分子生物學(xué)SectionF

1、SECTION FDNA damage, repair,and recombinationMolecular BiologyCourseF1 Mutagenesis (誘變）誘變）Mutation: replication fidelity, mutagens, mutagenesisF2 DNA damageDNA lesions:oxidative damage, alkylation, bulky adductsF3 DNA repairPhotoreaction, alkyltransferase, excision repair,mismatch repairF4 Recombina

2、tionHomologous recombination, site-specificrecombination, transpositionF1 Mutagenesis (誘變）誘變）1.Mutation（突變）（突變）2.Replication fidelity3.Mutagens（誘變劑）（誘變劑）: chemical & physical4.Mutagenesis: direct & indirectDNA damage, repair,and recombinationDNA damage, repair,and recombinationPermanent, heritable a

3、lterationsin the base sequence of DNAReasons1. Spontaneous errors in DNA replication or meiotic recombination2. A consequence of the damaging effects of physical or chemical mutagens on DNAF1-1 Mutation（突變）（突變）Transition（轉(zhuǎn)換）（轉(zhuǎn)換） : 嘌呤與嘌呤、嘧啶與嘧啶嘌呤與嘌呤、嘧啶與嘧啶 AG T CTransversion（顛換）（顛換）: 嘌呤與嘧啶互換嘌呤與嘧啶互換 A T

4、 or C T A or G G T or C C A or GPoint mutation(點(diǎn)突變）點(diǎn)突變） (a single base change)Noncoding DNANonregulatory DNA3rd position of a codonEffects of a point mutationSilent mutation（沉默突變）（沉默突變）PhenotypiceffectsNoMissense mutation（錯(cuò)義突變）（錯(cuò)義突變）Coding DNA altered AAYes or NoCoding DNA stop codon runcated protei

5、nNonsense mutation（無(wú)義突變）（無(wú)義突變）YesInsertions or deletions一個(gè)或多個(gè)堿基的增加或缺失一個(gè)或多個(gè)堿基的增加或缺失Frameshift mutations（移碼突變）（移碼突變）結(jié)果是所翻譯出的蛋白質(zhì)序列從突變點(diǎn)起至結(jié)果是所翻譯出的蛋白質(zhì)序列從突變點(diǎn)起至C C末端都完全被改變末端都完全被改變DNA damage, repair,and recombinationF1-2 Replication fidelityImportant for preserve the genetic information from one generation t

6、o the nextMutation relevant1. Spontaneous errors in DNA replication is very rare, one error per 1010 base in E. coli.F1 Mutagenesis (誘變）誘變）1. DNA polymerase: Watson-Crick base pairing2. 3- 5proofreading exonuclease.3. RNA priming: proofreading the 5end of thelagging strand4. Mismatch repair（錯(cuò)配修復(fù)）（錯(cuò)配

7、修復(fù)） (F3)Molecular mechanisms for thereplication fidelityF1-3&4: Mutagens（誘變劑）（誘變劑）Mutation relevant Cause DNA damage that can be converted to mutations.DNA damage, repair,and recombinationPhysical mutagens（物理誘變劑）（物理誘變劑） High-energy ionizing radiation: X-rays Nonionizing radiation : UV lightF1-3&4: M

8、utagens（誘變劑）（誘變劑）其實(shí)其實(shí)X射線在我們的日常生活中是無(wú)處不在的。射線在我們的日常生活中是無(wú)處不在的。電視、電腦、手機(jī)、電視、電腦、手機(jī)、微波爐微波爐，就連大自然賜予人類的，就連大自然賜予人類的太陽(yáng)光太陽(yáng)光和和月亮光月亮光線也存在著線也存在著X射線。射線。而日常生活中有些物體的而日常生活中有些物體的X射線危害也是不能忽視的，例如不要讓小射線危害也是不能忽視的，例如不要讓小孩子太接近家中正在工作中的孩子太接近家中正在工作中的微波爐微波爐；選用建筑材料時(shí)要仔細(xì)挑選，；選用建筑材料時(shí)要仔細(xì)挑選，像輻射較大的像輻射較大的花崗石花崗石就要慎用；平時(shí)也不要就要慎用；平時(shí)也不要長(zhǎng)時(shí)間看電視長(zhǎng)時(shí)

9、間看電視或使用或使用電腦電腦，如果是工作所需，盡可能做到工作一、兩個(gè)小時(shí)就讓自己休息十分鐘。如果是工作所需，盡可能做到工作一、兩個(gè)小時(shí)就讓自己休息十分鐘。另外另外,盡量不要連續(xù)在短期內(nèi)做盡量不要連續(xù)在短期內(nèi)做多次多次X射線檢查射線檢查,如果做了如果做了,就要注意就要注意吃吃些維生素些維生素補(bǔ)充一下補(bǔ)充一下,例如獼猴桃例如獼猴桃,海帶海帶,紅薯等紅薯等.Chemical mutagens（化學(xué)誘變劑）（化學(xué)誘變劑） Base analogs（堿基類似物）（堿基類似物） Nitrous acid（亞硝酸）（亞硝酸） Alkylating agents（烷化劑）（烷化劑） F1-3&4: Mutag

