累積可以使生物進(jìn)化，使其能更的。有利突變的累積可以使生物進(jìn)化，使其能更好地

16、適合于其生存的環(huán)境。但絕大部分突變是有好地適合于其生存的環(huán)境。但絕大部分突變是有害的，對(duì)于單細(xì)胞生物，不少有害突變是致死的害的，對(duì)于單細(xì)胞生物，不少有害突變是致死的，對(duì)于多細(xì)胞的高等生物，有害突變會(huì)造成病變，對(duì)于多細(xì)胞的高等生物，有害突變會(huì)造成病變，如代謝病和腫瘤。，如代謝病和腫瘤。 第32頁(yè)/共94頁(yè)34導(dǎo)致導(dǎo)致DNA分子結(jié)構(gòu)變化（亦即發(fā)生突變）；分子結(jié)構(gòu)變化（亦即發(fā)生突變）；生物體在表型上突變。生物體在表型上突變。第33頁(yè)/共94頁(yè)35(1) 點(diǎn)突變（點(diǎn)突變（point mutation）也稱(chēng)為簡(jiǎn)也稱(chēng)為簡(jiǎn)單突變或單一位點(diǎn)突變。其最主要的形式單突變或單一位點(diǎn)突變。其最主要的形式為堿基對(duì)置換，

17、專(zhuān)指為堿基對(duì)置換，專(zhuān)指DNA分子單一位點(diǎn)上所發(fā)生的分子單一位點(diǎn)上所發(fā)生的堿基對(duì)改變，分為轉(zhuǎn)換（堿基對(duì)改變，分為轉(zhuǎn)換（transitions）和顛換（）和顛換（transversions）兩種形式。）兩種形式。第34頁(yè)/共94頁(yè)36轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換（transition）：）：兩種嘧啶堿基（兩種嘧啶堿基（T和和G）或兩種）或兩種嘌呤堿基（嘌呤堿基（A和和G）之間的相互轉(zhuǎn)變。）之間的相互轉(zhuǎn)變。顛換顛換（transvertion）：）：嘧啶堿基和嘌呤堿基之間嘧啶堿基和嘌呤堿基之間的互變。的互變。第35頁(yè)/共94頁(yè)37第36頁(yè)/共94頁(yè)38第37頁(yè)/共94頁(yè)39又稱(chēng)移框突變，是指一個(gè)蛋白質(zhì)基因的編碼區(qū)發(fā)又稱(chēng)移

18、框突變，是指一個(gè)蛋白質(zhì)基因的編碼區(qū)發(fā)生的一個(gè)或多個(gè)核苷酸（非生的一個(gè)或多個(gè)核苷酸（非3的整數(shù)倍）的缺失和的整數(shù)倍）的缺失和插入。插入。由于遺傳密碼是由由于遺傳密碼是由3個(gè)核苷酸構(gòu)成的三聯(lián)體密碼，因個(gè)核苷酸構(gòu)成的三聯(lián)體密碼，因此，這樣的突變將會(huì)導(dǎo)致翻譯的閱讀框架發(fā)生改變，此，這樣的突變將會(huì)導(dǎo)致翻譯的閱讀框架發(fā)生改變，致使插入點(diǎn)或缺失點(diǎn)下游的氨基酸序列發(fā)生根本性的致使插入點(diǎn)或缺失點(diǎn)下游的氨基酸序列發(fā)生根本性的變化，但也可能會(huì)提前引入終止密碼子而使多肽鏈被變化，但也可能會(huì)提前引入終止密碼子而使多肽鏈被裁短。移碼突變對(duì)蛋白質(zhì)功能的影響取決于插入點(diǎn)或裁短。移碼突變對(duì)蛋白質(zhì)功能的影響取決于插入點(diǎn)或缺失點(diǎn)于

