第十三基因突變與損傷修復(fù)

第十三基因突變與損傷修復(fù)

生化突變(biochemicalmutation):使機(jī)體得代謝過(guò)程發(fā)生改變或喪失得突變無(wú)效突變(nullmutaion):完全喪失原有基因功能得突變滲漏突變(leakymutation):部分喪失原有基因功能得突變致死突變(lethalmutation):影響生物體得生活力,導(dǎo)致個(gè)體死亡得突變條件致死突變(conditionallethalmutation):在給定得某種條件下可以存活,如果缺少這種條件就會(huì)致死得突變二、突變類(lèi)型

1、突變發(fā)生得細(xì)胞類(lèi)型

體細(xì)胞突變(somaticmutation)Clone:無(wú)性繁殖。生殖細(xì)胞突變(germinalmutation)2、突變得表型:

(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

三、突變得性質(zhì)

1、稀有性:突變發(fā)生得頻率很低突變率(mutationrate):在特定得條件下,單位時(shí)間間內(nèi)(通常為一個(gè)世代),一個(gè)細(xì)胞發(fā)生某一事件得概率、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(fù)為野生型,通常由發(fā)生在第二個(gè)位點(diǎn)得突變所回復(fù),如抑制基因→敏感因子?；貜?fù)突變率一般小于正向突變率?？赡嫘詤^(qū)別于染色體得缺失。

3、多向性(隨機(jī)性):多方向,形成復(fù)等位基因。

第二節(jié)基因突變得分子基礎(chǔ)一、自發(fā)突變(spontaneousmutation)

自發(fā)突變可能由復(fù)制錯(cuò)誤、DNA損傷與轉(zhuǎn)座作用等引起。

1、DNA復(fù)制錯(cuò)誤(errorsofDNAreplication)

DNA堿基有互變異構(gòu)體,造成DNA復(fù)制過(guò)程中得DNA錯(cuò)配。

ⅰ轉(zhuǎn)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(gè)堿基,導(dǎo)致蛋白質(zhì)翻譯錯(cuò)位。

ⅳ缺失與重復(fù):大片段堿基得缺失或重復(fù),如E、coli乳糖發(fā)酵調(diào)節(jié)基因lacⅠ中四堿基重復(fù)序列。野生型:5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’

突變型FS5:5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’

突變型FS2:5‘-GTCTGGCTGGC-3’返回2、DNA損傷(lesions)

ⅰ脫嘌呤由于堿基與脫氧核糖間得糖苷鍵受到破壞,從而引起一個(gè)鳥(niǎo)嘌呤或腺嘌呤從DNA分子上脫落下來(lái)、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(zhuǎn)換

ⅲ氧化損傷(oxidativelesions):O2-OH-H2O2

可對(duì)DNA造成損傷二、誘發(fā)突變(inducedmutaion)

多種理化因素都可以誘導(dǎo)DNA得突變1、誘變機(jī)制

ⅰ堿基類(lèi)似物eg、5-BU與5-BrdU就是胸腺嘧啶(T)得結(jié)構(gòu)類(lèi)似物,酮式結(jié)構(gòu)易與A配對(duì);烯醇式結(jié)構(gòu)易與G配對(duì)。另有2-氨基嘌呤(2-AP,A類(lèi)似物)、5-氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶等。

ⅱ特異性錯(cuò)配

eg、烷化劑:甲磺酸乙酯(EMS)、亞硝基胍(NG)、芥子氣等。通過(guò)改變堿基結(jié)構(gòu)使堿基錯(cuò)配。如:G-C;當(dāng)G烷基化后可與T配對(duì),導(dǎo)致堿基轉(zhuǎn)換?；蛘咄榛瘎┦灌堰拭撀?造成轉(zhuǎn)換、顛換、斷裂或其她突變

ⅲ嵌合劑得致突作用

eg、、吖啶類(lèi)染料:吖啶橙、吖啶黃素、原黃素等堿基對(duì)得類(lèi)似物,易造成移碼突變。ⅳ輻射誘導(dǎo)效應(yīng)

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

(2)電離輻射:如X-ray、可引起堿基得降解或脫落,A變成H;C變成T,出現(xiàn)轉(zhuǎn)換。物理——物理化學(xué)——生物化學(xué)——大分子損傷ⅴ黃曲霉得作用使鳥(niǎo)嘌呤G脫落,SOS修復(fù)引入A,造成突變。2、堿基替換得遺傳效應(yīng)

