基因突變-DNA損傷及修復(fù)

0.基因突變的定義1.基因突變及其分子效應(yīng)2.人工誘發(fā)的基因突變3.自發(fā)的基因突變3.動(dòng)態(tài)突變5.DNA損傷生物體的修復(fù)機(jī)制6.基因突變的檢出第八章基因突變與DNA損傷修復(fù)1

突變（mutation）：生物體遺傳物質(zhì)的核苷酸序列發(fā)生了穩(wěn)定而可遺傳的變化。廣義的突變包括基因突變和染色體畸變。狹義的突變就是指基因突變?；蛲蛔兪侵富騼?nèi)部由于一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基的置換、缺失或插入而引起的突變，其涉及的變化范圍很小，又稱為點(diǎn)突變。染色體畸變是指大段染色體的缺失、重復(fù)、易位和倒位，即較大范圍內(nèi)遺傳物質(zhì)的改變。Geneticmutation0基因突變2鐮狀細(xì)胞貧血?。╯icklecelldisease）3451.基因突變及其分子效應(yīng)1.1基因突變的類型1.2基因突變的分子效應(yīng)1.3可逆突變的遺傳效應(yīng)6堿基替換(basesubstitution)移碼(框)突變(baseframe-shiftmutation)轉(zhuǎn)換

(transition):嘌呤→嘌呤嘧啶→嘧啶((A→G,C→T)。顛換(transversion):嘌呤→嘧啶,嘧啶→嘌呤(A→T,C→G)。1.1基因突變的類型按突變的方式劃分堿基的增加或刪除（baseaddition/deletion)自發(fā)的基因突變?nèi)斯ふT發(fā)的基因突變

按來源劃分7由密碼的簡(jiǎn)并性(codedegeneracy)造成,一種密碼子發(fā)生了突變，但編碼的氨基酸不變。如GAU(天冬氨酸)

GAC

(天冬氨酸),

結(jié)果：編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能不發(fā)生改變1.2

基因突變的分子效應(yīng)

編碼區(qū)基因突變的分子效應(yīng)同義突變

(samesensemutation)89有義密碼子突變?yōu)榻K止密碼子如UUG

（亮氨酸）→UAG，UAA,UGA

突變的結(jié)果：蛋白質(zhì)合成提前終止→編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)核功能發(fā)生改變無義突變（nonsensemutation）10

DNA分子中插入或缺失一個(gè)或幾個(gè)堿基，使密碼組(讀框)發(fā)生改變的現(xiàn)象叫移碼突變;

突變的結(jié)果：編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變。移碼突變（shift):11遺傳密碼編碼氨基酸時(shí)發(fā)生差錯(cuò)，使原來編碼的氨基酸變?yōu)榱硪环N氨基酸,也叫密碼錯(cuò)編（miscoding）。結(jié)果：編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)核功能發(fā)生改變錯(cuò)義突變（missensemutation）：12啟動(dòng)子:

多聚酶及相關(guān)因子結(jié)合位點(diǎn);轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)。內(nèi)含子：內(nèi)含子\外顯子交界區(qū)的3'與

5'端拼接位點(diǎn);3′與

5′端非轉(zhuǎn)錄區(qū)：蛋白質(zhì)翻譯調(diào)節(jié)和定位信號(hào)位點(diǎn);核糖體結(jié)合位點(diǎn)。

非編碼區(qū)基因突變的分子效應(yīng)以上屬于調(diào)節(jié)位點(diǎn)。調(diào)節(jié)位點(diǎn)如果發(fā)生點(diǎn)突變，將會(huì)改變基因在特定時(shí)間,特定組織或特定環(huán)境下的表達(dá)量.如RNA聚合酶,或剪接因子接合位點(diǎn)發(fā)生突變，將會(huì)完全阻遏正常基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯,或使基因產(chǎn)物失活.

13141.3

可逆轉(zhuǎn)突變及其分子效應(yīng)可逆轉(zhuǎn)突變也叫“回復(fù)突變”，即野生型變?yōu)橥蛔冃秃?突變型再突變回到野生型.

A→a,a→A,或A+→A;a+→a.一般把第一次突變個(gè)體失去的性狀,通過第二次突變得到恢復(fù)的現(xiàn)象叫回復(fù)突變15回復(fù)到野生型原來的DNA序列，如ATG→

ACG→ATG.原位回復(fù)屬于真正意義上的回復(fù)突變，但很少發(fā)生。原位回復(fù)突變最終只產(chǎn)生一種基因型和一種表型回復(fù)突變的類型及其分子機(jī)制1)原位回復(fù)突變（insitureversion）16m+(野生型)正向突變m-(突變型)原位回復(fù)突變m+m-(野生型)(野生型)m+(全部野生型后代)(突變型)，沒有保留下來17野生型第一點(diǎn)突變

ATAAC

GAGAACG

突變型

2)

抑制回復(fù)突變（suppressorreversemutation）:第二點(diǎn)突變抑制第一點(diǎn)突變,產(chǎn)生與原野生型相同或相近的表型。AGAAGG第一次突變發(fā)生后，其表型被另外一位點(diǎn)的突變所抑制，結(jié)果是野生型表型得以全部或部分恢復(fù)。

