第十一章 基因突變與DNA損傷修復(fù)

第十一章基因突變與DNA損傷修復(fù)1主要內(nèi)容點(diǎn)突變及其分子效應(yīng)生物體的修復(fù)機(jī)制基因突變的檢測(cè)2第一節(jié)點(diǎn)突變及其分子效應(yīng)

點(diǎn)突變的類型

點(diǎn)突變的分子效應(yīng)

突變的性質(zhì)

突奕對(duì)生物的影響

顯性突變和隱性突變

動(dòng)態(tài)突變3一、點(diǎn)突變的類型堿基替換堿基的增加及缺失轉(zhuǎn)換：嘌呤與嘌呤相互替換，嘧啶與嘧啶相互替換。顛換：嘌呤被嘧啶替換，嘧啶被嘌呤替換。堿基對(duì)的插入或從DNA中被刪除。4二、點(diǎn)突變的分子效應(yīng)突變發(fā)生在基因編碼區(qū)突變發(fā)生在基因的非編碼區(qū)5〔一〕突變發(fā)生在基因編碼區(qū)同義突變〔samesensemutation〕錯(cuò)義突變〔missensemutation〕無(wú)義突變〔nonsensemutation〕移碼突變〔frameshiftmutation〕61、同義突變DNA堿基組成改變了，不產(chǎn)生突變效應(yīng)。DNA：

CTA→CTGmRNA：GAU→GACPr

：ASP→ASP不改變氨基酸，與密碼子的兼并性有關(guān)。72、錯(cuò)義突變堿基替換的結(jié)果引起氨基酸序列的改變83、無(wú)義突變編碼區(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。94、移碼突變?cè)诨虻耐怙@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(lái)完全不同。10〔二〕突變發(fā)生在基因的非編碼區(qū)非編碼區(qū)的突變引起的效應(yīng)非常復(fù)雜。如：調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合區(qū)域發(fā)生突變可能使基因產(chǎn)物完全失活或阻斷其產(chǎn)生，引起蛋白質(zhì)數(shù)量的變化，而有些非編碼區(qū)的突變那么只會(huì)引起細(xì)小或的完全沒(méi)有表型上的改變等。11三、突變的性質(zhì)

突變的稀有性突變的可逆性突變的多方向性突變的不定向性突變的重演性突變的有害性與有利性

121、突變的稀有性突變率〔mutationrate〕：是指在一個(gè)世代中或其他規(guī)定的單位時(shí)間中，在特定的條件下，一個(gè)細(xì)胞發(fā)生某一突變的概率。在有性生殖的生物中，常以突變型配子占總數(shù)配子的百分比來(lái)表示突變率。13據(jù)估計(jì)：高等生物的突變率為1×10－5～10－10細(xì)菌的突變率為1×10－4～4×10－1014各種生物的某些座位的自發(fā)突變率生物性狀突變率噬菌體T2r→r+1×10－8玉米SH→sh1×10－6小鼠白化c+→c1×10－5人血友病A，h+→h3×10－5亨氏舞蹈病0.5×10－5152、可逆性野生型基因突變型基因正向突變回復(fù)突變E.Coli:his+→his-2×10-6his-→his+4×10-8

163、多方向性

We曙紅

Wa杏色

Wb黃

W白眼Wbf淺黃W+

紅眼17184、不定向性突變發(fā)生的時(shí)期和部位理論上：突變可發(fā)生于個(gè)體發(fā)育的任一時(shí)期，可發(fā)生于體細(xì)胞和性細(xì)胞，是隨機(jī)的。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：發(fā)生于性細(xì)胞的突變率較高，體細(xì)胞發(fā)生突變的較少。195、重演性同種生物中相同基因突變可以在不同個(gè)體間重復(fù)出現(xiàn)，稱為突變的重演性。例如：玉米胚乳的飽滿基因突變?yōu)榘櫩s基因的頻率10-6，在屢次試驗(yàn)(不同的個(gè)體)中重復(fù)出現(xiàn)，并且出現(xiàn)的頻率都接近于10-6。206、突變的有害性和有利性多數(shù)突變對(duì)生物的生長(zhǎng)和發(fā)育往往是有害的。某一基因發(fā)生突變→

長(zhǎng)期自然選擇進(jìn)化形成的平衡關(guān)系就會(huì)被打破或削弱→進(jìn)而打亂代謝關(guān)系→引起程度不同的有害后果→一般表現(xiàn)為生育反?；?qū)е滤劳?。不但無(wú)害，而且有利。如抗倒、抗病、早熟等突變。21小麥的耐鹽突變大麥的抗性突變水稻雄性不育系22四、突變對(duì)生物的影響功能喪失突變獲得功能的突變231、功能喪失突變無(wú)效突變〔nullmutation〕：完全喪失了基因的功能。滲漏突變〔leakymutation〕：基因功能的喪失不完全。24無(wú)效突變滲漏突變+mm′+252、獲得功能的突變26五、顯性突變和隱性突變

