損傷修復(fù)突變和轉(zhuǎn)座

關(guān)于損傷修復(fù)突變和轉(zhuǎn)座第一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)突變類型第四節(jié)回復(fù)突變(抑制突變)第五節(jié)突變劑和突變生成

概述：損傷因素及其類型第一節(jié)復(fù)制過程中的錯配修復(fù)第二節(jié)損傷修復(fù)

第二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

引起損傷的因素:?自發(fā)性損傷(復(fù)制中的損傷、堿基的自發(fā)性化學(xué)改變、自發(fā)脫堿基、細(xì)胞的代謝產(chǎn)物對DNA的損傷)?物理因素引起的損傷(電離輻射、紫外線)?化學(xué)因素引起的損傷（烷化劑、堿基類似物）引起損傷的類型：堿基脫落、堿基（或核苷）改變、錯誤堿基（堿基的取代）、堿基的插入或缺失、鏈的斷裂、鏈交聯(lián)（鏈內(nèi)、鏈間）、嘧啶二聚體等等第三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

廣義的修復(fù)系統(tǒng)：?DNA聚合酶的校對功能(復(fù)制的范疇)?尿嘧啶-N-糖苷酶修復(fù)系統(tǒng)

（復(fù)制時U的滲入、C脫氨氧化成U）?錯配修復(fù)系統(tǒng)?損傷修復(fù)系統(tǒng)(光復(fù)活、重組修復(fù)、SOS修復(fù)等)

★限制修飾系統(tǒng)-----對付外源DNA的入侵第四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)復(fù)制過程中的錯配的修復(fù)第五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一DNAmismatch+-----A------------C---DNApol(ξ=10-8)經(jīng)第二次校正ξ=10-11錯配修復(fù)系統(tǒng)(MRSMismatchRepairSystem)1、錯配修復(fù)堿基來源：校正活性所漏校的堿基使復(fù)制的保真性提高102～103倍第六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一2、錯配修復(fù)系統(tǒng)（Mismatchrepairsystem）DNApolymeraseHelicaseSSB外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ)連接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutH,L,SdamgeneDNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)掃描新生鏈中錯配堿基識別新生鏈中非m6A的GATC序列酶切含錯配堿基的新生DNA區(qū)段

（1）組成第七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一★DNA合成過程中的甲基化變化DNA中的GATC(palindromicseq.)為m6A甲基化敏感位點平均每2kb左右有一GATCseq.錯配修復(fù)系統(tǒng)受甲基化的引導(dǎo)第八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

甲基化程度的差異a、MutH/MutS

掃描識別錯配堿基和鄰近的GATC序列

切點－－甲基化GATC中

G的5’側(cè)DNAhelicaseII,SSB,exonucleaseI去除包括錯配堿基的片段DNApolymeraseIII和

DNAligase填充缺口昂貴的代價用于保證DNA的準(zhǔn)確性（2）修復(fù)過程第九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一外切核酸酶Ⅰ切割切點的5’端（錯配堿基在切點的5’端）

----------------Ⅶ----------------3’端（--------------------------3’端）第十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一3、尿嘧啶-N-糖苷酶系統(tǒng)(ungsystem

)修復(fù)尿嘧啶的來源：dUTP的滲入胞嘧啶的自發(fā)脫氨氧化第十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一---TAGC------ATCG------TAGC------ACG---U---TAGC---ung-ase

①GCUAU---TAGC------ACG---AP內(nèi)切酶(Apurinase)②---TAGC------ATCG---DNApolLigase

③第十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

第二節(jié)DNA損傷的修復(fù)第十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一一、嘧啶二聚體的產(chǎn)生

類型：TT二聚體（）、CC二聚體（）、

CT二聚體（）TTCCCT相鄰的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚體CCCCCCCC第十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一第十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一PR1、光復(fù)活（photoreactivation）----TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA----

復(fù)制前進(jìn)行、不容易出錯400nm藍(lán)光、PR酶

(photo-reactivationenzyme)

