第13章基因突变与DNA损伤修复.ppt

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1、第十三章第十三章 基因突变基因突变学习要点：学习要点：1.基因突变的相关概念基因突变的相关概念 2.基因突变的分子基础基因突变的分子基础 3.突变的修复机制突变的修复机制 4.突变的检测突变的检测 5.突变的遗传学效应突变的遗传学效应 思考三大问题1 突变是如何发生的突变是如何发生的(机理机理),突变的后果突变的后果(修复机修复机理理)2 如何防止突变如何防止突变3 如何利用突变如何利用突变第一节第一节 基因突变的相关概念基因突变的相关概念 一、突变的概念一、突变的概念突变突变(mutation):基因结构的改变，导致表型的改变的变基因结构的改变，导致表型的改变的变化化 突变体突变体(muta

2、nt)：具有突变表型的细胞或个体具有突变表型的细胞或个体 正向突变正向突变(forward mutation)：偏离野生型性状的突变偏离野生型性状的突变 反向突变反向突变(back mutation)：由偏离的性状回复为野生型由偏离的性状回复为野生型性状的突变性状的突变 自发突变自发突变(spontaneous mutation)：在自然条件下产生的突在自然条件下产生的突变变诱发突变诱发突变(induced mutation）：）：机体在诱发环境下产生的机体在诱发环境下产生的突变突变生化突变生化突变(biochemical mutation）：）：使机体的代谢过程发使机体的代谢过程发生改变或丧

3、失的突变生改变或丧失的突变 无效突变无效突变(null mutaion)：完全丧失原有基因功能的突变完全丧失原有基因功能的突变渗漏突变渗漏突变(leaky mutation)：部分丧失原有基因功能的突：部分丧失原有基因功能的突变变 致死突变致死突变(lethal mutation)：影响生物体的生活力，导致影响生物体的生活力，导致个体死亡的突变个体死亡的突变 条件致死突变条件致死突变(conditional lethal mutation)：在给定的某在给定的某种条件下可以存活，如果缺少这种条件就会致死的突变种条件下可以存活，如果缺少这种条件就会致死的突变二、突变类型二、突变类型 1.突变发生

4、的突变发生的 细胞类型细胞类型 体细胞突变体细胞突变(somatic mutation)Clone：无性繁殖。无性繁殖。生殖细胞突变生殖细胞突变(germinal mutation)2.突变突变 的表型的表型 (1)形态突变形态突变 morphological mutaion (2)生化突变生化突变 biochemical mutaion (3)失去功能突变失去功能突变 loss-of-function mutation (4)获得功能突变获得功能突变 gain-of-function mutation (5)致死突变致死突变 lethal mutaion (6)条件致死突变条件致死突变 co

5、nditional lethal mutaion 三、突变的性质三、突变的性质1.稀有性稀有性2.可逆性可逆性3.多向性（随机性）多向性（随机性）第二节第二节 基因突变的分子基础基因突变的分子基础一、自发突变一、自发突变(spontaneous mutation)自发突变可能由复制错误、自发突变可能由复制错误、DNA损伤和转座作用等损伤和转座作用等引起。引起。1.DNA复制错误复制错误(errors of DNA replication)DNA碱基有碱基有互变异构体互变异构体，造成，造成DNA复制过程中的复制过程中的DNA错配。错配。转换：转换：Purine Pu;或者或者 Pyrimidin

6、e Py 颠换：颠换：Pu Py;或者或者PyPu 移码突变：增加或减少几个碱基移码突变：增加或减少几个碱基,导致蛋白导致蛋白质翻译错位。质翻译错位。缺失和重复：大片段碱基的缺失或重复，如缺失和重复：大片段碱基的缺失或重复，如E.coli乳糖发酵调节基因乳糖发酵调节基因lac中四碱基重复序中四碱基重复序列。列。野生型野生型:5-GTCTGGCTGGCTGGC-3 突变型突变型FS5:5-TGGCTGGCTGGCTGGC-3 突变型突变型FS2:5-GTCTGGCTGGC-32.DNA损伤（损伤（lesions）脱嘌呤脱嘌呤 由于碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到由于碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到破坏破

