第五章__转录 (2).ppt

第二节基因突变 一 突变的概念突变 DNA碱基序列发生可遗传的永久性的改变 染色体畸变和基因突变 自发突变和诱发突变 诱变剂 突变生成作用 突变基因 突变体的概念 二 突变的类型 1 碱基置换突变 碱基的置换或者一个或多个碱基的增加或者减少引起的突变 点突变 指DNA分子上一个碱基的发生改变 有转换 不同嘌呤或嘧啶之间 颠换 嘌呤变成嘧啶 或反之 插入 较长的碱基序列的增加缺失 通常指较长的碱基序列的减少 G deletion substitution insertion ATGC A ATGCATG ATG C C 2 移码突变 插入 缺失一个或两个碱基都会造成对阅读框架的影响 即产生移码突变 移框突变会导致表达产物 蛋白质一级结构的改变 导致蛋白质合成的过早终止或蛋白质功能的丧失 3 遗传信息的改变 同义突变 突变没有引起编码氨基酸的改变 又称沉默突变 错义突变 导致蛋白质多肽链氨基酸序列变化 无义突变 肽链合成提前终止 4 突变体对环境的敏感性 非条件突变 突变基因在任何情况下 都是必需基因 突变引起的基因失活都会导致突变体的出现甚至细胞的死亡 条件突变 在一般条件下 突变体能正常生长或近乎正常 但在特定条件下 突变成为致死突变 5 突变方向 正向突变 野生型 突变体回复突变 突变体 野生型回复突变中 野生型性状可以通过2次突变得到恢复 这第2种突变称为回复突变 2次突变通常是第二位点突变 即原突变依然存在 但第二位点突变抑制了原突变性状 影响基因调控序列 启动子 启动子上升突变或下降突变 操纵子和调节基因 结构基因失去负调控 细胞不根据需要控制蛋白质的合成 即细胞产生不依赖于需要的 有固定数量的蛋白质 基因的这种表达方式称为组成性表达 三 突变原因 自发突变 自然发生 随机事件诱发突变 物理因素 紫外线 各种辐射 化学因素 常见的化学诱变剂适应性突变人工诱变 1 DNA复制的错误碱基配对的错误频率约为10 4 10 5 DNA聚合酶本身具有校对作用 将不正确插入的核苷酸切除掉 重新加上正确的核苷酸 这样 每掺入一个核苷酸 发生错误的机会有10 8 10 10 2 碱基的异构互变DNA中的4种碱基各自的异构体间自发地相互变化 例如烯醇式与酮式碱基间的互变 使碱基配对间的氢键改变 异构体间自发地相互变化形成导致下一世代中G C配对取代A T配对 腺嘌呤的稀有互变异体与胞嘧啶 胸腺嘧啶的稀有互变异构体与鸟嘌呤 3 1脱嘌呤 depurination 与脱嘧啶糖苷键断裂 嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落一个哺乳类细胞37 20h内DNA链自发脱落的嘌呤约1000个 嘧啶约500个 长寿命不复制繁殖的哺乳类细胞 如神经细胞 在整个生活期间自发脱嘌呤数约为108 约占细胞DNA中总嘌呤数的3 3 2碱基的脱氨基 deamination 作用碱基的环外氨基有时会自发脱落 从而胞嘧啶会变成尿嘧啶 腺嘌呤变成次黄嘌呤 H 鸟嘌呤变成黄嘌呤 X 等 胞嘧啶自发脱氨基的频率约为每个细胞每天190个 4 氧化作用损伤碱基细胞呼吸的副产物O2 H2O2等会造成DNA损伤 能产生胸腺嘧啶乙二醇 羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物 引起DNA单链断裂等损伤每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率约为5万次 DNA的甲基化 结构的其他变化等 这些损伤的积累可能导致老化 103m 109nm1m 106nm 103nm 10 3nm 10 5nm 1nm Decreasingwavelength Increasingenergy Visiblespectrum wavelenght 