基因突变与DNA损伤修复(2)课件

1、第十二章第十二章 基因突变与基因突变与DNADNA损伤修复损伤修复基因突变：基因突变：单个基因内部所发生的改变导致生物体或细胞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。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：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存在的或是实验室中某一标准品系的性状作为“野生型野生型”或或“正常正常”的性状，与之相关的等位基因称为野生型等的性状，与之相关的等位基因称为野生型等位基因，一般记为位基

2、因，一般记为“+”+”，例，例a a+ +、B B+ +。突变等位基因：突变等位基因：任何一种不同于野生型等位基因的基因称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。为突变等位基因。 13.1 13.1 基因突变的概念、类别及性质基因突变的概念、类别及性质 （1 1）碱基替换：一个碱基对被另一个碱基对代替。）碱基替换：一个碱基对被另一个碱基对代替。（2 2）碱基的增加或缺失）碱基的增加或缺失一、基因的两种突变方式一、基因的两种突变方式: 转换（转换（transitiontransition）：嘌呤由嘌呤代替，嘧啶由嘧啶代替）：嘌呤由嘌呤代替，嘧啶由嘧啶代替 颠换（颠换（transver

3、tiontransvertion）：嘌呤由嘧啶代替，嘧啶由嘌呤代替）：嘌呤由嘧啶代替，嘧啶由嘌呤代替二、突变的分子效应二、突变的分子效应1 1）同义突变）同义突变: :碱基序列的改变没有引起产物氨基酸序列碱基序列的改变没有引起产物氨基酸序列的改变的改变, ,与密码子的简并性有关。与密码子的简并性有关。1基因编码区的突变基因编码区的突变2 2）错义突变）错义突变: : 一个氨基酸的密码子被另一个氨基酸的密码子一个氨基酸的密码子被另一个氨基酸的密码子所取代。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

4、因，则称为致死突变。影响了表现型。如果该基因是必须基因，则称为致死突变。 有些有些错义突变的产物仍有部分活性，使表型介于野生型与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。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。现明显的性状变化，称为中性突变。3 3）无义突变）无义突变: :某个碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子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，因而蛋白质产物成了终止密码子，使蛋白质

5、合成提前终止，因而蛋白质产物一般是没有活性的。一般是没有活性的。4 4）移码突变：由于插入或缺失单个或几个（非）移码突变：由于插入或缺失单个或几个（非3 3的倍数）碱的倍数）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。全部氨基酸序列。2基因非编码区的突变基因非编码区的突变 对基因的表达起到调控的作用。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。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。

6、在显性或纯合状态才能表现，出现嵌合体。稀有性稀有性 ：突变率是很低的。：突变率是很低的。 高等动植物高等动植物1010-5-51010-8-8，细菌，细菌1010-4-41010-10-10，反应，反应了物种的基因的相对稳定性。了物种的基因的相对稳定性。 三、突变的性质三、突变的性质可逆性可逆性1)1) 野生型基因野生型基因 突变型。突变型。 2) 2) 回复突变率一般低于正突变率。回复突变率一般低于正突变率。3) 3) 真正的回复突变很少发生。常被第二个位点的突变所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（抑制，抑制因子突变（suppressor mutationsu

7、ppressor mutation）。）。4)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。标志。 正向突变正向突变回复突变回复突变 突变的多方向性和复等位基因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。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。生的。 突变的有害性和有利性。突变的有害性和有利性。 一般，有害突变多，有利突

8、变少。一般，有害突变多，有利突变少。 eg. 5-BU eg. 5-BU是胸腺嘧啶是胸腺嘧啶( (T)T)的结构类似物，酮式结构易与的结构类似物，酮式结构易与A A配对；烯醇式结构易与配对；烯醇式结构易与G G配对配对。13.2.1 13.2.1 碱基类似物（碱基类似物（5-溴尿嘧啶、溴尿嘧啶、2-氨基嘌呤）氨基嘌呤）13.2 点突变的诱变机制A.TA. 5-BU（酮式）（酮式）G. 5-BU （烯醇式）（烯醇式） G.C A. 5-BUG.CA.T 2-AP2-AP是腺嘌呤的类似物，既可与是腺嘌呤的类似物，既可与T T配对，也可与配对，也可与C C配对。配对。A.T 2-AP.T2-AP.C

