第十三基因突變與損傷修復演示文稿

第十三基因突變與損傷修復演示文稿第一頁，共四十二頁。優(yōu)選第十三基因突變與損傷修復第二頁，共四十二頁。

生化突變(biochemicalmutation）：使機體的代謝過程發(fā)生改變或喪失的突變無效突變(nullmutaion)：完全喪失原有基因功能的突變滲漏突變(leakymutation)：部分喪失原有基因功能的突變致死突變(lethalmutation)：影響生物體的生活力，導致個體死亡的突變條件致死突變(conditionallethalmutation)：在給定的某種條件下可以存活，如果缺少這種條件就會致死的突變第三頁，共四十二頁。二、突變類型

1.突變發(fā)生的細胞類型

體細胞突變(somaticmutation)Clone：無性繁殖。生殖細胞突變(germinalmutation)2.突變的表型:

(1)形態(tài)突變morphologicalmutaion(2)生化突變biochemicalmutaion(3)失去功能突變loss-of-functionmutation(4)獲得功能突變gain-of-functionmutation(5)致死突變lethalmutaion(6)條件致死突變conditionallethalmutaion

第四頁，共四十二頁。三、突變的性質

1.稀有性:突變發(fā)生的頻率很低突變率(mutationrate):在特定的條件下,單位時間間內(通常為一個世代),一個細胞發(fā)生某一事件的概率.高等真核生物自發(fā)突變概率為1/10-5—10-10。

2.可逆性：突變型可以恢復為野生型，通常由發(fā)生在第二個位點的突變所回復，如抑制基因→敏感因子?；貜屯蛔兟室话阈∮谡蛲蛔兟??？赡嫘詤^(qū)別于染色體的缺失。

3.多向性（隨機性）：多方向，形成復等位基因。第五頁，共四十二頁。第二節(jié)基因突變的分子基礎一、自發(fā)突變(spontaneousmutation)

自發(fā)突變可能由復制錯誤、DNA損傷和轉座作用等引起。

1.DNA復制錯誤(errorsofDNAreplication)

DNA堿基有互變異構體，造成DNA復制過程中的DNA錯配。

ⅰ轉換：Purine→Pu;或者Pyrimidine→Pyⅱ顛換：Pu→Py;或者Py→Puⅲ移碼突變：增加或減少幾個堿基,導致蛋白質翻譯錯位。

ⅳ缺失和重復：大片段堿基的缺失或重復，如E.coli乳糖發(fā)酵調節(jié)基因lacⅠ中四堿基重復序列。野生型:5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’

突變型FS5:5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’

突變型FS2:5‘-GTCTGGCTGGC-3’第六頁，共四十二頁。返回第七頁，共四十二頁。2.DNA損傷（lesions）

ⅰ脫嘌呤由于堿基和脫氧核糖間的糖苷鍵受到破壞,從而引起一個鳥嘌呤或腺嘌呤從DNA分子上脫落下來.ⅱ脫氨基

C脫氨基變成U;A脫氨基變成H,：AA-T→→→H-T→→→H-C→→→H-C↘→A-T↘→G-CBG-C→→→G-U→→→A-U→→→A-U↘→G-C↘→A-T

造成轉換

ⅲ氧化損傷（oxidativelesions）:O2-OH-H2O2

可對DNA造成損傷第八頁，共四十二頁。二、誘發(fā)突變（inducedmutaion）

多種理化因素都可以誘導DNA的突變1.誘變機制

ⅰ堿基類似物eg.5-BU和5-BrdU是胸腺嘧啶(T)的結構類似物，酮式結構易與A配對；烯醇式結構易與G配對。另有2-氨基嘌呤(2-AP,A類似物)、5-氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶等。

ⅱ特異性錯配

eg.烷化劑:甲磺酸乙酯(EMS)、亞硝基胍(NG)、芥子氣等。通過改變堿基結構使堿基錯配。如：G-C;當G烷基化后可與T配對，導致堿基轉換?；蛘咄榛瘎┦灌堰拭撀?，造成轉換、顛換、斷裂或其他突變

