第二章DNA損傷、修復、突變和轉座

第三節(jié)突變類型第四節(jié)回復突變(抑制突變)第五節(jié)突變劑和突變生成概述：損傷因素及其類型第一節(jié)復制過程中的錯配修復第二節(jié)損傷修復

第一頁，共七十二頁。引起損傷的因素:

?自發(fā)性損傷(復制中的損傷、堿基的自發(fā)性化學改變、自發(fā)脫堿基、細胞的代謝產(chǎn)物對DNA的損傷)?物理因素引起的損傷(電離輻射、紫外線)?化學因素引起的損傷（烷化劑、堿基類似物）引起損傷的類型：堿基脫落、堿基（或核苷）改變、錯誤堿基（堿基的取代）、堿基的插入或缺失、鏈的斷裂、鏈交聯(lián)（鏈內、鏈間）、嘧啶二聚體等等第二頁，共七十二頁。廣義的修復系統(tǒng)：

?DNA聚合酶的校對功能(復制的范疇)?尿嘧啶-N-糖苷酶修復系統(tǒng)

（復制時U的滲入、C脫氨氧化成U）?錯配修復系統(tǒng)?損傷修復系統(tǒng)(光復活、重組修復、SOS修復等)

★限制修飾系統(tǒng)-----對付外源DNA的入侵第三頁，共七十二頁。第一節(jié)復制過程中的錯配的修復第四頁，共七十二頁。DNAmismatch+-----A------------C---DNApol(ξ=10-8)經(jīng)第二次校正ξ=10-11錯配修復系統(tǒng)(MRSMismatchRepairSystem)1、錯配修復堿基來源：校正活性所漏校的堿基使復制的保真性提高102～103倍第五頁，共七十二頁。2、錯配修復系統(tǒng)（Mismatchrepairsystem）DNApolymeraseHelicaseSSB外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ)連接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutH,L,SdamgeneDNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)掃描新生鏈中錯配堿基識別新生鏈中非m6A的GATC序列酶切含錯配堿基的新生DNA區(qū)段

（1）組成第六頁，共七十二頁?！顳NA合成過程中的甲基化變化DNA中的GATC(palindromicseq.)為m6A甲基化敏感位點平均每2kb左右有一GATCseq.錯配修復系統(tǒng)受甲基化的引導第七頁，共七十二頁。甲基化程度的差異a、MutH/MutS

掃描識別錯配堿基和鄰近的GATC序列

切點－－甲基化GATC中G的5’側DNAhelicaseII,SSB,exonucleaseI去除包括錯配堿基的片段DNApolymeraseIII和DNAligase填充缺口昂貴的代價用于保證DNA的準確性（2）修復過程第八頁，共七十二頁。外切核酸酶Ⅰ切割切點的5’端（錯配堿基在切點的5’端）----------------Ⅶ----------------3’端（--------------------------3’端）第九頁，共七十二頁。3、尿嘧啶-N-糖苷酶系統(tǒng)(ungsystem

)修復尿嘧啶的來源：dUTP的滲入胞嘧啶的自發(fā)脫氨氧化第十頁，共七十二頁。---TAGC------ATCG------TAGC------ACG---U---TAGC---ung-ase

①GCUAU---TAGC------ACG---AP內切酶(Apurinase)②---TAGC------ATCG---DNApolLigase

③第十一頁，共七十二頁。第二節(jié)DNA損傷的修復第十二頁，共七十二頁。一、嘧啶二聚體的產(chǎn)生類型：TT二聚體（）、CC二聚體（）、CT二聚體（）TTCCCT相鄰的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚體CCCCCCCC第十三頁，共七十二頁。第十四頁，共七十二頁。PR1、光復活（photoreactivation）----TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA----復制前進行、不容易出錯400nm藍光、PR酶(photo-reactivationenzyme)光敏裂合酶（photolyase）可見光激活二、二聚體修復的機制第十五頁，共七十二頁。2.切除修復Exision—Repair

復制前進行不易出錯UvrA,B,Cgene內切核酸酶（Endonucleases）外切核酸酶（Exonuclease）

DNApolLigase堿基切除修復核苷酸切除修復堿基切除修復核苷酸切除修復第十六頁，共七十二頁。ABABCABCABCAB螺旋酶Pol?螺旋酶連接酶切補切封第十七頁，共七十二頁。3.重組修復（Recombinative—Repair）后復制修復、E.coli的挽回系統(tǒng)E.coli存活%U.V計量w.t.UvrA+RecA+

uvra-reca-該系統(tǒng)存在的實驗證據(jù)第十八頁，共七十二頁?！颮ec-A.gene以某種方式參與DNA損傷修復?Rec修復系統(tǒng)比切除修復系統(tǒng)更有效

