突变类型和修复要点

1、突变类型和修复要点2第一节 突变与表型第二节 回复突变和抑制突变第三节 突变的修复3本部分重点突变的表型效应突变体的概念及其形成过程抑制突变的种类和机制光修复、切补修复、重组修复和SOS修复系统的修复过程与机理4本部分难点基因内抑制突变、基因间抑制突变光修复、切补修复、重组修复和SOS修复系统的修复过程与机理5第一节 突变与表型 碱基置换引起的无义突变（引起遗传性状改变）错义突变（引起遗传性状改变）沉默突变（不引起遗传性状改变）同义突变（不引起遗传性状改变）移码突变引起的（引起遗传性状改变）易位突变引起的（不一定引起遗传性状改变）突变的表型效应一、突变的表型效应61、碱基置换引起的突变（图）7

2、错义突变(missense mutation) 当DNA分子上密码子中的碱基被置换，新密码子编写的氨基酸与原来的密码子不相同，使多肽链的氨基酸排列顺序发生变化。错义突变通常在第一或第二个碱基发生变化时，容易引起氨基酸种类改变。8无义突变(nonsense mutation) 决定某氨基酸的密码子被终止密码子（UAG）代替，因而mRNA翻译多肽链过程中出现句号，使翻译工作中途停止，难以完成一条完整的多肽链的合成，这种肽链是没有活性的。 9同义突变(synonymy mutation)指DNA分子上的遗传密码由于置换而成为新的密码子，但是这种新密码子构成的氨基酸与原有密码子所构成的氨基酸相同。这是

3、一种无遗传意义的突变。这种突变不能引起氨基酸序列的改变。10沉默突变(silent mutation)碱基置换造成多肽链中一个氨基酸的改变，但该氨基酸不能影响多肽链的正常功能，因此不改变微生物的遗传性状。112、移码突变 移码突变是在DNA分子上的密码子中添加或丢失一个或几个碱基，其结果造成从改变的碱基开始所有其后的密码子碱基都往后移动，使密码子杂乱而重新编组，使多肽链上的氨基酸序列发生很大的改变，并出现明显的遗传性状变异。123、突变的表型效应 (phenotypic effect) 突变不一定能产生遗传效应 即使产生了遗传效应，也不一定就能直观看出13 （1）突变不改变表型同义突变和沉默突

4、变 变异后合成新的氨基酸没有影响多肽的正常功能 14（2）显性突变和隐性突变的表型效应纯合体显性基因突变：AA、aa纯合体隐性基因突变：AA、aa杂合体显性基因突变：Aa杂合体隐性基因突变：Aa15 （3）突变的表型与环境突变后的个体被环境淘汰，如个体死亡环境条件不适合时表型不体现，如氨基酸缺陷型16二、突变型的种类 形态突变型 生化突变型 条件致死突变型 致死突变型 抗性突变型 171. 形态突变型 形态突变是一种可见突变，包括：菌落形状大小、颜色、表面结构、孢子数量和颜色；细胞形态鞭毛、荚膜、菌体形状、大小、孢子形态和大小；细胞结构细胞膜透性等；噬菌体噬菌斑形状、大小及清晰度等。182.

5、条件致死突变型条件致死突变（conditional lethal mutation）是一类遗传学分析最有用的突变型，它们的生命分界线由某种条件决定。这种突变体在允许条件下存活，在限制条件下致死。温敏突变型，它们在一定温度下致死，在另一种温度下表现正常的生命活动。脱敏突变，又称抑制敏感突变（sensitivity restricting mutation），在抑制基因存在时能生长繁殖，而抑制基因消失时就停止生长繁殖。193. 致死突变型突变使多肽链完全丧失活性，引起致死，尤其是染色体畸变更易造成这种现象。显性致死（杂合状态）隐性致死（纯合状态）204. 抗性突变型抗性突变（resistance

6、mutation) 最为常见包括抗药突变抗噬菌体突变抗高温突变抗辐射突变215. 生化突变型可引起生化代谢的变化的突变称为生化突变(biochemical mutation)。最典型的是营养缺陷型，它从野生型基因突变形成。其特点是由于突变而失去合成某种代谢物质的能力，如氨基酸、维生素等，当环境中缺乏这种物质它就不能生长繁殖。反之，只有给它补充了这种物质，才能具有正常的生命活动。还有糖类分解发酵突变株、色素形成突变株及有益代谢产物生产能力突变株。 22三 突变体的形成与表型延迟突变体形成的三个步骤：诱变剂与DNA接触 突变发生 突变体形成 表型延迟 231、突变体形成(1)诱变剂与DNA接触(2

