基因突变与DNA损伤修复.ppt

13 基因突变与DNA损伤修复 要点： 1.基因突变的相关概念、类型 2.基因突变的机制 3.基因突变的修复机制 4.基因突变的检测 基因突变（gene mutation）:基因的核苷酸顺序 或数目发生改变。仅涉及DNA分子中单个碱基的 改变称点突变（point mutation）。涉及多个碱 基的还有缺失、重复和插入。 突变体(mutant)：具有突变表型的细胞或个体。 13.1 基因突变的概念、类别及性质 （1）概念 从突变的表型: 1）形态突变：突变影响生物的形态结构。 2）生化突变：突变影响生物的代谢过程，导致 一个特定生化功能的改变或丧失。 3）致死突变：突变影响生物个体的生活力。分 为显性致死和隐性致死。 4）条件致死突变：在某一些条件下致死，而在 另一些条件下成活的突变。 （2）突变类型 从对遗传信息的改变: 1）同义突变:碱基序列的改变没有引起产物氨基 酸序列的改变,与密码子的简并性有关。 2）无义突变:某个碱基的改变使代表某种氨基酸 的密码子变成了终止密码子，使蛋白质合成提前 终止，因而蛋白质产物一般是没有活性的。 3）错义突变: 碱基序列的改变引起了产物氨基酸序 列的改变。 有些错义突变严重影响蛋白质活性甚至完全无 活性，从而影响了表现型。如果该基因是必须基因 ，则称为致死突变。 有些错义突变的产物仍有部分活性，使表型介于 野生型与突变型之间的中间类型，称为渗漏突变。 有些错义突变不影响或基本上不影响蛋白质的 活性，不表现明显的性状变化，称为中性突变。 按其发生的原因: 1)自发突变（spontaneous mutation）：在自然 情况下发生的突变。 2)诱发突变（induced mutation）：人们有意识 地利用物理、化学诱变因素引起的突变 。 随机性：可发生在体细胞和生殖细胞中。 生殖细胞的突变频率高于体细胞。体细胞突变 在显性或纯合状态才能表现，出现嵌合体。 稀有性 ：突变率是很低的。 高等动植物10-510-8，细菌10-410-10，反应 了物种的基因的相对稳定性。 （3）突变的性质 可逆性 1) 野生型基因 突变型。 2) 回复突变率一般低于正突变率。 3) 真正的回复突变很少发生。常被第二个位点的 突变所抑制，抑制因子突变（suppressor mutation）。 4)回复突变的有无是区别基因突变与染色体缺失 或重复的标志。 正突变 回复突变 突变的多方向性和复等位基因 同一基因可突变为多个等位基因。突变的 基因可以再突变。这一系列的等位基因就叫做 复等位基因。这是由于同一座位内的不同位点 上的结构发生变化产生的。 突变的有害性和有利性。 一般，有害突变多，有利突变少。 eg. 5-BU是胸腺嘧啶(T)的结构类似物，酮式 结构易与A配对；烯醇式结构易与G配对。 13.2.1 碱基类似物 13.2 点突变的诱变机制 A.TA. 5-BU（酮式）G. 5-BU （烯醇式 ） G.C A. 5-BU G.CA.T 2-AP是腺嘌呤的类似物，既可与T配对，也 可与C配对。 A.T 2-AP.T2-AP.CG.C G.C2-AP.C 2-AP.T A.T （1）烷化剂: 甲磺酸乙酯(EMS)、亚硝基胍(NG)等 。通过改变碱基结构使碱基错配。当G烷基化后可 与T配对，导致碱基转换。 G.CA.T。 或：烷化剂使嘌呤脱落，造成转换、颠换； DNA链的断裂或交联。 13.2.2 碱基改变 （2）嵌入剂 eg. 吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等碱基对的 类似物，易造成移码突变。 （1）紫外线： 产生环丁烷嘧啶二聚体和6-4光产物。 双链间形成，阻碍DNA的复制。 同一链上相邻T间形成，阻碍碱基的正常配对和 腺嘌呤的正常掺入，使复制在这个点上停止或错 误进行，产生碱基顺序改变了的新链。 13.2.3 碱基损伤 （2）黄曲霉(B1)的作用 使鸟嘌呤G脱落，SOS修复引入A, 造成G.CA.T 。 13.2.4 基因的定点突变 1）寡核苷酸诱导的基因定点突变 将某基因克隆到载体上人工合成含有突变 位点的一对引物（突变位点位于引物中心附近， 两端有足够的序列足以互补配对）PCR扩增 Dpn酶切将突变DNA转入受体筛选重组子 。 