基因突變DNA損傷與修復

0.基因突變的定義1.基因突變及其分子效應2.人工誘發(fā)的基因突變3.自發(fā)的基因突變3.動態(tài)突變5.DNA損傷生物體的修復機制6.基因突變的檢出第八章基因突變與DNA損傷修復當前1頁，總共133頁。1

突變（mutation）：生物體遺傳物質的核苷酸序列發(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。基因突變是指基因內部由于一對或少數(shù)幾對堿基的置換、缺失或插入而引起的突變，其涉及的變化范圍很小，又稱為點突變。染色體畸變是指大段染色體的缺失、重復、易位和倒位，即較大范圍內遺傳物質的改變。Geneticmutation0基因突變當前2頁，總共133頁。2鐮狀細胞貧血?。╯icklecelldisease）當前3頁，總共133頁。3當前4頁，總共133頁。4當前5頁，總共133頁。51.基因突變及其分子效應1.1基因突變的類型1.2基因突變的分子效應1.3可逆突變的遺傳效應當前6頁，總共133頁。6堿基替換(basesubstitution)移碼(框)突變(baseframe-shiftmutation)轉換

(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)的基因突變人工誘發(fā)的基因突變

按來源劃分當前7頁，總共133頁。7由密碼的簡并性(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),

結果：編碼的蛋白質結構和功能不發(fā)生改變1.2

基因突變的分子效應編碼區(qū)基因突變的分子效應同義突變

(samesensemutation)當前8頁，總共133頁。8當前9頁，總共133頁。9有義密碼子突變?yōu)榻K止密碼子如UUG

（亮氨酸）→UAG，UAA,UGA

突變的結果：蛋白質合成提前終止→編碼蛋白質的結構核功能發(fā)生改變無義突變（nonsensemutation）當前10頁，總共133頁。10

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

突變的結果：編碼蛋白質的結構和功能發(fā)生改變。移碼突變（shift):當前11頁，總共133頁。11遺傳密碼編碼氨基酸時發(fā)生差錯，使原來編碼的氨基酸變?yōu)榱硪环N氨基酸,也叫密碼錯編（miscoding）。結果：編碼蛋白質的結構核功能發(fā)生改變錯義突變（missensemutation）：當前12頁，總共133頁。12啟動子:

多聚酶及相關因子結合位點;轉錄因子結合位點。內含子：內含子\外顯子交界區(qū)的3'與5'端拼接位點;3′與5′端非轉錄區(qū)：蛋白質翻譯調節(jié)和定位信號位點;核糖體結合位點。非編碼區(qū)基因突變的分子效應以上屬于調節(jié)位點。調節(jié)位點如果發(fā)生點突變，將會改變基因在特定時間,特定組織或特定環(huán)境下的表達量.如RNA聚合酶,或剪接因子接合位點發(fā)生突變，將會完全阻遏正?；虻霓D錄與翻譯,或使基因產物失活.

當前13頁，總共133頁。13當前14頁，總共133頁。141.3

可逆轉突變及其分子效應可逆轉突變也叫“回復突變”，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體失去的性狀,通過第二次突變得到恢復的現(xiàn)象叫回復突變當前15頁，總共133頁。15回復到野生型原來的DNA序列，如ATG→

ACG→ATG.原位回復屬于真正意義上的回復突變，但很少發(fā)生。原位回復突變最終只產生一種基因型和一種表型回復突變的類型及其分子機制1)原位回復突變（insitureversion）當前16頁，總共133頁。16m+(野生型)正向突變m-(突變型)原位回復突變m+m-(野生型)(野生型)m+(全部野生型后代)(突變型)，沒有保留下來當前17頁，總共133頁。17野生型第一點突變

ATAAC

GAGAACG

突變型

2)

抑制回復突變（suppressorreversemutation）:第二點突變抑制第一點突變,產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的突變所抑制，結果是野生型表型得以全部或部分恢復。