目前知道

?Uvr系統(tǒng)負責切除二聚體?Rec系統(tǒng)負責消除沒有被切除的二聚體可能造成的后果第十九頁，共七十二頁。TTTTAAAATTTTTTTTAAAATTTT變性

E.coli(Rec-A,uvr-a-)D.S.DNAS.S.DNAU.V.復制提取變性復制過程越過二聚體而在相應新鏈上留下缺口★二聚體后起始★修復時期的證明第二十頁，共七十二頁?！衽cRec-A蛋白引起的重組(strandtransfer)有關●TTdimer未被修復，僅表現(xiàn)在后代群體中TTdimer濃度的稀釋●鏈的非準確轉移，導致突變機率的增加修復相關機制:第二十一頁，共七十二頁。重組修復(鏈轉移修復)復制后修復容易出錯RecA,DNApolymeraeligase二聚體后起始RecA聚合酶、連接酶重組修復后的損傷位點可由其它機制進一步修復第二十二頁，共七十二頁。課內容回顧：1、復制過程中的錯配修復錯配修復系統(tǒng)尿嘧啶－N－糖苷酶修復系統(tǒng)2、DNA的損傷的修復嘧啶二聚體光復活修復切除修復重組修復第二十三頁，共七十二頁。第三節(jié)突變類型

第二十四頁，共七十二頁。

●染色體突變（Chromosomemutation）chromosomenumber

chromosomestructure

●核苷酸突變（dNtpointmutation）突變(mutation)：可以通過復制而遺傳的DNA結構的任何永久性改變遺傳狀態(tài)第二十五頁，共七十二頁。突變體(mutant)：攜帶突變的生物個體或群體或株系突變基因(mutantgene):存在突變位點的基因野生型基因（wildtypegene）：表示方法表現(xiàn)型Arg+Arg-基因型arg+arg-

野生型正性狀第二十六頁，共七十二頁。1、從突變作用來源上定義自發(fā)突變－－自然界的突變劑或偶然復制錯誤誘變－－人為使用突變劑★堿基異構式引起DNA復制過程的錯誤-----自發(fā)突變堿基異構式

A(amino氨基)A(imino亞氨基)

C(a)C(i)

G(keto酮式)G(enol烯醇式)

G(k)

G(e,i)

T(keto)

T(enol-2’)orT(enol-4’)

第二十七頁，共七十二頁。堿基異構式引起DNA復制的錯配

G(k)C(a)

正確配對A(a)

T(k)

錯誤配對G(k)T(e)

A(a)

C(i)

A(i,anti)A(a,syn)A(i,anti)G(k,syn)

G(e,i,anti)G(k,syn)G(e,i,anti)A(a,syn)

A(i)

C(a)

G(e)

T(k)

第二十八頁，共七十二頁。A(a)

T(k)

A(a,anti)

T(k,anti)

C(i)

C(a,anti)

A(a)

A(i,anti)

堿基異構式引起DNA的錯配突變

C(i)

C(a)G(k,syn)

G(k,syn)

G(k,anti)G(k)第二十九頁，共七十二頁。2、從序列改變多少上定義單點突變(pointmutation)(點突變)多點突變(multiplemutation)點突變－－－堿基替代、堿基插入、堿基缺失●堿基替代（conversion）轉換(transition)PyPy

Pu

Pu

顛換(transvertion)

Py

Pu

第三十頁，共七十二頁?！窈塑账崛笔Щ虿迦耄╠Ntdeletionorinsertion）=3xdNt

±nxAminoacid

=3xdNt

移框（Framshift）移框突變（frameshiftmutation）:一個或兩個堿基的插入或缺失，或扁平堿性染料分子3、從對閱讀框的影響上定義移碼突變第三十一頁，共七十二頁。Examplesofdeletionmutations

第三十二頁，共七十二頁。4、從對遺傳信息的改變上定義（點突變）同義突變：沒有改變產(chǎn)物氨基酸序列的密碼子錯義突變：堿基序列的改變引起了氨基酸序列的改變（中性突變、滲漏突變）無義突變：堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍缀铣傻慕K止密碼子●堿基替代對遺傳信息的改變

---同義突變

GAA→GAGGlu第三十三頁，共七十二頁。---錯義突變

GAA→AAALys---無義突變

GAA→TAA(stop)

