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 tr

2、ansition (Base 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

3、突变（Leaky mutations） 致死突变 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 resto

4、res wild type. true reversion （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

5、万个配子中突变的数目 诱发突变诱发突变（induced mutation） 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

6、。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 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。 C

7、MeT 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 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

8、。 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GATC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，

9、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

10、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，复制酶无法通 过 p跳过，重新合成引物和 DNA p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

11、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