第十三基因突變與損傷修復(fù)演示文稿

第十三基因突變與損傷修復(fù)演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有42頁\編輯于星期四優(yōu)選第十三基因突變與損傷修復(fù)現(xiàn)在是2頁\一共有42頁\編輯于星期四

生化突變(biochemicalmutation）：使機(jī)體的代謝過程發(fā)生改變或喪失的突變無效突變(nullmutaion)：完全喪失原有基因功能的突變滲漏突變(leakymutation)：部分喪失原有基因功能的突變致死突變(lethalmutation)：影響生物體的生活力，導(dǎo)致個(gè)體死亡的突變條件致死突變(conditionallethalmutation)：在給定的某種條件下可以存活，如果缺少這種條件就會(huì)致死的突變現(xiàn)在是3頁\一共有42頁\編輯于星期四二、突變類型

1.突變發(fā)生的細(xì)胞類型

體細(xì)胞突變(somaticmutation)Clone：無性繁殖。生殖細(xì)胞突變(germinalmutation)2.突變的表型:

(1)形態(tài)突變morphologicalmutaion(2)生化突變biochemicalmutaion(3)失去功能突變loss-of-functionmutation(4)獲得功能突變gain-of-functionmutation(5)致死突變lethalmutaion(6)條件致死突變conditionallethalmutaion

現(xiàn)在是4頁\一共有42頁\編輯于星期四三、突變的性質(zhì)

1.稀有性:突變發(fā)生的頻率很低突變率(mutationrate):在特定的條件下,單位時(shí)間間內(nèi)(通常為一個(gè)世代),一個(gè)細(xì)胞發(fā)生某一事件的概率.高等真核生物自發(fā)突變概率為1/10-5—10-10。

2.可逆性：突變型可以恢復(fù)為野生型，通常由發(fā)生在第二個(gè)位點(diǎn)的突變所回復(fù)，如抑制基因→敏感因子。回復(fù)突變率一般小于正向突變率?？赡嫘詤^(qū)別于染色體的缺失。

3.多向性（隨機(jī)性）：多方向，形成復(fù)等位基因。

現(xiàn)在是5頁\一共有42頁\編輯于星期四第二節(jié)基因突變的分子基礎(chǔ)一、自發(fā)突變(spontaneousmutation)

自發(fā)突變可能由復(fù)制錯(cuò)誤、DNA損傷和轉(zhuǎn)座作用等引起。

1.DNA復(fù)制錯(cuò)誤(errorsofDNAreplication)

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

ⅰ轉(zhuǎn)換：Purine→Pu;或者Pyrimidine→Pyⅱ顛換：Pu→Py;或者Py→Puⅲ移碼突變：增加或減少幾個(gè)堿基,導(dǎo)致蛋白質(zhì)翻譯錯(cuò)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’現(xiàn)在是6頁\一共有42頁\編輯于星期四返回現(xiàn)在是7頁\一共有42頁\編輯于星期四2.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(gè)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,：AA-T→→→H-T→→→H-C→→→H-C↘→A-T↘→G-CBG-C→→→G-U→→→A-U→→→A-U↘→G-C↘→A-T

造成轉(zhuǎn)換

ⅲ氧化損傷（oxidativelesions）:O2-OH-H2O2

可對(duì)DNA造成損傷現(xiàn)在是8頁\一共有42頁\編輯于星期四二、誘發(fā)突變（inducedmutaion）

多種理化因素都可以誘導(dǎo)DNA的突變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(duì)；烯醇式結(jié)構(gòu)易與G配對(duì)。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(cuò)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(cuò)配。如：G-C;當(dāng)G烷基化后可與T配對(duì)，導(dǎo)致堿基轉(zhuǎn)換。或者烷化劑使嘌呤脫落，造成轉(zhuǎn)換、顛換、斷裂或其他突變

現(xiàn)在是9頁\一共有42頁\編輯于星期四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(duì)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(shí)與A的配對(duì)，使復(fù)制中止；②雙鏈之間，影響雙鏈變性，并影響復(fù)制。重復(fù)、缺失、移碼突變

(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。物理——物理化學(xué)——生物化學(xué)——大分子損傷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?，F(xiàn)在是10頁\一共有42頁\編輯于星期四2.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(cuò)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(hào)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?，F(xiàn)在是11頁\一共有42頁\編輯于星期四3.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(gè)核苷酸,使閱讀信息發(fā)生錯(cuò)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(gè)突變體：rⅡA(1800bp)有200個(gè)位點(diǎn)；rⅡB(850bp)有108個(gè)位點(diǎn)?，F(xiàn)在是12頁\一共有42頁\編輯于星期四形成原因：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(duì)錯(cuò)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(huì)使整個(gè)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(cuò)配修復(fù)功能降低或喪失，使基因組突變頻率增高?，F(xiàn)在是13頁\一共有42頁\編輯于星期四三、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(huì)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、UV(ultraviolet)等.

