分子生物学(余爱丽)第五章dna的损伤、修复和突变.ppt

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-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(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102103倍,2、错配修复系统（Mismatch repair system）,DNA polymeraseHelicase SSB 外切核酸酶(和)连接酶,MCE(mismatch correct enzyme)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,G,C,U,A,-TAGC-A CG-,-TAGC-ATCG-,碱基切除修复,核苷酸切除修复,第二节 DNA损伤的修复,一、嘧啶二聚体的产生,TT二聚体,TC二聚体,1、光复活（photo reactivation）,-TT-AA-,复制前、不容易出错,400 nm 蓝光、PR 酶(photo-reactivation enzyme)光敏裂合酶（photolyase）,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,核苷酸切除修复,3.重组修复（RecombinativeRepair）,后复制修复、E.coli的挽回系统,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,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,重组修复相关机制:,重组修复(链转移修复),复制后修复 容易出错,RecA,DNApolymerae 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 100mut.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&B)SOS 修复过程有非常高的突变频率(易出错),UV 复活或 W复活（Jean Weigh）,（1）实验证据,（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,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,RecA受LexA的部分抑制,RecA-P;三种功能,当DNA复制受阻/DNA damaged,激活RecA-p的proteinase活性,LexA-p降解,RecA-p高效表达,SOS open,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、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):含有突变位点的基因,野生型基因（wild type gene）：,表示方法 表现型 Lac+Lac-基因型 lac+lac-或 lac Z+lac Z-,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),G(keto 酮式)G(enol 烯醇式),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),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),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),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),第二位点突变引起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,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、UAA、UGA 三种无义抑制,赭石型无义抑制tRNA产生的几率很低，且抑制效率很低,b、基因间的错义抑制突变(Missense suppressor),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(AP或2-AP)2-Amino purine,5-溴尿嘧啶(BrU)5-Bromine Uracil,5-BrU,:G,:A,ATGC 转变,烯醇式渗入为 GCAT 转变,碱基类似物产生的均为错义突变,:G,:A,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(Hydroxylamine HA 羟胺),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-,-AT EB TTTTCG-TA,分子插入,X,AAAAGC-,结果产生移框突变,5、增变基因（mutator gene）,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：,6、紫外线的致突变作用,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（repetitive seq.）/palindromic seq.,b)m5C,c)使用不同诱变剂出现的突变热点不同，转座子、紫外线也都有不同程度的序列优先性,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 组成型表达 自己DNA 组成型突变 突变热点问答题：1、常见的无义、错义、移框突变的抑制突变的机制如何。2、m5C突变热点形成的原因。3、造成基因组成型表达的突变如何发生。4、错配修复酶的主要功能及作用机制。5、尿嘧啶N糖苷酶系统修复碱基来源及修复机制。6、核苷酸切除修复和重组修复的修复时期及简单过程。7、何为RecA蛋白，其在SOS系统中有何用途？8、举例说明增变基因增加突变的原因？,本章结束!,