突變類型和修復(fù)要點

1、突變類型和修復(fù)要點2第一節(jié) 突變與表型第二節(jié) 回復(fù)突變和抑制突變第三節(jié) 突變的修復(fù)3本部分重點突變的表型效應(yīng)突變體的概念及其形成過程抑制突變的種類和機制光修復(fù)、切補修復(fù)、重組修復(fù)和SOS修復(fù)系統(tǒng)的修復(fù)過程與機理4本部分難點基因內(nèi)抑制突變、基因間抑制突變光修復(fù)、切補修復(fù)、重組修復(fù)和SOS修復(fù)系統(tǒng)的修復(fù)過程與機理5第一節(jié) 突變與表型 堿基置換引起的無義突變（引起遺傳性狀改變）錯義突變（引起遺傳性狀改變）沉默突變（不引起遺傳性狀改變）同義突變（不引起遺傳性狀改變）移碼突變引起的（引起遺傳性狀改變）易位突變引起的（不一定引起遺傳性狀改變）突變的表型效應(yīng)一、突變的表型效應(yīng)61、堿基置換引起的突變（圖）7

2、錯義突變(missense mutation) 當DNA分子上密碼子中的堿基被置換，新密碼子編寫的氨基酸與原來的密碼子不相同，使多肽鏈的氨基酸排列順序發(fā)生變化。錯義突變通常在第一或第二個堿基發(fā)生變化時，容易引起氨基酸種類改變。8無義突變(nonsense mutation) 決定某氨基酸的密碼子被終止密碼子（UAG）代替，因而mRNA翻譯多肽鏈過程中出現(xiàn)句號，使翻譯工作中途停止，難以完成一條完整的多肽鏈的合成，這種肽鏈是沒有活性的。 9同義突變(synonymy mutation)指DNA分子上的遺傳密碼由于置換而成為新的密碼子，但是這種新密碼子構(gòu)成的氨基酸與原有密碼子所構(gòu)成的氨基酸相同。這是

3、一種無遺傳意義的突變。這種突變不能引起氨基酸序列的改變。10沉默突變(silent mutation)堿基置換造成多肽鏈中一個氨基酸的改變，但該氨基酸不能影響多肽鏈的正常功能，因此不改變微生物的遺傳性狀。112、移碼突變 移碼突變是在DNA分子上的密碼子中添加或丟失一個或幾個堿基，其結(jié)果造成從改變的堿基開始所有其后的密碼子堿基都往后移動，使密碼子雜亂而重新編組，使多肽鏈上的氨基酸序列發(fā)生很大的改變，并出現(xiàn)明顯的遺傳性狀變異。123、突變的表型效應(yīng) (phenotypic effect) 突變不一定能產(chǎn)生遺傳效應(yīng) 即使產(chǎn)生了遺傳效應(yīng)，也不一定就能直觀看出13 （1）突變不改變表型同義突變和沉默突

4、變 變異后合成新的氨基酸沒有影響多肽的正常功能 14（2）顯性突變和隱性突變的表型效應(yīng)純合體顯性基因突變：AA、aa純合體隱性基因突變：AA、aa雜合體顯性基因突變：Aa雜合體隱性基因突變：Aa15 （3）突變的表型與環(huán)境突變后的個體被環(huán)境淘汰，如個體死亡環(huán)境條件不適合時表型不體現(xiàn)，如氨基酸缺陷型16二、突變型的種類 形態(tài)突變型 生化突變型 條件致死突變型 致死突變型 抗性突變型 171. 形態(tài)突變型 形態(tài)突變是一種可見突變，包括：菌落形狀大小、顏色、表面結(jié)構(gòu)、孢子數(shù)量和顏色；細胞形態(tài)鞭毛、莢膜、菌體形狀、大小、孢子形態(tài)和大??；細胞結(jié)構(gòu)細胞膜透性等；噬菌體噬菌斑形狀、大小及清晰度等。182.