10、ens（誘變劑）（誘變劑）F1-3&4: Mutagenesis（誘變）（誘變）The molecular processin which the mutation is generated.Direct mutagenesis(直接誘變）直接誘變）Indirect mutagenesis（間接誘變）（間接誘變）DNA damage, repair,and recombination起因于起因于DNA中存在穩(wěn)定的、具改變了的配中存在穩(wěn)定的、具改變了的配對(duì)特性的未修復(fù)的堿基。對(duì)特性的未修復(fù)的堿基。Direct mutagenesisDNA damage, repair,and recombina

11、tionDNA的復(fù)制使得這的復(fù)制使得這種損傷固定下來(lái)成種損傷固定下來(lái)成為為永久的永久的，可遺傳可遺傳的的。5溴尿嘧啶溴尿嘧啶-T類似物類似物烯醇式烯醇式酮基異構(gòu)體酮基異構(gòu)體間接誘變間接誘變 損傷發(fā)生在移動(dòng)的復(fù)制叉之前損傷發(fā)生在移動(dòng)的復(fù)制叉之前,不可能修復(fù)不可能修復(fù). | 子鏈產(chǎn)生致命的缺口子鏈產(chǎn)生致命的缺口 | 轉(zhuǎn)移損傷轉(zhuǎn)移損傷DNA合成合成-隨便插入堿基隨便插入堿基,容忍錯(cuò)誤容忍錯(cuò)誤間接誘變：損傷間接誘變：損傷DNA聚合酶只是為了保證染色體的完聚合酶只是為了保證染色體的完整性在損傷對(duì)應(yīng)的位點(diǎn)插入錯(cuò)誤的堿基。整性在損傷對(duì)應(yīng)的位點(diǎn)插入錯(cuò)誤的堿基。F1 Mutagenesis (誘變）誘變）1.M

12、utation（突變）（突變）2.Replication fidelity3.Mutagens（誘變劑）（誘變劑）: chemical & physical4.Mutagenesis: direct & indirectDNA damage, repair,and recombination誘變劑誘變劑自發(fā)自發(fā)-堿基化學(xué)堿基化學(xué)失活失活小的溫和小的溫和的改變的改變完全修復(fù)完全修復(fù)錯(cuò)配錯(cuò)配修復(fù)修復(fù)復(fù)制叉之前復(fù)制叉之前 突變突變間接誘間接誘變變直接誘變直接誘變F2 DNA損傷損傷致死致死F3 修復(fù)修復(fù)F2 DNA damageDNA 損傷損傷氧化性損傷氧化性損傷烷基化烷基化聚化加合物聚化加合物DN

13、A damage, repair &recombinationF2-1 DNA lessionsAn alteration to the normal chemical orphysical structure of the DNAF2 DNA damage外源物質(zhì)：化學(xué)試劑外源物質(zhì)：化學(xué)試劑 射線射線 致突變和致死致突變和致死自發(fā)性自發(fā)性 1. Deamination (轉(zhuǎn)氨作用）轉(zhuǎn)氨作用）:CU 2. Depurination (脫瞟呤作用脫瞟呤作用) : 3. Depyrimidine (脫嘧啶作用脫嘧啶作用)F2 DNA damageF2-2 Oxidative damage氧化性損傷

14、氧化性損傷定義：定義：在所有需氧細(xì)胞中由于超氧化物、在所有需氧細(xì)胞中由于超氧化物、氫過(guò)氧化物及最重要的羥基自由基等活氫過(guò)氧化物及最重要的羥基自由基等活性氧的存在，會(huì)在正常條件下攻擊性氧的存在，會(huì)在正常條件下攻擊DNA，產(chǎn)生一系列特性變化了的氧化產(chǎn)物。產(chǎn)生一系列特性變化了的氧化產(chǎn)物。F2 DNA damageF2-3 Alkylation烷基化烷基化烷化劑可以將烷基加入到核酸上的各種位點(diǎn)。烷化劑可以將烷基加入到核酸上的各種位點(diǎn)。這些損傷中的部分會(huì)在這些損傷中的部分會(huì)在DNA復(fù)制及轉(zhuǎn)錄復(fù)制及轉(zhuǎn)錄時(shí)時(shí)干擾干擾DNA解旋解旋F2 DNA damageF2-4 Bulky adducts聚化加合物聚化加