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)。反義遺傳學(xué)（reversegenetics）:

合成—連接(單鏈M13)—復(fù)制—轉(zhuǎn)化—檢測現(xiàn)在是14頁\一共有42頁\編輯于星期四五動(dòng)態(tài)突變（dynamicmutation）DNA序列中由于寡核苷酸拷貝數(shù)目的變化，引起生物表型改變的突變，稱為動(dòng)態(tài)突變。動(dòng)態(tài)突變通常是由三聯(lián)體密碼子重復(fù)數(shù)目的增加而形成的。X脆性染色體綜合癥是由于在X染色體P27.3位置上CGG拷貝數(shù)目增加到200以上，引起基因的改變，形成痕跡很重的染色體，突變的部分很容易被打斷，所以被稱為是脆性染色體?，F(xiàn)在是15頁\一共有42頁\編輯于星期四Fig6.11aThefragileXandanormalXchromosomefromafemale(left),andthefragileXandanormalYchromosomefromamale(right).?2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:FromRichardsandSutherland,TrendsinGenetics,vol.8(7),p.249,1992.PhotocourtesyGrantSutherland.現(xiàn)在是16頁\一共有42頁\編輯于星期四脆性X綜合癥為X連鎖遺傳，出現(xiàn)幾率在男嬰中為1/2500，常由表型正常但帶有一個(gè)主要成因可能是因?yàn)镃GG三核苷片段重復(fù)數(shù)目的變化?，F(xiàn)在是17頁\一共有42頁\編輯于星期四

三聯(lián)體密碼子的重復(fù)與疾病疾病密碼子正?？截惢颊呖截惣顾杓∪馕s癥CAG(gln)11-3340--62亨廷頓癥CAG(gln)11-3442--100X脆性染色體CGG(arg)6-54250-4000強(qiáng)直型肌營養(yǎng)不良CTG(leu)7-2349-75小腦共濟(jì)失調(diào)CAG(glu)4-1840-200現(xiàn)在是18頁\一共有42頁\編輯于星期四第三節(jié)生物體對(duì)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(jià)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?，F(xiàn)在是19頁\一共有42頁\編輯于星期四

光復(fù)活過程已在細(xì)菌、酵母、原生動(dòng)物、哺乳動(dòng)物乃至人類細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在是20頁\一共有42頁\編輯于星期四二切除修復(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(gè)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(gè)切口;④連接酶的作用將DNA連接形成完整的DNA鏈?，F(xiàn)在是21頁\一共有42頁\編輯于星期四4.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(jià)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)?，F(xiàn)在是22頁\一共有42頁\編輯于星期四p221切除修復(fù)有兩種情況:一是先補(bǔ)后切,一是先切后補(bǔ)。一般認(rèn)為先補(bǔ)后切比較合理。切除修復(fù)不僅能除去T=T,還可以除去DNA上的其它損害?，F(xiàn)在是23頁\一共有42頁\編輯于星期四三重組修復(fù)1.概念:通過對(duì)DNA的復(fù)制和同源鏈的重組，來完成對(duì)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(cuò)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(shí)，越過損傷部位，對(duì)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)移后的缺口以新的互補(bǔ)鏈為模板聚合補(bǔ)齊?，F(xiàn)在是24頁\一共有42頁\編輯于星期四

重組修復(fù)并沒有從親代ＤＮＡ中除去T二聚體，在以后的復(fù)制中還必須經(jīng)過重組修復(fù)的過程。但是隨著復(fù)制的繼續(xù)，損傷的ＤＮＡ鏈將在群體中逐步被“稀釋”現(xiàn)在是25頁\一共有42頁\編輯于星期四四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(shí)出現(xiàn)的一種應(yīng)急修復(fù)作用。2.可能的機(jī)理:過程①當(dāng)DNA損傷較大時(shí)(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(shí)，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(cuò)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(shí)才能夠啟動(dòng)。②修復(fù)系統(tǒng)對(duì)錯(cuò)配堿基的修復(fù)校正功能低下，從而增加突變的頻率?，F(xiàn)在是26頁\一共有42頁\編輯于星期四③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(dòng)：通過操縱子(結(jié)構(gòu)基因、啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)SOS修復(fù)系統(tǒng)?，F(xiàn)在是27頁\一共有42頁\編輯于星期四五電離輻射損傷的修復(fù)①氫鍵斷裂：DNA分子雙鏈之間1.電離輻射效應(yīng)*②共價(jià)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))現(xiàn)在是28頁\一共有42頁\編輯于星期四六修復(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.CockayneSyndrome(CS)

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.早老癥現(xiàn)在是29頁\一共有42頁\編輯于星期四現(xiàn)在是30頁\一共有42頁\編輯于星期四第四節(jié)、基因突變的檢測一、大腸桿菌突變體的檢測

1.影印法——StrR突變體

單菌落→基本培養(yǎng)→所有菌落生長→挑選抗性菌落→抗性培養(yǎng)↘StrR培養(yǎng)→抗性菌落生長↗↓

(影印)StrR菌落

2.青霉素法——營養(yǎng)缺陷突變體野生型細(xì)菌→誘變處理→Pc培養(yǎng)→少數(shù)菌落生長→↘多數(shù)野生型細(xì)菌死亡!!!

基本培養(yǎng)突變型和少數(shù)野生型細(xì)菌→→營養(yǎng)缺陷菌落營養(yǎng)補(bǔ)充培養(yǎng)

↗↘↘↗（驗(yàn)證）現(xiàn)在是31頁\一共有42頁\編輯于星期四二真菌營養(yǎng)缺陷型的檢出菌絲過濾法——麥孢菌營養(yǎng)缺陷型

萌發(fā)菌絲→去除！分生孢子→誘變處理→液體通氣培養(yǎng)→

(24h)

未萌發(fā)孢子→培養(yǎng)→萌發(fā)菌絲→去除！→萌發(fā)菌絲→去除！未萌發(fā)孢子→未萌發(fā)孢子→補(bǔ)充營養(yǎng)培養(yǎng)→營養(yǎng)缺陷型

說明：未萌發(fā)孢子——死亡、營養(yǎng)缺陷和少數(shù)野生型

↗↘

↗↘

↗↘現(xiàn)在是32頁\一共有42頁\編輯于星期四三果蠅突變的檢出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

檢出步驟：A.將待測的♂果蠅與雜合（ClB/+++）♀果蠅雜交；

B.將F1ClB♀與F1♂（野生型）單對(duì)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?，F(xiàn)在是33頁\一共有42頁\編輯于星期四

(2)Muller-5法：

A.Mull