基因突变和dna修复

基因突变和dna修复基因突变和dna修复第1页突变（Mutation,即基因突变）指细胞中遗传基因（通常指存在于细胞核中脱氧核糖核酸）发生改变。它包含单个碱基改变所引发点突变，或多个碱基缺失、重复和插入。原因能够是细胞分裂时遗传基因复制发生错误、或受化学物质、辐射或病毒影响。突变通常会造成细胞运作不正常或死亡，甚至能够在较高等生物中引发癌症。但同时，突变也被视为物种进化“推进力”：不理想突变会经天择过程被淘汰，而对物种有利突变则会被累积下去。一、突变基因突变和dna修复第2页几乎任何造成DNA损伤原因都能够造成DNA突变，前提是它们造成损伤在DNA复制之前还没有被细胞内修复系统修复，所以，能够这么认为，造成DNA损伤原因在某种意义上就是造成DNA突变原因。由内在原因引发突变被称为自发性突变，由外在原因引发突变被称为诱发突变。各种造成DNA突变内外原因总称为突变原。1、突变起因基因突变和dna修复第3页细胞内源原因环境原因

-比如化学试剂、污染物和UV线疾病治疗-比如离子辐射和化疗1、突变起因基因突变和dna修复第4页细胞内源原因复制错误（P496)

DNA合成过程中出现碱基错配而引发了碱基替换。互变异构体复制滑移

DNA本身不稳定脱嘌呤/脱嘧啶碱基自发脱氨基活性氧作用DNA,蛋白质和脂质氧化基因突变和dna修复第5页（互变异构体）烯醇式T和G配对

基因突变和dna修复第6页复制打滑引发移框突变基因突变和dna修复第7页脱嘌呤比脱嘧啶更轻易在DNA分子上产生AP位点大肠杆菌-1次脱嘌呤/基因组/复制嗜热水生菌-300次脱嘌呤/基因组/复制哺乳动物细胞-10000次脱嘌呤/基因组/复制脱嘌呤/脱嘧啶基因突变和dna修复第8页DNA分子上自发脱嘌呤作用和自发脱氨基作用基因突变和dna修复第9页活性氧（ROS）由正常细胞代谢产生线粒体利用细胞~85%O2，是ROS主要起源造成DNA、蛋白质和脂质损伤常见形式：过氧化氢(H2O2)超氧化物自由基(O2•-)羟基自由基(HO•)过氧亚硝基阴离子(O=NOO-)烷过氧化物(ROOH)烷氧自由基(RO•)基因突变和dna修复第10页活性氧碱基修饰作用

基因突变和dna修复第11页自发脱氨基和活性氧作用引发碱基转换基因突变和dna修复第12页环境（诱变）原因(P500)化学试剂碱基类似物、脱氨剂、烷化剂、嵌入剂物理原因UV、离子辐射(γ-射线、x-射线）、高温基因突变和dna修复第13页诱变剂诱发点突变基因突变和dna修复第14页碱基类似物诱发点突变基因突变和dna修复第15页鸟嘌呤甲基化造成碱基错配