(ⅰ)同義突變(samesensemutation)不改變氨基酸得密碼子變化,與密碼子得兼并性有關(guān)、如GAU/GAC—Asp、(ⅱ)錯(cuò)義突變(missensemutation)堿基替換得結(jié)果引起氨基酸序列得改變、(ⅲ)無(wú)義突變(nonsensemutation)編碼區(qū)得單堿基突變導(dǎo)致終止密碼子(UAG/UGA/UAA)得形成,使mRNA得翻譯提前終止,形成不完全得肽鏈、

如鐮刀型貧血癥:血紅蛋白B鏈(146Aa),6號(hào)氨基酸得替換,導(dǎo)致明顯得表型癥狀。Glu→Val,若Glu→Asp則影響較小。3、移碼突變及其產(chǎn)生

在基因得外顯子中插入或缺失1,2或4個(gè)核苷酸,使閱讀信息發(fā)生錯(cuò)位,從而使翻譯得蛋白質(zhì)序列與原來(lái)完全不同、eg、E、coli中乳糖發(fā)酵得調(diào)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(diǎn)與增變基因

基因中某些位點(diǎn)比其它位點(diǎn)突變率高,稱(chēng)突變熱點(diǎn)。

Eg、分析T4-Phager

Ⅱ基因1500個(gè)突變體:rⅡA(1800bp)有200個(gè)位點(diǎn);rⅡB(850bp)有108個(gè)位點(diǎn)。大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜形成原因:1、5-MeC得存在,5-甲基胞嘧啶(MeC)脫氨基后變成T,使G-C部位轉(zhuǎn)變成A-T部位;2、短得重復(fù)序列得存在,容易配對(duì)錯(cuò)位,造成重復(fù)或缺失3、與誘變劑類(lèi)型有關(guān),不同誘變劑出現(xiàn)不同得熱點(diǎn)。4、增變基因(mutatorgene):該基因得突變會(huì)使整個(gè)基因組得突變頻率增高,eg、A、DNA多聚酶基因,突變后使多聚酶得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,突變后使堿基得錯(cuò)配修復(fù)功能降低或喪失,使基因組突變頻率增高。三、誘變與腫瘤

腫瘤得形成與否取決于機(jī)體中癌基因與抑癌基因得平衡,抑癌基因突變會(huì)致癌。一些誘變劑可以特異性得誘導(dǎo)抑癌基因突變,導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。eg、黃曲霉素、UV(ultraviolet)等、

黃曲霉素可誘導(dǎo)P53基因G→T顛換,導(dǎo)致肝癌得發(fā)生;

UV可誘導(dǎo)P53基因5’-TC-3’發(fā)生C→T顛換,形成“T二聚體”,導(dǎo)致人類(lèi)鱗狀細(xì)胞皮膚癌得發(fā)生。四、定點(diǎn)誘變定義:利用人工合成得寡核苷酸,在離體得條件下,制造基因中任何部位得位點(diǎn)特異性突變得技術(shù)。反義遺傳學(xué)(reversegenetics):

合成—連接(單鏈M13)—復(fù)制—轉(zhuǎn)化—檢測(cè)五動(dòng)態(tài)突變(dynamicmutation)DNA序列中由于寡核苷酸拷貝數(shù)目得變化,引起生物表型改變得突變,稱(chēng)為動(dòng)態(tài)突變。動(dòng)態(tài)突變通常就是由三聯(lián)體密碼子重復(fù)數(shù)目得增加而形成得。X脆性染色體綜合癥就是由于在X染色體P27、3位置上CGG拷貝數(shù)目增加到200以上,引起基因得改變,形成痕跡很重得染色體,突變得部分很容易被打斷,所以被稱(chēng)為就是脆性染色體。Fig6、11aThefragileXandanormalXchromosomefromafemale(left),andthefragileXandanormalYchromosomefromamale(right)、?2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:FromRichardsandSutherland,TrendsinGenetics,vol、8(7),p、249,1992、PhotocourtesyGrantSutherland、脆性X綜合癥為X連鎖遺傳,出現(xiàn)幾率在男嬰中為1/2500,常由表型正常但帶有一個(gè)主要成因可能就是因?yàn)镃GG三核苷片段重復(fù)數(shù)目得變化。