750nm700nm650nm600nm550nm500nm450nm380nm 二 诱发突变1 射线 电磁波 electromagneticspectrum 随着波长变短 能量增加 1 非电离辐射诱变 主要是15 380nm紫外线 ultraviolet UV 1934年 发现UV对果蝇卵有诱变作用 到1960年已经搞清楚它的作用机理 成嘧啶二聚体 pyrimidinedimers 尤其是T T 导致双螺旋表形 导致复制不能进行 引起细胞死亡 2 电离辐射诱变 粒子辐射 射线 射线 32P 35S 中子 60钴 137铯 电磁波辐射 X射线 射线 宇宙射线 1920年 HermannJ Muller和LewisJ Stadler发现比紫外线波长更短的X rays gammarays 以及cosmicrays这些离子辐射有诱变作用 X ray的诱变作用的机理 产生自由基 freeradicals 打断磷酸二酯键 导致染色体断裂 X rays or deletion fragmentation X rays与X连锁隐性致死突变 X linkedrecessivelethals X ray剂量 伦琴 roentgens 有丝分裂的细胞比G1 S或G2细胞更敏感 2 化学诱变因素 1 碱基类似物 baseanalogs 是一类与标准碱基结构相似的碱基衍生物 可掺入复制的DNA 5 溴尿嘧啶 5 bromouracil 5 BU BrdU BUdR 5 BU 酮式 Thymine 5 BU 烯醇式 与T结构相似 5 BU在烯醇式 enolform 时能与G配对 A T A B T A A T B G A B G C A T G C 2 氨基嘌呤 2 aminopurine 2AP 是A的类似物 亚氨基时可以与C配对 2AP 氨基 T 2AP 亚胺基 C A T G C 2 碱基修饰剂定义 直接修饰碱基的化学结构 造成碱基的变化 导致诱导突变 有亚硝胺 羟胺 烷化剂等 可将烷基团 如甲基 乙基 加到核苷酸上 甲基磺酸乙酯 ethylmethanesulfonate EMS 能给酮式G的第6位 T的第4位上加上甲基 G甲基化后与T配对 CH3 CH2 O SO2 CH3 Thymine Guanine 6Ethylguanine EMS G C A T 烷化剂 3 DNA插入剂 扁平分子 能嵌入嘌呤或嘧啶碱基对之间 引起DNA双螺旋扭曲 复制时导致缺失或插入 造成移码突变 frameshiftmutation 吖啶橙 Acridineorange 乙腓啶 Ethidium 原黄素 二氨基吖啶 Proflavin frameshift ACGTGC ACTG ACGTGNC ACNGTGNC 原黄素 GC N N 适应性突变 适应性突变是细胞产生的适应于环境的回复突变 适应性突变与一般自发突变的区别是 无需细胞生长 必须有非致死的选择条件 突变方向和选择条件对应 四 人工诱变 体外定向突变 1 定义 体外定向突变 离体定向诱变 是指利用分子克隆技术在已知DNA序列中特异地产生所需位点的突变 2 体外定向突变的方法聚核苷酸介导的单链模板定点突变P141双引物法定点突变用掺入U的单链为模板进行聚核苷酸介导的体外定点突变 五 突变的意义 一 突变是进化 分化的分子基础自发突变 自然突变 二 突变导致基因型改变没有可察觉的表型改变个体之间基因型的差别称为多态性 三 突变导致死亡 四 突变是某些疾病的发病基础 第三节DNA的修复系统 一 复制修复1 尿嘧啶糖基酶系统 能切除进入DNA的尿嘧啶核苷酸 1 尿嘧啶糖基酶系统的作用过程 i 糖基酶识别错配位点 并制造AP位点 ii AP内切酶切除相邻核苷酸 iii DNA聚合酶修补缺口 iv DNA连接酶连接缺口 U glycosylase C APendonuclease DNApolymerase DNAligase 第三节DNA的修复系统 一 