15、合物 嘧啶二聚體嘧啶二聚體These lesions disrupt the normal function of the DNA-不能正常配對(duì)不能正常配對(duì)F2 DNA damageDNA lesions that distort the double helix andcause localized denaturation,煤焦油中致癌物煤焦油中致癌物; 黃曲霉毒素黃曲霉毒素B1F3 DNA repairPhotoreactivation (光復(fù)活作用光復(fù)活作用)Alkyltransferase (烷基轉(zhuǎn)移酶烷基轉(zhuǎn)移酶)Exision repair (切割修復(fù)切割修復(fù))Mismatch r

16、epair (錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù))DNA damage, repair,and recombinationPhotoreactivation (光復(fù)活光復(fù)活)在可見光存在的情況下，在可見光存在的情況下，DNA光解酶（光光解酶（光復(fù)活酶）復(fù)活酶）可將環(huán)丁烷嘧啶二聚體分解為可將環(huán)丁烷嘧啶二聚體分解為單體。單體。Direct reversal of a lesion and is error-freeF3 DNA repairAlkyltransferase (烷基轉(zhuǎn)移酶烷基轉(zhuǎn)移酶)The alkyl group is transferred to the proteinitself and inac

17、tivate it.F3 DNA repair烷基轉(zhuǎn)移酶烷基轉(zhuǎn)移酶能直接從突變的能直接從突變的O6 烷基烷基鳥嘌呤上去除烷基。鳥嘌呤上去除烷基。-致死性保護(hù)致死性保護(hù)Exision repair (切除修復(fù)切除修復(fù))核苷酸切除修復(fù)（核苷酸切除修復(fù)（NER)堿基切除修復(fù)（堿基切除修復(fù)（BER)F3 DNA repair核苷酸切除修復(fù)（核苷酸切除修復(fù)（NER)內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶在損傷部位兩邊在損傷部位兩邊各切除精確數(shù)目的堿基各切除精確數(shù)目的堿基 UvrABC內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶 -嘧啶二聚體嘧啶二聚體損傷部位切除，留下缺口損傷部位切除，留下缺口DNA聚合酶聚合酶DNA連接酶連接酶大損傷大損傷F3

18、 DNA repair Exision repair (切除修復(fù)切除修復(fù))堿基切除修復(fù)（堿基切除修復(fù)（BER)DNA糖基化酶糖基化酶識(shí)別修飾堿基，識(shí)別修飾堿基，切除糖苷鍵，留下脫嘌呤或切除糖苷鍵，留下脫嘌呤或脫嘧啶（脫嘧啶（AP)/自發(fā)堿基丟失自發(fā)堿基丟失AP內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶在該位點(diǎn)切開，在該位點(diǎn)切開，其外切核酸酶活性繼續(xù)切除其外切核酸酶活性繼續(xù)切除一個(gè)缺口一個(gè)缺口DNA聚合酶，聚合酶，DNA連接酶連接酶B*AP修飾堿基修飾堿基F3 DNA repairF3 DNA repair Exision repair (切除修復(fù)切除修復(fù))Mismatch repair (錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù))錯(cuò)配修復(fù)

19、錯(cuò)配修復(fù)是切除修復(fù)的一種特定形式，用是切除修復(fù)的一種特定形式，用于修復(fù)在復(fù)制中錯(cuò)配并漏過(guò)校正檢驗(yàn)的于修復(fù)在復(fù)制中錯(cuò)配并漏過(guò)校正檢驗(yàn)的任何堿基。任何堿基。F3 DNA repairMutS和和MutL蛋白復(fù)合體識(shí)別錯(cuò)配堿基蛋白復(fù)合體識(shí)別錯(cuò)配堿基MutH內(nèi)切核酸酶與之結(jié)合，在子代鏈特內(nèi)切核酸酶與之結(jié)合，在子代鏈特異性的產(chǎn)生缺刻異性的產(chǎn)生缺刻DNA聚合酶，聚合酶，DNA連接酶連接酶半甲基化：親本鏈甲基化，子代鏈未被甲半甲基化：親本鏈甲基化，子代鏈未被甲基化（基化（正常正常GACT中中A甲基化）甲基化）F3 DNA repair Mismatch repair (錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù))錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制錯(cuò)配修復(fù)

20、機(jī)制F4 Recombination（重組）（重組）1.Homologous recombination2.Site-specific recombination3.Transposition（轉(zhuǎn)座）（轉(zhuǎn)座）DNA damage, repair,and recombination1.Homologous recombination同源重組同源重組也稱也稱一般重組一般重組，涉及兩個(gè)，涉及兩個(gè)DNA分子間同分子間同源區(qū)域的交換。源區(qū)域的交換。雙倍體雙倍體真核生物真核生物：減數(shù)分裂過(guò)程：減數(shù)分裂過(guò)程單倍體單倍體原核生物原核生物： Holliday 模型模型DNA damage, repair,and

