第十一章 基因突变与DNA损伤修复.ppt

1、1,第十一章 基因突变与DNA损伤修复,2,主 要 内 容,点突变及其分子效应 生物体的修复机制 基因突变的检测,3,第一节 点突变及其分子效应,点突变的类型 点突变的分子效应 突变的性质 突奕对生物的影响 显性突变和隐性突变 动态突变,4,一、点突变的类型,碱基替换 碱基的增加及缺失,转换：嘌呤与嘌呤相互替换，嘧啶与嘧啶相互替换。 颠换：嘌呤被嘧啶替换，嘧啶被嘌呤替换。,碱基对的插入或从DNA中被删除。,5,二、点突变的分子效应,突变发生在基因编码区 突变发生在基因的非编码区,6,（一）突变发生在基因编码区,同义突变（samesense mutation） 错义突变（missense mut

2、ation） 无义突变（nonsense mutation） 移码突变（frameshift mutation）,7,1、同义突变,DNA碱基组成改变了，不产生突变效应。,DNA： CTACTG mRNA： GAUGAC Pr ： ASPASP,不改变氨基酸，与密码子的兼并性有关。,8,2、错义突变,碱基替换的结果引起氨基酸序列的改变,9,3、无义突变,编码区的单碱基突变导致终止密码子(UAG/UGA/UAA)的形成，使 mRNA的翻译提前终止, 形成不完全的肽链。,10,4、移码突变,在基因的外显子中插入或缺失1, 2或4个核苷酸,使阅读信息发生错位,从而使翻译的蛋白质序列与原来完全不同。,

3、11,（二）突变发生在基因的非编码区,非编码区的突变引起的效应非常复杂。 如：调节蛋白的结合区域发生突变可能使基因产物完全失活或阻断其产生，引起蛋白质数量的变化，而有些非编码区的突变则只会引起细小或的完全没有表型上的改变等。,12,三、突变的性质,突变的稀有性 突变的可逆性 突变的多方向性 突变的不定向性 突变的重演性 突变的有害性与有利性,13,1、突变的稀有性,突变率（mutation rate） ：是指在一个世代中或其他规定的单位时间中，在特定的条件下，一个细胞发生某一突变的概率。在有性生殖的生物中，常以突变型配子占总数配子的百分比来表示突变率。,14,据估计：,高等生物的突变率为110

4、51010 细菌的突变率为110441010,15,各种生物的某些座位的自发突变率,16,2、可逆性,野生型基因,突变型基因,正向突变,回复突变,E.Coli : his+ his- 210-6 his- his+ 410-8,17,3、多方向性,We曙红,Wa杏色,Wb黄,W白眼,Wbf浅黄,W+ 红眼,18,19,4、不定向性,突变发生的时期和部位 理论上：突变可发生于个体发育的任一时期，可发生于体细胞和性细胞，是随机的。 实验表明：发生于性细胞的突变率较高，体细胞发生突变的较少。,20,5、重演性,同种生物中相同基因突变可以在不同个体间重复出现，称为突变的重演性。,例如：玉米胚乳的饱满基

5、因突变为皱缩基因的频率10-6，在多次试验(不同的个体)中重复出现，并且出现的频率都接近于10-6。,21,6、突变的有害性和有利性,多数突变对生物的生长和发育往往是有害的。 某一基因发生突变 长期自然选择进化形成的平衡关系就会被打破或削弱进而打乱代谢关系引起程度不同的有害后果一般表现为生育反常或导致死亡。 不但无害，而且有利。如抗倒、抗病、早熟等突变。,22,小麦的耐盐突变,大麦的抗性突变,水稻雄性不育系,23,四、突变对生物的影响,功能丧失突变 获得功能的突变,24,1、功能丧失突变,无效突变（null mutation）：完全丧失了基因的功能。 渗漏突变（leaky mutation）：