第九頁，共四十二頁。ⅲ嵌合劑的致突作用

eg..吖啶類染料:吖啶橙、吖啶黃素、原黃素等堿基對的類似物，易造成移碼突變。ⅳ輻射誘導效應

(1)紫外線UV:形成嘧啶二聚體，如T二聚體，①同一條單鏈內，影響復制時與A的配對，使復制中止；②雙鏈之間，影響雙鏈變性，并影響復制。重復、缺失、移碼突變

(2)電離輻射：如X-ray、可引起堿基的降解或脫落，A變成H;C變成T，出現轉換。物理——物理化學——生物化學——大分子損傷ⅴ黃曲霉的作用使鳥嘌呤G脫落，SOS修復引入A,造成突變。第十頁，共四十二頁。2.堿基替換的遺傳效應

(ⅰ)同義突變（samesensemutation）不改變氨基酸的密碼子變化，與密碼子的兼并性有關.如GAU/GAC—Asp.(ⅱ)錯義突變（missensemutation）堿基替換的結果引起氨基酸序列的改變.(ⅲ)無義突變（nonsensemutation）編碼區(qū)的單堿基突變導致終止密碼子(UAG/UGA/UAA)的形成,使mRNA的翻譯提前終止,形成不完全的肽鏈.

如鐮刀型貧血癥：血紅蛋白B鏈(146Aa)，6號氨基酸的替換,導致明顯的表型癥狀。Glu→Val,若Glu→Asp則影響較小。第十一頁，共四十二頁。3.移碼突變及其產生

在基因的外顯子中插入或缺失1,2或4個核苷酸,使閱讀信息發(fā)生錯位,從而使翻譯的蛋白質序列與原來完全不同.eg.E.coli中乳糖發(fā)酵的調節(jié)基因(lacⅠ):

野生型:5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’

移碼突變Ⅰ:5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’

移碼突變Ⅱ:5‘-GTCTGGCTGGC-3’4.突變熱點和增變基因

基因中某些位點比其它位點突變率高，稱突變熱點。

Eg.分析T4-Phager

Ⅱ基因1500個突變體：rⅡA(1800bp)有200個位點；rⅡB(850bp)有108個位點。第十二頁，共四十二頁。形成原因：1.5-MeC的存在，5-甲基胞嘧啶(MeC)脫氨基后變成T,使G-C部位轉變成A-T部位；2.短的重復序列的存在，容易配對錯位，造成重復或缺失3.與誘變劑類型有關，不同誘變劑出現不同的熱點。4.增變基因(mutatorgene)：該基因的突變會使整個基因組的突變頻率增高，eg.A.DNA多聚酶基因，突變后使多聚酶的3’→5’校正功能降低或喪失，使基因組突變頻率增高；

B.dam基因，突變后使堿基的錯配修復功能降低或喪失，使基因組突變頻率增高。第十三頁，共四十二頁。三、誘變與腫瘤

腫瘤的形成與否取決于機體中癌基因和抑癌基因的平衡，抑癌基因突變會致癌。一些誘變劑可以特異性的誘導抑癌基因突變，導致腫瘤發(fā)生。eg.黃曲霉素、UV(ultraviolet)等.

黃曲霉素可誘導P53基因G→T顛換，導致肝癌的發(fā)生；

UV可誘導P53基因5’-TC-3’發(fā)生C→T顛換，形成“T二聚體”，導致人類鱗狀細胞皮膚癌的發(fā)生。四、定點誘變定義：利用人工合成的寡核苷酸，在離體的條件下，制造基因中任何部位的位點特異性突變的技術。反義遺傳學（reversegenetics）:

合成—連接(單鏈M13)—復制—轉化—檢測第十四頁，共四十二頁。五動態(tài)突變（dynamicmutation）DNA序列中由于寡核苷酸拷貝數目的變化，引起生物表型改變的突變，稱為動態(tài)突變。動態(tài)突變通常是由三聯體密碼子重復數目的增加而形成的。X脆性染色體綜合癥是由于在X染色體P27.3位置上CGG拷貝數目增加到200以上，引起基因的改變，形成痕跡很重的染色體，突變的部分很容易被打斷，所以被稱為是脆性染色體。第十五頁，共四十二頁。Fig6.11aThefragileXandanormalXchromosomefromafemale(left),andthefragileXandanormalYchromosomefromamale(right).?2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:FromRichardsandSutherland,TrendsinGenetics,vol.8(7),p.249,1992.PhotocourtesyGrantSutherland.第十六頁，共四十二頁。脆性X綜合癥為X連鎖遺傳，出現幾率在男嬰中為1/2500，常由表型正常但帶有一個主要成因可能是因為CGG三核苷片段重復數目的變化。第十七頁，共四十二頁。