19、起始密碼子的距離。缺失點(diǎn)于起始密碼子的距離。第38頁(yè)/共94頁(yè)40DNA鏈上一個(gè)或一段核苷酸的消失或加入。鏈上一個(gè)或一段核苷酸的消失或加入。第39頁(yè)/共94頁(yè)41 例如在例如在 E.coli的的lacl基因中發(fā)現(xiàn)一種基因中發(fā)現(xiàn)一種 4個(gè)堿基序列個(gè)堿基序列(CTGG)在野生型中連續(xù)重復(fù)了在野生型中連續(xù)重復(fù)了 3次。次。J. Miller等人研究等人研究了這個(gè)基因突變熱點(diǎn)（了這個(gè)基因突變熱點(diǎn)（hot Spots）產(chǎn)生的原因。發(fā)現(xiàn)）產(chǎn)生的原因。發(fā)現(xiàn)某些熱點(diǎn)是由重復(fù)序列引起的。所謂某些熱點(diǎn)是由重復(fù)序列引起的。所謂熱點(diǎn)熱點(diǎn)即一個(gè)基因即一個(gè)基因中比其他位點(diǎn)更容易發(fā)生突變的位點(diǎn)。中比其他位點(diǎn)更容易發(fā)生突變的

20、位點(diǎn)。 由于插入或缺失突變引起由于插入或缺失突變引起DNA的閱讀框（的閱讀框（ORF）發(fā)生改變，從而產(chǎn)生不同蛋白質(zhì)的過(guò)程。發(fā)生改變，從而產(chǎn)生不同蛋白質(zhì)的過(guò)程。第40頁(yè)/共94頁(yè)42 DNA重組使其中一段核苷酸倒置，或從一處遷移重組使其中一段核苷酸倒置，或從一處遷移到另一處。到另一處。第41頁(yè)/共94頁(yè)43（1）致死性）致死性: 突變發(fā)生在對(duì)生命至關(guān)重要的基因上，可突變發(fā)生在對(duì)生命至關(guān)重要的基因上，可導(dǎo)致個(gè)體或細(xì)胞的死亡。導(dǎo)致個(gè)體或細(xì)胞的死亡。第42頁(yè)/共94頁(yè)44致死突變致死突變：嚴(yán)重影響生物體生活力，導(dǎo)致個(gè)體死亡的突：嚴(yán)重影響生物體生活力，導(dǎo)致個(gè)體死亡的突變。變?？煞譃榭煞譃轱@性致死突變顯性

21、致死突變（雜合態(tài)即可致死）和（雜合態(tài)即可致死）和隱性致死突變隱性致死突變（純合態(tài)才致死）。（純合態(tài)才致死）。第43頁(yè)/共94頁(yè)45（2）基因功能的改變）基因功能的改變 突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)，包括遺傳病、腫瘤及突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)，包括遺傳病、腫瘤及有遺傳傾向的病。有些已知其遺傳缺陷所在。但大多數(shù)有遺傳傾向的病。有些已知其遺傳缺陷所在。但大多數(shù)尚在研究中。尚在研究中。 突變影響生物的代謝過(guò)程，導(dǎo)致一個(gè)特定生化功能的突變影響生物的代謝過(guò)程，導(dǎo)致一個(gè)特定生化功能的改變或喪失。改變或喪失。第44頁(yè)/共94頁(yè)46 突變導(dǎo)致生物體外觀上可見(jiàn)的形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變。例突變導(dǎo)致生物體外觀上可見(jiàn)的形態(tài)結(jié)構(gòu)的改

22、變。例如果蠅的紅眼如果蠅的紅眼白眼突變：白眼突變：第45頁(yè)/共94頁(yè)47第46頁(yè)/共94頁(yè)48第47頁(yè)/共94頁(yè)49第48頁(yè)/共94頁(yè)50第49頁(yè)/共94頁(yè)51（3）突變導(dǎo)致基因型改變）突變導(dǎo)致基因型改變: 這種突變只有基因型的改變，而沒(méi)有可察覺(jué)的表型改這種突變只有基因型的改變，而沒(méi)有可察覺(jué)的表型改變。變。多態(tài)性多態(tài)性 (polymorphism)： 是用來(lái)描述個(gè)體之間的基因型差別現(xiàn)象。利用是用來(lái)描述個(gè)體之間的基因型差別現(xiàn)象。利用DNA多態(tài)多態(tài)性分析技術(shù)，可識(shí)別個(gè)體差異和種、株間差異。性分析技術(shù)，可識(shí)別個(gè)體差異和種、株間差異。 控制一些次要性狀基因即使發(fā)生突變，也不會(huì)影響生控制一些次要性狀基因

