南京大学分子生物学第11讲.ppt

第四章以修复作用为中心的DNA的安全保障体系,导致DNA不稳定的因素1，偶然的复制错误2，环境紫外线、电离辐射化学物质（突变剂）造成的核酸分子损伤3，外源遗传物质的侵入,保证DNA稳定性的机制1，复制修复系统2，损伤修复系统3，限制-修复系统,第一节复制修复,一、尿嘧啶糖基酶系统（一）DNA中尿嘧啶的产生（二）尿嘧啶糖基酶系统的组成（三）修复过程,二、错配修复系统（mismatchrepairsystem）（一）错配修复系统的组成（二）错配修复的过程,1，错配矫正酶与未甲基化的GATC及同一条链上的错配碱基结合2，错配矫正酶在两者之间切除一段包括错配碱基的DNA单链,3，DNA聚合酶III进行缺口充填4，DNA连接酶连接切刻,（三）错配修复系统其他作用1，去除渗入DNA的碱基类似物2，在基因转换中起重要作用,第二节损伤修复,致损伤因素DNA分子损伤的类型一、胸腺嘧啶二聚体的产生及其后果二、胸腺嘧啶二聚体修复的生物学指征（一）细菌的活存曲线（二）修复类型,1，光复活（photoreactivation）2，暗修复除了可作用于胸腺嘧啶二聚体外，还可以修复其他类型的损伤，包括：（1）切除修复（2）重组修复（3）SOS修复（4）二聚体糖基酶修复,三、胸腺嘧啶二聚体修复的分子生物学机制(一）光复活（photoreactivation）1，光复活的定义2，光复活的过（二）切除修复1，切除修复一般过程2，大肠杆菌的切除修复（1）修复过程,（2）大肠杆菌切除修复的类型短补丁修复（short-patchrepair）长补丁修复（long-patchrepair）3，真核生物的切除修复,（三）重组修复1，除Uvr系统之外，还存在其他的暗修复系统2，重组修复（复制后修复）的机制（1）重组修复的姐妹链交换假说（图4-10）（2）重组修复所涉及的基因,（四）SOS修复1,SOS反应2,SOS修复的概念3,SOS修复的结果,4,RecA蛋白在SOS修复中的作用(1)RecA蛋白的主要生化活性(2)RecA蛋白的作用,5,LexA蛋白在在SOS修复中的作用(1)LexA蛋白的作用(2)由LexA控制的SOS基因构成一个调控元din(damageinduciblegenes)基因,或SOS基因SOS框,（五）嘧啶二聚体糖基酶修复系统,四、其他损伤类型及其修复（一）非标准碱基的修复1，非标准碱基及其相应的DNA糖基酶2，DNA糖基酶的修复机制,（二）碱基的丢失1，去嘌呤作用（depurination）2，无碱基内切酶的作用3，碱基插入酶,（三）烷基化损伤的修复1，烷基化的主要位点2，Ada蛋白在烷基化损伤的修复中的作用（1）ada基因产物（2）Ada蛋白的自杀行为,3，E.coli对烷基化的适应性反应（1）Ada蛋白的作用（2）alkA基因的作用（3）alkB的作用,（四）链的断裂1，造成DNA链断裂的因素2，修复方式（1）单链断裂修复（2）双链断裂修复,（五）交联1，致交联因素2，交联种类3，修复方式,（六）真核生物的修复系统1，酵母2，哺乳动物,3，真核生物蛋白质的多聚ADP核糖基化与DNA修复的关系（1）真核生物蛋白质的多聚ADP核糖基化（ADP-ribosylation）（2）多聚ADP核糖基化的可能作用观点一观点二,第三节限制与修饰（restrictionandmodification）,一、限制-修饰现象1，大肠杆菌噬菌体的限制和修饰模式2，大肠杆菌的限制-修饰系统（1）限制-修饰作用3，居民DNA,二、限制-修饰系统的分类（一）细菌中三种不同类型的修饰-限制酶（二）II类修饰-限制酶1，酶分子的构成2，识别位点3，切割位点4，对底物的作用5，酶切位点,（三）I类酶1，酶分子的构成（1）三个亚基：（2）两种功能（3）基因突变和万一保安机制,2，I类酶的作用位点（1）EcoB和EcoK的识别位点EcoB的识别序列（2）EcoB和EcoK的甲基化位点（3）I类酶的切割位点,3，I类酶的限制-修饰机制（1）M亚基首先与辅助因子S-腺苷甲硫氨酸（SAM）结合，酶分子变构处于活化状态（2）酶-SAM与DNA结合后，在ATP的参与下，对不同甲基化程度的底物产生不同的限制-修饰作用,4，I类酶识别切割位点的机制（1）酶移动假说（2）DNA移动假说,（四）III类酶1，酶的组成及功能2，识别和修饰位点3，限制位点,三、限制-修饰系统的生物学意义1，保护自身的DNA的稳定性不受外来DNA的影响2，可能还有其他功能（1）I类酶可能还有未知功能，如非特异性重组（2）II类、III类酶可能促进位点特异重组，及质粒之间、噬菌体之间的遗传信息交流（3）限制酶可能为细胞合成DNA提供核苷酸前体,第五章突变,第一节概述：突变定义及其分类,一、突变的定义1，突变（mutation）：可以通过复制而遗传的DNA结构的任何永久性改变2，野生型（wildtype）：有机体的正性状。