5、條件致死突變型條件致死突變（conditional lethal mutation）是一類遺傳學(xué)分析最有用的突變型，它們的生命分界線由某種條件決定。這種突變體在允許條件下存活，在限制條件下致死。溫敏突變型，它們在一定溫度下致死，在另一種溫度下表現(xiàn)正常的生命活動。脫敏突變，又稱抑制敏感突變（sensitivity restricting mutation），在抑制基因存在時能生長繁殖，而抑制基因消失時就停止生長繁殖。193. 致死突變型突變使多肽鏈完全喪失活性，引起致死，尤其是染色體畸變更易造成這種現(xiàn)象。顯性致死（雜合狀態(tài)）隱性致死（純合狀態(tài)）204. 抗性突變型抗性突變（resistance

6、mutation) 最為常見包括抗藥突變抗噬菌體突變抗高溫突變抗輻射突變215. 生化突變型可引起生化代謝的變化的突變稱為生化突變(biochemical mutation)。最典型的是營養(yǎng)缺陷型，它從野生型基因突變形成。其特點是由于突變而失去合成某種代謝物質(zhì)的能力，如氨基酸、維生素等，當環(huán)境中缺乏這種物質(zhì)它就不能生長繁殖。反之，只有給它補充了這種物質(zhì)，才能具有正常的生命活動。還有糖類分解發(fā)酵突變株、色素形成突變株及有益代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力突變株。 22三 突變體的形成與表型延遲突變體形成的三個步驟：誘變劑與DNA接觸 突變發(fā)生 突變體形成 表型延遲 231、突變體形成(1)誘變劑與DNA接觸(2

7、)突變發(fā)生(3)突變體形成24(1)誘變劑與DNA接觸誘變劑需經(jīng)過以下途徑才能與DNA接觸：細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、核質(zhì)體25(2)突變發(fā)生DNA處于復(fù)制狀態(tài)有利于突變的發(fā)生26(3)突變體形成并且不是所有的突變都能形成突變體（突變要經(jīng)復(fù)制才能形成突變體） 突變可能被修復(fù)27 2. 表型延遲 表型延遲（phenotype lag）現(xiàn)象是指微生物通過自發(fā)突變或人工誘變而產(chǎn)生新的基因型個體所表現(xiàn)出來的遺傳特性不能在當代出現(xiàn)，其表型的出現(xiàn)必須經(jīng)過2代以上的繁殖復(fù)制。28延遲的原因 ：當突變發(fā)生在多核細胞中的某一個核 原有基因產(chǎn)物的影響 29第二節(jié) 回復(fù)突變和抑制突變正向突變、回復(fù)突變和抑制突變 基因

8、內(nèi)抑制突變 基因間抑制突變 基因間間接抑制突變 301. 正向突變、回復(fù)突變和抑制突變 正向突變(forward mutation)：是指改變野生型性狀的突變。回復(fù)突變(back mutation或reverse mutation) ：突變體所失去的野生型性狀可以通過第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變叫做回復(fù)突變。抑制突變(suppressor mutation)：真正的原位回復(fù)突變很少，而大多數(shù)是第二位點突變，即原來位點的突變依然存在，而它的表型效應(yīng)被基因組中第二位點的突變所抑制，因而又稱為抑制突變。312. 基因內(nèi)抑制突變(intragenic suppressors) 發(fā)生在正向突變的基

9、因之中。錯義突變和移碼突變都可被基因內(nèi)另一位點的突變所抑制。有些基因內(nèi)抑制突變表現(xiàn)為溫度敏感型。移碼突變的回復(fù)突變幾乎全是基因內(nèi)抑制突變。 錯義突變的基因內(nèi)抑制突變333. 基因間抑制突變基因間無義抑制突變 基因間錯義抑制突變 基因間移碼抑制突變 溫度敏感抑制突變和抑制增強突變 34（1）基因間無義抑制突變 無義密碼子（琥珀密碼子UAG）使肽鏈合成終止。突變的tRNA反密碼子與無義密碼子互補。能抑制正向突變表型的突變了的 tRNA稱為抑制tRNA (suppressor tRNA)。抑制tRNA不是細胞對無義突變應(yīng)答的產(chǎn)物，而是自發(fā)突變或誘變的結(jié)果。 35抑制tRNA對無義突變的抑制 思考：突