第二點(diǎn)突變野生型18m+su+正向突變su+m-(突變型)第二點(diǎn)突變(抑制突變)m-su-(野生型)×su+(野生型)m+m+su+m-su-m+su-m-su+(野生型)(野生型)(野生型)(突變型)親組型重組型雜交抑制回復(fù)突變最終產(chǎn)生四種基因型19基因間抑制回復(fù)抑制回復(fù)突變可劃為:基因內(nèi)抑制回復(fù)基因內(nèi)錯(cuò)義抑制回復(fù)突變基因內(nèi)移碼抑制回復(fù)突變無義抑制突變錯(cuò)義抑制突變移碼抑制突變20基因內(nèi)錯(cuò)義抑制回復(fù)突變

CAUCAG(第18密碼子)(第64密碼子)mRNA蛋白質(zhì)第18氨基酸＋第64氨基酸－18+64

－野生型(示空間結(jié)構(gòu))正常情況下CAG－18－64

－導(dǎo)致空間構(gòu)型改變,活性喪失21基因間抑制回復(fù)突變抑制突變（第二點(diǎn)突變）發(fā)生在其它基因之中,而不是已發(fā)生突變的基因之內(nèi)。包括:無義抑制突變（nonsensesuppressormutation）錯(cuò)義抑制突變（missensesuppressormutation）移碼抑制突變（frameshiftsuppressormutation）22無義抑制突變（nonsensesuppressormutation）“無義抑制tRNA”抑制“無義突變”如噬菌體基因組編碼某一個(gè)氨基酸的密碼子突變?yōu)闊o義密碼子的,結(jié)果使蛋白質(zhì)合成（翻譯）提前終止；宿主菌基因組編碼tRNA的基因(tDNA)發(fā)生突變，導(dǎo)致反密碼子堿基改變，發(fā)生突變的tRNA與噬菌體基因中的無義密碼子結(jié)合，使蛋白質(zhì)合成繼續(xù)進(jìn)行。這種抑制突變回復(fù)發(fā)生在噬菌體基因與宿主菌基因之間.

23mRNA5’3’UAGAUC氨基酸臂攜帶某種氨基酸5’3’無義抑制tRNA終止（無義）密碼子24

Tyr-tRNA突變

tyr-tRNA

GUACUUUAUUAG

（酪氨酸）琥珀無義密碼子

CmRNAUorC→GA→U蛋白質(zhì)合成恢復(fù)宿主菌噬菌體第一點(diǎn)突變第二點(diǎn)突變無義抑制tRNA25UAGUAAUGAUXX有義密碼子琥珀型突變amber(amb)赭石型突變ochre(och)乳白型突變opal(op)26因?yàn)橛?種無義密碼子→產(chǎn)生3種無義突變所以有3種無義抑制突變(基因）琥珀無義抑制基因（su+amb）。赭石無義抑制基因（su+och

）乳白無義抑制基因（su+op）273種無義抑制突變(基因）3種無義抑制tRNA琥珀無義抑制tRNA

→抑制琥珀無義突變赭石無義抑制tRNA

→抑制赭石無義突變?nèi)榘谉o義抑制tRNA

→抑制乳白無義突變2829赭石抑制基因能抑制琥珀突變，但琥珀抑制基因不能抑制赭石突變之原因根據(jù)擺動(dòng)假說,G-U可配對(duì)，所以赭石抑制基因可抑制琥珀突變.A-C不能配對(duì)，所以琥珀抑制基因不能抑制赭石突變（Oc）。OcAm30通過無義抑制突變插入的氨基酸，如果與無義突變前的氨基酸相同→合成的多肽完全與野生型的相同,有完全的功能；插入的氨基酸為可接受氨基酸→合成的多肽有部分野生型活性；插入的氨基酸為非可接受氨基酸→合成的多肽則可能完全無活性。無義抑制的特征31正常密碼子→無義密碼子后，并不是所有無義密碼子都可與無義抑制tRNA

結(jié)合,使肽鏈延伸恢復(fù).其中只有一部分結(jié)合.所以在細(xì)胞內(nèi)，有的肽鏈得以延伸，有的肽鏈提前終止，其結(jié)果是蛋白質(zhì)的總濃度低于野生型。

32某無義抑制tRNA與某無義密碼子的結(jié)合,并不影響它與應(yīng)該結(jié)合的有義密碼子結(jié)合.原因：1）密碼子有簡(jiǎn)并現(xiàn)象；2）細(xì)胞內(nèi)每種tRNA有許多拷貝.33無義抑制tRNA

存在時(shí)，蛋白質(zhì)合成釋放因子（RF）與無義抑制tRNA

可競(jìng)爭(zhēng)性地與終止密碼子結(jié)合，如果RF處于優(yōu)勢(shì)，RF與終止密碼子結(jié)合，使蛋白質(zhì)合成正常終止.釋放因子有RF1、RF2、RF3.

