页数：79页文件大小：3.31 MB来源： 分子生物学ppt课件
本课件讨论DNA的损伤、修复与突变，先讲复制过程中的错配修复，再介绍光修复、切除修复、重组修复与SOS修复等途径，说明限制与修饰系统，最后归纳突变类型、回复突变与突变剂的致突变机理。
第五章DNA损伤、修复和突变
第四节突变类型第五节回复突变(抑制突变)第六节突变剂和突变生成概述：损伤因素及其类型第一节复制过程中的错配修复第二节损伤修复第三节限制和修饰
引起损伤的因素:♦自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、自发脱碱基、细胞的代谢产物对DNA的损伤)♦物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线)♦化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）引起损伤的类型：碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链间）、嘧啶二聚体等等
广义的修复系统
第一节复制过程中的错配的修复
DNA mismatch+-----A------------C---DNApol (ξ= 10-8)经第二次校正ξ= 10-11错配修复系统(MRSMismatch RepairSystem)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102～103倍
2、错配修复系统（Mismatch repair system）DNA polymeraseHelicase SSB 外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ) 连接酶MCE(mismatch correct enzyme)3 subunitsmutH, 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Ⅰ切割切点的5’端（错配碱基在切点的5’端）----------------Ⅶ----------------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---ung-ase ①GCUAU---TAGC------A CG---AP内切酶(Apurinase)②---TAGC------ATCG---DNApolLigase③
第二节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（）（P131页）TTCCCT相邻的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体CCCCCCCC
复制前
切除修复Exision—Repair复制
ABA BCA B CA BCAB螺旋酶PolІ螺旋酶连接酶切补切封
3. 重组修复（Recombinative—Repair）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 TTAA AATT TTTT TTAA AATT
与Rec-A蛋白引起的重组
重组修复(链转移修复)复制后修复容易出错
易错修复
（2）SOS 修复机制SOS 修复－－无模板指导的DNA复制大剂量的紫外线照射，大量的二聚体产生SOS系统诱导，错误潜伏的复制超越二聚体而进行错误碱基
SOS 修复只是SOS反应的一部分RecA在SOS反应反应中起核心作用RecA与LexA组成调控环路DNA 损伤SOSRecA受LexA的部分抑制
RecA-P
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
上节课内容回顾：1、复制过程中的错配修复错配修复系统尿嘧啶－N－糖苷酶修复系统2、DNA
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LexA gene onSOS off
第三节限制和修饰
1、限制－修饰现象(restriction and modificaion)50年代初Luria（T偶数噬菌体）Bertani（λ）Weigle（P2噬菌体）
结论：♪菌体限制修饰系统中的限制性内切酶能将外来DNA切断♪菌体本身的DNA可受甲基化酶的保护两者称为限制-修饰作用*E.coli K菌株和B菌株各有自己的限制修饰系统* E.coli C菌株没有细菌借助于限制-修饰系统来区别自己DNA和外源DNA
自己DNA: 限制模式相同的DNA同株系的不同个体DNA、寄生于其中的质粒和噬菌体居民DNA(resident DNA)：同一个细胞内的不同类型的DNA，包括细胞DNA，质粒DNA，噬菌体DNA等
2、限制－修饰系统根据其特征分为两大组(三大类)
第四节突变类型
染色体突变
突变体(mutant)：携带突变的生物个体或群体或株系突变基因(mutantgene): 存在突变位点的基因野生型基因（wild type gene）：表示方法表现型Arg+Arg-基因型arg+ arg-野生型正性状
从突变作用来源上定义自发突变
碱基异构式引起DNA复制的错配G(k) C(a)正确配对A(a)T(k)错误配对G(k)T(e)A(a)C(i)A(i, anti) A(a, syn) A(i, anti) G(k, syn)G(e,i, anti) G(k, syn) G(e,i, anti) A(a, syn)A(i)C(a)G(e)T(k)
A(a)T(k)A(a, anti)T(k, anti)C(i)C(a, anti)A(a)A(i, anti)碱基异构式引起DNA的错配突变C(i)C(a)G(k, syn)G(k, syn)G(k, anti)G(k)
从序列改变多少上定义单点突变
核苷酸缺失或插入（dNt deletion or insertion）= 3x dNt±n x Amino acid= 3x dNt移框（Framshift）移框突变（frameshift mutation）:一个或两个碱基的插入或缺失，或扁平碱性染料分子3、从对阅读框的影响上定义移码突变
Examples of deletion mutations
从对遗传信息的改变上定义