23、即使發(fā)生突變，也不會(huì)影響生物的正常生理活動(dòng)，仍能保持其正常的生活力和繁殖力，物的正常生理活動(dòng)，仍能保持其正常的生活力和繁殖力，為自然選擇保留下來(lái)。為自然選擇保留下來(lái)。第50頁(yè)/共94頁(yè)52第51頁(yè)/共94頁(yè)53突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ):進(jìn)化過(guò)程是突變的不斷發(fā)生所造成的。沒(méi)有突進(jìn)化過(guò)程是突變的不斷發(fā)生所造成的。沒(méi)有突變就沒(méi)有今天的五彩繽紛的世界。變就沒(méi)有今天的五彩繽紛的世界。遺傳學(xué)家認(rèn)為：沒(méi)有突變就不會(huì)有遺傳學(xué)。遺傳學(xué)家認(rèn)為：沒(méi)有突變就不會(huì)有遺傳學(xué)。大量的突變都屬于由遺傳過(guò)程自然發(fā)生的，叫大量的突變都屬于由遺傳過(guò)程自然發(fā)生的，叫自發(fā)突變或自然突變（自發(fā)突變或自然突變（

24、spontaneous mutation）。）。第52頁(yè)/共94頁(yè)54（1）自發(fā)突變（）自發(fā)突變（spontaneous mutations）由內(nèi)在因素引起的突變稱(chēng)為自發(fā)突變。由內(nèi)在因素引起的突變稱(chēng)為自發(fā)突變。自發(fā)點(diǎn)突變自發(fā)點(diǎn)突變自發(fā)移碼突變自發(fā)移碼突變第53頁(yè)/共94頁(yè)55 由外在因素引發(fā)的突變。主要有堿基類(lèi)似物、烷基化試劑、脫氨基試劑、羥胺等各種誘變劑。由外在因素引發(fā)的突變。主要有堿基類(lèi)似物、烷基化試劑、脫氨基試劑、羥胺等各種誘變劑。 每一種誘變劑有其對(duì)應(yīng)的特異性（如對(duì)每一種誘變劑有其對(duì)應(yīng)的特異性（如對(duì)G-C，A-T轉(zhuǎn)換）和對(duì)特定的突變位點(diǎn)的偏好，例如：甲磺酸乙酯（轉(zhuǎn)換）和對(duì)特定的突變位點(diǎn)

25、的偏好，例如：甲磺酸乙酯（EMS）和紫外線（）和紫外線（UV）“偏好偏好” G-C， A-T轉(zhuǎn)換，黃曲霉素轉(zhuǎn)換，黃曲霉素B1（AFB1）則偏好于）則偏好于C-G，A-T顛換。顛換。誘變機(jī)制：誘變機(jī)制：誘變劑通過(guò)誘變劑通過(guò)3種機(jī)制誘發(fā)突變：取代種機(jī)制誘發(fā)突變：取代DNA中的一個(gè)堿基；改變一個(gè)堿基使之發(fā)生錯(cuò)配；破壞一個(gè)堿基使之在正常情況下無(wú)法配對(duì)。中的一個(gè)堿基；改變一個(gè)堿基使之發(fā)生錯(cuò)配；破壞一個(gè)堿基使之在正常情況下無(wú)法配對(duì)。第54頁(yè)/共94頁(yè)56 黃曲霉素（黃曲霉素（AFB）引起肝癌，紫外線（）引起肝癌，紫外線（UV）照射）照射會(huì)導(dǎo)致皮膚癌。會(huì)導(dǎo)致皮膚癌。 腫瘤抑制基因是一種編碼抑制腫瘤形成的蛋白

26、質(zhì)基因。腫瘤抑制基因是一種編碼抑制腫瘤形成的蛋白質(zhì)基因。如果發(fā)生突變則會(huì)致癌。對(duì)南非和東亞肝癌病人的如果發(fā)生突變則會(huì)致癌。對(duì)南非和東亞肝癌病人的P53基因基因的分析發(fā)現(xiàn)，的分析發(fā)現(xiàn)，AFB特異性誘導(dǎo)特異性誘導(dǎo)G-T顛換，引起顛換，引起P53發(fā)生突變發(fā)生突變，而在同一地區(qū)的肺癌、腸癌和乳腺癌的病人中未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)，而在同一地區(qū)的肺癌、腸癌和乳腺癌的病人中未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。象。第55頁(yè)/共94頁(yè)57黃曲霉素黃曲霉素B1（aflatoxin B1，AFB1） 一種很強(qiáng)的致癌劑。一種很強(qiáng)的致癌劑。 在鳥(niǎo)嘌呤在鳥(niǎo)嘌呤 N-7位置上形成一加成復(fù)合物后產(chǎn)位置上形成一加成復(fù)合物后產(chǎn)生無(wú)嘌呤位點(diǎn)。修復(fù)要求生無(wú)嘌呤位點(diǎn)。

