基因突變與損傷修復

第十六章基因突變本章學時數(shù)：3學時本章重點：1、突變及其特征、突變率

2、誘變

3、突變的檢出1精選ppt基因突變定義：指一個基因變化成它的等位基因，是染色體上一個座位內的遺傳物質的變化。也稱點突變(pointmutation)。正向突變forwardmutation回復突變backmutation自發(fā)突變：在自然情況下發(fā)生誘發(fā)突變：人為地用物理化學方法誘發(fā)2精選ppt基因突變生殖細胞突變：可以遺傳Germinalmutation體細胞突變：不能遺傳Somaticmutation3精選ppt突變的表型類型可見突變〔形態(tài)突變〕引起形態(tài)等外觀可見的改變致死突變突變影響個體的生活力，導致個體死亡條件突變在一定條件下，突變性狀表達或死亡生化突變影響代謝過程，導致特定生化功能的改變或喪失抗性突變產(chǎn)生某種抗性4精選ppt功能突變失去功能突變無效突變滲漏突變獲得功能突變5精選ppt基因突變的特點可逆性Aa正向突變aA回復突變，比正向突變率低有真正的回復突變和抑制回復突變多向性：突變是不定向的，產(chǎn)生復等位基因有害性稀少性：突變率通常很低，10-5～10-10隨機性6精選ppt突變率定義：一個世代在一定時期內，一個細胞發(fā)生突變的概率。顯性突變率=突變個體數(shù)/二倍的群體總數(shù)隱性突變率=突變個體數(shù)/群體總數(shù)自發(fā)突變率一般比較低，在10-4以下高等生物比微生物的突變率高，這與世代時間有關7精選ppt自發(fā)突變Spontaneousmutation在自然狀態(tài)下發(fā)生產(chǎn)生原因DNA復制錯誤和自發(fā)損傷宇宙射線轉座因子理化因素8精選ppt自發(fā)突變----DNA復制錯誤堿基替換basesubtitution轉換transitions顛換transversions移碼突變frameshiftmutation缺失和重復9精選ppt堿基替換10精選ppt互變異構體引起替換11精選ppt自發(fā)突變----自發(fā)損傷脫嘌呤depurination脫氨基deamination氧化性損傷堿基oxidativelydamagedbases12精選ppt脫氨基13精選ppt脫氨基14精選ppt氧化損傷過氧化物原子團〔O2-〕〔H2O2〕，〔-OH〕等需氧代謝的副產(chǎn)物都是有活性的氧化劑，它們可導致DNA的氧化損傷，T氧化后產(chǎn)生T－乙二醇，G氧化后產(chǎn)生8-氧-7,8二氫脫氧鳥嘌呤、8-氧鳥嘌呤(8-O-G)或“GO〞，GO可和A錯配，導致G→T。15精選ppt人工誘變物理因素：高能射線，如紫外線、電離輻射等化學因素：