第二點突變野生型當前18頁，總共133頁。18m+su+正向突變su+m-(突變型)第二點突變(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突變最終產生四種基因型當前19頁，總共133頁。19基因間抑制回復抑制回復突變可劃為:基因內抑制回復基因內錯義抑制回復突變基因內移碼抑制回復突變無義抑制突變錯義抑制突變移碼抑制突變當前20頁，總共133頁。20基因內錯義抑制回復突變

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

－野生型(示空間結構)正常情況下CAG－18－64

－導致空間構型改變,活性喪失當前21頁，總共133頁。21基因間抑制回復突變抑制突變（第二點突變）發(fā)生在其它基因之中,而不是已發(fā)生突變的基因之內。包括:無義抑制突變（nonsensesuppressormutation）錯義抑制突變（missensesuppressormutation）移碼抑制突變（frameshiftsuppressormutation）當前22頁，總共133頁。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氨基酸的密碼子突變?yōu)闊o義密碼子的,結果使蛋白質合成（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合，使蛋白質合成繼續(xù)進行。這種抑制突變回復發(fā)生在噬菌體基因與宿主菌基因之間.

當前23頁，總共133頁。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）密碼子當前24頁，總共133頁。24

Tyr-tRNA突變

tyr-tRNA

GUACUUUAUUAG

（酪氨酸）琥珀無義密碼子

CmRNAUorC→GA→U蛋白質合成恢復宿主菌噬菌體第一點突變第二點突變無義抑制tRNA當前25頁，總共133頁。25UAGUAAUGAUXX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)當前26頁，總共133頁。26因為有3種無義密碼子→產生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）當前27頁，總共133頁。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

→抑制赭石無義突變乳白無義抑制tRNA

→抑制乳白無義突變當前28頁，總共133頁。28當前29頁，總共133頁。29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)擺動假說,G-U可配對，所以赭石抑制基因可抑制琥珀突變.A-C不能配對，所以琥珀抑制基因不能抑制赭石突變（Oc）。OcAm當前30頁，總共133頁。30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。無義抑制的特征當前31頁，總共133頁。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結合,使肽鏈延伸恢復.其中只有一部分結合.所以在細胞內，有的肽鏈得以延伸，有的肽鏈提前終止，其結果是蛋白質的總濃度低于野生型。

當前32頁，總共133頁。32某無義抑制tRNA與某無義密碼子的結合,并不影響它與應該結合的有義密碼子結合.原因：1）密碼子有簡并現(xiàn)象；2）細胞內每種tRNA有許多拷貝.當前33頁，總共133頁。33無義抑制tRNA存在時，蛋白質合成釋放因子（RF）與無義抑制tRNA可競爭性地與終止密碼子結合，如果RF處于優(yōu)勢，RF與終止密碼子結合，使蛋白質合成正常終止.釋放因子有RF1、RF2、RF3.

RF1識別終止密碼UAA和UAG;

RF2識別終止密碼UGA和UAA;

RF3激活RF1和RF2的活性當前34頁，總共133頁。34mRNA內有時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,蛋白質合成即使不在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%).當前35頁，總共133頁。35第一突變第二突變刪除或添加1-2個堿基添加或刪除1-2個堿基基因內移碼突變抑制突變回復基因內一個位點刪除(或添加）1-2個堿基,在另一個位點添加(或刪除）同樣數(shù)目堿基),結果是整個讀框保持不變,同時也是突變體的性狀恢復到野生型.當前36頁，總共133頁。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(因為在雜合體中表達）.1.4突變對多細胞生物的影響新產物新產物顯性突變當前37頁，總共133頁。37基因的關鍵功能區(qū)被刪除或改變，結果使某一功能喪失。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)：當前38頁，總共133頁。38當前39頁，總共133頁。39

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），導致個體死亡.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。當前40頁，總共133頁。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，42℃則死亡。代謝途徑改變

