遺傳物質(zhì)的改變基因突變課件

關(guān)于遺傳物質(zhì)的改變基因突變第1頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第十一章基因突變突變：遺傳物質(zhì)的可遺傳改變?nèi)旧w畸變：染色體水平基因突變：DNA水平第2頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)基因突變的概說一、基因突變的概念突變：染色體上一個基因內(nèi)部化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變，一個基因變成它的等位基因。范圍：廣泛的生物界自發(fā)：家兔白化、貂的藍(lán)皮毛、絲羽雞人工：Muller、Sradler等（X射線照射果蠅、玉米）二、基因突變發(fā)生的時期和部位三、突變頻率第3頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三二、基因突變發(fā)生的時期和部位1.生物個體發(fā)育的任何時期均可發(fā)生：性細(xì)胞(突變)突變配子后代個體；體細(xì)胞(突變)突變體細(xì)胞組織器官。2.性細(xì)胞的突變頻率比體細(xì)胞高：性母細(xì)胞與性細(xì)胞對環(huán)境因素更為敏感。3.(等位)基因突變常常獨(dú)立發(fā)生：某一基因位點(diǎn)發(fā)生并不影響其等位基因，一對等位基因同時發(fā)生的概率非常小(突變率的平方)。4.突變時期不同，其表現(xiàn)也不相同：第4頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三高等生物基因突變時期與性狀表現(xiàn)突變時期顯性突變隱性突變

(或下位性突變)高等生物性細(xì)胞突變當(dāng)代表現(xiàn)突變性狀。突變當(dāng)代不表現(xiàn)突變性狀，其自交后代才可能表現(xiàn)突變性狀。體細(xì)胞突變當(dāng)代表現(xiàn)為嵌合體，鑲嵌范圍取決于突變發(fā)生的早晚。突變當(dāng)代不表現(xiàn)突變性狀，往往不能被發(fā)現(xiàn)、保留。低等生物

(單倍體)有性生殖表現(xiàn)突變性狀表現(xiàn)突變性狀無性生殖表現(xiàn)突變性狀表現(xiàn)突變性狀第5頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三三、突變頻率突變率(mutationmate)指生物在一個世代中在特定條件下發(fā)生某一突變的概率。

也就是突變體占該世代個體的比例。有性生殖生物：用突變配子占總配子比例(配子發(fā)生突變的概率)表示；(單細(xì)胞)無性繁殖生物：每一世代中細(xì)胞發(fā)生突變的頻率。第6頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三自然突變頻率自然條件下基因突變率一般較低，并隨生物種類、基因而異：不同生物種類的基因突變率：高等植物： ~1×10-5-1×10-8;低等生物，如細(xì)菌： ~1×10-4-1×10-10;人： ~1×10-4-1×10-6.同一物種的不同基因的天然突變率也明顯不同：第7頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第8頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)基因突變的分子基礎(chǔ)一、自發(fā)突變(spontaneousmutation)

1.DNA復(fù)制錯誤(errorsofDNAreplication)

DNA堿基有互變異構(gòu)體，造成DNA復(fù)制過程中的DNA錯配。

ⅰ轉(zhuǎn)換：Purine→Pu;或者Pyrimidine→Py

ⅱ顛換：Pu→Py;或者Py→Puⅲ移碼突變：增加或減少幾個堿基,導(dǎo)致蛋白質(zhì)翻譯錯位。ⅳ缺失和重復(fù)：大片段堿基的缺失或重復(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’第9頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三返回第10頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三2.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,造成轉(zhuǎn)換AA-T→→→H-T→→→H-C→→→H-C↘→A-T↘→G-CBG-C→→→G-U→→→A-U→→→A-U↘→G-C↘→A-T

ⅲ氧化損傷:O2-OH-H2O2，

對DNA造成損傷第11頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三二、誘發(fā)突變（inducedmutaion）

