DNA的突变和修复戴启凡N.ppt

LOGO DNA的突变和修复 姓名：戴启凡 学号：N080104107 主要内容 第一节 复制错误及其修复 第二节 DNA损失 第三节 DNA损伤的修复 第一节 复制错误及其修 复 v 一、突变的概念和类型 v 二、复制过程中的错配修复 突变和概念和类型 v （一）突变的概念 v （二）突变类型 1、根据DNA碱基序列改变 2、对阅读框架的影响 6、根据影响基因调控的序列 3、根据对遗传信息的改变情况 4、根据突变表现型对外界的敏感性 5、从突变效应背离或返回到野生型 突变的概念 v 突变（mutation）：DNA碱基发生可遗 传的永久性改变 v 突变基因：带有突变位点的基因 v 突变体：带有突变基因的生物个体或群 体 根据碱基序列改变 点突变 单点突变 多点突变 碱基插入 碱基缺失 对阅读框架的影响 v 移框突变：插入或缺失一个或两个碱基 都会引起移框突变 v 结果：使表达产物蛋白质的一级结 构改变，蛋白质合成的过早终止 对遗传信息的改变情况 同义突变 错义突变 无义突变 没有改变产物氨基酸序列的密码 子的碱基突变，如赖氨酸 碱基序列的改变引起氨基酸的改 变，如镰刀形贫血 某个碱基的改变使代表某种氨基 酸的密码子变成为蛋白质合成的 终止密码子 同义突变和错义突变的图示 遗传密码表 突变表型对外界环境的敏感性 非条件突变 条件突变最常见的是温度敏感突变 据突变效应背离或返回到野生型 正向突变 回复突变 改变了野生型性状的突变 突变体所失去的野生型性状可以 通过第2次突变得到恢复，这第2 种突变称为 据影响基因调控的序列 启动子上 升突变 启动子下降 突变 突变位点位于启动子区域，结果 是增强启动子的作用 突变位点位于启动子区域，结果 是降低启动子的作用 组成型突 变 使结构基因失去负向控制的操纵 子或调节基因的突变 DNA mismatch + - A- - -C- DNApol (= 10-8) 经第二次校正= 10-11 错配修复 系统(MRS Mismatch Repair System) 1、错配修复碱基来源：校正活性所漏校的碱基 使复制的保真性提高102103倍 2、错配修复系统（Mismatch repair system） DNA polymerase Helicase SSB 外切核酸酶 (和) 连接酶 MCE (mismatch correct enzyme) 3 subunits mutH, L, S dam geneDNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶) 扫描新生链中错配碱基 识别新生链中非 m6A 的GATC序列 酶切含错配碱基的新生DNA区段 （1）组成 DNA合成过程中的甲基化变化 DNA中的GATC(palindromic seq.) 为m6A甲基化敏感位点 平均每2kb左右有一GATC seq. 错配修复系统受甲基化的引导 甲基化程度的差异 a、MutH/MutS 扫描识别错配 碱基和邻近的GATC序列 切点甲基化GATC中 G的5侧 DNA helicase II, SSB, exonuclease I去除包括错 配碱基的片段 DNA polymerase III 和 DNA ligase 填充缺口 昂贵的代价用于保证DNA的准确性 （2） 修复过程 外切核酸酶切割切点的5端（错配碱基在切点的5端） - -3端（-3端） 3、 尿嘧啶-N-糖苷酶系统 ( ung system ) 修复尿嘧啶的来源：dUTP的渗入 胞嘧啶的自发脱氨氧化 -TAGC- -ATCG- -TAGC- -A CG- U -TAGC- 尿嘧啶N 糖基酶 GCUA U -TAGC- -A CG- AP内切酶 (Apurinase) -TAGC- -ATCG- DNApol Ligase 碱基切除修复 核苷酸切除修复 一、DNA损伤损伤 的原因 (一)自发发性损伤损伤 （spontaneous mutations） 1、DNA复制错误错误 校正后的错错配率仍约约在10-10左右 2、自发发性的化学变变化 脱嘌呤和脱嘧啶嘧啶 脱氨（基）(deamination)作用 第二节节 DNA损伤损伤 （1）脱嘌呤和脱嘧啶嘧啶 糖苷键键断裂, 嘌呤和嘧啶嘧啶 从DNA链链的核糖磷酸 骨架上脱落 （2）脱氨基作用（deamination） CU; A H（次黄嘌呤), H-C; G X（黄嘌呤），X-C （二）物理因素引起的DNA损伤损伤 放射线线 1、X-射线线、射线线、宇宙射线线 失去电电子/打断双链链，破坏了碱基和糖基 2、紫外线线 同一条DNA链链上相邻邻的嘧啶嘧啶 以共价键连键连 成 嘧啶嘧啶 二聚体 （三）化学物质质引起的DNA损伤损伤 1、碱基类类似物 5-溴尿嘧啶嘧啶 （5-bromouracil,5-BU） 氨基嘌呤（2-aminopurine 2-AP） 迭氮胸苷（AZT, azidothymidine） (1)5-溴尿嘧啶嘧啶 和 T 很相似，仅仅在第5个碳元子上由Br取代 了甲基，5-BU有酮酮式、烯烯醇式两种异构体， 可分别别与A及G配对结对结 合 A T A BU A BU* A T G BU* A T A T G C G BU* 5-溴尿嘧啶嘧啶 引起的突变变 酮酮式 烯烯醇式 （2）2-氨基嘌呤(2-AP) 也是碱基的类类似物，有正常状态态和稀有状 态态两种异构体，可分别别与T和C配对结对结 合。