9、G.CG.C2-AP.C 2-AP.T A.T（1 1）烷化剂）烷化剂: : 甲磺酸乙酯甲磺酸乙酯( (EMS)EMS)、亚硝基胍亚硝基胍( (NG)NG)等。通过等。通过改变碱基结构使碱基错配。当改变碱基结构使碱基错配。当G G烷基化后可与烷基化后可与T T配对，导致配对，导致碱基转换。碱基转换。 G.CG.CA.TA.T。 或：烷化剂使嘌呤脱落，造成转换、颠换；或：烷化剂使嘌呤脱落，造成转换、颠换；DNADNA链的断链的断裂或交联。裂或交联。13.2.2 13.2.2 碱基改变碱基改变烷化剂的诱变作用主要是烷化剂的诱变作用主要是通过烷化作用改变基因的通过烷化作用改变基因的 分子结构，从而造

10、成基因突变分子结构，从而造成基因突变。 烷化作用：烷化作用：通过烷基置换其它分子氢原子的作用通过烷基置换其它分子氢原子的作用。16 诱变原理：诱变原理： EMS、MMS等烷化剂都等烷化剂都带有带有1 1个或多个活泼的烷基个或多个活泼的烷基， 这些烷基能够加入碱基的许多位置这些烷基能够加入碱基的许多位置形成形成烷基化碱基烷基化碱基， 改变氢键的结合能力。改变氢键的结合能力。鸟嘌呤鸟嘌呤O-6-乙基鸟嘌呤乙基鸟嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶O-4-乙基胸腺嘧啶鸟嘌呤乙基胸腺嘧啶鸟嘌呤ATG CG CAT a：给：给G添加甲基或乙基，作用像添加甲基或乙基，作用像A与与T配对，配对，GC-AT

11、。 b：使：使G嘌呤烷化，烷化的嘌呤烷化，烷化的G嘌呤脱掉，在嘌呤脱掉，在DAN链上留下一个缺口，链上留下一个缺口，引起移码突变。引起移码突变。 c：同一：同一DNA分子或不同分子或不同DNA分子间的两链间形成交键，使一个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。或几个核苷酸丢失或切除。（2 2）嵌入剂）嵌入剂 eg. eg. 吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等碱基对的类似物，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。易造成移码突变。（1 1）紫外线：）紫外线： 使相邻的两个嘧啶碱基形成嘧啶二聚体。使相邻的两个嘧啶碱基形成嘧啶二聚体。双链间形成，阻碍双链间形成，阻碍DNAD

12、NA的复制。的复制。同一链上相邻同一链上相邻T T间形成，阻碍碱基的正常配对和间形成，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。误进行，产生碱基顺序改变了的新链。13.2.3 13.2.3 碱基损伤碱基损伤（2 2）黄曲霉）黄曲霉(B1)(B1)的作用的作用 使鸟嘌呤使鸟嘌呤G G脱落，脱落，SOSSOS修复引入修复引入A, A, 造成造成G.CG.CA.TA.T。13.3 13.3 自发突变的机制自发突变的机制 1 DNA 1 DNA复制错误复制错误( (errors of DNA replica

13、tion)errors of DNA replication) a a 转换转换 b b 颠换颠换 A T G CC C 移码突变：增加或减少一个或几个碱基对的突变，引起密移码突变：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。码编组的移动。egeg：Hb WayneHb Wayne是是138138位位UCCUCC失去一个失去一个C C，使，使链的合成不在链的合成不在原来应该终止的地方停止，一直到原来应该终止的地方停止，一直到146146位合成精氨酸后才终位合成精氨酸后才终止，从而使止，从而使链延长。链延长。 d d 缺失和重复突变缺失和重复突变e e 插入突变插入突变 （转座子）（转