誘變劑，如疊氮鈉、亞硝酸鈉等可以改變堿基對的結構或順序導致遺傳信息的改變16精選ppt誘變劑的誘變機制取代：取代DNA分子中的一個堿基改變：改變一個堿基使之發(fā)生錯配破壞：破壞一個堿基使之不能與其他堿基配對17精選ppt堿基類似物5-溴尿嘧啶〔5-bromouracil,5-BU〕2-氨基嘌呤〔2-aminopurine2-AP〕迭氮胸苷〔AZT,azidothymidine〕18精選ppt5-溴尿嘧啶5-溴尿嘧啶和T很相似，僅在第5個碳元子上由Br取代了甲基5-BU，有酮式，烯醇式兩種異構體，可分別與A及G配對結合19精選ppt2-氨基嘌呤2-氨基嘌呤(2-AP)也是堿基的類似物，有正常狀態(tài)和稀有狀態(tài)兩種異構體，可分別與T和C配對結合。當2-AP摻入到DNA復制中時，由于其異構體的變換而導致A∶TG∶C20精選ppt堿基的修飾劑〔特異性錯配〕亞硝酸〔introusacid,NA〕羥胺烷化劑，它們的作用是使堿基烷基化DNA插入劑〔嵌合劑〕原黃素〔proflavin〕吖啶橙〔acridineorange〕溴化3,8-二氨基-5-乙基-6-苯基菲啶鎓21精選ppt亞硝酸亞硝酸〔introusacid,NA〕有氧化脫氨作用，可使G第2個碳原子上的氨脫去，產(chǎn)生黃嘌呤〔xanthine,x〕，次黃嘌呤(H)仍和C配對，故不產(chǎn)生轉換突變。但C和A脫氨后分別產(chǎn)生U和次黃嘌呤H，產(chǎn)生了轉換，使C∶G轉換成A∶T，A∶T轉換成G∶C22精選ppt羥胺羥胺只特異地和胞嘧啶起反響，在第4個C原子上加-OH，產(chǎn)生4-OH-C，此產(chǎn)物可以和A配對，使C∶G轉換成T∶A23精選ppt烷化劑烷化劑如甲基磺酸乙脂〔EMS〕,氮芥(NM),甲基磺酸甲脂〔MMS〕,亞硝基胍〔NG〕等，它們的作用是使堿基烷基化。EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷化，結果產(chǎn)生的O-6-E-G和O-4-E-T分別和T、G配對，導致G∶C對轉換成A∶T對；T∶A對轉換成C∶G24精選ppt烷化劑烷化作用脫嘌呤作用25精選ppt嵌合劑原黃素等吖啶類染料26精選ppt紫外線作用機制紫外線的波長在260-270nm時與DNA吸收峰相近，使相鄰的嘧啶核苷酸形成嘧啶二聚體，影響DNA的復制和轉錄。遺傳學效應穿透性不強，不如電離輻射有效引起各種形式的替換，以及缺失、重復和移碼27精選ppt紫外線28精選ppt電離輻射作用機制直接作用：能量直接作用于染色體和DNA間接作用：電離化引起細胞內化學變化導致異常遺傳學效應輻射效應具有累加性誘發(fā)基因突變和染色體畸變，突變率與劑量成正比29精選ppt電離輻射過程物理學階段物理化學階段生物化學階段遺傳損傷30精選ppt化學誘變劑種類多為致癌劑，如秋水仙素、芥子氣、黃曲霉素B1等特點操作方便，可以大大提高誘變率常集中在染色體上的某一區(qū)域，使突變具一定的定向作用31精選ppt黃曲霉素B1在鳥嘌呤的N-7上形成一個加成復合物，繼而產(chǎn)生無嘌呤位點需要SOS系統(tǒng)參與引起G-C顛換為T-A32精選ppt體外定點突變1985年加拿大的MichaelSmith建立，于1993年獲得了諾貝爾化學獎。具體方法有三種：〔1〕寡聚核苷酸介導的用單鏈模板定點突變；〔2〕雙引物法定點突變；〔3〕用摻入U的單鏈為模板進行聚核苷酸介導的體外定點突變。33精選ppt體外定點突變

site-directedmutagenesis34精選ppt寡核苷酸定點突變步驟人工合成靶堿基及其附近序列的寡核苷酸與M13DNA克隆的互補單鏈雜交，在Klenow酶作用下合成完整的互補鏈連接酶連接，導入大腸桿菌中，得到穩(wěn)定的突變克隆將突變基因導入原來的細胞基因組中，在生理條件下研究和檢測突變的效應。35精選ppt反向遺傳學reversegenetics經(jīng)典遺傳學突變表型突變基因型反向遺傳學〔反求遺傳學〕DNA突變表型效應改變36精選ppt增變基因Mutatorgenes基因組中某些基因的突變可以使整個基因組的突變率明顯上升，這些基因就是增變基因DNA聚合酶的各個基因。