大多数情况下，正常（没有发生突变的）性状就是野生型性状,二、有机体突变体表示方法（一）基因型的表示1，名称：用三个小写斜体字母或小写字母下划线表示2，具体基因：在小写字母后用大写的斜体字母表示,（二）表现型1，名称：用三个正写的字母表示（第一个字母大写）2，抗性、敏感性等：右上标小写正写字母表示3，基因分离时间：后缀阿拉伯数字,4，温度敏感型：后缀（Ts）5，无义突变后缀Am（琥珀型，密码子UAG）、Oc（赭石型，密码子UAA）、或Opal（乳石型，密码子UGA）,（三）描述突变的表示法1，氨基酸替换R117H第117位氨基酸从精氨酸变成组氨酸R117X第117位氨基酸从精氨酸变成终止子,2，核苷酸替换1162（GA）或np1162（GA）cDNA中的第1162号鸟嘌呤被腺嘌呤替代621+1（GA）内元中的第一个核苷酸（鸟嘌呤）被腺嘌呤替代1175-5（GA）1775位5端前面的内元中的第五个碱基（鸟嘌呤）被腺嘌呤替代,3，缺失和插入Delta-F508或F508第508号的苯丙氨酸密码子缺失nt6232（del5）5个核苷酸缺失，其中第一个位与于6232位nt409（insC）在409位核苷酸后插入胞嘧啶,三、突变有关的一些概念1，突变剂（mutagen）：引起突变的物理和化学因素2，自发突变（spontaneousmutation）：在自然界中发生的突变3，诱发突变（inducedmutation）：人工使用突变剂处理生物体而产生的遗传性状,四、突变的分类（一）按DNA碱基改变的多少分1，单点突变（pointmutation）碱基替代（basesubstitution）：包括转换（transition）和颠换（transversion）碱基插入（baseinsertion）缺失（basedeletion）,2，多点突变（multiplemutation）3，染色体畸变（chromosomeabberation）染色体畸变是指在自然突变和人工诱变的情况下，染色体的结构和数目发生的变化,（1）染色体结构变异A.缺失（deletion）：指一个正常染色体区段的丢失B.重复（duplication）：指染色体上额外增加了与本身相同的某区段,C.倒位（inversion）：一个正常染色体的某一段断裂下来，后经180度的倒转后又重新接起来，成为一条具有倒位区段的染色体，这一现象称为倒位D.易位（translocation）：指非同源染色体之间某区段的转移,（2）染色体的数目变异A.整倍体变异单倍体（haploid）：指体细胞内只含有一个染色体组（二倍体生物配子中所包含的全部染色体）的个体多倍体（polyploid）：体细胞内含有三个以上染色体组的个体。,同源多倍体（autopolyploid）：来源相同并超过两个以上染色体组的个体异源多倍体（allopolyploid）：来源于不同物种并超过两个以上染色体组的个体,B.非整倍体变异（aneuploid）亚倍体（hypoploid）：指二倍体生物中缺少一条或几条染色体单体性（monosomy）：指二倍体个体中缺少一条染色体,缺对性（nullisomy）：指二倍体个体中缺少一对同源染色体超二倍体（hyperploid）：指比正常二倍体染色体数多一条或几条染色体的个体,三体性（trisomy）：比正常的二倍体染色体数多一条染色体。四体性（tetrosomy）：比正常的二倍体染色体数多一对同染源色体。双三体性（ditrisomy）：比正常的二倍体染色体数多了两条染色体,（二）从对阅读框的影响来看移框突变（frameshiftmutation)：可由插入、缺失一个或两个碱基引起；也可由扁平的碱性染料分子插入DNA链引起,（三）从对遗传信息的改变来看1，同义突变（synonymousmutation）2，错义突变（missensemutation）致死突变（leathalmutation）渗漏突变（leakymutation）中性突变（neutralmutation）无声突变（silentmutation）,3，无义突变（nonsensemutation）产生无义突变的原因可以是各种突变一般产物无活性突变靠近3端的某些情况下，可产生渗漏型产物,（四）从突变表型对外界环境的敏感性来分1，非条件型突变（nonconditionalmutation）对外界环境变化不敏感的突变为非条件型突变,2，条件型突变（conditionalmutation）突变的基因产物在某些条件（许可条件，permissivecondition）下活性正常或接近正常，而在另一些条件（非许可条件，nonpermissivecondition）下无活性，这类突变即为条件型突变。