顯性突變：突變基因在雜合體中表現(xiàn)出突變性狀，為顯性突變〔a→A〕。隱性突變：突變基因在雜合體中不表現(xiàn)，那么叫隱性突變〔A→a〕。27白化病患者隱性突變28顯性基因的遺傳:軟骨發(fā)育不全癥29顯性突變與隱性突變的檢出與純合(自花授粉)1dd2Dd:Dd1DD:DDddDddd2Dd:1DD:1DD:2Dd:1dd1ddDD顯性突變的表現(xiàn)隱性突變的表現(xiàn)突變發(fā)生M1M2M3表現(xiàn)表現(xiàn)純合表現(xiàn)純合表現(xiàn)純合檢出檢出30六、動(dòng)態(tài)突變動(dòng)態(tài)突變：鄰近基因或位于基因序列中的三核苷酸重復(fù)拷貝數(shù)，在一代代傳遞過(guò)程中會(huì)發(fā)生明顯的增加，如(CGG)n、(CAG)n等，從而使〔導(dǎo)致〕某些遺傳病的發(fā)病。該突變可遺傳并產(chǎn)生表型效應(yīng)——引起疾病，多為神經(jīng)系統(tǒng)疾病。代表疾?。篐utington舞蹈病(CAG)n、強(qiáng)直性肌營(yíng)養(yǎng)不良，脆性X綜合征(CCG)n。31正常AGTCAGCAGCAGCAGCAGCAGTTTTTA…DNAMetGlnGlnGlnGlnGlnGlnPheLeu…AAs動(dòng)態(tài)突變〔CAG三核苷酸重復(fù)〕AGTCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAG…DNAMetGlnGlnGlnGlnGlnGlnGlnGln…AAs

動(dòng)態(tài)突變正常人：n=6~35HD個(gè)體：n>35copies隨著世代傳遞長(zhǎng)度增加，發(fā)病年齡提前，病情加重。32第二節(jié)DNA損傷修復(fù)機(jī)制光復(fù)活修復(fù)切除修復(fù)〔又叫暗復(fù)活〕錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)重組修復(fù)SOS修復(fù)修復(fù)缺陷與人類疾病331、光復(fù)活修復(fù)細(xì)菌經(jīng)紫外線照射后，再放在波長(zhǎng)310－440nm的可見(jiàn)光下，存活率大大提高，并且降低了突變頻率，怎樣解釋此現(xiàn)象呢？34光修復(fù)過(guò)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300~600nm可見(jiàn)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)活酶從DNA鏈解離。(a)(c)(d)(e)UV照射(b)TT二聚體光復(fù)活酶結(jié)合的位置光的吸收酶的釋放35光復(fù)活酶已在許多生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，包括細(xì)菌、酵母菌、原生動(dòng)物、藻類、真菌、蛙、鳥類。1974年發(fā)現(xiàn)人的白細(xì)胞中有光復(fù)活酶，此后又發(fā)現(xiàn)人的成纖維細(xì)胞和淋巴細(xì)胞中都有光復(fù)活酶的存在。362、切除修復(fù)〔又叫暗修復(fù)〕這種修復(fù)過(guò)程是在DNA內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA外切酶、DNA連接酶等共同作用下，將DNA分子受損傷的局部切除，并以完整的一條鏈為模板，合成切除的局部使DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)的過(guò)程，故叫切除修復(fù)。根據(jù)切除片段的大小可分短補(bǔ)綴/丁和長(zhǎng)補(bǔ)綴/丁修復(fù)。37切除修復(fù)有2種情況：先補(bǔ)后切先切后補(bǔ)負(fù)責(zé)切除損傷DNA片段的酶是一種核酸內(nèi)切酶，由uvr基因編碼的多個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)，包括UvrA，UvrB，UvrC。38嘧啶二聚體的切除修復(fù)①內(nèi)切酶切開損傷的DNA鏈一端;②聚合酶合成新鏈取代損傷局部DNA;③外切酶切除損傷局部;④連接酶將缺口封閉形成完整DNA鏈。393、錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)該方式在DNA重組過(guò)程中對(duì)于雜種DNA錯(cuò)配堿基的修復(fù)和由此產(chǎn)生的基因轉(zhuǎn)換發(fā)揮一定的作用。DNA錯(cuò)配修復(fù)基因首先在細(xì)菌和酵母中發(fā)現(xiàn),后在人類基因組中也找到了類似物。但修復(fù)的詳細(xì)機(jī)制還不清楚。404、重組修復(fù)重組修復(fù)必須在DNA復(fù)制后進(jìn)行，通過(guò)對(duì)DNA的復(fù)制和同源鏈的重組，來(lái)完成對(duì)損傷部位的修復(fù)，故又稱復(fù)制后修復(fù)。