基因突变和dna修复第16页溴化乙锭诱变效应基因突变和dna修复第17页嵌入试剂诱发移框突变基因突变和dna修复第18页紫外线引发碱基损伤

基因突变和dna修复第19页离子辐射引发DNA链断裂

基因突变和dna修复第20页DNA损伤原因和损伤主要类型损伤类型实例/原因碱基丢失自发脱碱基（热、酸），脱嘌呤>脱嘧啶碱基修饰形成碱基复合物，比如，8-羟基脱氧鸟嘌呤（离子辐射或活性氧），6-烷基鸟嘌呤（烷基化试剂）碱基交联嘧啶二聚体和6-4光产物（UV）碱基转换C→U，A→I（自发脱氨基）碱基错配GT（4种dNTP浓度不平衡、碱基互变异构或碱基之间差异不足）DNA链断裂因磷酸二酯键被破坏引发单链断裂或双链断裂（离子辐射或特殊化学试剂），因脱氧核糖环3号位发生断裂引发DNA链断裂（博来霉素）DNA链间交联互补双链之间产生交联（双功效试剂作用）DNA与蛋白质交联UV基因突变和dna修复第21页突变类型点突变是指DNA分子某一位点上所发生一个碱基对变成另外一个碱基正确突变。移码突变是指在一个蛋白质基因编码区发生一个或多个核苷酸（非3整数倍）缺失或插入。2、突变影响基因突变和dna修复第22页突变对基因组影响（P503)同义突变(synonymousmutation)错义突变(missensemutation)无义突变(nonsensemutation)通读突变(readthroughmutation)移码突变(frameshiftmutation)基因突变和dna修复第23页碱基突变几个方式基因突变和dna修复第24页移框突变基因突变和dna修复第25页突变对多细胞生物影响DNA突变可能是隐性，也可能是显性。单倍体不足：突变后，正常等位基因所编码蛋白不足以维持正常应有生物学功效。功效取得：赋予蛋白异常活性，很多发生在调控序列。基因突变和dna修复第26页突变对微生物影响选择性突变:在选择性培养基上能快速判别与区分突变。非选择性突变：无法用选择性或判别性培养基来判别与区分微生物突变。基因突变和dna修复第27页由野生型菌株（wildtypestrain）经过基因突变而丧失合成一个或几个生长因子能力。在培养野生型菌株基础培养基不能生长，但可在加入对应生长因子后能从基础培养基中筛选出。营养缺点型（P506）基因突变和dna修复第28页原始或出发菌株对某种化学或物理因子无抗性经基因突变后成为含有抗性可在加有对应理化因子平板中选择抗性突变型基因突变和dna修复第29页出发菌株经突变在某种条件下可生长，而在另一个条件下不能生长繁殖。例：E.ColiTs突变株，即温度敏感突变株,有些菌株在37oC下生长正常,却不能在42oC下生长;T4噬菌体一些突变株在25oC下含有感染性,而37oC下丧失条件致死突变型基因突变和dna修复第30页即由突变而产生个体或菌落形态所发生非选择性突变例:孢子有没有或颜色改变、鞭毛有没有或荚膜有没有突变，有时可引发菌落表观改变而含有选择性。形态突变型基因突变和dna修复第31页基因突变造成菌体抗原结构发生改变类型多：细胞壁成份改变或丧失、荚膜改变或丧失及鞭毛有没有等。抗原性突变型基因突变和dna修复第32页由基因突变所致取得代谢产物产量高于出发菌株之变异株，常称产量突变株或高产菌株（highproducingmutant）。产量性状是多基因与复杂原因综合结果，故获取高产菌株是一个逐步累积、变异机理十分复杂探索过程。分为：正变株（plusmutant）、负变株（minusmutant）产量变异型基因突变和dna修复第33页高频突变是非正常基因修复结果达尔文进化论与拉马克进化论程序性突变与随机突变区分3、高频突变和程序性突变(508)基因突变和dna修复第34页二、DNA修复（P510）直接修复切除修复错配修复双链断裂修复（包含非同源末端连接和重组修复）损伤跨越DNA是唯一一个在发生损伤以后能够被完全修复分子，而其它生物大分子在受到损伤以后要么被降解，要么被取代。当然，并不是发生在DNA分子上全部损伤都能修复。假如受到损伤不能及时被修复，可造成细胞癌变和早衰。基因突变和dna修复第35页直接修复嘧啶二聚体直接修复——由DNA光裂合酶催化。此酶直接识别和结合嘧啶二聚体。然后，利用辅基捕捉到光能，将嘧啶二聚体打开，最终再与DNA解离。不过胎盘类哺乳动物却没有这种酶。烷基化碱基直接修复——由特定烷基转移酶催化DNA链断裂直接修复——由DNA连接酶催化。基因突变和dna修复第36页嘧啶二聚体直接修复

基因突变和dna修复第37页烷基化碱基直接修复基因突变和dna修复第38页切除修复切除修复先切除损伤碱基或核苷酸，然后，重新合成正常核苷酸，最终，再经连接酶重新连接，将原来切口缝合。整个切除修复过程包含识别、切除、重新合成和重新连接。切除修复又分为碱基切除修复（BER）和核苷酸切除修复（NER），二者主要差异在于识别损伤机制上，前者是直接识别详细受损伤碱基，而后者并不识别详细损伤，而是识别损伤对DNA双螺旋结结构成扭曲。基因突变和dna修复第39页碱基切除修复DNA糖苷酶切除受损伤碱基短修补——是主要路径，约占80%~90%，只需合成属于AP位点1个正常核苷酸长修补——是次要路径，约占10%~20%，为短修补路径备用路径，要合成1小段寡聚核苷酸基因突变和dna修复第40页尿嘧啶切除修复基因突变和dna修复第41页DNA糖苷酶都是沿着DNA小沟扫描DNA，当找到受损伤碱基后即与DNA结合，并造成DNA结构发生歪曲，方便将损伤碱基挤出双螺旋，进入它活性中心被切割基因突变和dna修复第42页真核细胞碱基切除修复