三聯(lián)體密碼子得重復(fù)與疾病疾病密碼子正常拷貝患者拷貝脊髓肌肉萎縮癥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(qiáng)直型肌營(yíng)養(yǎng)不良CTG(leu)7-2349-75小腦共濟(jì)失調(diào)CAG(glu)4-1840-200第三節(jié)生物體對(duì)突變得修復(fù)機(jī)制一光復(fù)活(photoreactivation)

1、概念:在可見(jiàn)光存在得條件下,在光復(fù)活酶作用下將UV引起嘧啶二聚體分解為單體得過(guò)程。

2、條件:可見(jiàn)光(300~600nm)、PR酶、嘧啶二聚體

3、作用過(guò)程:①光復(fù)活酶與T=T結(jié)合形成復(fù)合物;②復(fù)合物吸收可見(jiàn)光切斷T=T之間得C-C共價(jià)鍵,使二聚體變成單體;③光復(fù)酶從DNA鏈解離、*光復(fù)活就是原核生物中得一種主要修復(fù)形式。

光復(fù)活過(guò)程已在細(xì)菌、酵母、原生動(dòng)物、哺乳動(dòng)物乃至人類(lèi)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。二切除修復(fù)1、概念:(核苷酸外切修復(fù)、暗修復(fù))先在損傷得任何一端打開(kāi)磷酸二酯鍵,然后外切掉一段寡核苷酸;留下得缺口由修復(fù)性合成來(lái)填補(bǔ),再由連接酶將其連接起來(lái)。酶作用不需要光得激活,但黑暗不就是必要條件。2、特點(diǎn):消除由UV引起得損傷,也能消除由電離輻射與化學(xué)誘變劑引起得其她損傷。切除得片段可由幾十到上萬(wàn)bp,分別稱(chēng)短補(bǔ)丁修復(fù)、長(zhǎng)補(bǔ)丁修復(fù)。3、過(guò)程:

①內(nèi)切酶得作用在DNA損傷得一端,切開(kāi)形成一個(gè)切口;②外切酶得作用將損傷部位切除;③聚合酶得作用將切口補(bǔ)齊,留下一個(gè)切口;④連接酶得作用將DNA連接形成完整得DNA鏈。4、特異性切除修復(fù)

E、coli中明顯得損傷,可在UvrA、UvrB、UvrC得作用下得以修復(fù),但不明顯得損傷需要特異性修復(fù)。

(1)糖基化酶修復(fù):如果堿基被共價(jià)修飾,糖基化酶可作用于C-N糖苷鍵,使堿基釋放,產(chǎn)生無(wú)堿基(AP)位點(diǎn),再由AP內(nèi)切酶修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)。

(2)AP內(nèi)切酶修復(fù)系統(tǒng)修復(fù):也由內(nèi)切、外切、聚合與連接四種酶活性來(lái)完成,以修復(fù)AP位點(diǎn)。**以上兩種修復(fù)過(guò)程都沒(méi)有涉及到DNA得重組,屬于無(wú)誤差得修復(fù)。p221切除修復(fù)有兩種情況:一就是先補(bǔ)后切,一就是先切后補(bǔ)。一般認(rèn)為先補(bǔ)后切比較合理。切除修復(fù)不僅能除去T=T,還可以除去DNA上得其它損害。三重組修復(fù)1、概念:通過(guò)對(duì)DNA得復(fù)制與同源鏈得重組,來(lái)完成對(duì)損傷部位得修復(fù),又稱(chēng)復(fù)制后修復(fù)。2、特點(diǎn):①修復(fù)過(guò)程伴隨DNA得復(fù)制與重組;②僅修復(fù)新合成得不完整得單鏈,原先得損傷單鏈仍然保留;③部分重組蛋白得精確性差,修復(fù)得出錯(cuò)率較高。3、重組修復(fù)過(guò)程:

(1)復(fù)制:以損傷單鏈為模板復(fù)制時(shí),越過(guò)損傷部位,對(duì)應(yīng)位點(diǎn)留下缺口;未損傷單鏈復(fù)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(zhuǎn)移到完整鏈,使損傷單鏈得互補(bǔ)鏈完整,損傷單鏈仍然保留。