7、)突变发生(3)突变体形成24(1)诱变剂与DNA接触诱变剂需经过以下途径才能与DNA接触：细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体25(2)突变发生DNA处于复制状态有利于突变的发生26(3)突变体形成并且不是所有的突变都能形成突变体（突变要经复制才能形成突变体） 突变可能被修复27 2. 表型延迟 表型延迟（phenotype lag）现象是指微生物通过自发突变或人工诱变而产生新的基因型个体所表现出来的遗传特性不能在当代出现，其表型的出现必须经过2代以上的繁殖复制。28延迟的原因 ：当突变发生在多核细胞中的某一个核 原有基因产物的影响 29第二节 回复突变和抑制突变正向突变、回复突变和抑制突变 基因

8、内抑制突变 基因间抑制突变 基因间间接抑制突变 301. 正向突变、回复突变和抑制突变 正向突变(forward mutation)：是指改变野生型性状的突变。回复突变(back mutation或reverse mutation) ：突变体所失去的野生型性状可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变叫做回复突变。抑制突变(suppressor mutation)：真正的原位回复突变很少，而大多数是第二位点突变，即原来位点的突变依然存在，而它的表型效应被基因组中第二位点的突变所抑制，因而又称为抑制突变。312. 基因内抑制突变(intragenic suppressors) 发生在正向突变的基

9、因之中。错义突变和移码突变都可被基因内另一位点的突变所抑制。有些基因内抑制突变表现为温度敏感型。移码突变的回复突变几乎全是基因内抑制突变。 错义突变的基因内抑制突变333. 基因间抑制突变基因间无义抑制突变 基因间错义抑制突变 基因间移码抑制突变 温度敏感抑制突变和抑制增强突变 34（1）基因间无义抑制突变 无义密码子（琥珀密码子UAG）使肽链合成终止。突变的tRNA反密码子与无义密码子互补。能抑制正向突变表型的突变了的 tRNA称为抑制tRNA (suppressor tRNA)。抑制tRNA不是细胞对无义突变应答的产物，而是自发突变或诱变的结果。 35抑制tRNA对无义突变的抑制 思考：突

10、变的tRNA校正基因是否会影响正常的终止？(1)校正基因识别的终止密码子不一定和正常终止的密码子相同。有时正常终止位点有两个连续的终止密码子，而且结构不同，如UAG-UAA；(2)释放因子将和抑制基因竞争和终止密码子的结合；(3)抑制基因的效率很低，通常为15%，所以常不会抑制正常终止。校正基因一般不会影响正常的终止38（2）基因间错义抑制突变 如：错义突变：GGA(Gly)AGA(Arg)，蛋白质失活；Gly-tRNA的反密码子：CCUUCU仍将Gly安插在错义突变的密码子AGA处，蛋白质恢复活性；如果安插的氨基酸不是甘氨酸而是其他氨基酸，只要能恢复或部分恢复蛋白质活性，都表现出错义抑制效应

11、。39（3）基因间移码抑制突变移码突变也可由tRNA分子结构的改变而被抑制。如E. coli 的突变tRNAGly在它的反密码子loop上增加了一个C、反密码子成了CCCC，因而能识别移码突变 GGGG，从而矫正了由于插人一个碱基造成的移码突变。40（4）温度敏感抑制突变和抑制增强突变琥珀型(amber)突变的抑制tRNA表现出温度敏感性：在30时产生抑制，在42时不能。（即30 下正常生长，42 下死亡）若在较高温度时也能生长，称为抑制增强突变(Sue, suppressor enhancing mutation) Sue突变对非温度敏感的抑制突变同样能增强抑制效应。 （即30 下正常生长，

12、42 下也能正常生长）414. 基因间间接抑制突变直接抑制突变(direct suppressors)通过恢复或部分恢复原来基因蛋白产物的功能。所有基因内抑制突变的作用都是直接的。一些改变翻译性质的基因间抑制突变的作用也是直接的。间接抑制突变(indirect suppressors)不恢复正向突变基因的蛋白质产物的功能；通过改变其他蛋白质的性质或表达水平而补偿原来突变而造成的缺陷，使野生型表型得以恢复。 42基因间间接抑制突变两个基因的多肽产物突变互补；反应途径中不同酶活性的此消彼长；绕过被阻断的步骤;有害物质的积累被提高的分解酶的活性或将其纳入其他生化反应而消除。 43基因间间接抑制突变途

13、径之一445. 增变基因和突变热点增变基因(mutator gene)与整个基因组的突变频率直接相关的基因，如DNA聚合酶的各个基因，其3 一5 校对功能丧失或降低dam基因和mut基因突变，使错配修复系统功能丧失突变热点(hot spots of mutation)某些位点的突变频率高于平均数。原因为：5甲基胞嘧啶的存在，或在短的连续重复序列处容易发生插入或缺失突变，插入或缺失的正是这一重复序列。与所使用的诱变剂有关。45第三节 突变的修复复制前修复切补修复（针对任意碱基或嘧啶二聚体）光复活（针对嘧啶二聚体）复制后修复重组修复（针对嘧啶二聚体）SOS修复（针对嘧啶二聚体）46切补修复(exc

