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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： 突变体:携带突变的生物个体、群体或株系 突变基因野生型基因（没有发生突变的基因） 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 transitio
2、n (Base mispairing )颠换 transversion,染色体畸变：染色体结构和数目的改变叫做染色体畸变（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 （genome mutation），即整倍数改变。 基因突变：发生在基因水平的突变称为基因突变（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突变（Leaky mutations） 致死突变,二、突变的分类(续)
3、,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 restores 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（
4、第二点突变或抑制突变）,二、突变的分类(续),自发突变（spontaneous mutatiow） 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，或每百万个配子中突变的数目 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
5、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。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
6、。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。 CMeT 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： 糖苷水解酶特异
7、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； AP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； DNA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。,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
8、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，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
9、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： 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 移去小片段后由DNA聚合酶I（原核）或（真核）合成新的片段 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：,损伤部位，复制酶无法通过 跳过，重新合成引物和DNA 子代链损伤处留下缺口 遗传重组，从完整母链上响应核酸酸序列移到子链缺口处 再合成序列补上母链缺口,重组
10、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）,SOS反应由Rec A蛋白和Lex A蛋白相互作用引起。 Rec 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。 LexA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，使一系列SOS基因得以表达，其中包括： 紫外线损伤的修复基因uvrA，uvrB、uvrO(分别编码切除酶的亚基)， recA和LexA基因本身 编码单链结合蛋白的基因ssb，与噬菌体DNA整合有关的基因himA 与诱变作用有关的基因umuDC(编码DNA聚合酶V)和dinB(编码DNA聚合酶) 与细胞分裂有关的基因sulA、ruv和lon,