27、修復(fù)要求SOS系統(tǒng)參與。系統(tǒng)參與。SOS越越過(guò)無(wú)嘌呤位點(diǎn)并在這些位點(diǎn)對(duì)應(yīng)處選擇性插入腺嘌呤過(guò)無(wú)嘌呤位點(diǎn)并在這些位點(diǎn)對(duì)應(yīng)處選擇性插入腺嘌呤，使鳥(niǎo)嘌呤殘基脫嘌呤的試劑偏向于產(chǎn)生，使鳥(niǎo)嘌呤殘基脫嘌呤的試劑偏向于產(chǎn)生G-C，T-A顛換。顛換。第56頁(yè)/共94頁(yè)58 現(xiàn)代生活環(huán)境使人可能接觸各種各樣藥品、化妝品、現(xiàn)代生活環(huán)境使人可能接觸各種各樣藥品、化妝品、食物防腐劑、殺蟲(chóng)劑、工業(yè)用試劑、污染物等，其中很多食物防腐劑、殺蟲(chóng)劑、工業(yè)用試劑、污染物等，其中很多化合物已被證明具有致癌性質(zhì)?；衔镆驯蛔C明具有致癌性質(zhì)。研究表明在研究表明在175種已知的致癌劑中，有種已知的致癌劑中，有157種是誘種是誘變劑。這些

28、物質(zhì)是通過(guò)誘導(dǎo)體細(xì)胞突變而致癌的。例變劑。這些物質(zhì)是通過(guò)誘導(dǎo)體細(xì)胞突變而致癌的。例如食物防腐劑如食物防腐劑AF-2。食物熏蒸劑二溴乙烯、抗血吸蟲(chóng)藥物、。食物熏蒸劑二溴乙烯、抗血吸蟲(chóng)藥物、多種染發(fā)添加劑以及工業(yè)化合物氯乙烯等都具致癌性。多種染發(fā)添加劑以及工業(yè)化合物氯乙烯等都具致癌性。第57頁(yè)/共94頁(yè)59第58頁(yè)/共94頁(yè)60第59頁(yè)/共94頁(yè)61野生型等位基因：野生型等位基因：將自然界中普遍出現(xiàn)或指定實(shí)驗(yàn)用的某將自然界中普遍出現(xiàn)或指定實(shí)驗(yàn)用的某一品系的性狀作為一品系的性狀作為“野生型野生型”或或“正常正?！钡男誀?，與這的性狀，與這種性狀相關(guān)的等位基因稱(chēng)為野生型等位基因。種性狀相關(guān)的等位基因稱(chēng)為

29、野生型等位基因。突變型等位基因：突變型等位基因：任何不同于野生型等位基因的相任何不同于野生型等位基因的相同座位的基因稱(chēng)為突變型等位基因。同座位的基因稱(chēng)為突變型等位基因。正向突變正向突變：從野生型等位基因變?yōu)橥蛔冃偷任换颍簭囊吧偷任换蜃優(yōu)橥蛔冃偷任换?。回?fù)突變回復(fù)突變：從突變型等位基因變?yōu)橐吧偷任换?。：從突變型等位基因變?yōu)橐吧偷任换?。?0頁(yè)/共94頁(yè)62 一個(gè)基因內(nèi)有很多突變位點(diǎn)，所以，一個(gè)基因的突變一個(gè)基因內(nèi)有很多突變位點(diǎn)，所以，一個(gè)基因的突變也有多方向性，從而導(dǎo)致一個(gè)基因可以有兩個(gè)以上的等位也有多方向性，從而導(dǎo)致一個(gè)基因可以有兩個(gè)以上的等位形式形式復(fù)等位基因。復(fù)等位基因。第