光敏裂合酶（photolyase）可見光激活

二、二聚體修復(fù)的機(jī)制第十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一2.切除修復(fù)Exision—Repair

復(fù)制前進(jìn)行不易出錯UvrA,B,Cgene

內(nèi)切核酸酶（Endonucleases）外切核酸酶（Exonuclease）

DNApolLigase

堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)第十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一ABABCABCABCAB螺旋酶Pol?螺旋酶連接酶切補(bǔ)切封第十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一3.重組修復(fù)（Recombinative—Repair）后復(fù)制修復(fù)、E.coli的挽回系統(tǒng)E.coli

存活%U.V計量w.t.UvrA+RecA+

uvra-reca-該系統(tǒng)存在的實驗證據(jù)第十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一★Rec-A.gene

以某種方式參與DNA損傷修復(fù)?Rec修復(fù)系統(tǒng)比切除修復(fù)系統(tǒng)更有效

目前知道?Uvr系統(tǒng)負(fù)責(zé)切除二聚體?Rec系統(tǒng)負(fù)責(zé)消除沒有被切除的二聚體可能造成的后果第二十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一TTTTAAAATTTTTTTTAAAATTTT變性

E.coli(Rec-A,uvr-a-)D.S.DNAS.S.DNAU.V.復(fù)制提取變性復(fù)制過程越過二聚體而在相應(yīng)新鏈上留下缺口★二聚體后起始★修復(fù)時期的證明第二十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一●與Rec-A蛋白引起的重組(strandtransfer)有關(guān)●TTdimer未被修復(fù)，僅表現(xiàn)在后代群體中TTdimer

濃度的稀釋●鏈的非準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致突變機(jī)率的增加修復(fù)相關(guān)機(jī)制:第二十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

重組修復(fù)

(鏈轉(zhuǎn)移修復(fù))

復(fù)制后修復(fù)容易出錯RecA,DNApolymeraeligase二聚體后起始RecA

聚合酶、連接酶重組修復(fù)后的損傷位點可由其它機(jī)制進(jìn)一步修復(fù)第二十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一課內(nèi)容回顧：

1、復(fù)制過程中的錯配修復(fù)錯配修復(fù)系統(tǒng)尿嘧啶－N－糖苷酶修復(fù)系統(tǒng)

2、DNA的損傷的修復(fù)嘧啶二聚體光復(fù)活修復(fù)切除修復(fù)重組修復(fù)第二十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)突變類型

第二十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

●染色體突變（Chromosomemutation

）chromosomenumber

chromosomestructure

●核苷酸突變（dNtpointmutation）

突變(mutation)：可以通過復(fù)制而遺傳的DNA結(jié)構(gòu)的任何永久性改變遺傳狀態(tài)第二十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

突變體(mutant)：攜帶突變的生物個體或群體或株系

突變基因(mutantgene):存在突變位點的基因野生型基因（wildtypegene）：表示方法表現(xiàn)型Arg+Arg-

基因型arg+arg-

野生型正性狀第二十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一1、從突變作用來源上定義自發(fā)突變－－自然界的突變劑或偶然復(fù)制錯誤誘變－－人為使用突變劑★

堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制過程的錯誤-----自發(fā)突變

堿基異構(gòu)式

A(amino氨基)A(imino亞氨基)

C(a)C(i)

G(keto酮式)G(enol烯醇式)

G(k)

G(e,i)

T(keto)

T(enol-2’)orT(enol-4’)

第二十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯配

G(k)C(a)

正確配對A(a)

T(k)

錯誤配對G(k)T(e)

A(a)

C(i)

A(i,anti)A(a,syn)A(i,anti)G(k,syn)

G(e,i,anti)G(k,syn)G(e,i,anti)A(a,syn)

A(i)

C(a)

G(e)

T(k)

第二十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一A(a)

T(k)

A(a,anti)

T(k,anti)

C(i)

C(a,anti)

A(a)

A(i,anti)

堿基異構(gòu)式引起DNA的錯配突變

C(i)

