{生物科技管理}分子生物学5

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1、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： DNA聚合酶的校对功能(复制的范畴) 尿嘧啶-

2、N-糖苷酶修复系统 （复制时U的渗入、C脱氨氧化成U） 错配修复系统 损伤修复系统(光复活、重组修复、SOS修复等), 限制修饰系统-对付外源DNA的入侵,第一节 复制过程中的错配的修复,DNApol (= 10-8) 经第二次校正= 10-11,错配修复系统(MRS Mismatch Repair System),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102103倍,2、错配修复系统（Mismatch repair system）,DNA polymerase Helicase SSB 外切核酸酶 (和) 连接酶,MCE (mismatch correct enzym

3、e) 3 subunits mutH, L, S,（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,外切核酸酶切割切点的5

4、端（错配碱基在切点的5端） -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 ,G,C,U,A,U,-TAGC- -A CG-,AP内切酶(Apurinase) ,-TAGC- -ATCG-,第二节 DNA损伤的修复,一、嘧啶二聚体的产生,相邻的胸腺嘧啶,胸腺嘧啶二聚体,PR,1、光复活（photo reactivation ）,-TT- -AA-,-TT- -AA-,-TT- -AA-,复制前、不容易出错,400 nm

5、蓝光、PR 酶 (photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶（photolyase）,可见光激活,二、二聚体修复的机制,2. 切除修复 ExisionRepair,复制前进行 不易出错,UvrA, B, C gene 内切核酸酶 （Endonucleases） 外切核酸酶 （Exonuclease） DNA pol Ligase,碱基切除修复,核苷酸切除修复,碱基切除修复,核苷酸切除修复,A,B,A B,C,A B C,A B,C,A,B,螺旋酶,Pol 螺旋酶,连接酶,切,补,切,封,3. 重组修复（RecombinativeRepair）,后复制修复、E.coli的挽

6、回系统,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 TT,变性,复制过程越过二聚体而在相应新链上留下缺口 二聚体后起始, 修复时期的证明, 与Rec-A蛋白引起的重组(strand transfer)有关, TT dimer未被修复，仅表现在后代群体中TT dimer 浓度的稀释, 链的非准确转移，导致突变机率的增加,修复相关机制:,重组修复 (链转移修复),复制后修复 容易出错,RecA, DNAp

7、olymerae ligase,二聚体后起始,RecA,聚合酶、连接酶,重组修复后的损伤位点可 由其它机制进一步修复,4. 易错修复（SOS修复 SOS repair）, 80 10 100 mut. 100% 50% 10%,损坏的噬菌体 DNA 在E.coli A被修复 E. coli 的SOS修复能被U.V.诱导 (A 三种功能,当DNA复制受阻/ DNA damaged,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的损伤的修复

8、嘧啶二聚体 光复活修复 切除修复 重组修复 易错修复（SOS修复）,当DNA复制度过难关后,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（） 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

9、、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（Chromosome mutation ）,chromosome number chromosome structure, 核苷酸突变（ dNt point mutation ）,突变(mutation)：可以通过复制而遗传的DNA结构 的任何永久性改变,遗传状态,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

10、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,1、从突变作用来源上定义 自发突变自然界的突变剂或偶然复制错误 诱变 人为使用突变剂, 碱基异构式引起DNA复制过程的错误 -自发突变,碱基异构式,A(amino 氨基) A(imino 亚氨基),C(a) C(i),G(keto 酮式) G(enol 烯醇式),G(k) G(e,i),T(keto) T(enol-2) or T(enol-4),碱基异构式引起DNA复制的错配,C(i),C(a, anti),A(a),A(i, anti),碱基异构式引起DNA

11、的错配突变,C(i),C(a),G(k, syn),G(k, syn),G(k, anti),G(k),2、从序列改变多少上定义 单点突变(point mutation) (点突变) 多点突变(multiple mutation),点突变碱基替代、碱基插入、碱基缺失, 碱基替代（ conversion ）, 核苷酸缺失或插入 （dNt deletion or insertion ）,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,4、从对遗传

12、信息的改变上定义（点突变） 同义突变：没有改变产物氨基酸序列的密码子 错义突变：碱基序列的改变引起了氨基酸序列的改变 （中性突变、渗漏突变） 无义突变：碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变 为蛋白合成的终止密码子, 碱基替代对遗传信息的改变,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

13、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 type,mutant (表现型),正向突变

14、(low F.),回复突变 (very low F.正向的110),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,回复突变,(C) （G）,-UGG 174-GGA210-,-UGG174-GGA210-,-UGC174-GAA210-,活性结构,无活性结构,C,A,无活性结构,(K) (E),上节课内容回