如生化突變型（biochemicalmutant）,突變使某一個生化功能改變或喪失.最常見的是營養(yǎng)缺陷型當前41頁，總共133頁。412.人工誘發(fā)的基因突變使用物理或化學方法誘導產生的突變叫誘發(fā)突變（inducedmutation).可誘發(fā)基因突變的物質叫誘變劑(mutagen)，誘變劑通常有致癌作用，所以也叫致癌劑(carcinogen)。當前42頁，總共133頁。421）堿基類似物----誘發(fā)堿基轉換5

-溴尿嘧啶(5-BU)BU代替胸腺嘧啶(T)摻入DNA，產生A∶T→G┇C轉換。BU代替胞嘧啶(C)摻入DNA，產生G┇C→A∶T轉換2-AP和T配對后,又和C配對，產生A∶T→G┇C轉換;2-AP和C配對后，又和T配對，產生G┇C→A∶T轉換。二氨基嘌呤(2-AP)

誘變劑的類型及其誘變機制當前43頁，總共133頁。4344堿基配對Basepairing當前44頁，總共133頁。44455BU—堿基T的類似物堿基類似物Baseanalog當前45頁，總共133頁。452）烷化劑-----誘發(fā)特異性錯配烷化劑的種類甲基磺酸乙酯(EMS)亞硝基胍（NG）芥子氣等當前46頁，總共133頁。461）烷化劑誘發(fā)嘌呤堿基脫落，產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,產生缺口,復制時任何堿基配對到缺口位置,這樣可引起轉化或顛換烷化劑的作用機制當前47頁，總共133頁。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,而和胸腺嘧啶(T)配對，產生G┇C→T∶A轉換.G┇CmG┇CG┇CmG∶TT∶AmG∶T2）

烷化劑使堿基烷基化,引起特異性錯配修復后不修復G:CC:G當前48頁，總共133頁。48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）嵌合劑的誘變作用當前49頁，總共133頁。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，堆積在堿基對之間，在嵌入點引起"單個堿基對插入"或"缺失"，最終引起移碼突變。嵌合劑作用機理當前50頁，總共133頁。50當前51頁，總共133頁。514）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)當前52頁，總共133頁。52

紫外線（ultravioletlight,UV）：

誘發(fā)相鄰的兩個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嘧啶堿之間形成。紫外線還可引起缺失,重復和移碼突變.當前53頁，總共133頁。53當前54頁，總共133頁。54突變頻率與X-射線劑量的關系當前55頁，總共133頁。55

電離輻射X-射線，γ-射線等,因能量高,能引起被照射物質中原子的電離（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”,引起染色體結構畸變.

通常用于農作物誘變育種的誘變源當前56頁，總共133頁。565)

黃曲霉B1黃曲霉素B1（aflatoxinB1,

AFB1）可以在鳥嘌呤N-7位置誘導脫嘌呤作用，繼而以腺嘌呤代之，產生G┇C→A∶T的轉換，是很強的致癌劑。當前57頁，總共133頁。576)

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

。是利用人工合成寡聚核苷酸技術,在離體條件下使DNA分子任何位點的堿基發(fā)生轉換或顛換的技術.定點突變在蛋白質工程，基因表達和表達調控機制的研究方面就有重要的意義。當前58頁，總共133頁。58定點誘變的基本步驟1

采用化學合成法,首先人工合成一條包括靶(目標)堿基及其附近序列的寡聚核苷酸（引物）,該引物除了目標堿基被替換外，其余序列與野生型DNA分子的相應序列應完全相同。5’AATTCCGGCCTTAAGGAT……..ATTCCGGGCGCG.GGC3’5’-AATTCCGTCCTTAAG-3’當前59頁，總共133頁。59將合成好的引物與攜帶目標基因全序列的單鏈噬菌體M13

的DNA分子混合，使引物與M13DNA分子上的目標基因配對，并在在DNA聚合酶作用下合成完整的互補鏈。將合成好的雙鏈環(huán)狀DNA分子導入大腸桿菌，在大腸桿菌內復制,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)。當前60頁，總共133頁。603.