当2- AP掺掺入到 DNA复制中时时，由于其异构体的变换变换 而导导致AT G C 2、亚亚硝酸（introus acid, NA） 有氧化脱氨作用 CU，与A配对对，GC AT AH（次黄嘌呤），与C配对对，ATGC GX（黄嘌呤），仍与C配对对，不引起突变变 3、烷烷化剂剂：它们们的作用是使碱基烷烷基化 甲基黄酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基黄酸甲脂 （MMS）,亚亚硝基胍（NG）等 4、嵌入剂剂 吖啶吖啶 橙、原黄素、吖吖黄素等吖啶类吖啶类 染料 嵌合到DNA碱基对对之间间 导导致单单个碱基对对的插入或缺失，引起移码码突 变变 二、DNA损伤损伤 与突变变 （一）突变变（mutation） 1、广义义：发发生在遗传遗传 物质质中的可遗传遗传 的改变变 （1） 染色体畸变变：发发生在染色体水平的突变变 （2）基因突变变：发发生在基因水平的突变变 2、分子生物学定义义： DNA序列改变变引起的可遗传遗传 的变变化 突变变是进进化的分子基础础 （二）突变发变发 生（mutagenesis） 1、自发发突变变（spontaneous mutation） 自然发发生的突变变 2、诱发诱发 突变变（induced mutation） 诱变剂处诱变剂处 理所诱发诱发 的突变变 （三）DNA损伤损伤 与突变变的关系 DNA复制错误错误 自发发的化学变变 化 自发损伤发损伤自发发突 变变 物理因素 化学因素 DNA损伤损伤诱发诱发 突 变变 第三节 DNA损伤的修复 一、嘧啶二聚体的产生 类型：TT二聚体 （ ）、CC二聚体（ ）、 CT二聚体（ ） TTCC CT TT二聚体TC二聚体 C CC C C C CC PR 1、光复活（photo reactivation ） -TT- -AA- -TT- -AA- -TT- -AA- -TT- -AA- 复制前、不容易出错 400 nm 蓝光、PR 酶 (photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶（photolyase） 可见光激活 二、二聚体修复的机制 2. 切除修复 ExisionRepair 复制前进行 不易出错 UvrA, B, C gene 内切核酸酶 （Endonucleases） 外切核酸酶 （Exonuclease） DNA pol Ligase 碱基切除修复 核苷酸切除修复 核苷酸切除修复 3. 重组修复（RecombinativeRepair） 后复制修复、E.coli的挽回系统 E.coli 存活% U.V 计量 w.t.UvrA+ RecA+ uvr a- rec a- 该系统存在的实验证 据 Rec-A. gene 以某种方式参与DNA损伤修复 Rec修复系统比切除修复系统更有效 目前知道 Uvr系统负责 切除二聚体 Rec系统负责 消除没有被切除的二聚体 可能造成的后果 TT TT AA AA TT TT TT TT AA AA TT TT 变性 E.coli (Rec-A, uvr-a-) D.S. DNA S.S. DNA U.V. 复制 提取 变性 复制过程越过二聚体而在相应新链上留下缺口 二聚体后起始 修复时期的证明 与Rec-A蛋白引起的重组(strand transfer)有关 TT dimer未被修复，仅表现在后代群体中TT dimer 浓度的稀释 链的非准确转移，导致突变机率的增加 重组修复相关机制: 重组修复 (链转 移修复) 复制后修复 容易出错 RecA, DNApolymerae ligase 二聚体后起始 RecA 聚合酶、连接酶 重组修复后的损伤位点可 由其它机制进一步修复 4. 易错修复（SOS修复 SOS repair） E.coliE.coliE.coli 80 10 100 mut. 100% 50% 10% 损坏的噬菌体 DNA 在E.coli A被修复 E. coli 的SOS修复能被U.V.诱导 (A 三种功能 a、 DNA 重组活性 b、 与S.S. DNA结合活性 c、 少数蛋白的proteinase活性 当DNA正常复制时 （无复制受阻，无DNA损伤， 无TT dimer） RecA-p不表现proteinase活性 当DNA复制受阻/ DNA damaged 细胞内原少量表达的RecA-p与S.S, DNA结合 激活RecA-p的proteinase活性 修复损伤 LexA-p降解 RecA-p高效表达 SOS open 当DNA复制度过难关后 SOS repair 是一种错误倾 向性极强的修复机制 是进化中形成的“ 竭尽全力，治病救人” 的措施 （正常状态下，SOS是关闭的） RecA-p很快消失Le