RF1識(shí)別終止密碼UAA和UAG;

RF2識(shí)別終止密碼UGA和UAA;

RF3激活

RF1和RF2的活性34mRNA內(nèi)有時(shí)存在雙重終止密碼子,如UAG

(琥珀)…UAA(赭石),如果兩終止密碼子相距不遠(yuǎn),蛋白質(zhì)合成即使不在UAG處終止，必然在UAA處終止。各抑制tRNA抑制效率不同。琥珀抑制tRNA的抑制效率約為50%；

赭石抑制tRNA的抑制效率很低，只有1-5%；二者雙重抑制效率為0.5-2.5%(1%×50%～

5%×50%).35第一突變第二突變刪除或添加1-2個(gè)堿基添加或刪除1-2個(gè)堿基

基因內(nèi)移碼突變抑制突變回復(fù)基因內(nèi)一個(gè)位點(diǎn)刪除(或添加）1-2個(gè)堿基,在另一個(gè)位點(diǎn)添加(或刪除）同樣數(shù)目堿基),結(jié)果是整個(gè)讀框保持不變,同時(shí)也是突變體的性狀恢復(fù)到野生型.36功能獲得型突變(gainoffunctionmutation)

突變使生物獲得某種新功能.獲得的功能有可能是顯性突變(因?yàn)樵陔s合體中表達(dá)）.1.4突變對(duì)多細(xì)胞生物的影響新產(chǎn)物新產(chǎn)物顯性突變37基因的關(guān)鍵功能區(qū)被刪除或改變，結(jié)果使某一功能喪失。按功能喪失程度大小分為:

無效突變(null

mutation):突變使某一基因的功能完全喪失.

滲漏突變(leakymutation):突變使某一基因的功能部分喪失,

功能喪失型突變

(lossoffunctionmutation)：3839

表型突變（Morphologicalmutation）如菌落形態(tài)、噬菌斑形態(tài)、孢子顏色、殘翅、白眼、矮莖、侏儒等。表型突變也叫可見突變(visiblemutation)致死突變（lethalmutation）

如致死突變型（lethalmutant），導(dǎo)致個(gè)體死亡.如小鼠的AyAy胚胎致死、植物的白化、人的鐮刀型貧血等,

致死突變型包括全致死、半致死、條件致死突變。40條件下致死（conditionallethalmutation)最常見的有溫度敏感突變型Ts(ts)（temperaturesensitivemutant）。如T4噬菌體的ts，25℃能在E.coli中正常生長(zhǎng)，42℃則死亡。代謝途徑改變

如生化突變型（biochemicalmutant）,突變使某一個(gè)生化功能改變或喪失.最常見的是營(yíng)養(yǎng)缺陷型412.人工誘發(fā)的基因突變使用物理或化學(xué)方法誘導(dǎo)產(chǎn)生的突變叫誘發(fā)突變（inducedmutation).可誘發(fā)基因突變的物質(zhì)叫誘變劑(mutagen)，誘變劑通常有致癌作用，所以也叫致癌劑(carcinogen)。421）堿基類似物----誘發(fā)堿基轉(zhuǎn)換5

-溴尿嘧啶(5-BU)BU代替胸腺嘧啶(T)摻入DNA，產(chǎn)生A∶T→G┇C轉(zhuǎn)換。BU代替胞嘧啶(C)摻入DNA，產(chǎn)生G┇C→A∶T轉(zhuǎn)換2-AP和T配對(duì)后,又和C配對(duì)，產(chǎn)生A∶T→G┇C轉(zhuǎn)換;2-AP和C配對(duì)后，又和T配對(duì)，產(chǎn)生G┇C→A∶T轉(zhuǎn)換。二氨基嘌呤(2-AP)

誘變劑的類型及其誘變機(jī)制4344堿基配對(duì)Basepairing44455BU—堿基T的類似物堿基類似物Baseanalog452）烷化劑-----誘發(fā)特異性錯(cuò)配烷化劑的種類甲基磺酸乙酯(EMS)亞硝基胍（NG）芥子氣等461）烷化劑誘發(fā)嘌呤堿基脫落，產(chǎn)生缺口烷化劑在鳥嘌呤的N位活化β-糖甙鍵,引起β-糖甙鍵斷裂,使嘌呤堿基從DNA鏈上脫落下來,產(chǎn)生缺口,復(fù)制時(shí)任何堿基配對(duì)到缺口位置,這樣可引起轉(zhuǎn)化或顛換烷化劑的作用機(jī)制47如甲基磺酸乙酯(EMS)可使鳥嘌呤(G)的N位乙基化,使鳥嘌呤成為7-乙基鳥嘌呤（mG），使之不能和胞嘧啶(C)配對(duì),而和胸腺嘧啶(T)配對(duì)，產(chǎn)生G┇C→T∶A轉(zhuǎn)換.G┇CmG┇CG┇CmG∶TT∶AmG∶T2）

烷化劑使堿基烷基化,引起特異性錯(cuò)配修復(fù)后不修復(fù)G:CC:G48嵌合劑種類：吖啶橙(acridineorgange）,熒光染色劑，可使DNA特異染色。原黃素（proflavine）黃素(acrilavine）等3）嵌合劑的誘變作用49嵌合劑分子含"吖啶環(huán)"，分子大小與堿基大小相近，吖啶環(huán)可嵌入到DNA雙鏈中心，堆積在堿基對(duì)之間，在嵌入點(diǎn)引起"單個(gè)堿基對(duì)插入"或"缺失"，最終引起移碼突變。嵌合劑作用機(jī)理50514）輻射輻射源紫外線（ultravioletlight,UV）：電離輻射γ-射線(同位素)太空射線(衛(wèi)星搭載)x-射線(同位素)重離子(重離子加速器→重離子)52