三聯體密碼子的重復與疾病疾病密碼子正?？截惢颊呖截惣顾杓∪馕s癥CAG(gln)11-3340--62亨廷頓癥CAG(gln)11-3442--100X脆性染色體CGG(arg)6-54250-4000強直型肌營養(yǎng)不良CTG(leu)7-2349-75小腦共濟失調CAG(glu)4-1840-200第十八頁，共四十二頁。第三節(jié)生物體對突變的修復機制一光復活(photoreactivation)

1.概念：在可見光存在的條件下，在光復活酶作用下將UV引起嘧啶二聚體分解為單體的過程。

2.條件：可見光(300~600nm)、PR酶、嘧啶二聚體

3.作用過程：①光復活酶與T=T結合形成復合物;②復合物吸收可見光切斷T=T之間的C-C共價鍵,使二聚體變成單體;③光復酶從DNA鏈解離.

*光復活是原核生物中的一種主要修復形式。第十九頁，共四十二頁。

光復活過程已在細菌、酵母、原生動物、哺乳動物乃至人類細胞中發(fā)現。第二十頁，共四十二頁。二切除修復1.概念:（核苷酸外切修復、暗修復）先在損傷的任何一端打開磷酸二酯鍵，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修復性合成來填補，再由連接酶將其連接起來。酶作用不需要光的激活，但黑暗不是必要條件。2.特點：消除由UV引起的損傷，也能消除由電離輻射和化學誘變劑引起的其他損傷。切除的片段可由幾十到上萬bp，分別稱短補丁修復、長補丁修復。3.過程：

①內切酶的作用在DNA損傷的一端,切開形成一個切口;②外切酶的作用將損傷部位切除;③聚合酶的作用將切口補齊,留下一個切口;④連接酶的作用將DNA連接形成完整的DNA鏈。第二十一頁，共四十二頁。4.特異性切除修復

E.coli中明顯的損傷，可在UvrA、UvrB、UvrC的作用下得以修復，但不明顯的損傷需要特異性修復。

(1)糖基化酶修復：如果堿基被共價修飾，糖基化酶可作用于C-N糖苷鍵，使堿基釋放，產生無堿基(AP)位點,再由AP內切酶修復系統修復。

(2)AP內切酶修復系統修復：也由內切、外切、聚合和連接四種酶活性來完成，以修復AP位點。

**以上兩種修復過程都沒有涉及到DNA的重組,屬于無誤差的修復。第二十二頁，共四十二頁。p221切除修復有兩種情況:一是先補后切,一是先切后補。一般認為先補后切比較合理。切除修復不僅能除去T=T,還可以除去DNA上的其它損害。第二十三頁，共四十二頁。三重組修復1.概念:通過對DNA的復制和同源鏈的重組，來完成對損傷部位的修復，又稱復制后修復。2.特點:①修復過程伴隨DNA的復制和重組；②僅修復新合成的不完整的單鏈，原先的損傷單鏈仍然保留；③部分重組蛋白的精確性差，修復的出錯率較高。3.重組修復過程：

(1)復制：以損傷單鏈為模板復制時，越過損傷部位，對應位點留下缺口；未損傷單鏈復制成完整雙鏈。

(2)重組：缺口單鏈與完整同源單鏈重組，缺口轉移到完整鏈，使損傷單鏈的互補鏈完整，損傷單鏈仍然保留。

(3)再合成：轉移后的缺口以新的互補鏈為模板聚合補齊。第二十四頁，共四十二頁。

重組修復并沒有從親代ＤＮＡ中除去T二聚體，在以后的復制中還必須經過重組修復的過程。但是隨著復制的繼續(xù)，損傷的ＤＮＡ鏈將在群體中逐步被“稀釋”第二十五頁，共四十二頁。四SOS修復1.概念：是在DNA分子受損傷的范圍較大而且復制受到抑制時出現的一種應急修復作用。2.可能的機理:過程①當DNA損傷較大時(如產生很多的T=T)，正常的DNA多聚酶復制到損傷位點時，其活性受到抑制；②短暫抑制后產生一種新的DNA多聚酶，催化損傷部位DNA的復制，由于新的DNA多聚酶的修復校正功能較低，新合成的堿基錯配頻率較高，易引起突變。3.特點：①修復系統需要在DNA分子受損傷的范圍較大而且復制受到抑制時才能夠啟動。②修復系統對錯配堿基的修復校正功能低下，從而增加突變的頻率。第二十六頁，共四十二頁。③在緊急情況下，細胞通過一定水平的變異來換取細胞的幸存，有利于細胞逃生。