6、基因功能的丧失不完全。,25,无效突变,渗漏突变,+ m,m +,26,2、获得功能的突变,27,五、显性突变和隐性突变,显性突变：突变基因在杂合体中表现出突变性状，为显性突变（a A）。 隐性突变：突变基因在杂合体中不表现，则叫隐性突变（A a）。,28,白化病患者,隐性突变,29,显性基因的遗传:,软骨发育不全症,30,显性突变与隐性突变的检出与纯合(自花授粉),显性突变的表现,隐性突变的表现,31,六、动态突变,动态突变：邻近基因或位于基因序列中的三核苷酸重复拷贝数，在一代代传递过程中会发生明显的增加，如(CGG)n、(CAG)n等，从而使（导致）某些遗传病的发病。 该突变可遗传并产生表

7、型效应引起疾病，多为神经系统疾病。 代表疾病：Hutington舞蹈病(CAG)n、强直性肌营养不良，脆性X综合征(CCG)n。,32,正常 AGT CAG CAG CAG CAG CAG CAG TTT TTA DNA Met Gln Gln Gln Gln Gln Gln Phe Leu AAs 动态突变 （CAG三核苷酸重复） AGT CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG DNA Met Gln Gln Gln Gln Gln Gln Gln Gln AAs,动态突变,正常人：n=635 HD个体：n35 copies 随着世代传递长度增加，发病年龄提前，病情加

8、重。,33,第二节 DNA损伤修复机制,光复活修复 切除修复（又叫暗复活） 错配修复系统 重组修复 SOS修复 修复缺陷与人类疾病,34,1、光复活修复,细菌经紫外线照射后，再放在波长310440nm的可见光下，存活率大大提高，并且降低了突变频率，怎样解释此现象呢？,35,光修复过程, 光复活酶与T=T结合形成复合物; 复合物吸收300 600nm 可见光切断T=T之间的C-C共价键,使二聚体变成单体; 光复活酶从DNA链解离。,36,光复活酶已在许多生物体内发现，包括细菌、酵母菌、原生动物、藻类、真菌、蛙、鸟类。1974年B.M.Sutherland发现人的白细胞中有光复活酶，此后又发现人的

9、成纤维细胞和淋巴细胞中都有光复活酶的存在。,37,2、切除修复（又叫暗修复）,这种修复过程是在DNA内切酶、DNA聚合酶、DNA外切酶、DNA连接酶等共同作用下，将DNA分子受损伤的部分切除，并以完整的一条链为模板，合成切除的部分使DNA恢复正常结构的过程，故叫切除修复。 根据切除片段的大小可分短补缀/丁和长补缀/丁修复。,38,切除修复有2种情况： 先补后切 先切后补,负责切除损伤DNA片段的酶是一种核酸内切酶，由uvr基因编码的多个亚基组成的蛋白质，包括UvrA，UvrB，UvrC 。,39,嘧啶二聚体的切除修复, 内切酶切开损伤的DNA链一端; 聚合酶合成新链取代损伤部分DNA; 外切酶

10、切除损伤部分; 连接酶将缺口封闭形成完整DNA链。,40,3、错配修复系统,该方式在DNA重组过程中对于杂种DNA错配碱基的修复和由此产生的基因转换发挥一定的作用。 DNA错配修复基因首先在细菌和酵母中发现, 后在人类基因组中也找到了类似物。但修复的详细机制还不清楚。,41,4、重组修复,重组修复必须在DNA复制后进行，通过对DNA的复制和同源链的重组，来完成对损伤部位的修复，故又称复制后修复。 出错率较高，易引起突变。,42,重组修复模式图,(1)复制：以损伤单链为模板复制得有缺口子链；未损伤单链复制成完整双链。 (2)重组：缺口子链与完整双链中母链重组，缺口转移到母链，而损伤单链的互补链完