30、61頁(yè)/共94頁(yè)63第62頁(yè)/共94頁(yè)64第63頁(yè)/共94頁(yè)65制忠實(shí)性有很大的貢獻(xiàn)。制忠實(shí)性有很大的貢獻(xiàn)。第64頁(yè)/共94頁(yè)66第65頁(yè)/共94頁(yè)67第66頁(yè)/共94頁(yè)68DNA的半甲基化的半甲基化修復(fù)機(jī)制：修復(fù)機(jī)制：錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)GATC sequences are targets for the Dam methylase after replication. During the period before this methylation occurs, the nonmethylated strand is the target for repair of mismatc

31、hed bases.第67頁(yè)/共94頁(yè)69第68頁(yè)/共94頁(yè)70第69頁(yè)/共94頁(yè)71第70頁(yè)/共94頁(yè)72第71頁(yè)/共94頁(yè)73糖甘水解酶識(shí)別改變了的堿基，把堿基從糖甘水解酶識(shí)別改變了的堿基，把堿基從N-糖苷鍵糖苷鍵處切下來(lái)，在處切下來(lái)，在DNA鏈上形成去嘌呤或去嘧啶位點(diǎn)，統(tǒng)鏈上形成去嘌呤或去嘧啶位點(diǎn)，統(tǒng)稱(chēng)為稱(chēng)為AP位點(diǎn)位點(diǎn)。第72頁(yè)/共94頁(yè)74由由AP磷酸內(nèi)切酶將受損核甘磷酸內(nèi)切酶將受損核甘酸的糖甘酸的糖甘-磷酸鍵切開(kāi)磷酸鍵切開(kāi)第73頁(yè)/共94頁(yè)75DNA連接酶連接連接酶連接利用利用DNA聚合酶聚合酶I切切除損傷部除損傷部位，補(bǔ)上位，補(bǔ)上核苷酸核苷酸第74頁(yè)/共94頁(yè)76第75頁(yè)/共94

32、頁(yè)77第76頁(yè)/共94頁(yè)78識(shí)別損傷部位識(shí)別損傷部位損傷的兩邊切除幾個(gè)核苷酸（核酸外切酶）損傷的兩邊切除幾個(gè)核苷酸（核酸外切酶）DNA 聚合酶以母鏈為模板復(fù)制合成新子鏈聚合酶以母鏈為模板復(fù)制合成新子鏈DNA連接酶將切口補(bǔ)平連接酶將切口補(bǔ)平第77頁(yè)/共94頁(yè)79 “切補(bǔ)切封切補(bǔ)切封”第78頁(yè)/共94頁(yè)80 切除修復(fù)（切除修復(fù)（excision repair）系統(tǒng)在幾種酶的協(xié)同作）系統(tǒng)在幾種酶的協(xié)同作用下，先在損傷的任一端打開(kāi)磷酸二酯鍵，然后外切掉一段用下，先在損傷的任一端打開(kāi)磷酸二酯鍵，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修復(fù)性合成來(lái)填補(bǔ)，再由連接酶連寡核苷酸；留下的缺口由修復(fù)性合成來(lái)填補(bǔ)，再由

33、連接酶連接。接。 由于這些酶的作用不需可見(jiàn)光激活，也叫由于這些酶的作用不需可見(jiàn)光激活，也叫暗修暗修復(fù)復(fù)。切除修復(fù)不僅能消除由紫外線引起的損傷，也能消除由。切除修復(fù)不僅能消除由紫外線引起的損傷，也能消除由電離輻射和化學(xué)誘變劑引起的其他損傷。電離輻射和化學(xué)誘變劑引起的其他損傷。切除修復(fù)一般發(fā)生在下一輪切除修復(fù)一般發(fā)生在下一輪DNA復(fù)制之前，又稱(chēng)復(fù)制之前，又稱(chēng)復(fù)制復(fù)制前復(fù)制前復(fù)制。第79頁(yè)/共94頁(yè)81第80頁(yè)/共94頁(yè)82 （主要對(duì)胸腺嘧啶二聚體而言）（主要對(duì)胸腺嘧啶二聚體而言）修復(fù)機(jī)制：在修復(fù)機(jī)制：在可見(jiàn)光可見(jiàn)光（300 600nm）活化之下，由光復(fù)活化之下，由光復(fù)活酶（活酶（photo rea

