基因突变和修复.ppt
第六章 基因突变和修复,一、突变的类型1、碱基置换和移码突变碱基置换（substitution）：转换(Transition)：最普通的一种点突变，指一种嘧啶被另一种嘧啶代替，一种嘌呤被另一种嘌呤代替。使GC对被AT对替换，或者相反。颠换(Transversion)：另一种不常见的点突变，嘌呤被嘧啶代替或者相反，如AT对变成了TA、CG对。,第一节 基因突变,移码突变（frameshift mutation）：由碱基的缺失或插入造成。2.同义突变、错义突变和无义突变 同义突变：指没有改变蛋白质氨基酸序列的碱基序列改变。由于密码子的简并性错义突变：指引起蛋白质氨基酸序列改变的碱基序列改变。无义突变：指引起蛋白质中某个氨基酸密码子变成终止密码子的碱基序列改变。,DNA突变的类型,野生型基因,-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-,碱基对的置换(substitution),移码突变(framesshift mutation),自发突变（spontaneous mutation)：由于正常的细胞活动，或细胞与环境的随机相互作用，这些过程所引起的生物DNA序列的改变。诱发突变（induced mutation):特定的化学或物理因素引起的DNA序列改变。,3.自发突变和诱发突变,DNA复制中的错误 以DNA为模板按碱基配对进行DNA复制是一个严格而精确的事件，但也不是完全不发生错误的。DNA的自发性化学变化 生物体内DNA分子可以由于各种原因发生变化，至少有：碱基的互变异构；碱基的脱氨基作用；脱嘌呤与脱嘧啶；碱基修饰与链断裂,自发突变：,物理因素：紫外线引起的DNA损伤 当DNA受到最易被其吸收波长（260 nm）的紫外线照射时，会使同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体。,诱发突变：,电离辐射引起的DNA损伤 电离辐射损伤DNA有直接和间接的效应。直接效应是DNA直接吸收射线能量而遭损伤；间接效应是指DNA周围其他分子（主要是水分子）吸收射线能量产生具有很高反应活性的自由基进而损伤DNA。损伤包括：碱基变化;脱氧核糖变化;DNA链断裂;交联。,烷化剂对DNA的损伤 碱基烷基化;碱基脱落;断链;交联 烷化剂：有活泼烷基，可转移到碱基或磷酸上，如硫酸二甲酯、芥子气等。鸟嘌呤的O6和N7最易烷基化，导致错配(GT)或脱落。磷酸三酯不稳定，易断裂。,化学因素：,芥子气分子式,芥子气：-二氯二乙硫醚,芥子气毒气弹,日军遗弃的芥子气造成的伤害,碱基或核苷类似物对DNA的损伤：机制：可竞争抑制核苷酸合成或掺入核酸导致错配。如：5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氟尿嘧啶（5-FU）、2-氨基腺嘌呤（2-AP）等。人工可以合成一些碱基类似物用作促突变剂或抗癌药物。,代谢活化物对DNA的损伤：如：苯并笓、黄曲霉毒素等。经混合功能氧化酶催化形成环氧化物，与核酸结合，造成突变。,修饰剂对DNA的损伤：一些人工合成或环境中存在的化学物质能专一修饰DNA链上的碱基或通过影响DNA复制而改变碱基序列。例如：亚硝酸盐及亚硝胺。前者造成脱氨，使C脱氨变成U，经过复制就可使DNA上的G-C变成A-T对；后者氧化后生成烷化剂和自由基。,第二节 直接修复（direct repair）,生物体内存在多种DNA损伤以后却并不需要切除碱基或核苷酸的机制，这种修复方式称为DNA的直接修复。,一、嘧啶二聚体的光复活修复 将经紫外线照射后的细胞立即暴露在可见光下时，其存活率大幅度提高，突变率相应降低。UV引起的DNA损伤，由于可见光的照射而得以恢复的现象称为光复活作用。机制：光解酶（photolyase）在黑暗中专一地识别嘧啶二聚体并与之结合，形成酶-DNA复合物，当给予光照（350500nm波长的蓝光）时，酶利用光能将二聚体拆开，恢复原状，使DNA损伤得到修复。,1、形成嘧啶二聚体,2、光复合酶结合于损伤部位,3、酶被可见光激活,4、修复后酶被释放,DNA紫外线损伤的光复合酶修复,二、烷基转移酶介导的修复 修复发生在碱基的O位及磷酸骨架上的烷基化，由“自杀式脱甲基化酶”催化。这种酶能将修饰碱基上的甲基转移到自身的半胱氨酸上，在DNA上留下正确的碱基，但自身失活，并随后降解，故称“自杀修复”。这种蛋白属诱导性合成蛋白，如：Ada蛋白,昂贵的代价用于保证DNA的准确性!,原核细胞内存在Dam甲基化酶，能使位于5GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。复制后DNA在短期内（数分钟）为半甲基化的GATC序列，一旦发现错配碱基，即将未甲基化链切除一段包含错误碱基的序列，并以甲基化的链为模板进行修复。,第三节 错配修复系统（Mismatch repair),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256个碱基出现一个GATC 序列.,DNA polymerase解旋酶SSB 外切核酸酶(或)连接酶,错配修复酶(mismatch correct enzyme，MCE)：由3个亚基构成：mutS,mutH,mutL,错配修复系统受甲基化的引导。其组成为：,MutS 扫描识别错配 碱基和邻近的GATC序列;MutH产生切点：GATC中G的5侧；,DNA helicase II,核酸外切酶 I去除包括错 配碱基的片段,DNA polymerase III在SSB帮助下填补缺口,DNA 连接酶 连接.,修复过程:,甲基化程度的差异,糖苷水解酶：细胞中能特异切除受损核苷酸上的N-糖苷键，在DNA链上形成AP位点(去嘌呤或去嘧啶位点)。AP核酸内切酶：能在AP位点附近（5或3位置）将DNA链切开；核酸外切酶：移去含AP位点核苷酸在内的小片段DNA；DNA聚合酶I：合成新片段；DNA连接酶：连接切口而修复。,第四节 切除修复系统一、碱基切除修复(base-excision repair),3.核苷 碱基+戊糖=核苷戊糖与嘧啶或嘌呤碱以糖苷键连接就称为核苷，通常是戊糖的C1与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接。,当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，造成DNA双螺旋的扭曲变形，在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成出切去的部分，然后使DNA恢复正常结构的过程。,二、核苷酸切除修复(nucleotide-excision repair),DNA的损伤和切除修复,碱基丢失,碱基缺陷或错配,结构缺陷,切开,核酸内切酶,核酸外切酶,切除,DNA聚合酶I,DNA连接酶,AP核酸内切酶,核酸外切酶,切开,切除,修复,连接,糖苷酶,遗传信息有缺损的子代DNA分子通过遗传重组的方式加以弥补，即从同源DNA的母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列来补上母链的空缺。,第五节 重组修复(Recombination repair),DNA的重组修复:,胸腺嘧啶二聚体,复制,核酸酶及重组蛋白,修复复制,DNA聚合酶,DNA连接酶,重组,