C(a)G(k,syn)

G(k,syn)

G(k,anti)G(k)第三十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一2、從序列改變多少上定義單點突變(pointmutation)(點突變)

多點突變(multiplemutation)點突變－－－堿基替代、堿基插入、堿基缺失●堿基替代（conversion）轉(zhuǎn)換(transition)PyPy

Pu

Pu

顛換(transvertion)

Py

Pu

第三十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一●核苷酸缺失或插入（dNtdeletionorinsertion

）=3xdNt

±nxAminoacid

=3xdNt

移框（Framshift

）

移框突變（frameshiftmutation）:一個或兩個堿基的插入或缺失，或扁平堿性染料分子3、從對閱讀框的影響上定義移碼突變第三十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一Examplesofdeletionmutations

第三十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一4、從對遺傳信息的改變上定義（點突變）同義突變：沒有改變產(chǎn)物氨基酸序列的密碼子錯義突變：堿基序列的改變引起了氨基酸序列的改變（中性突變、滲漏突變）無義突變：堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍缀铣傻慕K止密碼子●堿基替代對遺傳信息的改變

---同義突變

GAA→GAGGlu第三十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一---錯義突變

GAA→AAALys---無義突變

GAA→TAA(stop)

無義突變類型UAA（Oc）赭石型（Ocher）UAG（Am）琥珀型（amber）UGA（Opal）乳石型（Opal）第三十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一5、從突變的表達(dá)類型上定義---非條件型突變:

---條件型突變:

突變的表現(xiàn)=突變基因型+誘導(dǎo)條件

（光，溫敏感不育）

6、從突變效應(yīng)上定義正向突變回復(fù)突變:使突變體所失去的野生型性狀得到恢復(fù)的第二次突變真正的原位回復(fù)突變很少大部分為第二點的回復(fù)突變－－－－抑制突變第三十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一7、突變位點存在于負(fù)責(zé)基因調(diào)控的序列中

*在啟動子區(qū)域時:

啟動子上升突變:增強(qiáng)啟動子對轉(zhuǎn)錄的發(fā)動作用的突變啟動子下降突變:*在操作子上或調(diào)節(jié)基因上組成型突變:產(chǎn)生組成型表達(dá)方式的操作子突變或調(diào)節(jié)基因的突變

突變的操作子不能被阻遏蛋白所識別調(diào)節(jié)基因突變不能產(chǎn)生有活性的阻遏蛋白

兩者之一都使結(jié)構(gòu)基因失去了負(fù)向控制

第三十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一第四節(jié)回復(fù)突變(抑制突變)第三十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一1、抑制突變發(fā)生的部位基因內(nèi)抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變的基因中基因間抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變基因外的其它基因中wildtypemutant(表現(xiàn)型)正向突變(lowF.)回復(fù)突變(verylowF.正向的1／10)第三十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一間接抑制突變:不恢復(fù)正向突變基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能,而是通過改變其它蛋白質(zhì)的性質(zhì)或表達(dá)水平而補(bǔ)償原來突變造成的缺陷,從而恢復(fù)野生型2、野生表型恢復(fù)作用的性質(zhì)直接抑制突變:通過恢復(fù)或部分恢復(fù)原來突變基因產(chǎn)物蛋白質(zhì)的功能而恢復(fù)野生表型第四十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

3、回復(fù)突變的分子機(jī)制a)AGC(Ser)ACC(Thr)AGC(Ser)b)AGC(Ser)AGG(Arg)AGT(Ser)c)AGC(Ser)AGG(Arg)

GGG(Gly)ifSer≈Gly第四十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

（1）基因內(nèi)抑制突變(Intragenicsuppression)第二位點引起的基因內(nèi)校正密碼子間兩次錯義突變的互補(bǔ)4、抑制突變的分子機(jī)制錯義突變移框突變錯義突變造成野生型表型的喪失－－－部分原因在于影響到蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)(正負(fù)電荷、疏水作用)第四十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一a、靜電作用第四十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一b、疏水作用第四十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一---UGG174----------GGA210---(w.t.)(K)(G)回復(fù)突變(C)