紫外線（ultravioletlight,UV）：

誘發(fā)相鄰的兩個(gè)嘧啶堿基形成二聚體光生成物如胸腺嘧啶二聚體（TT），胸腺嘧啶二聚體可在同一單鏈,或兩條單鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶堿之間形成。紫外線還可引起缺失,重復(fù)和移碼突變.5354突變頻率與X-射線劑量的關(guān)系55

電離輻射X-射線，γ-射線等,因能量高,能引起被照射物質(zhì)中原子的電離（形成離子）,故稱電離輻射.電離輻射可造成染色體“斷裂”和“重新連接”,引起染色體結(jié)構(gòu)畸變.

通常用于農(nóng)作物誘變育種的誘變?cè)?65)

黃曲霉B1黃曲霉素B1（aflatoxinB1,

AFB1）可以在鳥嘌呤N-7位置誘導(dǎo)脫嘌呤作用，繼而以腺嘌呤代之，產(chǎn)生G┇C→A∶T的轉(zhuǎn)換，是很強(qiáng)的致癌劑。576)

定點(diǎn)誘變定點(diǎn)誘變也稱為離體定點(diǎn)突變或誘變(site-specificinvitromutation)

。是利用人工合成寡聚核苷酸技術(shù),在離體條件下使DNA分子任何位點(diǎn)的堿基發(fā)生轉(zhuǎn)換或顛換的技術(shù).定點(diǎn)突變?cè)诘鞍踪|(zhì)工程，基因表達(dá)和表達(dá)調(diào)控機(jī)制的研究方面就有重要的意義。58定點(diǎn)誘變的基本步驟1

采用化學(xué)合成法,首先人工合成一條包括靶(目標(biāo))堿基及其附近序列的寡聚核苷酸（引物）,該引物除了目標(biāo)堿基被替換外，其余序列與野生型DNA分子的相應(yīng)序列應(yīng)完全相同。5’AATTCCGGCCTTAAGGAT……..ATTCCGGGCGCG.GGC3’5’-AATTCCGTCCTTAAG-3’59將合成好的引物與攜帶目標(biāo)基因全序列的單鏈?zhǔn)删wM13

的DNA分子混合，使引物與M13DNA分子上的目標(biāo)基因配對(duì)，并在在DNA聚合酶作用下合成完整的互補(bǔ)鏈。將合成好的雙鏈環(huán)狀DNA分子導(dǎo)入大腸桿菌，在大腸桿菌內(nèi)復(fù)制,即可得到穩(wěn)定遺傳的突變的DNA分子克隆,最終使大腸桿菌某些位表型發(fā)生變化(突變體)。603.

通過等位基因替換（或其他）方法，將突變基因送回細(xì)胞內(nèi)原來的基因組中，在生理?xiàng)l件下檢測(cè)和研究突變效應(yīng)，即可了解該點(diǎn)突變的動(dòng)能。61如誘發(fā)IFN-β基因第17位堿基突變半胱氨酸Cys↓絲氨酸Ser62633.自發(fā)的基因突變自然環(huán)境中的物理、化學(xué)、生物因素偶然誘導(dǎo)基因產(chǎn)生的突變叫自發(fā)的基因突變。64多方向性(multidirection):

即一個(gè)基因可以突變?yōu)閮蓚€(gè)以上數(shù)目的等位基因（復(fù)等位基因）,即A→a1,

a2,

a3

等,復(fù)等位基因的存在,也說明了突變的多方向性.3.1基因自發(fā)突變的基本特征65獨(dú)立性(independency）一個(gè)基因突變與另一個(gè)基因突變無關(guān)，互不影響。如Strs

→strr;

pens→penr

的頻率都是10－7，strs

pens→strr

penr

雙突變的頻率是10－7×10－7=10－14。66可逆性(reversibility):

A→a,a→A,或A+→A;a+→a.

回復(fù)突變（backorreversemutation).有害/利性(detrimentalandbeneficial）：

如殘翅果蠅對(duì)生存不利（飛行困難），但在多風(fēng)的海島上，則對(duì)殘翅有利（風(fēng)助其飛行）。67隨機(jī)性(randomness)

即不定向性，基因突變的方向與生物體所處的環(huán)境沒有對(duì)應(yīng)關(guān)系，突變可發(fā)生在任何時(shí)期、任何個(gè)體、任何基因位點(diǎn)上。

重演性

(reappearance）

1791年在美國(guó)一個(gè)牧場(chǎng)發(fā)現(xiàn)一只安康羊（腿短，跳不出羊圈），20世紀(jì)40年代在挪威又發(fā)現(xiàn)一只。后來證實(shí)是生殖細(xì)胞中一個(gè)顯性基因的一個(gè)堿基對(duì)的變化所致。68