34、ctivating enzyme， PR）催化胸腺嘧啶催化胸腺嘧啶二聚體分解為單體。二聚體分解為單體。參與的酶：光復(fù)活酶（參與的酶：光復(fù)活酶（PR）第81頁(yè)/共94頁(yè)83 光復(fù)活酶修復(fù)：波長(zhǎng)光復(fù)活酶修復(fù)：波長(zhǎng)400400nmnm可見(jiàn)光激活可見(jiàn)光激活第82頁(yè)/共94頁(yè)84 光復(fù)活是針對(duì)紫外線引起光復(fù)活是針對(duì)紫外線引起DNA損傷而形成的胸腺嘧損傷而形成的胸腺嘧啶二聚體，在損傷部位進(jìn)行修復(fù)的修復(fù)途徑。光復(fù)活作啶二聚體，在損傷部位進(jìn)行修復(fù)的修復(fù)途徑。光復(fù)活作用在可見(jiàn)光的活化下，由光復(fù)活酶（用在可見(jiàn)光的活化下，由光復(fù)活酶（PR)，又稱(chēng)光解酶催，又稱(chēng)光解酶催化胸腺嘧啶二聚體分解成為單體?；叵汆奏ざ垠w分

35、解成為單體。 PR酶先與酶先與DNA鏈上的胸腺嘧啶二聚體結(jié)合成復(fù)合物；復(fù)鏈上的胸腺嘧啶二聚體結(jié)合成復(fù)合物；復(fù)合物以某種方式吸收可見(jiàn)光，并利用光能切斷二聚體之間的合物以某種方式吸收可見(jiàn)光，并利用光能切斷二聚體之間的兩個(gè)兩個(gè)C-C鍵，使胸腺嘧啶二聚體變?yōu)閮蓚€(gè)單體，恢復(fù)正鍵，使胸腺嘧啶二聚體變?yōu)閮蓚€(gè)單體，恢復(fù)正常，而后常，而后PR酶就從酶就從DNA上解離下來(lái)。上解離下來(lái)。第83頁(yè)/共94頁(yè)85過(guò)去認(rèn)為，光復(fù)活酶存在于細(xì)菌和低等真核生物體內(nèi)。過(guò)去認(rèn)為，光復(fù)活酶存在于細(xì)菌和低等真核生物體內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)在鳥(niǎo)類(lèi)和有袋類(lèi)中也有存在。研究發(fā)現(xiàn)在鳥(niǎo)類(lèi)和有袋類(lèi)中也有存在。 BMSutherland（1974）報(bào)道，在

36、人類(lèi)白細(xì)胞中）報(bào)道，在人類(lèi)白細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)光復(fù)活酶。隨后發(fā)現(xiàn)存在于人類(lèi)的成纖維細(xì)胞和淋巴細(xì)胞發(fā)現(xiàn)光復(fù)活酶。隨后發(fā)現(xiàn)存在于人類(lèi)的成纖維細(xì)胞和淋巴細(xì)胞中。說(shuō)明這種酶在生物界分布廣泛，這一修復(fù)機(jī)制在哺乳動(dòng)物中。說(shuō)明這種酶在生物界分布廣泛，這一修復(fù)機(jī)制在哺乳動(dòng)物中也起重要作用。中也起重要作用。 在在Ecoli中，光復(fù)活酶（中，光復(fù)活酶（471aa）是由）是由Phr基因編基因編碼，酶在暗處不能起作用，還需要其他的酶來(lái)修復(fù)碼，酶在暗處不能起作用，還需要其他的酶來(lái)修復(fù) UV損損傷。在植物和果蠅中也發(fā)現(xiàn)能逆轉(zhuǎn)傷。在植物和果蠅中也發(fā)現(xiàn)能逆轉(zhuǎn)6-4光生成物的光解酶。光生成物的光解酶。光復(fù)活的修復(fù)功能雖然普遍存在，但主要是原核生物中光復(fù)活的修復(fù)功能雖然普遍存在，但主要是原核生物中的一種修復(fù)方式。的一種修復(fù)方式。第84頁(yè)/共94頁(yè)86第85頁(yè)/共94頁(yè)87第86頁(yè)/共94頁(yè)88第87頁(yè)/共94頁(yè)89復(fù)制后修復(fù)復(fù)制后修復(fù)是一種越過(guò)損傷部位進(jìn)行修復(fù)的途徑。重組是一種越過(guò)損傷部位進(jìn)行修復(fù)的途