通過等位基因替換（或其他）方法，將突變基因送回細胞內原來的基因組中，在生理條件下檢測和研究突變效應，即可了解該點突變的動能。當前61頁，總共133頁。61如誘發(fā)IFN-β基因第17位堿基突變半胱氨酸Cys↓絲氨酸Ser當前62頁，總共133頁。62當前63頁，總共133頁。633.自發(fā)的基因突變自然環(huán)境中的物理、化學、生物因素偶然誘導基因產生的突變叫自發(fā)的基因突變。當前64頁，總共133頁。64多方向性(multidirection):

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

a2,

a3

等,復等位基因的存在,也說明了突變的多方向性.3.1基因自發(fā)突變的基本特征當前65頁，總共133頁。65獨立性(independency）一個基因突變與另一個基因突變無關，互不影響。如Strs

→strr;

pens→penr

的頻率都是10－7，strspens→strrpenr

雙突變的頻率是10－7×10－7=10－14。當前66頁，總共133頁。66可逆性(reversibility):

A→a,a→A,或A+→A;a+→a.

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

如殘翅果蠅對生存不利（飛行困難），但在多風的海島上，則對殘翅有利（風助其飛行）。當前67頁，總共133頁。67隨機性(randomness)

即不定向性，基因突變的方向與生物體所處的環(huán)境沒有對應關系，突變可發(fā)生在任何時期、任何個體、任何基因位點上。

重演性

(reappearance）

1791年在美國一個牧場發(fā)現(xiàn)一只安康羊（腿短，跳不出羊圈），20世紀40年代在挪威又發(fā)現(xiàn)一只。后來證實是生殖細胞中一個顯性基因的一個堿基對的變化所致。當前68頁，總共133頁。68

稀有性(rarity)高等生物自發(fā)突變率=1×10-5

～

1×10-10細菌自發(fā)突變率=1×10-4

～

1×10-10突變率指在一個世代或其他規(guī)定的條件和時間內,發(fā)生某一突變的細胞占細胞總數(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)的百分數(shù)。細菌中，突變率用一定數(shù)目的細菌,在一次分裂過程中發(fā)生突變的次數(shù)表示.當前69頁，總共133頁。69體細胞突變生物個體營養(yǎng)組織細胞(如植物的跟、莖、葉）發(fā)生的基因突變叫體細胞突變.發(fā)生突變的體細胞如果繼續(xù)保持分裂，便生成一個具相同表型的細胞群(克隆),與未發(fā)生突變的細胞群一起,最終形成嵌合體。因此體細胞突變只對個體產生影響，對整個物種不會產生影響。當前70頁，總共133頁。70植物體細胞突變不能直接傳遞給后代,但可先通過無性繁殖,再經過有性生殖傳遞給后代.如從嵌合體中切下由突變的枝條→扦插長成完整植株→分化出生殖組織(細胞)→

產生突變的配子→通過受精傳遞給后代。當前71頁，總共133頁。71突變發(fā)生在生物個體生殖細胞（精細胞,卵細胞,胚囊,花粉母細胞,花粉等）中，這些嗎都屬于種質細胞。如果突變的細胞經減數(shù)分裂形成鏡子或卵子，參與受精，突變基因就會通過有性生殖直接傳給下一代。所以生殖細胞中低頻率突變將引起整個物種產生變異。高頻率的基因突變將會使壞整個物種毀滅。生殖細胞突變當前72頁，總共133頁。723.2

基因自發(fā)突變的機制DNA復制錯誤脫氨基作用脫嘌呤堿基堿基氧化損傷其他可能的機制當前73頁，總共133頁。73DNA復制過程中，由于堿基異構體互變導致堿基錯配,再經過復制導致原來的堿基被替換

DNA復制錯誤當前74頁，總共133頁。74標準的堿基對排列TACGTGCA異常的堿基對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體互變導致錯配當前75頁，總共133頁。75堿基A由原來的氨基態(tài)變?yōu)閬啺被鶓B(tài)互變異構體A又由亞氨基態(tài)變回到氨基態(tài)未發(fā)生互變異構作用當前76頁，總共133頁。76當前77頁，總共133頁。77當前78頁，總共133頁。78轉換(transition):