稀有性(rarity)高等生物自發(fā)突變率=1×10-5

～

1×10-10細(xì)菌自發(fā)突變率=1×10-4

～

1×10-10突變率指在一個(gè)世代或其他規(guī)定的條件和時(shí)間內(nèi),發(fā)生某一突變的細(xì)胞占細(xì)胞總數(shù)的比率。.有性生殖中，突變率=發(fā)生某一突變的配子數(shù)占所觀察配子總數(shù)的百分?jǐn)?shù)。細(xì)菌中，突變率用一定數(shù)目的細(xì)菌,在一次分裂過程中發(fā)生突變的次數(shù)表示.69體細(xì)胞突變生物個(gè)體營(yíng)養(yǎng)組織細(xì)胞(如植物的跟、莖、葉）發(fā)生的基因突變叫體細(xì)胞突變.發(fā)生突變的體細(xì)胞如果繼續(xù)保持分裂，便生成一個(gè)具相同表型的細(xì)胞群(克隆),與未發(fā)生突變的細(xì)胞群一起,最終形成嵌合體。因此體細(xì)胞突變只對(duì)個(gè)體產(chǎn)生影響，對(duì)整個(gè)物種不會(huì)產(chǎn)生影響。70植物體細(xì)胞突變不能直接傳遞給后代,但可先通過無性繁殖,再經(jīng)過有性生殖傳遞給后代.如從嵌合體中切下由突變的枝條→扦插長(zhǎng)成完整植株→分化出生殖組織(細(xì)胞)→

產(chǎn)生突變的配子→通過受精傳遞給后代。71突變發(fā)生在生物個(gè)體生殖細(xì)胞（精細(xì)胞,卵細(xì)胞,胚囊,花粉母細(xì)胞,花粉等）中，這些嗎都屬于種質(zhì)細(xì)胞。如果突變的細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂形成鏡子或卵子，參與受精，突變基因就會(huì)通過有性生殖直接傳給下一代。所以生殖細(xì)胞中低頻率突變將引起整個(gè)物種產(chǎn)生變異。高頻率的基因突變將會(huì)使壞整個(gè)物種毀滅。生殖細(xì)胞突變723.2

基因自發(fā)突變的機(jī)制DNA復(fù)制錯(cuò)誤脫氨基作用脫嘌呤堿基堿基氧化損傷其他可能的機(jī)制73DNA復(fù)制過程中，由于堿基異構(gòu)體互變導(dǎo)致堿基錯(cuò)配,再經(jīng)過復(fù)制導(dǎo)致原來的堿基被替換

DNA復(fù)制錯(cuò)誤74標(biāo)準(zhǔn)的堿基對(duì)排列TACGTGCA異常的堿基對(duì)排列酮式酮式酮式氨基式氨基式氨基式氨基式烯醇式堿基異構(gòu)體互變導(dǎo)致錯(cuò)配75堿基A由原來的氨基態(tài)變?yōu)閬啺被鶓B(tài)互變異構(gòu)體A又由亞氨基態(tài)變回到氨基態(tài)未發(fā)生互變異構(gòu)作用767778轉(zhuǎn)換(transition):

A→G,

G→A,

C→T,T→C顛換(transversion):

A→T,C→G.移碼突變

(frame-shiftmutation):

增加/減少一個(gè)或幾個(gè)密碼子.缺失和重復(fù)(deletionandduplication):大片段的缺失或重復(fù),缺失和重復(fù)可造成移碼突變轉(zhuǎn)換與顛換統(tǒng)稱堿基替換,也叫點(diǎn)突變(pointmutation)7980由于DNA分子中一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)核苷酸的增加或缺失而造成Frameshiftmutation移碼突變8081

較大范圍的核苷酸序列的缺失或插入所導(dǎo)致的突變。缺失突變常導(dǎo)致缺失位點(diǎn)的整個(gè)基因及裂縫兩端的基因活性受損；生物誘變劑（轉(zhuǎn)座因子）以及理化誘變劑，如電離輻射、烷化劑等能誘發(fā)缺失或插入突變。插入突變導(dǎo)致?lián)饺胛稽c(diǎn)整個(gè)基因的失活，甚至產(chǎn)生極性突變。Deletionmutation&insertionmutation缺失突變和插入突變81G┇CG┇UA∶UG┇CU∶AA∶T胞嘧啶脫氨基后變?yōu)槟蜞奏?C→U，如果U不經(jīng)校正，在復(fù)制過程中則可和腺嘌呤A配對(duì)，結(jié)果產(chǎn)生G┇C→A∶T的轉(zhuǎn)換.

脫氨基作用正確修復(fù)未進(jìn)行修復(fù)C脫氨基82亞硝酸（HNO2）的誘變機(jī)制——堿基脫氨亞硝酸脫氨Deaminationofnitrousacid83

脫嘌呤堿基嘌呤堿基和脫氧核糖間的糖苷鍵受到破壞，引起嘌呤堿基的脫落，如果不被修復(fù)，無嘌呤位點(diǎn)可插入任何一個(gè)堿基，從而引起突變?；顫姷倪^氧化合物,如超氧基(O2-),氫氧基(OH-)和過氧化氫(H2O2)的存在導(dǎo)致堿基氧化損傷.