（G）----UGG174-----------GGA210--------UGG174----------GGA210--------UGC174-----------GAA210----活性結(jié)構(gòu)無活性結(jié)構(gòu)CA無活性結(jié)構(gòu)(K)(E)第四十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一移框突變的抑制突變(基因內(nèi)第二點的插入或缺失)第四十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一（2）基因間的抑制突變無義突變---無義抑制突變錯義突變---錯義抑制突變移框突變---移框抑制突變

發(fā)生在

tRNA基因或與tRNA功能相關(guān)的基因上第四十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一a、基因間的無義抑制突變（Nonsensesuppressor）野生型UAG、UGA、UAA－－－三種無義抑制50％赭石型無義抑制tRNA產(chǎn)生的幾率很低，且抑制效率很低第四十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一AGAUCUArgGlyGGACCUUCUGlyCCUGlyb、基因間的錯義抑制突變(Missensesuppressor)Gly第四十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一c、基因間移框抑制突變總結(jié)：基因內(nèi)和基因間的錯義（無義）、移框抑制突變均由相應(yīng)的錯義（無義）、移框突變抑制第五十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一課內(nèi)容回顧：

1、突變的類型突變作用來源、序列改變多少、對閱讀框的影響對遺傳信息的改變、突變的表達(dá)類型、突變效應(yīng)突變位于負(fù)責(zé)基因表達(dá)調(diào)控的序列當(dāng)中

2、抑制突變發(fā)生部位：基因內(nèi)、基因間野生表型恢復(fù)作用性質(zhì)：直接抑制、間接抑制基因內(nèi)錯義抑制突變的分子機(jī)制基因間錯義、移碼、無義抑制突變的分子機(jī)制第五十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一第六節(jié)突變劑和突變生成第五十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一1、堿基類似物（Baseanalog）2-氨基嘌呤2-Aminopurine5-溴尿嘧啶5-BromineUracilOOBrNH2第五十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一5-BrU:G:A

烯醇式enolBrOHHOBr

酮式KetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU的滲入AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二輪復(fù)制A·TG·C

轉(zhuǎn)變AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT第一輪復(fù)制酮式到稀醇式的轉(zhuǎn)變烯醇式滲入為G·CA·T

轉(zhuǎn)變第五十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一InDNABrU(k)>BrU(e)(正常形式)(異構(gòu)體)BrU(k)

BrU(e)難易AGGATCCT>堿基類似物產(chǎn)生的均為錯義突變第五十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

2、堿基的化學(xué)修飾導(dǎo)致突變又稱化學(xué)突變劑：亞硝酸（nitrousacidHNO2）羥氨（hydroxylamineHA）甲磺酸乙酯（ethylmathanesulfonateEMS）

N-甲基-N’-硝基-N-亞硝基胍（N-mathyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidionNNG）產(chǎn)生－－－錯義突變第五十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一NH2OH(Hydroxylamine

HA羥胺)C(i)A(a)HNHHOC(a)HAHNHHHOHNHHOHNHHOHNHHONH第五十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一3、嵌合劑的致突變作用吖啶橙(AcridineOrangeAO)扁平染料分子溴化乙錠(EthidiumBromideEB)-ATTTTTCG--TAAAAAGC--ATTTCG--TAAAGC-TAOT-ATEBTTTTCG--TA分子插入AOEB-ATTTCG--TAAAGC--ATX’TTTTCG--TAXAAAAGC-XAAAAGC-結(jié)果產(chǎn)生－－－移框突變第五十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一5、

增變基因（mutatorgene）w.t.維持遺傳的穩(wěn)定性mut.

