基因突变与DNA损伤修复(2).ppt

第十二章 基因突变与DNA损伤修复 基因突变：单个基因内部所发生的改变导致生物体或细胞 的基因型发生可遗传变化的过程称为基因突变。 野生型及野生型等位基因： 对可遗传的变异进行遗传分析时，通常将自然界大量 存在的或是实验室中某一标准品系的性状作为“野生型 ”或“正常”的性状，与之相关的等位基因称为野生型 等位基因，一般记为“+”，例a+、B+。 突变等位基因：任何一种不同于野生型等位基因的基因称 为突变等位基因。 13.1 基因突变的概念、类别及性质 （1）碱基替换：一个碱基对被另一个碱基对代替。 （2）碱基的增加或缺失 一、基因的两种突变方式: 转换（transition）：嘌呤由嘌呤代替，嘧啶由嘧啶代替 颠换（transvertion）：嘌呤由嘧啶代替，嘧啶由嘌呤代替 二、突变的分子效应 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。 1基因编码区的突变 2）错义突变: 一个氨基酸的密码子被另一个氨基酸的密码子 所取代。 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。 3）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。 4）移码突变：由于插入或缺失单个或几个（非3的倍数）碱 基，从而改变了自突变位点到开放阅读框的终止密码子间的 全部氨基酸序列。 2基因非编码区的突变 对基因的表达起到调控的作用。 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。 三、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。 正向突变 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（5-溴尿嘧啶、2-氨基嘌呤） 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 烷化剂的诱变作用主要是通过烷化作用改变基因的 分子结构，从而造成基因突变。 烷化作用：通过烷基置换其它分子氢原子的作用。 16 诱变诱变 原理： EMS、MMS等烷烷化剂剂都带带有1个或多个活泼泼的烷烷基， 这这些烷烷基能够够加入碱基的许许多位置 形成烷烷基化碱基， 改变氢键变氢键 的结结合能力。 鸟鸟嘌呤 O-6-乙基鸟鸟嘌呤 胸腺嘧啶嘧啶 胸腺嘧啶嘧啶 O-4-乙基胸腺嘧啶嘧啶 鸟鸟嘌呤 ATGCGCAT a：给G添加甲基或乙基，作用像A与T配对，GC-AT。 b：使G嘌呤烷化，烷化的G嘌呤脱掉，在DAN链上留下一个缺口 ，引起移码突变。 c：同一DNA分子或不同DNA分子间的两链间形成交键，使一个 或几个核苷酸丢失或切除。 （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： 使相邻的两个嘧啶碱基形成嘧啶二聚体。 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。 13.3 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。可能的原因是 重复序列可诱发复制滑动。 13.5 DNA损伤修复机制 13.5.1 光复活(photoreactivation) 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。 人的着色素性干皮病病人（XP）缺乏切除修复能力易患皮肤癌。 （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。 重组修复： 1）复制：当合成到损伤部位时 ，子代DNA链中与损伤部位 相对应的部位出现缺口。 2）重组：完整的母链与有缺口 的子链重组，缺口由母链来 的核苷酸片段祢补。 3）再合成：重组后，母链的缺 口通过DNA多聚酶的作用， 合成核苷酸片段，然后由连 接酶使新片段与旧片段联结 ，