7、坏,从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分子分子上脱落下来上脱落下来.脱氨基脱氨基 C脱氨基变成脱氨基变成U;A脱氨基变成脱氨基变成H,：A A-T H-T H-C H-C A-T G-CB G-C G-U A-UA-U G-C A-T 造成转换造成转换 氧化损伤（氧化损伤（oxidative lesions）:O2-OH-H2O2可对可对DNA造成损伤造成损伤二、诱发突变（二、诱发突变（induced mutaion）多种理化因素都可以诱导多种理化因素都可以诱导DNA的突变的突变1.诱变机制诱变机制 碱基类似物碱基类似物 eg.5-BU 和和5-BrdU是胸腺嘧是胸

8、腺嘧啶啶(T)的结构类似物的结构类似物，酮式结构易与，酮式结构易与A配对；烯醇配对；烯醇式结构易与式结构易与G配对。另有配对。另有2-氨基嘌呤氨基嘌呤(2-AP,A类类似物似物)、5-氟尿嘧啶、氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶等。氯尿嘧啶等。特异性错配特异性错配 eg.烷化剂烷化剂:甲基磺酸乙酯甲基磺酸乙酯(EMS)、亚硝基胍亚硝基胍(NG)、芥子气等。通过改芥子气等。通过改变碱基结构使碱基错配。变碱基结构使碱基错配。如：如：G-C;当当G烷基化后可与烷基化后可与T配对配对，导致，导致碱基转换。碱基转换。或者烷化剂使嘌呤脱落，造成转换、颠换、或者烷化剂使嘌呤脱落，造成转换、颠换、断裂或其他突变断裂或其他

9、突变 嵌合剂的致突作用嵌合剂的致突作用 eg.吖啶类染料吖啶类染料:吖啶橙、吖啶黄素、原黄素吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等碱基对的类似物，易造成等碱基对的类似物，易造成移码突变移码突变。辐射诱导效应辐射诱导效应 (1)紫外线紫外线UV:形成嘧啶二聚体形成嘧啶二聚体，如，如T二聚体，二聚体，同一条单链内，影响复制时与同一条单链内，影响复制时与A的配对，使复制的配对，使复制中止；双链之间，影响双链变性，并影响复制。中止；双链之间，影响双链变性，并影响复制。重复、缺失、移码突变重复、缺失、移码突变 (2)电离辐射：如电离辐射：如X-ray、可引起碱基的降解或可引起碱基的降解或脱落，脱落，A变成变成H;C

10、变成变成T，出现出现转换转换。物理物理物理化学物理化学生物化学生物化学大分子损大分子损伤伤黄曲霉的作用黄曲霉的作用 使鸟嘌呤使鸟嘌呤G脱落脱落，SOS修复引入修复引入A,造成突变。造成突变。2.碱基替换的遗传效应碱基替换的遗传效应 ()同义突变（同义突变（samesense mutation）不改变氨基酸的不改变氨基酸的密码子变化，与密码子的兼并性有关密码子变化，与密码子的兼并性有关.如如GAU/GACAsp.()错义突变（错义突变（missense mutation）碱基替换的结果碱基替换的结果引起氨基酸序列的改变引起氨基酸序列的改变.()无义突变（无义突变（nonsense mutatio

11、n）编码区的单碱基编码区的单碱基突变导致终止密码子突变导致终止密码子(UAG/UGA/UAA)的形成的形成,使使 mRNA的翻译提前终止的翻译提前终止,形成不完全的肽链形成不完全的肽链.如镰刀型贫血症：血红蛋白如镰刀型贫血症：血红蛋白B链链(146Aa)，6号氨基酸号氨基酸的替换的替换,导致明显的表型症状。导致明显的表型症状。GluVal,若若Glu Asp则影响较小。则影响较小。3.移码突变及其产生移码突变及其产生 在基因的外显子中插入或缺失在基因的外显子中插入或缺失1,2或或4个核苷酸个核苷酸,使阅读使阅读信息发生错位信息发生错位,从而使翻译的蛋白质序列与原来完全不从而使翻译的蛋白质序列与