10、變的tRNA校正基因是否會影響正常的終止？(1)校正基因識別的終止密碼子不一定和正常終止的密碼子相同。有時正常終止位點有兩個連續(xù)的終止密碼子，而且結(jié)構(gòu)不同，如UAG-UAA；(2)釋放因子將和抑制基因競爭和終止密碼子的結(jié)合；(3)抑制基因的效率很低，通常為15%，所以常不會抑制正常終止。校正基因一般不會影響正常的終止38（2）基因間錯義抑制突變 如：錯義突變：GGA(Gly)AGA(Arg)，蛋白質(zhì)失活；Gly-tRNA的反密碼子：CCUUCU仍將Gly安插在錯義突變的密碼子AGA處，蛋白質(zhì)恢復(fù)活性；如果安插的氨基酸不是甘氨酸而是其他氨基酸，只要能恢復(fù)或部分恢復(fù)蛋白質(zhì)活性，都表現(xiàn)出錯義抑制效應(yīng)

11、。39（3）基因間移碼抑制突變移碼突變也可由tRNA分子結(jié)構(gòu)的改變而被抑制。如E. coli 的突變tRNAGly在它的反密碼子loop上增加了一個C、反密碼子成了CCCC，因而能識別移碼突變 GGGG，從而矯正了由于插人一個堿基造成的移碼突變。40（4）溫度敏感抑制突變和抑制增強突變琥珀型(amber)突變的抑制tRNA表現(xiàn)出溫度敏感性：在30時產(chǎn)生抑制，在42時不能。（即30 下正常生長，42 下死亡）若在較高溫度時也能生長，稱為抑制增強突變(Sue, suppressor enhancing mutation) Sue突變對非溫度敏感的抑制突變同樣能增強抑制效應(yīng)。 （即30 下正常生長，

12、42 下也能正常生長）414. 基因間間接抑制突變直接抑制突變(direct suppressors)通過恢復(fù)或部分恢復(fù)原來基因蛋白產(chǎn)物的功能。所有基因內(nèi)抑制突變的作用都是直接的。一些改變翻譯性質(zhì)的基因間抑制突變的作用也是直接的。間接抑制突變(indirect suppressors)不恢復(fù)正向突變基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能；通過改變其他蛋白質(zhì)的性質(zhì)或表達水平而補償原來突變而造成的缺陷，使野生型表型得以恢復(fù)。 42基因間間接抑制突變兩個基因的多肽產(chǎn)物突變互補；反應(yīng)途徑中不同酶活性的此消彼長；繞過被阻斷的步驟;有害物質(zhì)的積累被提高的分解酶的活性或?qū)⑵浼{入其他生化反應(yīng)而消除。 43基因間間接抑制突變途

13、徑之一445. 增變基因和突變熱點增變基因(mutator gene)與整個基因組的突變頻率直接相關(guān)的基因，如DNA聚合酶的各個基因，其3 一5 校對功能喪失或降低dam基因和mut基因突變，使錯配修復(fù)系統(tǒng)功能喪失突變熱點(hot spots of mutation)某些位點的突變頻率高于平均數(shù)。原因為：5甲基胞嘧啶的存在，或在短的連續(xù)重復(fù)序列處容易發(fā)生插入或缺失突變，插入或缺失的正是這一重復(fù)序列。與所使用的誘變劑有關(guān)。45第三節(jié) 突變的修復(fù)復(fù)制前修復(fù)切補修復(fù)（針對任意堿基或嘧啶二聚體）光復(fù)活（針對嘧啶二聚體）復(fù)制后修復(fù)重組修復(fù)（針對嘧啶二聚體）SOS修復(fù)（針對嘧啶二聚體）46切補修復(fù)(exc

14、ision repair) 是在限制性內(nèi)切核酸酶、外切核酸酶、DNA聚合酶及連接酶協(xié)同作用下進行的。整個修復(fù)過程不需要可見光，在黑暗條件下就可以修補。因此也稱為暗修復(fù)。47 切補修復(fù)的機理堿基切除（Base excision）糖基化酶系統(tǒng)（針對任意堿基）核苷酸切除（Nucleotide excision）uvrABC 系統(tǒng)（針對嘧啶二聚體）錯配修復(fù)（Mismatch repair）mutHLS修復(fù)途徑（針對任意堿基）48堿基切除過程（針對任意堿基）1.糖基化酶識別改變了的堿基，把堿基從N-糖苷鍵處切下來。2.由無嘧啶核酸內(nèi)切酶在無嘧啶位置上切斷磷酸二酯鍵。3.利用DNA聚合酶I切除損傷部位，補