無義突變類型UAA（Oc）赭石型（Ocher）UAG（Am）琥珀型（amber）UGA（Opal）乳石型（Opal）第三十四頁，共七十二頁。5、從突變的表達類型上定義---非條件型突變:

---條件型突變:

突變的表現(xiàn)=突變基因型+誘導條件

（光，溫敏感不育）

6、從突變效應上定義正向突變回復突變:使突變體所失去的野生型性狀得到恢復的第二次突變真正的原位回復突變很少大部分為第二點的回復突變－－－－抑制突變第三十五頁，共七十二頁。7、突變位點存在于負責基因調控的序列中

*在啟動子區(qū)域時:啟動子上升突變:增強啟動子對轉錄的發(fā)動作用的突變啟動子下降突變:*在操作子上或調節(jié)基因上組成型突變:產(chǎn)生組成型表達方式的操作子突變或調節(jié)基因的突變

突變的操作子不能被阻遏蛋白所識別調節(jié)基因突變不能產(chǎn)生有活性的阻遏蛋白

兩者之一都使結構基因失去了負向控制

第三十六頁，共七十二頁。第四節(jié)回復突變(抑制突變)第三十七頁，共七十二頁。1、抑制突變發(fā)生的部位基因內抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變的基因中基因間抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變基因外的其它基因中wildtypemutant(表現(xiàn)型)正向突變(lowF.)回復突變(verylowF.正向的1／10)第三十八頁，共七十二頁。間接抑制突變:不恢復正向突變基因蛋白質產(chǎn)物的功能,而是通過改變其它蛋白質的性質或表達水平而補償原來突變造成的缺陷,從而恢復野生型2、野生表型恢復作用的性質直接抑制突變:通過恢復或部分恢復原來突變基因產(chǎn)物蛋白質的功能而恢復野生表型第三十九頁，共七十二頁。

3、回復突變的分子機制a)AGC(Ser)ACC(Thr)AGC(Ser)b)AGC(Ser)AGG(Arg)AGT(Ser)c)AGC(Ser)AGG(Arg)

GGG(Gly)ifSer≈Gly第四十頁，共七十二頁。（1）基因內抑制突變(Intragenicsuppression)第二位點引起的基因內校正密碼子間兩次錯義突變的互補4、抑制突變的分子機制錯義突變移框突變錯義突變造成野生型表型的喪失－－－部分原因在于影響到蛋白質的空間結構(正負電荷、疏水作用)第四十一頁，共七十二頁。a、靜電作用第四十二頁，共七十二頁。b、疏水作用第四十三頁，共七十二頁。---UGG174----------GGA210---(w.t.)(K)(G)回復突變(C)（G）----UGG174-----------GGA210--------UGG174----------GGA210--------UGC174-----------GAA210----活性結構無活性結構CA無活性結構(K)(E)第四十四頁，共七十二頁。移框突變的抑制突變(基因內第二點的插入或缺失)第四十五頁，共七十二頁。（2）基因間的抑制突變無義突變---無義抑制突變錯義突變---錯義抑制突變移框突變---移框抑制突變

發(fā)生在

tRNA基因或與tRNA功能相關的基因上第四十六頁，共七十二頁。a、基因間的無義抑制突變（Nonsensesuppressor）野生型UAG、UGA、UAA－－－三種無義抑制50％赭石型無義抑制tRNA產(chǎn)生的幾率很低，且抑制效率很低第四十七頁，共七十二頁。AGAUCUArgGlyGGACCUUCUGlyCCUGlyb、基因間的錯義抑制突變(Missensesuppressor)Gly第四十八頁，共七十二頁。c、基因間移框抑制突變總結：基因內和基因間的錯義（無義）、移框抑制突變均由相應的錯義（無義）、移框突變抑制第四十九頁，共七十二頁。課內容回顧：1、突變的類型突變作用來源、序列改變多少、對閱讀框的影響對遺傳信息的改變、突變的表達類型、突變效應突變位于負責基因表達調控的序列當中2、抑制突變發(fā)生部位：基因內、基因間野生表型恢復作用性質：直接抑制、間接抑制基因內錯義抑制突變的分子機制基因間錯義、移碼、無義抑制突變的分子機制第五十頁，共七十二頁。第六節(jié)突變劑和突變生成第五十一頁，共七十二頁。1、堿基類似物（Baseanalog）2-氨基嘌呤2-Aminopurine5-溴尿嘧啶5-BromineUracilOOBrNH2第五十二頁，共七十二頁。5-BrU:G:A烯醇式enolBrOHHOBr酮式KetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU的滲入AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二輪復制A·TG·C轉變AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT第一輪復制酮式到稀醇式的轉變烯醇式滲入為G·CA·T轉變第五十三頁，共七十二頁。InDNABrU(k)>BrU(e)(正常形式)(異構體)BrU(k)