A→G,

G→A,

C→T,T→C顛換(transversion):

A→T,C→G.移碼突變

(frame-shiftmutation):

增加/減少一個或幾個密碼子.缺失和重復(deletionandduplication):大片段的缺失或重復,缺失和重復可造成移碼突變轉換與顛換統(tǒng)稱堿基替換,也叫點突變(pointmutation)當前79頁，總共133頁。7980由于DNA分子中一對或少數(shù)幾對核苷酸的增加或缺失而造成Frameshiftmutation移碼突變當前80頁，總共133頁。8081

較大范圍的核苷酸序列的缺失或插入所導致的突變。缺失突變常導致缺失位點的整個基因及裂縫兩端的基因活性受損；生物誘變劑（轉座因子）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。插入突變導致?lián)饺胛稽c整個基因的失活，甚至產生極性突變。Deletionmutation&insertionmutation缺失突變和插入突變當前81頁，總共133頁。81G┇CG┇UA∶UG┇CU∶AA∶T胞嘧啶脫氨基后變?yōu)槟蜞奏?C→U，如果U不經校正，在復制過程中則可和腺嘌呤A配對，結果產生G┇C→A∶T的轉換.

脫氨基作用正確修復未進行修復C脫氨基當前82頁，總共133頁。82亞硝酸（HNO2）的誘變機制——堿基脫氨亞硝酸脫氨Deaminationofnitrousacid當前83頁，總共133頁。83

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，無嘌呤位點可插入任何一個堿基，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)的存在導致堿基氧化損傷.

堿基氧化損傷當前84頁，總共133頁。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.基因內部特殊結構發(fā)生變化.

DNA內重復序列在復制過程中,由于滑動錯配（復制滑動）導致出現(xiàn)插入/缺失.轉座子（transposableelement,TE），可轉移的DNA序列,通過的轉座過程將一個拷貝插入到一個基因，導致該基因失活,同時還可產生倒位,重復,缺失,插入同向重復序列。

其他一些機制當前85頁，總共133頁。85

基因組中某些基因的突變可使整個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校對功能喪失或降低，這樣就會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（編碼錯配矯正酶的基因）的突變，能使細胞錯配修復的功能喪失，因此引起突變率升高。增變基因的致變作用

當前86頁，總共133頁。86基因中各位點發(fā)生突變的概率不等，有些位點的突變率遠遠超過其它位點突變率，這些突變頻率很高的位點被稱為突變熱點(hotspotofmutation)。如T4噬菌體DNA的rⅡA區(qū)與IIrⅡB區(qū)突變熱點當前87頁，總共133頁。87DNA的某些堿基對某些化學誘變劑較為敏感，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轉換為G。轉座成分(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修復過程中產生錯誤。

突變熱點形成的原因當前88頁，總共133頁。884.動態(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(如CAG、CCG、CTG、CGG)

在減數(shù)分裂或有絲分裂過程中，隨機擴增(拷貝數(shù)增加)的現(xiàn)象叫動態(tài)突變.動態(tài)突變通常導致成整個基因組不穩(wěn)定，所以基因組的動態(tài)突變性也叫基因組不穩(wěn)定性。動態(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.當前89頁，總共133頁。89DNA復制時,其內的三核苷酸重復序列可誘發(fā)滑動錯配,即模板鏈及拷貝鏈(互補鏈)發(fā)生相對移動,結果使部分模板被重復復制,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序列.動態(tài)突變的原因

復制滑動學說當前90頁，總共133頁。90ATGCAGCAGCAGTACGTC

GTCGTC

GTCAAAGCGTACGTC

GTCGTCGTCAAAGCGATGCAGCAG

CAG

CAGTACGTC

GTCGTC

GTCAAAGCGATGCAGCAGCAG向左滑動復制向右滑動復制模板鏈新合成鏈模板鏈模板鏈新合成鏈增長新合成鏈變短當前91頁，總共133頁。914.2動態(tài)突變與人類疾病