1.誘變機(jī)制

ⅰ堿基類似物eg.5-BU和5-BrdU是胸腺嘧啶(T)的結(jié)構(gòu)類似物，酮式結(jié)構(gòu)易與A配對；烯醇式結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)使堿基錯配。如：G-C;當(dāng)G烷基化后可與T配對，導(dǎo)致堿基轉(zhuǎn)換。烷化劑使嘌呤脫落，造成轉(zhuǎn)換、顛換、斷裂或其他突變第12頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三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(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)制時與A的配對，中止復(fù)制；②雙鏈之間，影響雙鏈變性，并影響復(fù)制。

(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(xiàn)轉(zhuǎn)換。ⅴ黃曲霉的作用：使鳥嘌呤G脫落，SOS修復(fù)引入A,造成突變。第13頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三2.堿基替換的遺傳效應(yīng)

(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(guān).如GAU/GAC—Asp.(ⅱ)錯義突變（missensemutation）堿基替換的結(jié)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(dǎo)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(dǎo)致明顯的表型癥狀。Glu→Val,若Glu→Asp則影響較小。第14頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三3.移碼突變及其產(chǎn)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(zhì)序列與原來完全不同.eg.E.coli中乳糖發(fā)酵的調(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)和增變基因

基因中某些位點(diǎn)比其它位點(diǎn)突變率高，稱突變熱點(diǎn)。Eg.分析T4-Phager

Ⅱ基因1500個突變體：rⅡA(1800bp)有200個位點(diǎn)；rⅡB(850bp)有108個位點(diǎn)。第15頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三形成原因：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(zhuǎn)變成A-T部位；2.短的重復(fù)序列的存在，容易配對錯位，造成重復(fù)或缺失3.與誘變劑類型有關(guān)，不同誘變劑出現(xiàn)不同的熱點(diǎn)。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(fù)功能降低或喪失，使基因組突變頻率增高。第16頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三三、誘變與腫瘤腫瘤的形成與否取決于機(jī)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(dǎo)抑癌基因突變，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。eg.黃曲霉素可誘導(dǎo)P53基因G→T顛換，導(dǎo)致肝癌的發(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)致人類鱗狀細(xì)胞皮膚癌的發(fā)生。四、定點(diǎn)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(diǎn)特異性突變的技術(shù)。第17頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三第三節(jié)生物體對突變的修復(fù)機(jī)制一光復(fù)活(photoreactivation)

1.概念：在可見光存在的條件下，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(fù)活酶與T=T結(jié)合形成復(fù)合物;②復(fù)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(fù)酶從DNA鏈解離.

*光復(fù)活是原核生物中的一種主要修復(fù)形式。第18頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三二切除修復(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(fù)性合成來填補(bǔ)，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(diǎn)：消除由UV引起的損傷，也能消除由電離輻射和化學(xué)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(bǔ)丁修復(fù)、長補(bǔ)丁修復(fù)。3.過程：

①內(nèi)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(bǔ)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19頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三4.特異性切除修復(fù)

E.coli中明顯的損傷，可在UvrA、UvrB、UvrC的作用下得以修復(fù)，但不明顯的損傷需要特異性修復(fù)。(1)糖基化酶修復(fù)：如果堿基被共價修飾，糖基化酶可作用于C-N糖苷鍵，使堿基釋放，產(chǎn)生無堿基(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、聚合和連接四種酶活性來完成，以修復(fù)AP位點(diǎn)。