堿基氧化損傷84自然界存在的放射性同位素,宇宙射線,紫外線等.溫度劇烈變化與極端溫度.基因內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)發(fā)生變化.

DNA內(nèi)重復(fù)序列在復(fù)制過程中,由于滑動(dòng)錯(cuò)配（復(fù)制滑動(dòng)）導(dǎo)致出現(xiàn)插入/缺失.轉(zhuǎn)座子（transposableelement,TE），可轉(zhuǎn)移的DNA序列,通過的轉(zhuǎn)座過程將一個(gè)拷貝插入到一個(gè)基因，導(dǎo)致該基因失活,同時(shí)還可產(chǎn)生倒位,重復(fù),缺失,插入同向重復(fù)序列。

其他一些機(jī)制85

基因組中某些基因的突變可使整個(gè)基因組的突變率明顯上升，這些基因叫增變基因(mutatorgene)。如編碼DNA聚合酶的基因的突變，可使DNA聚合酶的3→5校對(duì)功能喪失或降低，這樣就會(huì)使其它基因的突變率升高。又如dam

基因（DNA甲基化的基因）和mut

基因（編碼錯(cuò)配矯正酶的基因）的突變，能使細(xì)胞錯(cuò)配修復(fù)的功能喪失，因此引起突變率升高。增變基因的致變作用

86基因中各位點(diǎn)發(fā)生突變的概率不等，有些位點(diǎn)的突變率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它位點(diǎn)突變率，這些突變頻率很高的位點(diǎn)被稱為突變熱點(diǎn)(hotspotofmutation)。如T4噬菌體DNA的rⅡA區(qū)與IIrⅡB區(qū)突變熱點(diǎn)87DNA的某些堿基對(duì)某些化學(xué)誘變劑較為敏感，易受到攻擊。如5-溴尿嘧啶(BU)處理λ噬菌體的CI基因，很容易使ACGC中的A轉(zhuǎn)換為G。轉(zhuǎn)座成分(TE),紫外線(UV)等，具有不同程度的插入(攻擊)序列優(yōu)先性。DNA的某些序列容易在SOS修復(fù)過程中產(chǎn)生錯(cuò)誤。

突變熱點(diǎn)形成的原因884.動(dòng)態(tài)突變

(dynamicmutation)在基因編碼區(qū)或非編碼區(qū)存在的三核苷酸重復(fù)(如CAG、CCG、CTG、CGG)

在減數(shù)分裂或有絲分裂過程中，隨機(jī)擴(kuò)增(拷貝數(shù)增加)的現(xiàn)象叫動(dòng)態(tài)突變.動(dòng)態(tài)突變通常導(dǎo)致成整個(gè)基因組不穩(wěn)定，所以基因組的動(dòng)態(tài)突變性也叫基因組不穩(wěn)定性。動(dòng)態(tài)突變可造成基因功能喪失或獲得,在人類中可引發(fā)多種人類疾病.89DNA復(fù)制時(shí),其內(nèi)的三核苷酸重復(fù)序列可誘發(fā)滑動(dòng)錯(cuò)配,即模板鏈及拷貝鏈(互補(bǔ)鏈)發(fā)生相對(duì)移動(dòng),結(jié)果使部分模板被重復(fù)復(fù)制,或被遺漏,最終使新合成的DAN鏈中或多或少的擁有三核苷酸重復(fù)序列.動(dòng)態(tài)突變的原因

復(fù)制滑動(dòng)學(xué)說90ATGCAGCAGCAGTACGTC

GTCGTC

GTCAAAGCGTACGTC

GTCGTCGTCAAAGCGATGCAGCAG

CAG

CAGTACGTC

GTCGTC

GTCAAAGCGATGCAGCAGCAG向左滑動(dòng)復(fù)制向右滑動(dòng)復(fù)制模板鏈新合成鏈模板鏈模板鏈新合成鏈增長(zhǎng)新合成鏈變短914.2動(dòng)態(tài)突變與人類疾病

92動(dòng)態(tài)突變引發(fā)人類疾病的機(jī)制毒性多聚谷氨酰胺

假說(poly-gln)

(CAG)n

重復(fù)次數(shù)大于正常閾值,多聚谷氨酰胺長(zhǎng)度增加,富含多聚谷氨酰胺的蛋白質(zhì),在轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶作用下,與其他蛋白質(zhì)交聯(lián),形成不溶性的包膜在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)積累,引發(fā)細(xì)胞死亡.2)甘油磷酸脫氫酶(GADH)被抑制假說

(CAG)n

重復(fù)次數(shù)大于正常閾值→GADH被抑制→糖酵解過程被阻斷→

不能產(chǎn)生足夠的ATP→

腦細(xì)胞失去功能.933)

多聚谷氨酰胺干擾轉(zhuǎn)錄因子說多聚谷氨酰胺干擾SP1轉(zhuǎn)錄因子與TFⅡD亞基TAFⅢ30的相互作用,影響了大腦神經(jīng)元中神經(jīng)遞質(zhì)受體基因的轉(zhuǎn)錄.4)

FMR-15’端(CGG)過度擴(kuò)增假說.