14、ision repair) 是在限制性内切核酸酶、外切核酸酶、DNA聚合酶及连接酶协同作用下进行的。整个修复过程不需要可见光，在黑暗条件下就可以修补。因此也称为暗修复。47 切补修复的机理碱基切除（Base excision）糖基化酶系统（针对任意碱基）核苷酸切除（Nucleotide excision）uvrABC 系统（针对嘧啶二聚体）错配修复（Mismatch repair）mutHLS修复途径（针对任意碱基）48碱基切除过程（针对任意碱基）1.糖基化酶识别改变了的碱基，把碱基从N-糖苷键处切下来。2.由无嘧啶核酸内切酶在无嘧啶位置上切断磷酸二酯键。3.利用DNA聚合酶I切除损伤部位，补

15、上核苷酸。连接酶连接。49核苷酸切除过程（针对嘧啶二聚体） 1. uvrA 和uvrB 的复合物蛋白识别损伤部位。2.发现二聚体后，uvrA解离 ，uvrC 加入。3. uvrB和uvrC 在损伤部位的两端造成单链缺口。4. 损伤部位的 DNA 被一种helicase II（ uvrD ）移走。5. DNA上的缺口由 DNA polymerase I 和ligase填补。50 错配修复过程（针对任意碱基）1.母链和子链的识别。DNA腺嘌呤甲基化酶使GATC中的A甲基化，为母链。2. mutHLS复合体与错配位点及最近的甲基化的GATC结合。3.在新合成的链上形成两个缺口，错配链被移走。4. D

16、NA上的缺口由 DNA polymerase I 和ligase填补。51 错配修复过程52光复活是指光诱导后使损伤的DNA修复。The repair of ultravioletirradiated DNA by the cleavage of pyrimidine dimers is catalyzed by the photolyase，an enzyme that requires post-irradiation exposure to visible light. 细菌经紫外线照射后，再放在可见光下，存活率大大提高，并且突变频率降低。在许多生物，如酵母菌、原生动物、藻类、动植物中均

17、存在这种修复机制。光复活( Photoreactivation) （针对嘧啶二聚体）53The repair of ultravioletirradiated DNA by the cleavage of pyrimidine dimers is catalyzed by the photolyase，an enzyme that requires post-irradiation exposure to visible light. 经紫外线照射后的DNA的修复是通过光裂合酶的作用而把嘧啶二聚体打开，这种酶所进行的修复需要在可见光的照射下完成。翻译54 二聚体的形成55光复活过程1.光裂合酶

18、识别并结合在二聚体部位。2.发色团吸收370nm的可见光，形成FADH-自由基。 3. FADH-自由基影响二聚体电子分布，二聚体解开。56用紫外线照射切补缺陷株uvrA6，培养一段时间后提取其DNA。发现其单链DNA片段比未经照射的DNA片段短得多，约等于紫外线诱发的两个二聚体间的距离。在继续培养过程中，这些片段变长，直至达到对照的长度。当用同位素标记辨别亲本和新合成的DNA时，发现亲本和新合成DNA的交换。 重 组 修 复（针对嘧啶二聚体）重组修复机理的研究571.以带有二聚体的DNA为复制的模板，合成带缺口的DNA链。2.在重组蛋白的作用下，母链和子链发生重组。3.重组后母链上的缺口由D

19、NA polymerase I 和ligase填补。重组修复过程58SOS修复（针对嘧啶二聚体）SOS修复是在DNA被损伤的范围较大，复制受到抑制时出现的一种修复功能。是一种倾向差错的修复过程。SOS修复的发现SOS修复的机制59 SOS修复的发现50年代，J. Weigle发现：经紫外线照射后的噬菌体感染大肠杆菌后，一部分噬菌体被杀死，不能形成噬菌斑，而存活下来的噬菌体中出现了许多突变型。把紫外线照射后的噬菌体感染轻度照射后的大肠杆菌时，噬菌体的存活率明显增加，突变率也随之增加。概括为：经紫外线照射后的大肠杆菌更能支持紫外线照射的噬菌体的生长。该现象称为紫外线激活反应（UV reactiva

20、tion ）或W激活反应（W reactivation ）。60Survival of an ultraviolet-irradiated phage is greater upon infecting a host that has also been irradiated with UV than upon infecting a host that has not been irradiated with UV. The increased survival in the UV irradiated host is due to the induction of the SOS-repair system in the host.61Survival of an ultraviolet-irradiated phage is greater upo