第三章 突变和修复

1、第三章 突变和修复Tay-sachs家族性白痴病（Tay-sachs disease）:是因为在其细胞内缺乏氨基己糖脂酶，不能将神经节苷脂GM2 加工成为GM3，结果大量的GM2累积在神经细胞中，导致中枢神经系统退化 第一节 突变概述一、突变的定义：可以通过复制而遗传的DNA结构的任何永久性改变，称为突变。相关概念：n突变体:携带突变的生物个体、群体或株系n突变基因野生型基因（没有发生突变的基因）n突变剂:引起突变的物理化学因素二、突变的分类多点突变 碱基插入 insertion 单点突变 碱基缺失 deletion point mutation 碱基替代转换 transition (Base

2、 mispairing )颠换 transversion 染色体畸变：染色体畸变：染色体结构和数目的改变叫做染色体畸变染色体畸变（chromosomal aberration）。当染色体畸变涉及 到基因组中染色体套数的改变称为基因组突变基因组突变 （genome mutation），即整倍数改变。基因突变：基因突变：发生在基因水平的突变称为基因突变基因突变（game mutation），它涉及到基因的一个或多个序列的改变 二、突变的分类(续)同义突变错义突变无义突变错义突变中性突变：不影响蛋白活性，不表现明显性状变化渗透突变：产物仍有部分活性的错义突变（Leaky mutations） 致死突

3、变二、突变的分类(续)无声突变同义突变中性突变非条件型突变条件型突变：表现为条件致死。也就是在许可 条件下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。 其中，温度敏感型突变体研究得最多二、突变的分类(续)正向突变：Forward mutations inactivate a wild-type gene 回复突变：back mutation A back mutation reverses the effect of a mutation that had inactivated a gene; thus it restores wild type. true reversion

4、（原位回复突变） 回复突变Second-site reversion occurs when a second mutation suppresses the effect of a first mutation（第二点突变或抑制突变）二、突变的分类(续)自发突变自发突变（spontaneous mutatiow）突变率突变率 是指在单位时间内某种突变发生的概率，即每 代每对核苷的突变概率数或每代每个基因的突 变概率。突变频率突变频率是指在一个细胞群体或个体中，某种突变发 生的数目，即每10万个生物中发生突变体的 数目，或每百万个配子中突变的数目诱发突变诱发突变（induced mutatio

5、n）第二节 突变剂一、碱基类似物： 能与互补链上的碱基生成H键配对，DNA聚合酶的校对功能不能察觉。 经常发生酮式和烯醇式的互变异构，在复制子代时引起配对性质的改变，如： 5溴尿嘧啶（BU） 酮式与A配对 烯醇式与G配对第二节 突变剂（续）二、DNA分子上碱基的化学修饰：如亚硝酸可以在PH5的缓冲溶液中通过氧化作用，以氧代替腺嘌呤和胞嘧啶C6位置上的氨基，使腺嘌呤和胞嘧啶变成次黄嘌呤和尿嘧啶 第二节 突变剂（续）三、嵌合剂的致突变作用： 嵌合剂可以嵌合到DNA碱基对之间，使原来相邻的碱基对分开一定的距离。使其在复制中引入一个新的碱基或缺失一个碱基 ，引起阅读框的改变。如：吖啶 类染料分子吖啶

6、橙、原黄素等第二节 突变剂（续）四、转座成分的致突变作用：Insertions are the most common type of mutation五、增变基因：增变基因的突变引起整个基因组突变率的明显上升。如编码DNA聚合酶的各个基因，和修复相关酶的基因第二节 突变剂（续）六、紫外线和高能射线的致突变作用 紫外线可以使胸腺嘧啶联会成二聚体 电离辐射对生物分子损伤与自由基生成密切相关 七、突变热点：第二节 突变剂（续）形成突变热点的最主要的原因是5甲基胞嘧啶的存在。CMeT C U 脱氨氧化第二节 突变剂（续）CU的错误可由尿嘧啶糖基酶系统修复CMeT的错误，修复系统的修复效率较低。如果在

7、新一轮复制前未能完成修复，则产生突变第三节 DNA的修复一、复制修复：1. 尿嘧啶糖基酶系统：修复对象：掺入到DNA链的U（能与A配对，PolIII无法修复）修复过程：n糖苷水解酶特异性切除受损核苷酸上的N-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为AP位点；nAP核酸内切酶把受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA；nDNA聚合酶I合成新的片段，最终由DNA连接酶把两者连成新的被修复的DNA链。 第三节 DNA的修复（续）第三节 DNA的修复（续）2.错配修复系统使错配产生的突变率由108降低到1010或1011如何识别模板链和新生链？甲基化酶使GAT

8、C序列中的腺嘌呤甲基化：N6甲基腺嘌呤。沿着新生链，有一个甲基化梯度，靠近复制叉处甲基化程度最小，亲本链上甲基化程度高而均一。未甲基化的子代链上，包含错配碱基的DNA片段被切除并修复。E.Coli中的错配修复系统：由mut 基因编码在MutL二聚体的参与下， MutS 二聚体与错配位点结合MutS包含两个DNA识别位点，一个识别错配位点，另一个识别位点不具有序列和结构的特异性。伴随着ATP的水解，它在DNA上移动，直到遇上GATC位点MutS在移位的过程中同时与错配位点结合，形成一个环状结构。GATC序列的识别使MutH核酸内切酶和MutSL结合核酸内切酶切开未甲基化的子代链，再在核酸外切酶作

9、用下，从GATC位点到错配位点的DNA片段被降解。由DNA POL III合成新链第三节 DNA的修复（续）二、损伤修复：1.光修复：（直接修复）胸腺嘧啶二聚体photolyase可见光（300600nm）单体第三节 DNA的修复（续）2.切除修复：p损伤发生后，首先由DNA切割酶（excinuclease）在已损伤的核苷酸5 和3 位分别切开磷酸糖苷键，产生一个由12-13个核苷酸（原核生物）或27-29个核苷酸（人类或其它高等真核生物）的小片段p移去小片段后由DNA聚合酶I（原核）或（真核）合成新的片段p由DNA连接酶完成修复中的最后一道工序。 切除修复3.重组修复：p损伤部位，复制酶无法

10、通过p跳过，重新合成引物和DNAp子代链损伤处留下缺口p遗传重组，从完整母链上响应核酸酸序列移到子链缺口处p再合成序列补上母链缺口 重组修复重组修复4.SOS修复细胞DNA受损或复制系统被抑制时产生的应急反应，SOS反应包括：溶原性细菌释放噬菌体；DNA损伤的修复效应和诱变效应；细胞分裂的抑制。诱导的修复系统：避免差错的修复系统（error free repair ） 倾向差错的修复系统（error prone repair）SOS诱导产生DNA聚合酶和V，它们不具有3核酸外切酶校正功能，于是在DNA链的损伤部位即使出现不配对碱基，复制仍能继续前进。在此情况下允许错配可增加存活的机会。4.SOS修复（续）pSOS反应由Rec A蛋白和Lex A蛋白相互作用引起。nRec A被(相对分子质量为22700)称为辅蛋白酶(coprotease)，在有单链DNA和ATP存在时，Rec A蛋白被激活而促进LexA自身的蛋白水解酶活性。nLexA蛋白是许多基因的阻遏物，当它被RecA激活自身的蛋白水解酶活性后自我分解，使一系列