复制修复1 尿嘧啶糖基酶系统 能切除进入DNA的尿嘧啶核苷酸 2 错配修复 错配修复 mismatchrepair 1 修复系统 识别错配的碱基对 准确地区分出哪一个碱基是错误的 切除错误碱基 并进行修复 TACGTACGCACG ATGCATGCATGC Whichiswrong AorC 2 E coli中的DNA甲基化酶 dam甲基化酶 Adeninemethylase 复制 甲基化 新合成的链未甲基化修饰 半甲基化 C T A G 复制错配 识别剪切 PolymeraseI ligase Methylase 3 修复过程 第三节DNA的修复系统 一 复制修复1 尿嘧啶糖基酶系统 能切除进入DNA的尿嘧啶核苷酸 2 错配修复 首先识别母链和有错配的新链 在新链上打开缺口 外切错配片段 填补上正确序列 封闭缺口 3 无嘌啉 AP 修复 无嘌啉内切酶 AP内切酶 能切除DNA中无碱基核糖 留下一段单链DNA 然后填补封闭 二 损伤修复 1 光复活 是对UV诱发的T T二聚体 修复发生在320 370nm的蓝光中 1 修复酶 光复活酶 photoreactivationenzyme PRE 2 修复机理 PRE被光子激活 直接切断T T之间的交联键 二 损伤修复 1 光复活 光复活酶 PR酶 修复嘧啶二聚体 2 甲基转移酶 O6 G G 以免O6 G与T配对 3 切除修复 核酸内切酶UreABC识别切除损伤DNA片段 DNA聚合酶合成一段新链置换损伤片段 连接酶封闭 1 光修复 是对UV诱发的T T二聚体 修复发生在320 370nm的蓝光中 1949年AlbertKelner发现的 1 修复酶 光复活酶 photoreactivationenzyme PRE 2 修复机理 PRE被光子激活 直接切断T T之间的交联键 E coli的切除修复机制 i 糖基酶识别错配位点 并制造AP位点 ii AP内切酶切除戊糖 iii DNA聚合酶修补缺口 iv DNA连接酶连接缺口 U glycosylase C APendonuclease DNApolymerase DNAligase 3 1碱基切除修复 1 识别损伤处 修复T Tdimer导致的结构变形 内切酶uvrABC识别 uvr Ultravioletrepair 3 2核苷酸切除修复 nucleotideexcisionrepair NER uvrAB识别嘧啶二聚体或其他大的损伤 然后uvrA脱离 T T AA T T AA uvrA uvrB T T AA uvrC uvrB 3 释放单链片断 uvrD是一种解旋酶 把切开的部位解螺旋 释放出单链片断 约12nt T T uvrD AA 5 3 uvrC与uvrB结合 并在损伤点两侧 5 端7nt 3 端3 4nt 切断单链 2 切割 5 连接 DNAligase连接成完整的链 AA ligase TT 4 修补 DNApolymerase 填补缺口 AA Pol 三 复制后修复 1 重组修复2 SOS修复只有当DNA损伤后才激活SOS修复系统 SOS系统使复制叉跳过损伤区域继续合成DNA链 SOS修复中 损伤的模板不能正确复制 而且DNA多聚酶的校正系统放松了对错误核苷酸的识别 所以产生的DNA分子往往是无功能的 故被称为差错倾向修复 MiroslavRadman首先在切除修复缺陷型菌株中发现的 1 重组修复 recombinationrepair 主要是修复uvr系统未彻底清除的T Tdimer 当DNA复制的模板链上有结构变形 如嘧啶二聚体 此位点就不能充当模板 DNA复制酶只能跳过去 留下一个缺口 1 损伤 2 修复过程 复制酶跳过 新链中留下缺口 在RecA蛋白的介导下 新链与另一条模板链发生重组交换 填补缺口 由于单链交换而在另一条模板链上造成的缺口可通过DNApolymerase 的修复作用修复 在RecA蛋白介导下的同源重