条件突变体表现为条件致死，即在许可条件下细胞生长正常或接近正常，而在非许可条件下表现出病态或死亡,（五）从突变的效应背离或返回到野生型这两种方向来分1，正向突变（forwardmutation）2，回复突变（back/reversemutation）真正的回复突变抑制突变（suppressormutation）,（六）根据对基因调控序列的影响分1，启动子上升突变（promoterupmutation）2，启动子下降突变（promoterdownmutation）3，组成型突变（constitutivemutation）组成型表达：基因表达失去负向调控，在细胞中产生固定数量的蛋白质的表达方式,第二节回复突变和抑制突变,一、回复突变的鉴定和分类（一）真正的回复突变1，概念：第二次突变发生在第一次突变的位置，使突变基因回复到野生型完全一致的DNA序列2，概率：真正的回复突变概率极低,3，回复突变鉴定：主要依据表型（二）抑制突变1，概念：第二点回复突变（未改变正向突变的DNA碱基序列，只是抑制其突变效应）2，基因内抑制突变和基因间抑制突变3，直接抑制突变和间接抑制突变,二、基因内抑制突变（一）基因内抑制突变的检测错义突变和移框突变均可被基因内抑制突变所抑制基因内正向突变和抑制突变的位点一般相距不远，须经序列分析才能检测出来,（二）错义突变和移框突变的基因内抑制突变1，错义突变对蛋白质空间结构形成的可能影响（1）影响突变点氨基酸残基与分子内与之相互作用的氨基酸残基之间的静电吸引作用（2）影响突变点氨基酸残基与分子内与之相互作用的氨基酸残基之间的疏水作用或氢键的形成,2，错义突变的基因内抑制突变（图5-1）（1）恢复氨基酸残基之间的静电吸引作用（2）恢复氨基酸残基之间的疏水作用,3，移框突变的基因内抑制突变（图5-2）影响抑制作用的因素（1）两个突变位点之间的距离（2）两个突变位点之间的氨基酸残基对蛋白质结构的影响,（三）突变剂对基因内抑制突变频率的影响（1）不同突变剂对不同正向突变产生回复突变的频率的影响不同（2）不同突变剂对同种正向突变的不同类型产生回复突变的频率的影响不同,三、基因间抑制突变基因间抑制突变的种类A.无义抑制突变（nonsensesuppressormutation）B.错义抑制突变（missensesuppressormutation）C.移框抑制突变（frameshiftsuppressormutation）,发生基因间抑制突变的基因A.tRNA基因B.与tRNA功能有关的基因,（一）基因间无义抑制突变1，抑制tRNA及其种类（1）抑制tRNA抑制tRNA对无义突变的抑制（图5-3）定义：能够抑制正向突变表型的突变了的tRNA称为抑制tRNA,（2）抑制tRNA的种类琥珀型（Amber）突变，识别UAG赭石型（Ochre）突变，识别UAA乳石型（Opal）突变，识别UGA,2，琥珀（Amber）型和赭石（Ochre）型抑制tRNA（1）大肠杆菌至少有6种Amber抑制tRNA（2）由于摇摆原理，大肠杆菌Ochre抑制tRNA可以识别UAA和UAG,3，Opal抑制tRNA的特殊性（1）多为tRNATrp基因的产物（2）其反密码子也具摇摆性，可识别UAA和UGG（色氨酸密码子）,（3）突变位点不在反密码子上的Opal抑制tRNAsup9突变位点：DHU臂的第24位（GA）识别的密码子：UGG，UGA,（4）野生型tRNATrp对UGA有一定的识别能力，造成Opal无义突变的渗漏性。sup9抑制tRNA可看作是提高识别UGA能力的突变。,4，无义抑制tRNA的产生对正常氨基酸密码子识别的影响无义抑制突变通常发生在少数tRNA（minortRNA）上，因而不会影响正常氨基酸密码子的识别,5，无义抑制tRNA对翻译的正常终止的影响（1）Amber和Opal抑制tRNA对正常终止影响不大原因一：蛋白质合成的释放因子（RF）的竞争，使抑制效率降低；原因二：以UAG和UGA结尾的基因常采用双终止密码,（2）Ochre抑制tRNA的存在对细胞有较强的负选择作用原因一：UAA是大多数基因的终止密码原因二：由于摇摆性，Ochre抑制tRNA还可识别UAG，将影响其他以UAG结尾的基因的正常终止,（二）基因间错义抑制突变1，反密码子突变造成的错义抑制