21、 recombination雙倍體雙倍體真核生物真核生物同源重組同源重組1. Homologous chromosomes line up in meiosis (when)2. The nonsister chromatids exchange equivalent sections (what)DNA damage, repair,and recombination單倍體單倍體原核生物原核生物同源重組同源重組(E.coli)(where)1. 發(fā)生在部分已復(fù)制發(fā)生在部分已復(fù)制DNA之間之間2. 發(fā)生在染色體發(fā)生在染色體DNA與獲取的外源與獲取的外源DNA之間之間Between the tw

22、o homologous DNA duplexHolliday model (How)DNA damage, repair,and recombinationrecA-dependent 細(xì)菌同源重組細(xì)菌同源重組同源同源DNA序列序列1.核酸酶和核酸酶和RecBCD蛋蛋白復(fù)合體在特定序列白復(fù)合體在特定序列chi產(chǎn)生產(chǎn)生缺口缺口2.含有含有5端切口的單鏈端切口的單鏈DNA被被RecA蛋白蛋白包裹包裹形成形成RecAssDNA細(xì)細(xì)絲絲33553.細(xì)絲交換，尋找相對(duì)的細(xì)絲交換，尋找相對(duì)的DNA雙螺旋上的相應(yīng)區(qū)域（雙螺旋上的相應(yīng)區(qū)域（侵入侵入）4.切口被封好，形成四分支切口被封好，形成四分支的的Hol

23、liday結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)5.分支遷移分支遷移DNA damage, repair,and recombination6.解決解決Holliday拆分拆分fggABbaABabfABabAbaB復(fù)制后修復(fù)機(jī)制復(fù)制后修復(fù)機(jī)制a. Replication encounter aDNA lesionb. Skip the lesion & reinitiateon the side of the lesionc. Fill the daughter strandgap by replacing it withthe correspondingsection from theparental sister s

24、trandd. post-replication repairof the left lesion同源重組可使未修復(fù)損傷的同源重組可使未修復(fù)損傷的DNA恢復(fù)原來(lái)的完整性恢復(fù)原來(lái)的完整性2.Site-specific recombination位點(diǎn)專一性重組位點(diǎn)專一性重組1. 非同源非同源DNA的特異片段之間的交換的特異片段之間的交換 (what)2. 由能識(shí)別特異由能識(shí)別特異DNA序列的蛋白質(zhì)介導(dǎo)序列的蛋白質(zhì)介導(dǎo) (how)DNA damage, repair,and recombination噬菌體插入噬菌體插入1. 兩者兩者DNA上的連接位點(diǎn)處有上的連接位點(diǎn)處有15bp的序列相同的序列相同

25、2. 整合酶整合酶 (Int): 形成形成7個(gè)個(gè)bp突出端的交錯(cuò)切口。突出端的交錯(cuò)切口。3. Int and 整合宿主因子整合宿主因子IHF (細(xì)菌編碼細(xì)菌編碼): recombination and insertion附附：l-encoded 切除酶切除酶 (XIS): excision of the phage DNADNA damage, repair,and recombinationCGGCACTTGACATAGGCCGTGAACTGTATC3.Transposition ( 轉(zhuǎn)座作用）轉(zhuǎn)座作用）轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子：是一些較短的：是一些較短的DNA序列，可以序列，可以轉(zhuǎn)移進(jìn)細(xì)胞基因組的幾乎

26、任何位置。轉(zhuǎn)移進(jìn)細(xì)胞基因組的幾乎任何位置。轉(zhuǎn)座作用：轉(zhuǎn)座作用：又被稱為異常重組又被稱為異常重組.1. 被轉(zhuǎn)座子插入的基因一般會(huì)被轉(zhuǎn)座子插入的基因一般會(huì)失活失活2. 轉(zhuǎn)座子誘變是轉(zhuǎn)座子誘變是產(chǎn)生突變產(chǎn)生突變的一個(gè)有效方法的一個(gè)有效方法DNA damage, repair,and recombination影響：影響： IS （插入序列（插入序列, insertion sequences） 長(zhǎng)長(zhǎng)12個(gè)個(gè)kb；末端反向重復(fù)序列；末端反向重復(fù)序列(20bp)；轉(zhuǎn)座酶基因；轉(zhuǎn)座酶基因 復(fù)合轉(zhuǎn)座子復(fù)合轉(zhuǎn)座子, composite transposons 兩端兩端IS組件組件; 2-10kb; 抗生素基因（抗生素基因（內(nèi)酰氨酶）內(nèi)酰氨酶） TnA家族家族 （Tn3 type transposons, TnA family） 兩端無(wú)兩端無(wú)IS組件組件; 525kb;