12、原来完全不同同.eg.E.coli中乳糖发酵的调节基因中乳糖发酵的调节基因(lac):野生型野生型:5-GTCTGGCTGGCTGGC-3 移码突变移码突变:5-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3 移码突变移码突变:5-GTCTGGCTGGC-34.突变热点和增变基因突变热点和增变基因 基因中基因中 某些位点比其它位点突变率高，称某些位点比其它位点突变率高，称突变热点。突变热点。Eg.分析分析T4-Phage r 基因基因1500个突变体个突变体：r A(1800bp)有有200个位点；个位点；r B(850bp)有有108个位点个位点。形成原因：形成原因：1.5-MeC的存在，的存在

13、，5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶(MeC)脱氨基后变脱氨基后变成成T,使使G-C部位转变成部位转变成A-T部位；部位；2.短的重复序列短的重复序列的存在，容易配对错位，造成重的存在，容易配对错位，造成重复或缺失复或缺失3.与与诱变剂类型诱变剂类型有关，不同诱变剂出现不同的热有关，不同诱变剂出现不同的热点。点。4.增变基因增变基因(mutator gene)：该基因的突变会使该基因的突变会使整个基因组的突变频率增高，整个基因组的突变频率增高，eg.A.DNA多聚酶基因，突变后使多聚酶的多聚酶基因，突变后使多聚酶的3 5校正功能降低或丧失，使基因组突变校正功能降低或丧失，使基因组突变频率增高；频率增高；

14、B.dam基因，突变后使碱基的错配修复功基因，突变后使碱基的错配修复功能降低或丧失，使基因组突变频率增高。能降低或丧失，使基因组突变频率增高。三、诱变与肿瘤三、诱变与肿瘤 肿瘤的形成与否取决于机体中癌基因和抑癌肿瘤的形成与否取决于机体中癌基因和抑癌基因的平衡，抑癌基因突变会致癌基因的平衡，抑癌基因突变会致癌。一些诱变剂一些诱变剂可以特异性的诱导抑癌基因突变，导致肿瘤发生。可以特异性的诱导抑癌基因突变，导致肿瘤发生。eg.黄曲霉素黄曲霉素、UV(ultraviolet)等等.黄曲霉素黄曲霉素可诱导可诱导P53基因基因G T颠换颠换，导致，导致肝癌的发生；肝癌的发生；UV可诱导可诱导P53基因基因

15、5-TC-3发生发生C T颠换颠换，形成形成“T二聚体二聚体”，导致人类鳞状细胞皮肤癌的，导致人类鳞状细胞皮肤癌的发生。发生。四、定点诱变四、定点诱变 定义：定义：利用人工合成的寡核苷酸，在离利用人工合成的寡核苷酸，在离体的条件下，制造基因中任何部位的位点特体的条件下，制造基因中任何部位的位点特异性突变的技术异性突变的技术。反义遗传学（反义遗传学（reverse genetics）:合成合成连接连接(单链单链M13)复制复制转化转化检测检测第三节生物体对突变的修复机制第三节生物体对突变的修复机制一一 光复活光复活(photoreactivation)1.概念：在可见光存在的条件下，在光复活酶作

16、概念：在可见光存在的条件下，在光复活酶作用下将用下将UV引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。2.条件：可见光条件：可见光(300600nm)、PR酶、嘧啶二聚酶、嘧啶二聚体体 3.作用过程：作用过程：P317 光复活酶与光复活酶与T=T结合形成复合物结合形成复合物;复合物吸收可见光切断复合物吸收可见光切断T=T之间的之间的C-C共共价键价键,使二聚体变成单体使二聚体变成单体;光复酶从光复酶从DNA链解离链解离.*光复活是原核生物中的一种主要修复形式。光复活是原核生物中的一种主要修复形式。二二 切除修复切除修复1.概念概念:（核苷酸外切修复、暗修复）先在损伤的（核苷酸外切修复、暗修复）先在损伤的任何一端打开磷酸二酯键，然后外切掉一段寡核任何一端打开磷酸二酯键，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修复性合成来填补，再由连苷酸；留下的缺口由修复性合成来填补，再由连接酶将其连接起来。酶作用不需要光的激活，但接酶将其连接起来。酶作用不需要光的激活，但黑暗不是必要条件。黑暗不是必要条件。2.特点：消除由特点：消除由UV引起的损伤，也能消除由电离引起的损伤，也能消除由电离