損傷修復(fù)突變與轉(zhuǎn)座

1、關(guān)于損傷修復(fù)突變和轉(zhuǎn)座第一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 突變類型 第四節(jié) 回復(fù)突變(抑制突變)第五節(jié) 突變劑和突變生成 概述：損傷因素及其類型 第一節(jié) 復(fù)制過程中的錯配修復(fù) 第二節(jié) 損傷修復(fù) 第二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 引起損傷的因素: 自發(fā)性損傷(復(fù)制中的損傷、堿基的自發(fā)性化學(xué)改變、 自發(fā)脫堿基、 細胞的代謝產(chǎn)物對DNA的損傷) 物理因素引起的損傷(電離輻射、紫外線) 化學(xué)因素引起的損傷（烷化劑、堿基類似物） 引起損傷的類型： 堿基脫落、堿基（或核苷）改變、錯誤堿基（堿基的取 代）、堿基的插入或缺失、鏈的斷裂、鏈交聯(lián)（鏈內(nèi)、鏈 間）、嘧啶二聚體等等 第

2、三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 廣義的修復(fù)系統(tǒng)： DNA聚合酶的校對功能(復(fù)制的范疇) 尿嘧啶-N-糖苷酶修復(fù)系統(tǒng) （復(fù)制時U的滲入、C脫氨氧化成U） 錯配修復(fù)系統(tǒng) 損傷修復(fù)系統(tǒng)(光復(fù)活、重組修復(fù)、SOS修復(fù)等) 限制修飾系統(tǒng)-對付外源DNA的入侵第四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 復(fù)制過程中的錯配的修復(fù) 第五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA mismatch+ - A- -C-DNApol (= 10-8)經(jīng)第二次校正= 10-11錯配修復(fù)系統(tǒng)(MRSMismatch RepairSystem)1、錯配修復(fù)堿基來源：校正活性所漏校的堿基 使復(fù)制

3、的保真性提高102103倍第六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2、錯配修復(fù)系統(tǒng)（Mismatch repair system）DNA polymeraseHelicase SSB 外切核酸酶 (和) 連接酶MCE (mismatch correct enzyme) 3 subunits mutH, L, S dam geneDNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)掃描新生鏈中錯配堿基識別新生鏈中非 m6A 的GATC序列酶切含錯配堿基的新生DNA區(qū)段 （1）組成第七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA合成過程中的甲基化變化DNA中的GATC(palindromic seq

4、.)為m6A甲基化敏感位點平均每2kb左右有一GATC seq.錯配修復(fù)系統(tǒng)受甲基化的引導(dǎo)第八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 甲基化程度的差異a、MutH/MutS 掃描識別錯配 堿基和鄰近的GATC序列 切點甲基化GATC中 G的5側(cè) DNA helicase II, SSB, exonuclease I去除包括錯 配堿基的片段 DNA polymerase III 和 DNA ligase 填充缺口昂貴的代價用于保證DNA的準確性（2） 修復(fù)過程 第九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月外切核酸酶切割切點的5端（錯配堿基在切點的5端） -3端（-3端）第十張，PPT共七十

5、七頁，創(chuàng)作于2022年6月3、 尿嘧啶-N-糖苷酶系統(tǒng) ( ung system )修復(fù)尿嘧啶的來源：dUTP的滲入 胞嘧啶的自發(fā)脫氨氧化第十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月-TAGC-ATCG-TAGC-A CG-U-TAGC-ung-ase GCUAU-TAGC-A CG-AP內(nèi)切酶(Apurinase)-TAGC-ATCG-DNApolLigase 第十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 第二節(jié) DNA損傷的修復(fù)第十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一、嘧啶二聚體的產(chǎn)生 類型：TT二聚體 （ ）、CC二聚體（ ）、 CT二聚體（ ）TTCCCT相鄰的胸腺嘧

6、啶胸腺嘧啶二聚體CCCCCCCC第十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 PR1、光復(fù)活（photo reactivation ）-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA- 復(fù)制前進行、不容易出錯 400 nm 藍光、PR 酶 (photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶（photolyase）可見光激活 二、二聚體修復(fù)的機制第十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 切除修復(fù)ExisionRepair 復(fù)制前進行 不易出錯UvrA, B, C gene 內(nèi)切核酸酶（Endonucleases） 外