**以上兩種修復(fù)過程都沒有涉及到DNA的重組,屬于無誤差的修復(fù)。第20頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三三重組修復(fù)1.概念:通過對DNA的復(fù)制和同源鏈的重組，來完成對損傷部位的修復(fù)，又稱復(fù)制后修復(fù)。2.特點(diǎn):①修復(fù)過程伴隨DNA的復(fù)制和重組；②僅修復(fù)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(fù)的出錯率較高。3.重組修復(fù)過程：(1)復(fù)制：以損傷單鏈為模板復(fù)制時，越過損傷部位，對應(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，使損傷單鏈的互補(bǔ)鏈完整，損傷單鏈仍然保留。(3)再合成：轉(zhuǎn)移后的缺口以新互補(bǔ)鏈為模板聚合補(bǔ)齊。第21頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三四SOS修復(fù)1.概念：是在DNA分子受損傷的范圍較大而且復(fù)制受到抑制時出現(xiàn)的一種應(yīng)急修復(fù)作用。2.過程①當(dāng)DNA損傷較大時(如產(chǎn)生很多的T=T)，正常的DNA多聚酶復(fù)制到損傷位點(diǎn)時，其活性受到抑制；②短暫抑制后產(chǎn)生一種新的DNA多聚酶，催化損傷部位DNA的復(fù)制，由于新的DNA多聚酶的修復(fù)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(diǎn)：①修復(fù)系統(tǒng)需要在DNA分子受損傷的范圍較大而且復(fù)制受到抑制時才能夠啟動。②修復(fù)系統(tǒng)對錯配堿基的修復(fù)校正功能低下，從而增加突變的頻率。第22頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三③在緊急情況下，細(xì)胞通過一定水平的變異來換取細(xì)胞的幸存，有利于細(xì)胞逃生。

4.SOS系統(tǒng)的啟動：通過操縱子(結(jié)構(gòu)基因、啟動子、操縱基因、調(diào)節(jié)基因)來實(shí)現(xiàn)：A.SOS基因：recA基因、UvrA、UvrB、UmuC等，也稱din基因(damageinduciblegene)，為操縱子的結(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SOS修復(fù)系統(tǒng)。第23頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三五電離輻射損傷的修復(fù)

①氫鍵斷裂：DNA雙鏈之間1.電離輻射效應(yīng)

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(lián)作用：DNA與DNA、DNA與蛋白質(zhì)之間發(fā)生2.電離輻射的修復(fù)：1、超快修復(fù)(0℃,2min)(E.coli)無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))第24頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三六修復(fù)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(jīng)系統(tǒng)疾病，由切除二聚體能力缺損造成。2.侏儒、視網(wǎng)膜萎縮。由缺損紫外線引起的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25頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三一、細(xì)菌培養(yǎng)缺陷型的檢出完全培養(yǎng)基或補(bǔ)充培養(yǎng)基（存活）

基本培養(yǎng)基（死亡）完全培養(yǎng)基10-8~10-6合成缺陷型藥物處理基本培養(yǎng)基第四節(jié)、基因突變的檢測第26頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三化合物的分組編碼組別化合物的代號ABCDEF123456778910118121213141591316161718101417191920111518202121AFEBCD第27頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三二、鏈孢霉?fàn)I養(yǎng)缺陷型的檢出第28頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三三、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—棒眼步驟：A.待測♂果蠅與雜合（ClB/+++）♀果蠅雜交；

B.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，F(xiàn)2

無雄蠅(♂:ClB和l’死亡);②隱性非致死突變，F(xiàn)2預(yù)期♀:♂=2:1，突變性狀只在F2雄蠅表現(xiàn)，F(xiàn)1ClB中不表現(xiàn)；③無X隱性突變，在F2♂僅表現(xiàn)簡單的♀:♂=2:1。第29頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三(2)Muller-5法：

A.Muller-5品系:B(棒眼)-Wa(杏眼)-sc(小盾片少剛毛)——并具重復(fù)倒位。

B.檢出步驟:

Ⅰ.將待測的♂果蠅與純合Muller♀果蠅雜交.

Ⅱ.將F1

♀♂自交,目的是檢查某一特定X染色體上的突變.Ⅲ.觀察分析F2：

①如果無X隱性致死突變預(yù)期F2♂:♀=1:1表型比為簡單的1:1:1:1;

②

如果有X隱性致死突變預(yù)期F2♂:♀=2:1表型比1:1:1;③如果有隱性非致死突變在F2♂中可見突變。第30頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三2.常染色體突變——平衡致死系(Cy和S)①將待測的♂果蠅與♀平衡致死系(Cy,S)果蠅雜交，F(xiàn)1二種表型；②F1中的一種類型與平衡致死系做單對雜交，F(xiàn)2出