2）双引物法 将某基因克隆到载体上人工合成一对互 补的含有突变碱基的引物在基因的上游和下游 各设计一个引物，分别与突变位置处的一个引 物进行PCR扩增两个PCR产物混合延伸后就可 获得有特定位点突变的基因。 13.3 自发突变的机制 1 DNA复制错误(errors of DNA replication) a 转换 b 颠换 A T G C C 移码突变：增加或减少一个或几个碱基对的 突变，引起密码编组的移动。 eg：Hb Wayne是138位UCC失去一个C，使链 的合成不在原来应该终止的地方停止，一直到 146位合成精氨酸后才终止，从而使链延长。 d 缺失和重复突变 e 插入突变 （转座子） 自发损伤 a 脱嘌呤：碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到破 坏，从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分子上 脱落下来。 b 脱氨基：如胞嘧啶脱氨基后变成尿嘧啶 。U=A,结果G-CA-T。 3 氧化损伤：O2-，OH-，H2O2可对DNA造成损伤。 如：8-oxo dG与A配对，导致G.CdG.AT.A 13.4 动态突变 在基因的编码区、3或5-UTR、启动子区 、内含子区出现的三核苷酸重复，及其他长短不 等的小卫星、微卫星序列的重复拷贝数，在减数 分裂或体细胞有丝分裂过程中发生扩增而造成遗 传物质的不稳定。亦称为基因组的不稳定性，可 造成基因功能丧失或获得异常改变的产物。 13.5 DNA损伤修复机制 13.5.1 光复活(photoreactivation)（原核） 概念：可见光存在的条件下，在光复活酶作用 下将UV引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。 过程 光复活酶与T=T结合形成复合物; 复合物吸收可见光切断T=T之间的C-C共价键, 使二聚体变成单体; 光复活酶从DNA链解离。 13.5.2 切除修复（核苷酸外切修复、暗修复） (1)切除修复 在DNA内切酶、DNA聚合酶、外切酶、DNA连接 酶等共同作用下，将DNA受损部位部分切除，并以 其中一条链为模板，合成修复。 消除由UV引起的损伤，也能消除由电离辐射 和化学诱变剂引起的其他损伤。切除的片段可由 几十到上万bp，分别称短补丁修复、长补丁修复 。 （2）DNA糖苷酶修复及AP核酸酶修复途径 E.coli 不明显的损伤,需要特异性修复。 DNA糖苷酶修复：如果碱基被共价修饰，糖基化 酶可作用于C-N糖苷键，使碱基释放，产生无碱 基(AP)位点, 再由AP内切酶修复系统修复。 AP内切酶修复系统修复：由内切酶、外切酶、 聚合酶和连接酶活性来完成，以修复AP位点。 13.5.3 错配修复系统 修复杂种DNA错配碱基及基因转变。 13.5.4 重组修复 (1)复制：以损伤单链为模板复制时，越过损伤 部位，对应位点留下缺口；未损伤单链复制成完 整双链。 (2)重组：缺口单链与完整同源单链重组，缺口 转移到完整链，使损伤单链的互补链完整，损伤 单链仍然保留。 (3)再合成：转移后的缺口以新的互补链为模板 聚合补齐。 13.5.5 SOS修复 a 通过式修复：损伤较大时(如产生很多的T=T)， 正常的DNA多聚酶复制到损伤位点时，其活性受到 抑制，短暂抑制后产生一种新的DNA多聚酶，由于 其修复校正功能较低，新合成的DNA碱基错配频率 较高，易引起突变。 b 切除式修复：DNA双链均有损伤且距离较近时 的一种可能的修复机制。 13.6 基因突变的检测 13.6.1 病毒和细菌基因突变的检测 利用寄主范围、生长速度、噬菌斑大小、形 态等性状可检测病毒突变。 通过在培养基中添加抗生素或噬菌体即可筛 选细菌抗性突变体。 细菌营养缺陷型的检测：利用在完全培养基上 能正常生长，在基本培养基上不能生长的影印 培养实验。首先采用青霉素富集法浓缩大量突 变体，再进行负选择。 13.6.2真菌营养缺陷型的检出菌丝过滤法 分生孢子诱变处理基本培养基 未萌发孢子 萌发菌丝 培养 去除(过滤) 少数 死亡 营养 野生型 孢子 缺陷型 (去除) 营养培养基 13.6.3 果蝇突变体的检测 （1） 果蝇X连锁隐性突变的检出 ClB法 ClB品系：l隐性致死基因；B棒眼 C交换抑制因子(Bl倒位）； Muller-5法 Muller-5品系:B(棒眼)-Wa(杏眼)-sc(小盾片少 刚毛)并