14、座子）自发损伤自发损伤 a a 脱嘌呤：碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到破坏，从而引起脱嘌呤：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一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNADNA分子上脱落下来。分子上脱落下来。 b b 脱氨基：如胞嘧啶脱氨基后变成尿嘧啶。脱氨基：如胞嘧啶脱氨基后变成尿嘧啶。U=A,U=A,结果结果G-G-CA-TCA-T。3 3 氧化损伤：氧化损伤：O O2 2- -，OHOH- -，H H2 2O O2 2可对可对DNADNA造成损伤。造成损伤。如：如：8-oxo dG8-oxo dG与与A A配对，导致配对，导致G G.C.CdGdG.A.AT.AT.A13.4 1

15、3.4 动态突变动态突变 在基因的编码区、在基因的编码区、33或或5-UTR5-UTR、启动子区、内含子、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。能的原因是重复序列可诱发复制滑动。13.5

16、DNA损伤修复机制13.5.1 13.5.1 光复活光复活(photoreactivation)(photoreactivation) 概念：可见光存在的条件下，在光复活酶作用概念：可见光存在的条件下，在光复活酶作用 下将下将UVUV引起嘧啶二聚体引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。分解为单体的过程。过程过程 光复活酶与光复活酶与T=TT=T结合形成复合物结合形成复合物; ; 复合物吸收可见光切断复合物吸收可见光切断T=TT=T之间的之间的C-CC-C共价键共价键, , 使二聚体变成单体使二聚体变成单体; ; 光复活酶从光复活酶从DNADNA链解离。链解离。13.5.2 13.5.2 切除修复（核

17、苷酸外切修复、暗修复）切除修复（核苷酸外切修复、暗修复）切除修复切除修复 在在DNADNA内切酶、内切酶、DNADNA聚合酶、外切酶、聚合酶、外切酶、DNADNA连接连接酶等共同作用下，将酶等共同作用下，将DNADNA受损部位部分切除，并以受损部位部分切除，并以其中一条链为模板，合成修复。其中一条链为模板，合成修复。 消除由消除由UVUV引起的损伤引起的损伤，也能消除由，也能消除由电离辐射电离辐射和化学诱变剂引起的其他损伤和化学诱变剂引起的其他损伤。切除的片段可由。切除的片段可由几十到上万几十到上万bpbp，分别称短补丁修复、长补丁修复。分别称短补丁修复、长补丁修复。人的着色素性干皮病病人（人

18、的着色素性干皮病病人（XPXP）缺乏切除修复能力易患皮肤癌。）缺乏切除修复能力易患皮肤癌。（2）DNADNA糖苷酶修复及糖苷酶修复及APAP核酸酶修复途径核酸酶修复途径 E.coli E.coli 不明显的损伤不明显的损伤, ,需要特异性修复。需要特异性修复。DNADNA糖苷酶修复：如果碱基被共价修饰，糖基化酶可作糖苷酶修复：如果碱基被共价修饰，糖基化酶可作用于用于C-NC-N糖苷键，使碱基释放，产生无碱基糖苷键，使碱基释放，产生无碱基( (AP)AP)位点位点, , 再由再由APAP内切酶修复系统修复。内切酶修复系统修复。APAP内切酶修复系统修复：由内切酶、外切酶、聚合酶和内切酶修复系统修

19、复：由内切酶、外切酶、聚合酶和连接酶活性来完成，以修复连接酶活性来完成，以修复APAP位点。位点。13.5.3 13.5.3 错配修复系统错配修复系统修复杂种修复杂种DNADNA错配碱基及基因转变。错配碱基及基因转变。13.5.4 13.5.4 重组修复重组修复(1)(1)复制：以损伤单链为模板复制时，越过损伤部位，对应位复制：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。点留下缺口；未损伤单链复制成完整双链。(2)(2)重组：缺口单链与完整同源单链重组，缺口转移到完整链，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。使损伤单链的互补链完整，损伤单链仍然保留