---错义突变GAA →AAA Lys---无义突变GAA → TAA(stop)无义突变类型UAA （Oc）赭石型（Ocher）UAG（Am）琥珀型（amber）UGA（Opal）乳石型（Opal）
5、从突变的表达类型上定义---非条件型突变:---条件型突变:突变的表现= 突变基因型+ 诱导条件（光，温敏感不育）6、从突变效应上定义正向突变回复突变:使突变体所失去的野生型性状得到恢复的第二次突变真正的原位回复突变很少大部分为第二点的回复突变－－－－抑制突变
7、突变位点存在于负责基因调控的序列中*在启动子区域时:启动子上升突变: 增强启动子对转录的发动作用的突变启动子下降突变:* 在操作子上或调节基因上组成型突变: 产生组成型表达方式的操作子突变或调节基因的突变突变的操作子不能被阻遏蛋白所识别调节基因突变不能产生有活性的阻遏蛋白两者之一都使结构基因失去了负向控制
第五节回复突变(抑制突变)
1、抑制突变发生的部位基因内抑制突变：抑制突变发生在正向突变的基因中基因间抑制突变：抑制突变发生在正向突变基因外的其它基因中wild typemutant (表现型)正向突变(low F.)回复突变(very low F.正向的1／10)
间接抑制突变: 不恢复正向突变基因蛋白质产物的功能,而是通过改变其它蛋白质的性质或表达水平而补偿原来突变造成的缺陷,从而恢复野生型2、野生表型恢复作用的性质直接抑制突变: 通过恢复或部分恢复原来突变基因产物蛋白质的功能而恢复野生表型
3、回复突变的分子机制a) AGC (Ser) ACC (Thr) AGC (Ser)b) AGC(Ser) AGG (Arg) AGT (Ser)c) AGC(Ser) AGG (Arg) GGG (Gly)if Ser ≈ Gly
（1）基因内抑制突变(Intragenic suppression)第二位点引起的基因内校正密码子间两次错义突变的互补4、抑制突变的分子机制错义突变移框突变错义突变造成野生型表型的丧失－－－部分原因在于影响到蛋白质的空间结构(正负电荷、疏水作用)
a、静电作用
b、疏水作用
---UGG174----------GGA210---(w.t.)(K) (G)回复突变(C)（G）----UGG 174-----------GGA210--------UGG174----------GGA210--------UGC174-----------GAA210----活性结构无活性结构CA无活性结构(K) (E)
上节课内容回顾：1、限制和修饰现象2、突变的类型突变作用来源、序列改变多少、对阅读框的影响
移框突变的抑制突变(基因内第二点的插入或缺失)
（2）基因间的抑制突变无义突变---无义抑制突变错义突变---错义抑制突变移框突变---移框抑制突变发生在tRNA基因或与tRNA功能相关的基因上
a、基因间的无义抑制突变（Nonsense suppressor ）野生型UAG、UGA、UAA－－－三种无义抑制50％赭石型无义抑制tRNA产生的几率很低，且抑制效率很低
AGAUCUArgGlyGGACCUUCUGlyCCUGlyb、基因间的错义抑制突变( Missense suppressor )Gly
c、基因间移框抑制突变总结：基因内和基因间的错义（无义）、移框抑制突变均由相应的错义（无义）、移框突变抑制
第六节突变剂和突变生成
1、碱基类似物（Base analog）2-氨基嘌呤2-Amino purine5-溴尿嘧啶5-Bromine Uracil OOBrNH2
5-BrU
In DNABrU(k) >BrU(e)(正常形式) (异构体)BrU(k) BrU(e)难易A G G AT C C T>碱基类似物产生的均为错义突变
2、碱基的化学修饰导致突变又称化学突变剂：亚硝酸（nitrous acid HNO2）羟氨（hydroxylamine HA）甲磺酸乙酯（ethyl mathanesulfonate EMS）N-甲基-N’-硝基-N-亚硝基胍（N-mathyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidion NNG）产生－－－错义突变
NH2OH (HydroxylamineHA 羟胺)C(i)A(a)HNHHOC(a)HAHNHHHOHNHHOHNHHOHNHHONH
3、嵌合剂的质突变作用吖啶橙(Acridine Orange AO) 扁平染料分子溴化乙锭(Ethidium Bromide EB )-ATTTTTCG --TAAAAAGC--A TTTCG --T AAAGC-TAO T-AT EBTTTTCG--TA分子插入AOEB-ATTTCG --TAAAGC--ATX’TTTTCG--TAX AAAAGC-XAAAAGC-结果产生－－－移框突变
5、增变基因（mutator gene ）w.t. 维持遗传的稳定性mut.随机引起其他各类基因的突变一种误称4、转座成分的致突变作用生物体内有些基因与整个基因组的突变频率直接相关其突变时，整个基因组的突变频率明显上升
增变基因类别：a、DNA polymerase 相关基因3’ 5’ 校正功能突变b、错配修复系统的基因MCE (mismatch correction enzyme)c、DNA损伤修复系统基因错配，损伤修复功能丧失突变率升高
6、紫外线的致突变作用---嘧啶二聚体(TT dimer )∧U.V.…C T T A…
脱氨氧化U.V.CUA(a)U.V.U.V.H2O H++ OH-C(a)C(i)A(a)脱嘌呤造成的突变：碱基替代、缺失、重复、移框
7、突变热点（Mutation Hotpoint）基因自发突变的频率是一定的DNA分子上某些位点的突变频率大大平均数，这样的位点称为－－－－
a)重复序列（repetitiveseq.）/palindromicseq.e.g. Lac. Operon---CTGGCTGGCTGG---b) m5Cc) 不同诱变剂作用位点不同，转座子插入位点不同UC m5CT脱氨氧化复制时，模板与新生链间滑动错配缺失，插入突变复制期发生在新生链上不发生突变，若发生在模板链上很快突变非复制期突变频率50％
DNA 的损伤修复与突变Mutagen (诱变剂）完全修复DNA 损伤碱基的化学反应损伤的修复突变突变生成
名词解释移框突变无义突变错义突变增变基因
本章结束!!
2003－2004第一学期6课时
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