出錯(cuò)率較高，易引起突變。41重組修復(fù)模式圖(1)復(fù)制：以損傷單鏈為模板復(fù)制得有缺口子鏈；未損傷單鏈復(fù)制成完整雙鏈。(2)重組：缺口子鏈與完整雙鏈中母鏈重組，缺口轉(zhuǎn)移到母鏈，而損傷單鏈的互補(bǔ)鏈完整，損傷母鏈仍然保存。(3)再合成：轉(zhuǎn)移到母鏈中的缺口以新互補(bǔ)鏈為模板聚合補(bǔ)齊。母鏈子鏈42注意重組修復(fù)并不能將親代DNA上的損傷除去。當(dāng)?shù)诙螐?fù)制時(shí)，留在親代DNA鏈上的損傷仍然要用同樣的重組修復(fù)作用來(lái)彌補(bǔ)。多代復(fù)制后，損傷的親代鏈僅占極少數(shù)，絕大局部是修復(fù)重組后的正常DNA。435、SOS修復(fù)也稱過(guò)失傾向修復(fù)，這是在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)的一種修復(fù)作用。這種修復(fù)系統(tǒng)顯然是細(xì)胞受到損傷時(shí)誘導(dǎo)產(chǎn)生的。1975年，Rodman·M在大腸桿菌中證實(shí)了這種修復(fù)作用的存在。并借用國(guó)際上通用的呼救信號(hào)“SOS〞命名，表示這是細(xì)胞受到危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)的一種修復(fù)方式。SaveOurShip!SaveOurSouls!StopOtherSignals!SureOfSinking!摩爾斯電碼"...---..."44兩種機(jī)制通過(guò)式修復(fù)：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，短暫抑制后產(chǎn)生一種新的DNA多聚酶，由于其修復(fù)校正功能較低，新合成的DNA堿基錯(cuò)配頻率較高，易引起突變。切除式修復(fù)：DNA雙鏈均有損傷且距離較近時(shí)的一種可能的修復(fù)機(jī)制，也傾向產(chǎn)生錯(cuò)誤引起突變。45新的DNA多聚酶特點(diǎn)：識(shí)別堿基的精確度較低DNA受到較大損傷復(fù)制經(jīng)損傷處受抑制新的DNA多聚酶損傷部位的DNA修復(fù)合成導(dǎo)致產(chǎn)生催化堿基錯(cuò)配導(dǎo)致通過(guò)式修復(fù)46錯(cuò)誤的堿基配對(duì)CATGTAAGTCG

AATCAGC

·····

5`5`3`3`易導(dǎo)致基因突變47三、修復(fù)缺陷與人類疾病著色性干皮病非黑色素皮膚瘤Cockayne綜合征共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥48著色性干皮病由于修復(fù)缺陷〔切除二聚體能力的缺損〕而帶來(lái)的光敏感遺傳性疾病，常染色體隱性基因控制。純合體對(duì)陽(yáng)光極敏感，皮膚暴露的部位易發(fā)生色素沉著、萎縮、角化過(guò)度和癌變。4950非黑色素皮膚瘤1996年等指出此病與陽(yáng)光有關(guān)，是由于陽(yáng)光使皮膚的鱗狀細(xì)胞或基內(nèi)幕胞內(nèi)的P53基因發(fā)生突變。P53：是抑癌基因，具有去除“叛逆〞、保存整體的“組織保護(hù)神〞的功能。它所產(chǎn)生的蛋白能在DNA受到損傷而不能修復(fù)時(shí)，啟動(dòng)另一組基因，使受損傷的細(xì)胞“自殺死亡〞。此外還可阻止細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期，使受損傷細(xì)胞有時(shí)間修復(fù)。51P53蛋白52Cockayne綜合征

——侏儒視網(wǎng)膜萎縮綜合征由于紫外線所誘發(fā)DNA損傷的切除修復(fù)系統(tǒng)有缺陷而造成細(xì)胞過(guò)早死亡。侏儒、視網(wǎng)膜萎縮、耳聾、對(duì)日光敏感。53共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥毛細(xì)血管擴(kuò)張，對(duì)射線的殺傷作用極其敏感，染色體不穩(wěn)定性，易患癌癥等。

54第三節(jié)基因突變的檢測(cè)

病毒和細(xì)菌基因突變的檢測(cè)真菌營(yíng)養(yǎng)缺陷型的檢測(cè)果蠅突變體的檢測(cè)人類顯性突變的檢測(cè)植物及其它動(dòng)物突變體的檢測(cè)55三、果蠅突變的檢出果蠅伴性隱性致死〔非致死〕突變的檢出常染色體突變的檢出56〔一〕果蠅伴性隱性致死〔非致死〕突變的檢出ClB法Muller-5法“并連X染色體〞法571、ClB法ClB品系：ClB+C：交換抑制因子l：隱性致死基因B：棒眼基因表示l和B基因間倒位，抑制了兩者交換58

X-rayClBClBClBP+++

++ClB+ClB致死致死致死突變型野生型？♂592、Muller-5法BBWaWaX染色體：有倒位，抑制交換Muller-5品系：杏色棒眼60×♂待檢野生型P：♀Muller-5BBWaWaF1：♀BWa♂BWa×F2：BBBBWaWaWaWaMuller-5Muller-5？隱性致死野生型突變型♀和