15、上核苷酸。連接酶連接。49核苷酸切除過程（針對嘧啶二聚體） 1. uvrA 和uvrB 的復(fù)合物蛋白識別損傷部位。2.發(fā)現(xiàn)二聚體后，uvrA解離 ，uvrC 加入。3. uvrB和uvrC 在損傷部位的兩端造成單鏈缺口。4. 損傷部位的 DNA 被一種helicase II（ uvrD ）移走。5. DNA上的缺口由 DNA polymerase I 和ligase填補。50 錯配修復(fù)過程（針對任意堿基）1.母鏈和子鏈的識別。DNA腺嘌呤甲基化酶使GATC中的A甲基化，為母鏈。2. mutHLS復(fù)合體與錯配位點及最近的甲基化的GATC結(jié)合。3.在新合成的鏈上形成兩個缺口，錯配鏈被移走。4. D

16、NA上的缺口由 DNA polymerase I 和ligase填補。51 錯配修復(fù)過程52光復(fù)活是指光誘導(dǎo)后使損傷的DNA修復(fù)。The repair of ultravioletirradiated DNA by the cleavage of pyrimidine dimers is catalyzed by the photolyase，an enzyme that requires post-irradiation exposure to visible light. 細菌經(jīng)紫外線照射后，再放在可見光下，存活率大大提高，并且突變頻率降低。在許多生物，如酵母菌、原生動物、藻類、動植物中均

17、存在這種修復(fù)機制。光復(fù)活( Photoreactivation) （針對嘧啶二聚體）53The repair of ultravioletirradiated DNA by the cleavage of pyrimidine dimers is catalyzed by the photolyase，an enzyme that requires post-irradiation exposure to visible light. 經(jīng)紫外線照射后的DNA的修復(fù)是通過光裂合酶的作用而把嘧啶二聚體打開，這種酶所進行的修復(fù)需要在可見光的照射下完成。翻譯54 二聚體的形成55光復(fù)活過程1.光裂合酶

18、識別并結(jié)合在二聚體部位。2.發(fā)色團吸收370nm的可見光，形成FADH-自由基。 3. FADH-自由基影響二聚體電子分布，二聚體解開。56用紫外線照射切補缺陷株uvrA6，培養(yǎng)一段時間后提取其DNA。發(fā)現(xiàn)其單鏈DNA片段比未經(jīng)照射的DNA片段短得多，約等于紫外線誘發(fā)的兩個二聚體間的距離。在繼續(xù)培養(yǎng)過程中，這些片段變長，直至達到對照的長度。當用同位素標記辨別親本和新合成的DNA時，發(fā)現(xiàn)親本和新合成DNA的交換。 重 組 修 復(fù)（針對嘧啶二聚體）重組修復(fù)機理的研究571.以帶有二聚體的DNA為復(fù)制的模板，合成帶缺口的DNA鏈。2.在重組蛋白的作用下，母鏈和子鏈發(fā)生重組。3.重組后母鏈上的缺口由D

19、NA polymerase I 和ligase填補。重組修復(fù)過程58SOS修復(fù)（針對嘧啶二聚體）SOS修復(fù)是在DNA被損傷的范圍較大，復(fù)制受到抑制時出現(xiàn)的一種修復(fù)功能。是一種傾向差錯的修復(fù)過程。SOS修復(fù)的發(fā)現(xiàn)SOS修復(fù)的機制59 SOS修復(fù)的發(fā)現(xiàn)50年代，J. Weigle發(fā)現(xiàn)：經(jīng)紫外線照射后的噬菌體感染大腸桿菌后，一部分噬菌體被殺死，不能形成噬菌斑，而存活下來的噬菌體中出現(xiàn)了許多突變型。把紫外線照射后的噬菌體感染輕度照射后的大腸桿菌時，噬菌體的存活率明顯增加，突變率也隨之增加。概括為：經(jīng)紫外線照射后的大腸桿菌更能支持紫外線照射的噬菌體的生長。該現(xiàn)象稱為紫外線激活反應(yīng)（UV reactiva

20、tion ）或W激活反應(yīng)（W reactivation ）。60Survival of an ultraviolet-irradiated phage is greater upon infecting a host that has also been irradiated with UV than upon infecting a host that has not been irradiated with UV. The increased survival in the UV irradiated host is due to the induction of the SOS-repair system in the host.61Survival of an ultraviolet-irradiated phage is greater upo