分子生物學(xué) 第四章

1、第四章第四章 突變、重組、修復(fù)突變、重組、修復(fù)基因組改變基因組改變n基因組改變是進(jìn)化的基礎(chǔ)基因組改變是進(jìn)化的基礎(chǔ)n基因組改變的類型：基因組改變的類型： 1)1)突變突變(mutation) (mutation) 小范圍序列改變小范圍序列改變 單個(gè)或幾個(gè)核苷酸的替換、插入、缺失單個(gè)或幾個(gè)核苷酸的替換、插入、缺失 來源于來源于DNADNA復(fù)制錯誤或誘變破環(huán)。復(fù)制錯誤或誘變破環(huán)。 2)2)重組重組(recombination) (recombination) 大范圍序列重建大范圍序列重建 同源重組、轉(zhuǎn)座同源重組、轉(zhuǎn)座 來源于染色體內(nèi)或染色體間序列的交換。來源于染色體內(nèi)或染色體間序列的交換。基因組改變

2、與修復(fù)基因組改變與修復(fù) 第一節(jié)第一節(jié) 突變突變復(fù)制中的突變復(fù)制中的突變n復(fù)制中的自發(fā)錯誤復(fù)制中的自發(fā)錯誤 盡管盡管DNA聚合酶存在校正能力，聚合酶存在校正能力，但是但突變?nèi)圆豢杀苊獾堑蛔內(nèi)圆豢杀苊?大腸桿菌的復(fù)制錯誤率大腸桿菌的復(fù)制錯誤率 1/107 ，經(jīng)修復(fù)后基因組復(fù)制總錯誤率降至經(jīng)修復(fù)后基因組復(fù)制總錯誤率降至1/1011-10 n點(diǎn)突變點(diǎn)突變 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶 顛換顛換 嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤n插入或缺失插入或缺失 出現(xiàn)在編碼區(qū)出現(xiàn)在編碼區(qū) 可能導(dǎo)致移碼可能導(dǎo)致移碼 其它區(qū)域其它區(qū)域 可能導(dǎo)致多態(tài)性（復(fù)制可能導(dǎo)致多態(tài)性（復(fù)制滑

3、移）滑移） 物理和化學(xué)誘變導(dǎo)致突變物理和化學(xué)誘變導(dǎo)致突變n化學(xué)：化學(xué)： 1）堿基類似物替代標(biāo)準(zhǔn)堿基參）堿基類似物替代標(biāo)準(zhǔn)堿基參與復(fù)制與復(fù)制 5-溴尿嘧啶和溴尿嘧啶和2-氨基嘌呤氨基嘌呤 2）脫氨）脫氨 3）烷化）烷化 4）嵌入）嵌入 溴化乙錠溴化乙錠n物理：物理： 1）紫外輻射）紫外輻射 形成嘧啶二聚體形成嘧啶二聚體 2）電離輻射）電離輻射 3）加熱）加熱突變可能不影響基因組突變可能不影響基因組n存在很多不影響基因組功能的突變存在很多不影響基因組功能的突變n沉默突變：沉默突變： 1）突變在基因間非調(diào)控區(qū)域或基因間非編碼區(qū)域，）突變在基因間非調(diào)控區(qū)域或基因間非編碼區(qū)域，對整體基因組功能無影響的突

4、變。可發(fā)生在人類基因?qū)φw基因組功能無影響的突變?？砂l(fā)生在人類基因組的組的98.5%。 2）編碼區(qū)的突變不影響編碼蛋白的氨基酸序列，同）編碼區(qū)的突變不影響編碼蛋白的氨基酸序列，同義突變義突變 點(diǎn)突變對基因編碼區(qū)的四種影響點(diǎn)突變對基因編碼區(qū)的四種影響n同義：突變后，由同義：突變后，由于密碼子兼并性，于密碼子兼并性，而不影響所編碼的而不影響所編碼的氨基酸氨基酸n非同義：引起氨基非同義：引起氨基酸的錯誤編碼酸的錯誤編碼n無義：引起過早終無義：引起過早終止止n通讀：引起無法終通讀：引起無法終止止編碼區(qū)的插入或缺失突變可能編碼區(qū)的插入或缺失突變可能導(dǎo)致不同的影響導(dǎo)致不同的影響n插入或缺失插入或缺失的核苷