基因突变和dna修复第43页核苷酸切除修复NER最初切点是损伤部位附近3′,5′-磷酸二酯键，主要用来修复因UV、丝裂霉素C和顺铂等原因造成比较大损伤，如嘧啶二聚体、6-4光产物或体积较大碱基加合物以及链间交联等造成DNA结构发生扭曲并影响到DNA复制损伤，另外，约20%碱基氧化性损伤也由它修复。在修复过程中，损伤以寡聚核苷酸形式被切除。因为NER识别损伤机制并非针对损伤本身，而是损伤对DNA双螺旋结结构成扭曲，所以，NER能够使用相同机制和几乎同一套修复蛋白去修复一系列性质并不相同损伤。基因突变和dna修复第44页NER在全部生物含有相同步骤：识别损伤—由特殊蛋白质完成，并由此引发一系列蛋白质与受损伤DNA有序结合；切除损伤—特殊内切酶在损伤部位两侧切开DNA链，随即两个切口之间带有损伤DNA片段被去除；修复合成—DNA聚合酶以另外一条链为模板，合成已被切除序列；缝合切口—由DNA连接酶催化。基因突变和dna修复第45页受到ATP水解驱动，2个UvrA与1个UvrB形成三聚体复合物（UvrA2UvrB1）；该复合物与DNA随机结合后，沿着DNA链移动，以探测损伤位置。当碰到嘧啶二聚体时，经过水解ATP，造成损伤部位DNA双螺旋发生局部解链和深入弯曲，致使UvrB与损伤部位形成更紧密接触；UvrA在ATP水解后离开复合物，留下UvrB横跨损伤部位；大肠杆菌核苷酸切除修复基因突变和dna修复第46页UvrC被UvrB招募到损伤部位后激活UvrB核酸内切酶活性，UvrB在距离嘧啶二聚体下游4nt位置切开DNA链；与此同时，UvrC核酸内切酶活性被UvrB激活，在距离嘧啶二聚体上游7nt位置切开DNA链；大肠杆菌核苷酸切除修复基因突变和dna修复第47页在解链酶UvrD作用下，ATP被水解，包含嘧啶二聚体DNA片段发生解链而离开双螺旋，UvrC也随之而去；最终，DNA聚合酶I或II填补空缺；DNA连接酶则缝合切口。大肠杆菌核苷酸切除修复基因突变和dna修复第48页真核生物两类核苷酸切除修复全局性基因组NER和转录偶联性NER全局性基因组NER负责修复整个基因组损伤，速度慢，效率低。转录偶联性NER专门负责修复那些正在转录基因在模板链上损伤，速度快，效率高。两类NER主要差异在于识别损伤机制上，至于损伤识别以后发生修复反应并无本质上不一样。转录偶联性NER由RNA聚合酶识别损伤，当RNA聚合酶转录到受损伤部位而前进受阻时候，转录偶联络统即被起动。基因突变和dna修复第49页全局性NER和转录偶联性NER基因突变和dna修复第50页错配修复（P516）错配修复

（MMR）系统主要用来修复DNA分子上错配碱基对，另外，还能修复一些因“复制打滑”而诱发核苷酸插入或缺失损伤。错配修复系统必须能确保只会将子链上错误碱基切除，而不会把母链中原来就正确碱基切除。大肠杆菌MMR系统利用甲基化来区分子链和母链，所以，大肠杆菌内修复复制中产生错配碱基系统又称为甲基化导向错配修复。至于其它细菌和真核细胞怎样区分子链和母链尚不清楚。基因突变和dna修复第51页大肠杆菌MMR作用主要步骤首先由MutS识别并结合除了C-C以外错配碱基对，MutL随即结合；在错配碱基对两侧DNA经过MutS作相向移动；MutH与MutL和GATC位点结合；MutH核酸内切酶活性被MutS/MutL激活，在非甲基化GATC5′端切开子链；UvrD作为解链酶，催化被切开含有错配碱基子链与母链分离，SSB则与母链上处于单链状态区域结合，特殊外切酶将游离出来含有错配碱基单链DNA进行水解。假如MutH切点在错配碱基3′端，将由外切核酸酶I从3′→5′方向水解。假如MutH切点在在错配碱基5′端，则由外切核酸酶VII和RecJ来降解；DNA聚合酶III和连接酶分别进行缺口修复合成和切口缝合。基因突变和dna修复第52页参加错配修复蛋白质和酶名称和功效大肠杆菌酵母哺乳动物大肠杆菌中蛋白质功效MutSMsh2,Msh6,Msh3Msh1Msh4，Msh5Msh2,Msh6,Msh3不明Msh4，Msh5识别错配碱基，含有弱ATP酶活性。

Mlh1Pms1Mlh2,Mlh3Mlh1Pms2Pms1调整MutS和MutH之间相互作用，与UvrD作用。MutH不明不明结合半甲基化GATC位点，序列和甲基化特异性内切酶，剪切非甲基化GATC5′-端。UvrD不明不明解链酶II，催化被切开含有错配碱基子链与母链分离。基因突变和dna修复第53页双链断裂