(3)再合成:轉(zhuǎn)移后得缺口以新得互補(bǔ)鏈為模板聚合補(bǔ)齊。

重組修復(fù)并沒(méi)有從親代ＤＮＡ中除去T二聚體,在以后得復(fù)制中還必須經(jīng)過(guò)重組修復(fù)得過(guò)程。但就是隨著復(fù)制得繼續(xù),損傷得ＤＮＡ鏈將在群體中逐步被“稀釋”四SOS修復(fù)1、概念:就是在DNA分子受損傷得范圍較大而且復(fù)制受到抑制時(shí)出現(xiàn)得一種應(yīng)急修復(fù)作用。2、可能得機(jī)理:過(guò)程①當(dāng)DNA損傷較大時(shí)(如產(chǎn)生很多得T=T),正常得DNA多聚酶復(fù)制到損傷位點(diǎn)時(shí),其活性受到抑制;②短暫抑制后產(chǎn)生一種新得DNA多聚酶,催化損傷部位DNA得復(fù)制,由于新得DNA多聚酶得修復(fù)校正功能較低,新合成得堿基錯(cuò)配頻率較高,易引起突變。3、特點(diǎn):①修復(fù)系統(tǒng)需要在DNA分子受損傷得范圍較大而且復(fù)制受到抑制時(shí)才能夠啟動(dòng)。②修復(fù)系統(tǒng)對(duì)錯(cuò)配堿基得修復(fù)校正功能低下,從而增加突變得頻率。③在緊急情況下,細(xì)胞通過(guò)一定水平得變異來(lái)?yè)Q取細(xì)胞得幸存,有利于細(xì)胞逃生。

4、SOS系統(tǒng)得啟動(dòng):通過(guò)操縱子(結(jié)構(gòu)基因、啟動(dòng)子、操縱基因、調(diào)節(jié)基因)來(lái)實(shí)現(xiàn):

A、SOS基因:recA基因、UvrA、UvrB、UmuC等,也稱(chēng)din基因(damageinduciblegene),為操縱子得結(jié)構(gòu)基因;

B、lex基因:阻遏蛋白基因,正常情況下結(jié)合在操縱基因上;

C、recA基因:重組蛋白基因,應(yīng)急狀態(tài)下啟動(dòng)蛋白質(zhì)水解酶活性,水解阻遏蛋白,使din基因高效表達(dá),從而啟動(dòng)SOS修復(fù)系統(tǒng)。五電離輻射損傷得修復(fù)①氫鍵斷裂:DNA分子雙鏈之間1、電離輻射效應(yīng)*②共價(jià)鍵斷裂:DNA單鏈斷裂、雙鏈斷裂、堿基與糖基損傷③交聯(lián)作用:DNA與DNA、DNA

與蛋白質(zhì)之間發(fā)生2、電離輻射得修復(fù):1、超快修復(fù)(0℃,2min)(E、coli)無(wú)O2、單鏈(DNA連接酶)2、快修復(fù)(幾分鐘)

其余90％斷裂單鏈(聚合酶Ⅰ)3、慢修復(fù)(37℃,40-60min)

剩余單鏈(重組修復(fù)酶系統(tǒng))六修復(fù)缺陷與人類(lèi)疾病1、著色性干皮病(XP,xerodermapigmentosum)

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

侏儒、視網(wǎng)膜萎縮。由缺損紫外線引起得DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)引起。3、共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥4、早老癥第四節(jié)、基因突變得檢測(cè)一、大腸桿菌突變體得檢測(cè)

1、影印法——StrR突變體

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

(影印)StrR菌落

2、青霉素法——營(yíng)養(yǎng)缺陷突變體野生型細(xì)菌→誘變處理→Pc培養(yǎng)→少數(shù)菌落生長(zhǎng)→↘多數(shù)野生型細(xì)菌死亡!!!

基本培養(yǎng)突變型與少數(shù)野生型細(xì)菌→→營(yíng)養(yǎng)缺陷菌落營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充培養(yǎng)↗↘↘↗(驗(yàn)證)二真菌營(yíng)養(yǎng)缺陷型得檢出菌絲過(guò)濾法——麥孢菌營(yíng)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(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)→營(yíng)養(yǎng)缺陷型

說(shuō)明:未萌發(fā)孢子——死亡、營(yíng)養(yǎng)缺陷與少數(shù)野生型↗↘↗↘↗↘三果蠅突變得檢出1、性連鎖基因隱性突變得檢出(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(cè)得♂果蠅與雜合(ClB/+++)♀果蠅雜交;

B、將F1ClB♀與F1♂(野生型)單對(duì)雜交,目得就是檢查某一特定X染色體上得突變;

C、觀察分析:①有X隱性致死突變,F2

無(wú)雄蠅(♂:ClB與l’死亡);②隱性非致死突變,F2預(yù)期♀:♂=2:1,突變性狀只在F