5、酸是的核苷酸是3 3的倍數(shù)，僅的倍數(shù)，僅影響個(gè)別氨影響個(gè)別氨基酸，因此基酸，因此影響可能較影響可能較小小n非非3 3的倍數(shù)，的倍數(shù)，將導(dǎo)致移碼將導(dǎo)致移碼非編碼區(qū)突變可能影響基因組非編碼區(qū)突變可能影響基因組的功能的功能n基因表達(dá)調(diào)控區(qū)域的基因表達(dá)調(diào)控區(qū)域的突變：突變： 順式作用元件，如核順式作用元件，如核心啟動子、關(guān)鍵調(diào)節(jié)心啟動子、關(guān)鍵調(diào)節(jié)序列序列n內(nèi)含子剪接位點(diǎn)的突內(nèi)含子剪接位點(diǎn)的突變：變： 如如55剪接點(diǎn)剪接點(diǎn)第二節(jié)第二節(jié) 修復(fù)修復(fù)DNADNA聚合酶確保聚合酶確保DNADNA復(fù)制精確性復(fù)制精確性的機(jī)制的機(jī)制n核苷酸選擇核苷酸選擇 聚合前選擇正確的聚合前選擇正確的核苷酸核苷酸n校對校對 33到

6、到55外切酶活外切酶活性，聚合后切除錯性，聚合后切除錯配的核苷酸配的核苷酸四類四類DNADNA修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)系統(tǒng)n直接修復(fù)直接修復(fù) n切除修復(fù)切除修復(fù) 針對誘變損傷針對誘變損傷n錯配修復(fù)錯配修復(fù) 針對復(fù)制錯誤針對復(fù)制錯誤n重組修復(fù)重組修復(fù)人類人類DNADNA修復(fù)修復(fù)基因基因切除修復(fù)切除修復(fù)n主要修復(fù)系統(tǒng)，人類參與主要修復(fù)系統(tǒng)，人類參與蛋白最多的修復(fù)系統(tǒng)蛋白最多的修復(fù)系統(tǒng)n堿基切除堿基切除 單核苷酸切除單核苷酸切除 1515個(gè)基因參與個(gè)基因參與n核苷酸切除核苷酸切除 一段核苷酸一段核苷酸切除切除 2828個(gè)基因參與個(gè)基因參與堿基切堿基切除修復(fù)除修復(fù)nDNADNA糖基化酶糖基化酶 切除堿基，產(chǎn)生切除

7、堿基，產(chǎn)生無堿基（無堿基（APAP）位）位點(diǎn)點(diǎn)nAPAP內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶 產(chǎn)生單核苷酸切產(chǎn)生單核苷酸切口口nDNADNA聚合酶聚合酶 填補(bǔ)堿基填補(bǔ)堿基nDNADNA連接酶連接酶 連接斷裂連接斷裂核苷酸切除與核苷酸切除與UvrABUvrAB修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)系統(tǒng)錯配修復(fù)中子代錯配修復(fù)中子代DNADNA的識別的識別n針對復(fù)制錯誤，所以發(fā)針對復(fù)制錯誤，所以發(fā)生與子代生與子代DNADNA分子分子n一個(gè)問題：如何區(qū)分子一個(gè)問題：如何區(qū)分子代代DNADNA分子分子? ?n大腸桿菌中子代新生分大腸桿菌中子代新生分子尚未甲基化，從而可子尚未甲基化，從而可以區(qū)分以區(qū)分n甲基化位點(diǎn)：甲基化位點(diǎn)： 5-GATC-3

8、A5-GATC-3 A甲甲基化基化 5-CCA/TGG-3 C5-CCA/TGG-3 C甲甲基化基化錯配錯配修復(fù)修復(fù)與與MutMut修復(fù)修復(fù)系統(tǒng)系統(tǒng)雙鏈斷雙鏈斷裂修復(fù)裂修復(fù)n比單鏈損傷嚴(yán)重比單鏈損傷嚴(yán)重n可能由電離輻射可能由電離輻射和化學(xué)誘變產(chǎn)生和化學(xué)誘變產(chǎn)生n也可能由重組產(chǎn)也可能由重組產(chǎn)生生n也稱為重組修復(fù)也稱為重組修復(fù)SOSSOS應(yīng)答應(yīng)答n回避是生存的一回避是生存的一種方式種方式n修復(fù)難以進(jìn)行時(shí)修復(fù)難以進(jìn)行時(shí) 繞過主要損傷位繞過主要損傷位點(diǎn)，允許某些復(fù)點(diǎn)，允許某些復(fù)制錯誤保留，繼制錯誤保留，繼續(xù)復(fù)制續(xù)復(fù)制 第三節(jié)第三節(jié) 重組重組重組與進(jìn)化重組與進(jìn)化n沒有遺傳重組就沒有進(jìn)沒有遺傳重組就沒有進(jìn)

