南京大学分子生物学第12讲.ppt

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）2，野生型（wildtype）,二、有机体突变体表示方法（一）基因型的表示1，名称2，具体基因,（二）表现型1，名称2，抗性、敏感性等3，基因分离时间4，温度敏感型5，无义突变,（三）描述突变的表示法1，氨基酸替换2，核苷酸替换3，缺失和插入,三、突变有关的一些概念1，突变剂（mutagen）2，自发突变（spontaneousmutation）3，诱发突变（inducedmutation）,四、突变的分类（一）按DNA碱基改变的多少分1，单点突变（pointmutation）2，多点突变（multiplemutation）3，染色体畸变（chromosomeabberation）,（1）染色体结构变异A.缺失（deletion）B.重复（duplication）C.倒位（inversion）D.易位（translocation）,（2）染色体的数目变异A.整倍体变异B.非整倍体变异（aneuploid）,（二）从对阅读框的影响来看移框突变（frameshiftmutation)（三）从对遗传信息的改变来看1，同义突变（synonymousmutation）2，错义突变（missensemutation）3，无义突变（nonsensemutation）,（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）2，条件型突变（conditionalmutation）,（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,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2，概率3，回复突变鉴定,（二）抑制突变1，概念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（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2，错义突变的基因内抑制突变（图5-1）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,（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.基因间无义抑制突变（nonsensesuppressormutation）B.基因间错义抑制突变（missensesuppressormutation）C.基因间移框抑制突变（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）无义抑制tRNA的种类琥珀型（Amber）抑制突变，识别UAG赭石型（Ochre）抑制突变，识别UAA乳石型（Opal）抑制突变，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）由于摆动原理，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）有的Opal抑制tRNA（如supU）反密码子也具摇摆性，既可识别终止密码UGA，也可识别色氨酸密码子UGG,（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），反密码子仍为CCA识别的密码子：UGG，UGA,（4）可能野生型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通常情况下，无义抑制突变发生在少数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无义抑制tRNA的存在有可能造成翻译的通读。（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（图5-4）2，tRNA结构其他部分的改变，使氨酰基-tRNA合成酶错误识别造成的错义抑制,3，反密码子突变，使氨酰基-tRNA合成酶错误识别造成的错义抑制4，氨酰基-tRNA合成酶突变造成的错义抑制,（三）基因间移框抑制突变1，tRNA分子结构的改变导致的移框突变抑制（图5-6）在反密码子环上增加一个碱基，矫正由于插入一个碱基造成的移框突变,2，tRNA分子与两个碱基配对引起的移框突变抑制（图5-6）tRNA仅与两个碱基配对，矫正由缺失一个碱基引起的移框突变,（四）温度敏感抑制突变和抑制增强突变1，温度敏感抑制突变温度敏感的amber抑制tRNA在42时分子形状发生变化，不能产生对amber突变的表型抑制,2，抑制增强突变细胞内的其他能增强抑制tRNA效率的突变，称为抑制增强突变（suppressorenhancingmutation，sue）,四、基因间间接抑制突变的作用机制基因间间接抑制突变：凡是能够使某一突变基因产物在一定程度上完成其使命的其他基因突变,，突变基因产物妨碍了蛋白质复合体亚基之间的相互作用时，通过改变与突变基因产物相互作用的蛋白质的结构，部分恢复蛋白质复合体的功能,，突变基因产物酶活力下降，造成最终产物减少时，通过其他基因的突变增加底物，以提高最终产物的产量,，突变基因产物酶活力下降，造成最终产物减少时，通过提高旁路途径，或产生新的生化途径，提高最终产物的产量,，突变基因产物酶活力下降，造成待分解产物积累时，通过提高下游途径的效率，或者改变下游途径，降低因突变基因造成的物质积累,，调控区的突变效应可通过改变调控蛋白质的活力得到抑制,第四节突变剂和突变生成,一、碱基类似物在DNA复制时的渗入1，DNA复制时碱基类似物渗入的结果渗入的碱基类似物可发生酮式和烯醇式互变，在复制时引起子代DNA配对性质的改变,2，5-溴尿嘧啶（BU）造成的碱基转换BU通常以酮式存在，是胸腺嘧啶的类似物，可与腺嘌呤配对。BU以烯醇式形式存在的频率较低，可与鸟嘌呤配对（图5-8）,酮式BU可以代替T渗入DNA，若渗入的BU由酮式变构为烯醇式，则经过两轮DNA复制，可产生ATGC的转换（图5-8，5-9）烯醇式BU可代替C渗入DNA，产生GCAT的转换（图5-8，5-9）,3，2-氨基嘌呤（AP）造成的转换AP不能发生变构，但多数情况下可代替腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，少数情况下能以一条氢键与胞嘧啶配对AP主要产生ATGC的转换（图5-10）,二、DNA分子上碱基的化学修饰（一）亚硝酸引起的氧化脱氨反应（图5-12）亚硝酸可使含NH2基的碱基（A、G、C）氧化脱氨，NH2基变为酮基,1，腺嘌呤氧化脱氨变为次黄嘌呤，与C配对结果：ATGC转换2，胞嘧啶氧化脱氨变为尿嘧啶，与T配对结果：GCAT转换,3，鸟嘌呤氧化脱氨变为黄嘌呤，与C配对（未变）结果：不发生转换,（二）NH2OH的致突变作用在PH6.0，NH2OH的浓度为0.11.0mol/L时，NH2OH可使胞嘧啶产生与腺嘌呤配对的衍生物，从而导致GCAT转换,（三）烷基化试剂的致突变作用1，常用的烷基化剂：硫酸二甲酯，甲磺酸乙酯（EMS