FMR-1為脆性X-染色體綜合癥基因.(CGG)n為編碼精氨酸的三核苷酸重復(fù).當(dāng)n>285時(shí),

FMR-1的mRNA全部與核糖體40-80S亞基接合,蛋白質(zhì)合成受阻.

基因動(dòng)態(tài)突變引發(fā)脆性X-染色體綜合癥（因CGG重復(fù)過多，染色體容易碎裂）94955.DNA損傷修復(fù)5.1光復(fù)活修復(fù)5.2切除修復(fù)5.3重組修復(fù)(復(fù)制修復(fù))5.4SOS修復(fù)5.5電離輻射損傷的修復(fù)965.1

光復(fù)活修復(fù)光復(fù)活修復(fù)(photo-reactivation)是在可見光的作用下，由光復(fù)活酶(photo-reactivatingenzyme)催化嘧啶二聚體(TT)分解成為單體(T),從而使損傷得到修復(fù)的過程.光復(fù)活專一性地對(duì)紫外線誘發(fā)形成的嘧啶二聚體(TT)進(jìn)行修復(fù),而且修復(fù)是在損傷部位就地修復(fù).97把TT之間的連接切斷985.2

切除修復(fù)(excision)在DNA內(nèi)切酶，外切酶，聚合酶和連接酶等共同作用下，將DNA受損傷的單鏈切除(在損傷的一端打開磷酸二酯鍵,外切掉幾個(gè)核甘酸),再以未損傷的單鏈為模板合成被切除的部分，從而使DNA恢復(fù)正常的結(jié)構(gòu)。因?yàn)樾枰烁仕嵬馇忻?，所以切除修?fù)也叫“核甘酸外切酶修復(fù)”，同時(shí)因不需光參與,故也“叫暗修復(fù)”.切除修復(fù)也是針對(duì)由紫外線引起的損傷.99根據(jù)切除片段的長(zhǎng)短，切除修復(fù)分為：短補(bǔ)綴修復(fù)

（short-patchrepair):屬組成型修復(fù),最常見類型,占99%,修復(fù)對(duì)象：小范圍的DNA損傷（10bp-1000bp).長(zhǎng)補(bǔ)綴修復(fù)

（long-patchrepair):誘導(dǎo)型，占1%,修復(fù)對(duì)象：損傷片段長(zhǎng)且嚴(yán)重（>1.5kb),極少數(shù)情況下達(dá)到9kb以上，100UvrABC

內(nèi)切酶修復(fù)系統(tǒng)DNA糖基化酶修復(fù)系統(tǒng)錯(cuò)配矯正酶修復(fù)系統(tǒng)切除修復(fù)需要的酶系統(tǒng)（在E.coli

中）101由UvrA、UvrB、UvrC3個(gè)亞基組成.UvrA:具ATP酶活性,為切除修復(fù)提供能量;UvrB:與UvrA結(jié)合后有ATP酶活性;UvrC：使修復(fù)內(nèi)切酶的活性達(dá)到最大程度。

UvrABC

內(nèi)切酶修復(fù)系統(tǒng)102UvrABC內(nèi)切酶（UvrABC核酸酶）切除修復(fù)過程：

103

DNA糖基化酶修復(fù)系統(tǒng)DNA糖基化酶切開N-糖苷鍵

(而不是磷酸二酯鍵)釋放出發(fā)生突變的堿基,形成一個(gè)無嘌呤或無嘧啶的位點(diǎn)(AP位點(diǎn))→AP內(nèi)切酶在AP位點(diǎn)切開磷酸二酯鍵(DNA鏈被打斷)→DNA聚合酶和連接酶將缺口修復(fù).DNA糖基化酶分為：尿嘧啶糖基化酶（去嘧啶堿基），次黃嘌呤糖基化酶（去次黃嘌呤堿基）等104AP內(nèi)切酶：亦稱"無堿基內(nèi)切酶"，或"無嘌呤(嘧啶)核酸內(nèi)切酶"。其作用是在無嘌呤或無嘧啶位置(ＡＰ位點(diǎn))的5端切開磷酸二脂鍵。

5’ATCAG3’

3’TATC5’

5’ATCAG3’

3’TATC5’

5’3’DNA糖基化酶作用形成的AP位點(diǎn)AP內(nèi)切酶切開磷酸二脂鍵5’ATCAG3’

3’TA

G

TC5’

聚合酶和連接酶參與補(bǔ)平105錯(cuò)配矯正酶修復(fù)系統(tǒng)錯(cuò)配矯正酶由mutH，mutL和mutS

三個(gè)基因共同編碼,有下列兩種功能：1)識(shí)別新生鏈上錯(cuò)配的堿基，并與之結(jié)合;2)可識(shí)別下列序列:

5-GA*TC-33-CTAG-5′模板鏈新生鏈當(dāng)新生鏈上有錯(cuò)配堿基時(shí)，該酶可同時(shí)結(jié)合在模板鏈和新生鏈上，進(jìn)行錯(cuò)配修復(fù)106ACGA*TCCTAG錯(cuò)配堿基5’3’3’5’ACGA*TCCTAG錯(cuò)配矯正酶結(jié)合在錯(cuò)配堿基與識(shí)別序列上5’3’3’5’錯(cuò)配矯正酶切除包括錯(cuò)配堿基在內(nèi)的一段DNAAGA*TCCTAG5’3’3’5’DNA多聚酶填充缺口，連接酶連接ATGA*TCCTAG5’3’3’5’107Dam基因編碼的DNA腺嘌呤甲基化酶催化S-腺苷基L-甲硫氨酸而產(chǎn)生的S-腺苷基L-甲硫氨酸N6-甲基腺嘌呤DNA腺嘌呤甲基化酶Dam基因腺嘌呤+N6-甲基腺嘌呤一般都出現(xiàn)在5-GA*TC-3中，該序列在親本鏈上出現(xiàn)頻率較高而且又較均一，有助于錯(cuò)配矯正酶的結(jié)合，使矯正能得以順利進(jìn)行N6-甲基腺嘌呤的來源108如"尿嘧啶糖基化酶修復(fù)系統(tǒng)"對(duì)"脫氨基氧化損傷"的修復(fù)尿嘧啶糖基酶負(fù)責(zé)酶解錯(cuò)配的尿嘧啶,嘌呤,次黃嘌呤

1095.3

重組修復(fù)重組修復(fù)受損傷堿基部分不被切除,DNA直接跨過受損傷部分進(jìn)行復(fù)制.原模板鏈中的損傷部分在下一個(gè)細(xì)胞周期中,以“切除修復(fù)方式”完成修復(fù)，或不經(jīng)切除，隨細(xì)胞分裂，不斷進(jìn)行重組修復(fù)，使損傷DNA的濃度逐漸稀釋，最終達(dá)到幾乎全部的修復(fù)。由于重組修復(fù)必須在DNA復(fù)制的情況下進(jìn)行，故又稱復(fù)制后修復(fù)．是DNA損傷修復(fù)的最主要方式110如對(duì)二聚體損傷的復(fù)制修復(fù)1115.4

SOS修復(fù)又稱超越二聚體合成修復(fù)(transdimersynthesis)，錯(cuò)誤傾向修復(fù)(error-pronerepair)或應(yīng)急修復(fù)。

SOS修復(fù)是在DNA分子受到大范圍損傷,且不能進(jìn)行“復(fù)制修復(fù)”的情況下,為防止細(xì)胞死亡而采取的一種應(yīng)急措施，所以采用國(guó)際通用的海難呼救信號(hào)SOS（SaveOurSoul）來命名）。112

RecA蛋白

(重組蛋白)和LexA蛋白(阻遏蛋白)。這兩種酶只有當(dāng)細(xì)胞受到損傷時(shí)才誘導(dǎo)產(chǎn)生，正常情況下，不存在。SOS修復(fù)只存在于recA＋lexA＋細(xì)胞中，這兩個(gè)基因突變，sos修復(fù)功能隨之喪失。

SOS修復(fù)需要的酶系統(tǒng)113RecA蛋白由recA基因編碼,recA為正調(diào)控蛋白，有以下3種功能：重組功能：催化DNA分子間同源聯(lián)會(huì)和單鏈交換.蛋白酶活性：DNA合成正常進(jìn)行時(shí)，RecA蛋白沒有活性；DNA合成受阻時(shí)，已存在的無活性的RecA蛋白就變成有活性的蛋白酶。單鏈DNA結(jié)合活性：類似單鏈DNA結(jié)合蛋白(SSB).

114LexA基因是負(fù)調(diào)控基因.LexA基因編碼的蛋白可被RecA蛋白分解。正常細(xì)胞內(nèi)LexA蛋白非常穩(wěn)定，分別結(jié)合于recA、lexA、uvrA、uvrB、himA等17個(gè)基因的啟動(dòng)子上，使得這些基因不能轉(zhuǎn)錄。recA、lexA、uvrA、uvrB、himA等基因統(tǒng)稱損傷誘導(dǎo)基因（damageinduciblegenes，din),也稱作SOS基因，均由LexA蛋白控制.115DNA受紫外線照射損傷時(shí)→RecA蛋白酶活性被激活，→LexA蛋白被RecA蛋白分解→一系列與SOS反應(yīng)有關(guān)的基因被消除阻遏→SOS基因轉(zhuǎn)錄。POPPPOOO1lexA2recA3uvrA4uvrB……17

LexA蛋白結(jié)合位點(diǎn)。LexA基因也受其產(chǎn)物L(fēng)ex蛋白控制，所以稱為自身負(fù)向控制LexA蛋白LexA蛋白LexA蛋白LexA蛋白116UV未照射的Ecoli釋放出的正常和突變的λ極少,表明未發(fā)生復(fù)活效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)SOS修復(fù)系統(tǒng)是細(xì)胞受損傷后才被誘導(dǎo)的證據(jù)(weigle,

J.1953）：感染λ噬菌體紫外線照射UV照射過的E.coli釋放的λ數(shù)增加（稱W-復(fù)活效應(yīng)）存活的λ中出現(xiàn)較多突變體（稱W-誘導(dǎo)效應(yīng)）:117λ噬菌體受UV照射→DNA損傷→侵染UV未照射過的大腸桿菌→大腸桿菌SOS修復(fù)酶不被活化→損傷的λDN