9、化化n重組使不利和有利的突重組使不利和有利的突變得以分離，使適者生變得以分離，使適者生存，因此是自然選擇的存，因此是自然選擇的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。遺傳學(xué)基礎(chǔ)。n重組的一般類型重組的一般類型-同同源重組（一般性重組）源重組（一般性重組）n位點(diǎn)特異性重組（同源位點(diǎn)特異性重組（同源區(qū)很短）區(qū)很短）n轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座同源重組同源重組n可發(fā)生于兩條可發(fā)生于兩條同源同源DNADNA的任的任意位點(diǎn)意位點(diǎn)n真核生物中，真核生物中，發(fā)生于減數(shù)分發(fā)生于減數(shù)分裂時(shí)期裂時(shí)期重組是由于異源雙鏈體重組是由于異源雙鏈體DNADNA間發(fā)間發(fā)生斷裂與重連生斷裂與重連n兩條雙鏈兩條雙鏈DNADNA分子間的重組關(guān)分子間的重組關(guān)鍵是單鏈的交換鍵是單

10、鏈的交換n當(dāng)雙鏈體當(dāng)雙鏈體DNADNA的單鏈與相對應(yīng)的單鏈與相對應(yīng)的另一雙鏈體中的單鏈發(fā)生置的另一雙鏈體中的單鏈發(fā)生置換時(shí)，會產(chǎn)生一個(gè)分叉結(jié)構(gòu)換時(shí)，會產(chǎn)生一個(gè)分叉結(jié)構(gòu)（HollidayHolliday結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)）n交換產(chǎn)生異源雙鏈體交換產(chǎn)生異源雙鏈體DNADNA片段片段n兩次（相互的）交換才能產(chǎn)生兩次（相互的）交換才能產(chǎn)生一個(gè)聯(lián)合分子一個(gè)聯(lián)合分子n聯(lián)合分子可以通過切開相接的聯(lián)合分子可以通過切開相接的鏈來形成兩條分開的雙鏈體分鏈來形成兩條分開的雙鏈體分子子HollidayHolliday結(jié)構(gòu)與重組體的形成結(jié)構(gòu)與重組體的形成n重組體是否形成取決于重組體是否形成取決于參與交換的鏈在解離過參與交換的鏈

11、在解離過程中是否被切開程中是否被切開n切開，則水平分離，基切開，則水平分離，基因組不是重組體，但包因組不是重組體，但包含異源雙鏈體含異源雙鏈體DNADNAn不切開，則垂直分離，不切開，則垂直分離，產(chǎn)生互相重組的基因組產(chǎn)生互相重組的基因組HollidayHolliday模型的缺陷與模型的缺陷與Meselson-RaddingMeselson-Radding修正模式修正模式nHollidayHolliday模型的缺模型的缺陷：切口是如何出陷：切口是如何出現(xiàn)在兩條分子的同現(xiàn)在兩條分子的同一位置的？一位置的？n單分子切口單分子切口n切口鏈侵入未打開切口鏈侵入未打開的雙螺旋，形成的雙螺旋，形成D-D-環(huán)環(huán)n被取代鏈斷開，形被取代鏈斷開，形成另一個(gè)分子上的成另一個(gè)分子上的切口切口n修正：在兩分子切修正：在兩分子切口形成過程中引入口形成過程中引入交換的交換的D D環(huán)環(huán)HollidayHolliday模型修正后無法解釋模型修正后無法解釋基因轉(zhuǎn)換基因轉(zhuǎn)換n配子（配子（AA)XAA)X配子（配子（aaaa) )n合子（合子（AAaaAAaa) )n單倍體孢子（單倍體孢子（A A或或a)a)n正常情況：正常情況：A/a=1/1A/a=1/1n基因轉(zhuǎn)換：基因轉(zhuǎn)換：A/aA/a不不=1/1=1/1雙鏈斷裂模型雙鏈斷裂