4.SOS系統的啟動：通過操縱子(結構基因、啟動子、操縱基因、調節(jié)基因)來實現：

A.SOS基因：recA基因、UvrA、UvrB、UmuC等，也稱din基因(damageinduciblegene)，為操縱子的結構基因；

B.lex基因：阻遏蛋白基因，正常情況下結合在操縱基因上；

C.recA基因：重組蛋白基因，應急狀態(tài)下啟動蛋白質水解酶活性，水解阻遏蛋白，使din基因高效表達，從而啟動SOS修復系統。第二十七頁，共四十二頁。五電離輻射損傷的修復①氫鍵斷裂：DNA分子雙鏈之間1.電離輻射效應*②共價鍵斷裂：DNA單鏈斷裂、雙鏈斷裂、堿基和糖基損傷③交聯作用：DNA與DNA、DNA

與蛋白質之間發(fā)生2.電離輻射的修復：1、超快修復(0℃,2min)(E.coli)無O2、單鏈(DNA連接酶)2、快修復(幾分鐘)

其余90％斷裂單鏈(聚合酶Ⅰ)3、慢修復(37℃,40-60min)

剩余單鏈(重組修復酶系統)第二十八頁，共四十二頁。六修復缺陷與人類疾病1.著色性干皮病(XP,xerodermapigmentosum)

位于1p的隱性基因控制，干性皮膚伴隨神經系統疾病，由切除二聚體能力缺損造成。2.CockayneSyndrome(CS)

侏儒、視網膜萎縮。由缺損紫外線引起的DNA損傷修復系統引起。3.共濟失調毛細血管擴張癥4.早老癥第二十九頁，共四十二頁。第三十頁，共四十二頁。第四節(jié)、基因突變的檢測一、大腸桿菌突變體的檢測

1.影印法——StrR突變體

單菌落→基本培養(yǎng)→所有菌落生長→挑選抗性菌落→抗性培養(yǎng)↘StrR培養(yǎng)→抗性菌落生長↗↓

(影印)StrR菌落

2.青霉素法——營養(yǎng)缺陷突變體野生型細菌→誘變處理→Pc培養(yǎng)→少數菌落生長→↘多數野生型細菌死亡!!!

基本培養(yǎng)突變型和少數野生型細菌→→營養(yǎng)缺陷菌落營養(yǎng)補充培養(yǎng)

↗↘↘↗（驗證）第三十一頁，共四十二頁。二真菌營養(yǎng)缺陷型的檢出菌絲過濾法——麥孢菌營養(yǎng)缺陷型

萌發(fā)菌絲→去除！分生孢子→誘變處理→液體通氣培養(yǎng)→

(24h)

未萌發(fā)孢子→培養(yǎng)→萌發(fā)菌絲→去除！→萌發(fā)菌絲→去除！未萌發(fā)孢子→未萌發(fā)孢子→補充營養(yǎng)培養(yǎng)→營養(yǎng)缺陷型

說明：未萌發(fā)孢子——死亡、營養(yǎng)缺陷和少數野生型↗↘

↗↘

↗↘第三十二頁，共四十二頁。三果蠅突變的檢出1.性連鎖基因隱性突變的檢出(ClB法、Muller-5)

(1)ClB品系：C—交換抑制因子；l—隱性致死突變；B—棒眼

檢出步驟：A.將待測的♂果蠅與雜合（ClB/+++）♀果蠅雜交；

B.將F1ClB♀與F1♂（野生型）單對雜交，目的是檢查某一特定X染色體上的突變；

C.觀察分析：①有X隱性致死突變，F2

無雄蠅(♂:ClB和l’死亡);②隱性非致死突變，F2預期♀:♂=2:1，突變性狀只在F2雄蠅表現，F1ClB中不表現；③無X隱性突變，在F2♂僅表現簡單的♀:♂=2:1。第三十三頁，共四十二