隨機(jī)引起其他各類基因的突變4、轉(zhuǎn)座成分的致突變作用生物體內(nèi)有些基因與整個基因組的突變頻率直接相關(guān)其突變時，整個基因組的突變頻率明顯上升第五十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一增變基因類別：a、DNApolymerase相關(guān)基因3’5’校正功能突變b、錯配修復(fù)系統(tǒng)的基因MCE(mismatchcorrectionenzyme)c、DNA

損傷修復(fù)系統(tǒng)基因錯配，損傷修復(fù)功能喪失突變率升高第六十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一6、紫外線的致突變作用---嘧啶二聚體(TTdimer)∧U.V.…CTTA…第六十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

脫氨氧化

U.V.CUA(a)U.V.U.V.H2OH++OH-C(a)

C(i)A(a)

脫嘌呤造成的突變：堿基替代、缺失、重復(fù)、移框第六十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一7、突變熱點（MutationHotpoint）基因自發(fā)突變的頻率是一定的DNA分子上某些位點的突變頻率大大平均數(shù)，這樣的位點稱為－－－－第六十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一a)重復(fù)序列（repetitiveseq.）/palindromicseq.e.g.Lac.Operon---CTGGCTGGCTGG---

b)m5Cc)不同誘變劑作用位點不同，轉(zhuǎn)座子插入位點不同UCm5CT脫氨氧化復(fù)制時，模板與新生鏈間滑動錯配缺失，插入突變復(fù)制期發(fā)生在新生鏈上不發(fā)生突變，若發(fā)生在模板鏈上很快突變非復(fù)制期突變頻率50％第六十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一DNA的損傷修復(fù)與突變Mutagen(誘變劑）完全修復(fù)DNA損傷堿基的化學(xué)反應(yīng)損傷的修復(fù)突變突變生成第六十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)位因子

第六十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)位因子

轉(zhuǎn)位因子（transposableelement）即可移動的基因成分（可移動基因，movablegenemob），是指能夠在一個DNA分子內(nèi)部或兩上DNA分子之間移動的DNA片段。在細(xì)菌中指在質(zhì)粒和染色體之間或在質(zhì)粒和質(zhì)粒之間移動的DNA片段（文獻(xiàn)上有時形象地稱其為是跳躍基因，jumpinggene）。轉(zhuǎn)位也是DNA重組的一種形式。

第六十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一

移動基因最早由美國冷泉港實驗室（coldspringHarborLaboratory）的女科學(xué)家B.MClintock于上個世紀(jì)40年代晚期在玉米中首次發(fā)現(xiàn)的。60年代，為J.A.Shapirc研究大腸桿菌高效突變實驗證實。1983年榮獲諾貝爾生物學(xué)醫(yī)學(xué)獎。第六十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一（一）轉(zhuǎn)位因子的種類及特征細(xì)菌的轉(zhuǎn)位因子包插入序列，轉(zhuǎn)座子及可轉(zhuǎn)座的噬菌體。

1.插入序列（insertionsequence,IS）

IS的形體圖TSTransposasegeneTSIRIRTStargetsite靶位點Transposasegene轉(zhuǎn)位酶基因IRinvertedrepeated反向（倒轉(zhuǎn)重復(fù)順序）第六十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期一（1）IS是一類較小的轉(zhuǎn)位因子，長度約700-2000bp，按發(fā)現(xiàn)順序IS1、IS2…命名，只攜帶轉(zhuǎn)移的必需基因，不含有其它偏碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因，本身沒有表型效應(yīng)。（2）IS兩側(cè)為反向（倒轉(zhuǎn)）重復(fù)順序（IR,16-41bp），中間為轉(zhuǎn)位酶基因.（3）IS到處活動，可以插入到E.coli染色體的各個位置上，也可以插入到質(zhì)粒和某些噬菌體基因組上，甚至同一基因不同位點上。這種插入作用可以雙向進(jìn)行，可以是正向，也可以是反向插入IS這種移動方式稱為轉(zhuǎn)位作用（transposition）。（4）在一個世代的細(xì)菌中有1次插入。*IR（反向倒轉(zhuǎn)重復(fù)序列）：GGAAGGT、、、ACCTTC