BrU(e)難易AGGATCCT>堿基類似物產(chǎn)生的均為錯義突變第五十四頁，共七十二頁。

2、堿基的化學修飾導致突變又稱化學突變劑：亞硝酸（nitrousacidHNO2）羥氨（hydroxylamineHA）甲磺酸乙酯（ethylmathanesulfonateEMS）N-甲基-N’-硝基-N-亞硝基胍（N-mathyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidionNNG）產(chǎn)生－－－錯義突變第五十五頁，共七十二頁。NH2OH(Hydroxylamine

HA羥胺)C(i)A(a)HNHHOC(a)HAHNHHHOHNHHOHNHHOHNHHONH第五十六頁，共七十二頁。3、嵌合劑的致突變作用吖啶橙(AcridineOrangeAO)扁平染料分子溴化乙錠(EthidiumBromideEB)-ATTTTTCG--TAAAAAGC--ATTTCG--TAAAGC-TAOT-ATEBTTTTCG--TA分子插入AOEB-ATTTCG--TAAAGC--ATX’TTTTCG--TAXAAAAGC-XAAAAGC-結果產(chǎn)生－－－移框突變第五十七頁，共七十二頁。5、

增變基因（mutatorgene）w.t.維持遺傳的穩(wěn)定性mut.隨機引起其他各類基因的突變4、轉座成分的致突變作用生物體內有些基因與整個基因組的突變頻率直接相關其突變時，整個基因組的突變頻率明顯上升第五十八頁，共七十二頁。增變基因類別：a、DNApolymerase相關基因3’5’校正功能突變b、錯配修復系統(tǒng)的基因MCE(mismatchcorrectionenzyme)c、DNA

損傷修復系統(tǒng)基因錯配，損傷修復功能喪失突變率升高第五十九頁，共七十二頁。6、紫外線的致突變作用---嘧啶二聚體(TTdimer)∧U.V.…CTTA…第六十頁，共七十二頁。脫氨氧化

U.V.CUA(a)U.V.U.V.H2OH++OH-C(a)

C(i)A(a)脫嘌呤造成的突變：堿基替代、缺失、重復、移框第六十一頁，共七十二頁。7、突變熱點（MutationHotpoint）基因自發(fā)突變的頻率是一定的DNA分子上某些位點的突變頻率大大平均數(shù)，這樣的位點稱為－－－－第六十二頁，共七十二頁。a)重復序列（repetitiveseq.）/palindromicseq.e.g.Lac.Operon---CTGGCTGGCTGG---

b)m5Cc)不同誘變劑作用位點不同，轉座子插入位點不同UCm5CT脫氨氧化復制時，模板與新生鏈間滑動錯配缺失，插入突變復制期發(fā)生在新生鏈上不發(fā)生突變，若發(fā)生在模板鏈上很快突變非復制期突變頻率50％第六十三頁，共七十二頁。DNA的損傷修復與突變Mutagen(誘變劑）完全修復DNA損傷堿基的化學反應損傷的修復突變突變生成第六十四頁，共七十二頁。轉位因子

第六十五頁，共七十二頁。轉位因子

轉位因子（transposableelement）即可移動的基因成分（可移動基因，movablegenemob），是指能夠在一個DNA分子內部或兩上DNA分子之間移動的DNA片段。在細菌中指在質粒和染色體之間或在質粒和質粒之間移動的DNA片段（文獻上有時形象地稱其為是跳躍基因，jumpinggene）。轉位也是DNA重組的一種形式。

第六十六頁，共七十二頁。移動基因最早由美國冷泉港實驗室（coldspringHarborLaboratory）的女科學家B.MClintock于上個世紀40年代晚期在玉米中首次發(fā)現(xiàn)的。60年代，為J.A.Shapirc研究大腸桿菌高效突變實驗證實。1983年榮獲諾貝爾生物學醫(yī)學獎。第六十七頁，共七十二頁。（一）轉位因子的種類及特征細菌的轉位因子包插入序列，轉座子及可轉座的噬菌體。1.插入序列（insertionsequence,IS）IS的形體圖TSTransposasegeneTSIRIRTStargetsite靶位點Transposasegene轉位酶基因IRinver