dam基因，與錯配修復等修復系統(tǒng)有關的基因。37精選ppt突變熱點hotspotsofmutationsDNA的不同局部有著不同的突變率突變位點在基因內的分布不隨機5-甲基胞嘧啶短重復序列與誘變劑性質有關38精選ppt生物體的修復機制光復活photoreactivation切除修復excisionrepair重組修復recombinationalrepairSOS修復39精選ppt光復活專一地針對紫外線引起的DNA損傷而形成的嘧啶二聚體在損傷部位就地修復的途徑。在300－600納米的可見光，由光復活酶催化二聚體分解為單體普遍存在，但主要是原核生物中的修復方式。40精選ppt切除修復也叫暗修復在幾種酶的協(xié)同作用下，將損傷的DNA局部切除，缺口由修復性合成來填補，再由連接酶連接成完整的鏈。短補丁修復：占多數(shù)，切除約20個核苷酸長補丁修復：約1500個核苷酸41精選ppt切除修復42精選ppt特異切除修復途徑DNA糖基化酶修復途徑〔堿基切除修復〕DNA糖基化酶切開N-糖苷鍵，產(chǎn)生無嘌呤無嘧啶位點〔AP位點〕，由AP內切酶修復系統(tǒng)修復AP內切酶修復系統(tǒng)對于嘌呤或嘧啶脫落后的AP位點，由內切酶切開磷酸二酯鍵，啟動由外切酶、DNA聚合酶I和DNA連接酶作用的切除修復過程。43精選ppt重組修復又稱復制后修復在復制時越過損傷部位，留下的缺口由重組進行填補。損傷并沒有被真正修復，只是在復制中被稀釋。容易產(chǎn)生過失，引起突變44精選pptSOS修復系統(tǒng)DNA分子損傷較大而復制受到抑制時出現(xiàn)的修復作用，是旁路修復系統(tǒng)。細胞受到危急狀態(tài)時的修復方式，允許DNA復制越過二聚體而進行，因而引起錯配，導致突變。45精選pptSOS修復系統(tǒng)46精選pptSOS修復系統(tǒng)復制到損傷部位時，經(jīng)過短暫的抑制，產(chǎn)生一種新的DNA聚合酶，能催化損傷部位的DNA的修復合成，但識別堿基的精確度低。在新鏈中，二聚體相對的位置上可以出現(xiàn)任何堿基，其他位置上也可以出現(xiàn)錯配。47精選pptSOS修復中的recA基因和lexA基因48精選ppt電離輻射損傷的修復超快修復：可能由DNA連接酶單獨完成快修復：需要DNA多聚酶I的參與慢修復：需要重組修復的酶系統(tǒng)參與49精選pptDNA損傷修復與基因突變、癌的發(fā)生以及衰老等密切相關50精選ppt突變與癌黃曲霉素〔AFB1〕引起肝癌；紫外線誘導皮膚癌抑癌基因〔p53基因〕突變會致癌南非人群中肝癌病人中，p53基因被AFB1誘導特異性的GT顛換人類鱗狀細胞皮膚癌也多有p53基因的突變，在嘧啶二聚體出產(chǎn)生CT轉換51精選ppt修復缺陷與疾病DNA修復系統(tǒng)缺陷而引起的遺傳病，還有較高的致癌率著色性干皮病(xerodermapigmentosum,XP)常染色體隱性基因，位于1q，光敏感遺傳疾病。對光敏感，暴露皮膚易發(fā)生色素沉著、萎縮、角化過度和癌變?；颊咭谆计つw癌，如基內幕胞瘤和鱗狀上皮細胞癌。Cockayne綜合征(cockaynesundrome,CS)表現(xiàn)為侏儒、視網(wǎng)膜萎縮、耳聾和對日光敏感等共濟失調毛細血管擴張癥早衰癥52精選ppt突變的應用誘變提高突變率，結合選育，可以培育出優(yōu)良品種在農作物、微生物上廣泛應用。53精選ppt突變的檢出大腸桿菌突變型的檢出鏈孢霉〔真菌〕突變的檢出果蠅突變的檢出伴性隱性突變常染色體突變植物突變的檢出54精選ppt大腸桿菌突變型的檢出野生型和根本培養(yǎng)基營養(yǎng)缺陷型和完全培養(yǎng)基抗性突變和選擇培養(yǎng)基55精選ppt大腸桿菌營養(yǎng)缺陷型的檢出缺陷型的濃縮青霉素法缺陷性的檢出影印接種法點種法56精選ppt青霉素法原理：青霉素的作用是抑制細菌細胞壁的合成，只能殺死正在生長繁殖中的細菌，而不能殺死休止狀態(tài)的細菌。在含青霉素的根本培養(yǎng)基中，大局部野生型細菌死亡；而缺陷型不能生長，不受青霉素的影響得到濃縮。57精選ppt影印培養(yǎng)58精選ppt點種法誘變后培養(yǎng)在完全培養(yǎng)基上，缺陷型和野生型都能生長點種于含單一營養(yǎng)物質的根本培養(yǎng)基上如果在所有平板上都能生長，是野生型；只在其中一個平板上生長的，就是所加營養(yǎng)物質的缺陷型59精選ppt真菌營養(yǎng)缺陷型的檢出缺