11、整，损伤母链仍然保留。 (3)再合成：转移到母链中的缺口以新互补链为模板聚合补齐。,母链,43,注 意,重组修复并不能将亲代DNA上的损伤除去。 当第二次复制时，留在亲代DNA链上的损伤 仍然要用同样的重组修复作用来弥补。 多代复制后，损伤的亲代链仅占极少数，绝大部分是修复重组后的正常DNA。,44,5、 SOS修复,也称差错倾向修复，这是在DNA分子受损伤的范围较大而且复制受到抑制时出现的一种修复作用。这种修复系统显然是细胞受到损伤时诱导产生的。 1975年，RodmanM在大肠杆菌中证实了这种修复作用的存在。并借用国际上通用的呼救信号“SOS”命名，表示这是细胞受到危险状态时的一种修复方式

12、。,Save Our Ship !,Save Our Souls !,Stop Other Signals !,Sure Of Sinking !,45,两种机制,通过式修复：损伤较大时(如产生很多的T=T)，正常的DNA多聚酶复制到损伤位点时，其活性受到抑制，短暂抑制后产生一种新的DNA多聚酶，由于其修复校正功能较低，新合成的DNA碱基错配频率较高，易引起突变。,切除式修复：DNA双链均有损伤且距离较近时的一种可能的修复机制，也倾向产生错误引起突变。,46,新的DNA多聚酶特点：识别碱基的精确度较低,DNA受到较大损伤,复制经损伤处受抑制,新的DNA多聚酶,损伤部位的DNA修复合成,碱基错配

13、,通过式修复,47,错误的碱基配对,C,A,易导致基因突变,48,三、修复缺陷与人类疾病,着色性干皮病 非黑色素皮肤瘤 Cockayne综合征 共济失调毛细血管扩张症,49,着色性干皮病,由于修复缺陷（切除二聚体能力的缺损）而带来的光敏感遗传性疾病，常染色体隐性基因控制。纯合体对阳光极敏感，皮肤暴露的部位易发生色素沉着、萎缩、角化过度和癌变。,50,51,非黑色素皮肤瘤,1996年D.J.Leffell等指出此病与阳光有关，是由于阳光使皮肤的鳞状细胞或基底细胞内的P53基因发生突变。 P53 ：是抑癌基因，具有清除“叛逆”、保存整体的“组织保护神”的功能。它所产生的蛋白能在DNA受到损伤而不能

14、修复时，启动另一组基因，使受损伤的细胞“自杀死亡”。此外还可阻止细胞进入细胞周期，使受损伤细胞有时间修复。,52,P53蛋白,53,Cockayne综合征侏儒视网膜萎缩综合征,由于紫外线所诱发DNA损伤的切除修复系统有缺陷而造成细胞过早死亡。 侏儒、视网膜萎缩、耳聋、对日光敏感。,54,共济失调毛细血管扩张症,毛细血管扩张，对射线的杀伤作用极其敏感，染色体不稳定性，易患癌症等。,55,第三节 基因突变的检测,病毒和细菌基因突变的检测 真菌营养缺陷型的检测 果蝇突变体的检测 人类显性突变的检测 植物及其它动物突变体的检测,56,三、果蝇突变的检出,果蝇伴性隐性致死（非致死）突变的检出 常染色体突

15、变的检出,57,（一）果蝇伴性隐性致死（非致死）突变的检出,ClB法 Muller-5法 “并连X染色体”法,58,1、ClB法,ClB品系：,C：交换抑制因子,l：隐性致死基因,B：棒眼基因,表示l和B基因间倒位，抑制了两者交换,59,致死,致死,致死 突变型 野生型,？,60,2、Muller-5法,B,B,Wa,Wa,X染色体：有倒位，抑制交换,Muller-5品系：,杏色棒眼,61,F2：,隐性致死 野生型 突变型,和 比例、 出现情况,62,3、“并连X染色体”法,由T.H.Morgan的夫人L.V.Morgan创造的。,？,63,（二）果蝇第二染色体上的隐性突变的检出,平衡致死系：,Cy上有个倒位，可抑制重组,Cy和S都是隐性致死基因,64,