當前92頁，總共133頁。92動態(tài)突變引發(fā)人類疾病的機制毒性多聚谷氨酰胺

假說(poly-gln)

(CAG)n

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

(CAG)n重復次數(shù)大于正常閾值→GADH被抑制→糖酵解過程被阻斷→不能產生足夠的ATP→

腦細胞失去功能.當前93頁，總共133頁。933)

多聚谷氨酰胺干擾轉錄因子說多聚谷氨酰胺干擾SP1轉錄因子與TFⅡD亞基TAFⅢ30的相互作用,影響了大腦神經元中神經遞質受體基因的轉錄.4)

FMR-15’端(CGG)過度擴增假說.

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.當n>285時,

FMR-1的mRNA全部與核糖體40-80S亞基接合,蛋白質合成受阻.

基因動態(tài)突變引發(fā)脆性X-染色體綜合癥（因CGG重復過多，染色體容易碎裂）當前94頁，總共133頁。94當前95頁，總共133頁。955.DNA損傷修復5.1光復活修復5.2切除修復5.3重組修復(復制修復)5.4SOS修復5.5電離輻射損傷的修復當前96頁，總共133頁。965.1

光復活修復光復活修復(photo-reactivation)是在可見光的作用下，由光復活酶(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的過程.光復活專一性地對紫外線誘發(fā)形成的嘧啶二聚體(TT)進行修復,而且修復是在損傷部位就地修復.當前97頁，總共133頁。97把TT之間的連接切斷當前98頁，總共133頁。985.2

切除修復(excision)在DNA內切酶，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恢復正常的結構。因為需要核甘酸外切酶，所以切除修復也叫“核甘酸外切酶修復”，同時因不需光參與,故也“叫暗修復”.切除修復也是針對由紫外線引起的損傷.當前99頁，總共133頁。99根據(jù)切除片段的長短，切除修復分為：短補綴修復

（short-patchrepair):屬組成型修復,最常見類型,占99%,修復對象：小范圍的DNA損傷（10bp-1000bp).長補綴修復

（long-patchrepair):誘導型，占1%,修復對象：損傷片段長且嚴重（>1.5kb),極少數(shù)情況下達到9kb以上，當前100頁，總共133頁。100UvrABC內切酶修復系統(tǒng)DNA糖基化酶修復系統(tǒng)錯配矯正酶修復系統(tǒng)切除修復需要的酶系統(tǒng)（在E.coli

中）當前101頁，總共133頁。101由UvrA、UvrB、UvrC3個亞基組成.UvrA:具ATP酶活性,為切除修復提供能量;UvrB:與UvrA結合后有ATP酶活性;UvrC：使修復內切酶的活性達到最大程度。

UvrABC內切酶修復系統(tǒng)當前102頁，總共133頁。102UvrABC內切酶（UvrABC核酸酶）切除修復過程：

當前103頁，總共133頁。103

DNA糖基化酶修復系統(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,形成一個無嘌呤或無嘧啶的位點(AP位點)→AP內切酶在AP位點切開磷酸二酯鍵(DNA鏈被打斷)→DNA聚合酶和連接酶將缺口修復.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）等當前104頁，總共133頁。104AP內切酶：亦稱"無堿基內切酶"，或"無嘌呤(嘧啶)核酸內切酶"。其作用是在無嘌呤或無嘧啶位置(ＡＰ位點)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AP內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平當前105頁，總共133頁。105錯配矯正酶修復系統(tǒng)錯配矯正酶由mutH，mutL和mutS

三個基因共同編碼,有下列兩種功能：1)識別新生鏈上錯配的堿基，并與之結合;2)可識別下列序列:

5-GA*TC-33-CTAG-5′模板鏈新生鏈當新生鏈上有錯配堿基時，該酶可同時結合在模板鏈和新生鏈上，進行錯配修復當前106頁，總共133頁。106ACGA*TCCTAG錯配堿基5’3’3’5’ACGA*TCCTAG錯配矯正酶結合在錯配堿基與識別序列上5’3’3’5’錯配矯正酶切除包括錯配堿基在內的一段DNAAGA*TCCTAG5’3’3’5’DNA多聚酶填充缺口，連接酶連接ATGA*TCCTAG5’3’3’5’當前107頁，總共133頁。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，有助于錯配矯正酶的結合，使矯正能得以順利進行N6-甲基腺嘌呤的來源當前108頁，總共133頁。108如"尿嘧啶糖基化酶修復系統(tǒng)"對"脫氨基氧化損傷"的修復尿嘧啶糖基酶負責酶解錯配的尿嘧啶,嘌呤,次黃嘌呤

當前109頁，總共133頁。1095.3

重組修復重組修復受損傷堿基部分不被切除,DNA直接跨過受損傷部分進行復制.原模板鏈中的損傷部分在下一個細胞周期中,以“切除修復方式”完成修復，或不經切除，隨細胞分裂，不斷進行重組修復，使損傷DNA的濃度逐漸稀釋，最終達到幾乎全部的修復。由于重組修復必須在DNA復制的情況下進行，故又稱復制后修復．是DNA損傷修復的最主要方式當前110頁，總共133頁。110如對二聚體損傷的復制修復當前111頁，總共133頁。1115.4

SOS修復又稱超越二聚體合成修復(transdimersynthesis)，錯誤傾向修復(error-pronerepair)或應急修復。

SOS修復是在DNA分子受到大范圍損傷,且不能進行“復制修復”的情況下,為防止細胞死亡而采取的一種應急措施，所以采用國際通用的海難呼救信號SOS（SaveOurSoul）來命名）。當前112頁，總共133頁。112

RecA蛋白

(重組蛋白)和LexA蛋白(阻遏蛋白)。這兩種酶只有當細胞受到損傷時才誘導產生，正常情況下，不存在。SOS修復只存在于recA＋lexA＋細胞中，這兩個基因突變，sos修復功能隨之喪失。

SOS修復需要的酶系統(tǒng)當前113頁，總共133頁。113RecA蛋白由recA基因編碼,recA為正調控蛋白，有以下3種功能：重組功能：催化DNA分子間同源聯(lián)會和單鏈交換.蛋白酶活性：DNA合成正常進行時，RecA蛋白沒有活性；DNA合成受阻時，已存在的無活性的RecA蛋白就變成有活性的蛋白酶。單鏈DNA結合活性：類似單鏈DNA結合蛋白(SSB).

當前114頁，總共133頁。114LexA基因是負調控基因.LexA基因編碼的蛋白可被RecA蛋白分解。正常細胞內LexA蛋白非常穩(wěn)定，分別結合于recA、lexA、uvrA、uvrB、himA等17個基因的啟動子上，使得這些基因不能轉錄。recA、lexA、uvrA、uvrB、himA等基因統(tǒng)稱損傷誘導基因（damageinduciblegenes，din),也稱作SOS基因，均由LexA蛋白控制.當前115頁，總共133頁。115DNA受紫外線照射損傷時→RecA蛋白酶活性被激活，→LexA蛋白被RecA蛋白分解→一系列與SOS反應有關的基因被消除阻遏→SOS基因轉錄。POPPPOOO1lexA2recA3uvrA4uvrB……17

LexA蛋白結合位點。LexA基因也受其產物Lex蛋白控制，所以稱為自身負向控制LexA蛋白LexA蛋白LexA蛋白LexA蛋白當前116頁，總共133頁。116UV未照射的Ecoli釋放出的正常和突變的λ極少,表明未發(fā)生復活效應和誘導效應SOS修復系統(tǒng)是細胞受損傷后才被誘導的證據(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-復活效應）存活的λ中出現(xiàn)較多突變體（稱W-誘導效應）:當前117頁，總共133頁。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修復酶不被活化→損傷的λDNA不能被修復→λDNA不能復制→λ噬菌體數(shù)量及λ突變體數(shù)少。λ噬菌體受UV照