7、切核酸酶 （Exonuclease） DNA pol Ligase 堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)第十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月ABA BCA B CA BCAB螺旋酶Pol 螺旋酶連接酶切補切封第十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 重組修復(fù)（RecombinativeRepair）后復(fù)制修復(fù)、E.coli的挽回系統(tǒng)E.coli 存活%U.V 計量w.t.UvrA+ RecA+ uvr a-rec a-該系統(tǒng)存在的實驗證據(jù)第十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 Rec-A. gene 以某種方式參與DNA損傷修復(fù) Rec修復(fù)系統(tǒng)

8、比切除修復(fù)系統(tǒng)更有效 目前知道 Uvr系統(tǒng)負責(zé)切除二聚體 Rec系統(tǒng)負責(zé)消除沒有被切除的二聚體 可能造成的后果第二十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月TT TTAA AATT TTTT TTAA AATT TT變性 E.coli (Rec-A, uvr-a-)D.S. DNAS.S. DNAU.V. 復(fù)制提取 變性復(fù)制過程越過二聚體而在相應(yīng)新鏈上留下缺口二聚體后起始 修復(fù)時期的證明第二十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 與Rec-A蛋白引起的重組(strand transfer)有關(guān) TT dimer未被修復(fù)，僅表現(xiàn)在后代群體中TT dimer 濃度的稀釋 鏈的非準確轉(zhuǎn)移，

9、導(dǎo)致突變機率的增加 修復(fù)相關(guān)機制:第二十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 重組修復(fù) (鏈轉(zhuǎn)移修復(fù)) 復(fù)制后修復(fù) 容易出錯 RecA, DNApolymerae ligase二聚體后起始 RecA 聚合酶、連接酶重組修復(fù)后的損傷位點可由其它機制進一步修復(fù)第二十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月課內(nèi)容回顧： 1、復(fù)制過程中的錯配修復(fù) 錯配修復(fù)系統(tǒng) 尿嘧啶N糖苷酶修復(fù)系統(tǒng) 2、DNA的損傷的修復(fù) 嘧啶二聚體 光復(fù)活修復(fù) 切除修復(fù) 重組修復(fù)第二十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 突變類型 第二十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 染色體突變（Chrom

10、osome mutation ）chromosome number chromosome structure 核苷酸突變（ dNt point mutation ） 突變(mutation)：可以通過復(fù)制而遺傳的DNA結(jié)構(gòu) 的任何永久性改變遺傳狀態(tài)第二十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 突變體(mutant)：攜帶突變的生物個體或群體或株系 突變基因(mutantgene): 存在突變位點的基因野生型基因（wild type gene）： 表示方法 表現(xiàn)型 Arg+ Arg- 基因型 arg+ arg- 野生型 正性狀 第二十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1、從突變作

11、用來源上定義 自發(fā)突變自然界的突變劑或偶然復(fù)制錯誤 誘變 人為使用突變劑 堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制過程的錯誤 -自發(fā)突變 堿基異構(gòu)式 A(amino 氨基) A(imino 亞氨基) 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) 第二十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯配 G(k) C(a) 正確配對 A(a) T(k) 錯誤配對 G(k) T(e) A(a) C(i) A(i, anti) A(a, syn) A(i, anti) G(k, syn)

12、 G(e,i, anti) G(k, syn) G(e,i, anti) A(a, syn) A(i) C(a) G(e) T(k) 第二十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月A(a) T(k) A(a, anti) T(k, anti) C(i) C(a, anti) A(a) A(i, anti) 堿基異構(gòu)式引起DNA的錯配突變 C(i) C(a)G(k, syn) G(k, syn) G(k, anti)G(k)第三十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2、從序列改變多少上定義 單點突變(point mutation) (點突變) 多點突變(multiple mutatio

13、n)點突變堿基替代、堿基插入、堿基缺失 堿基替代（ conversion ）轉(zhuǎn)換(transition)Py Py Pu Pu 顛換(transvertion) Py Pu 第三十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 核苷酸缺失或插入 （dNt deletion or insertion ）= 3x dNt n x Amino acid = 3x dNt 移框（Framshift ） 移框突變（frameshift mutation）:一個或兩個堿基的插入 或缺失，或扁平堿性染料分子3、從對閱讀框的影響上定義移碼突變第三十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月Examples o

14、f deletion mutations 第三十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4、從對遺傳信息的改變上定義（點突變） 同義突變：沒有改變產(chǎn)物氨基酸序列的密碼子 錯義突變：堿基序列的改變引起了氨基酸序列的改變 （中性突變、滲漏突變） 無義突變：堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子變 為蛋白合成的終止密碼子 堿基替代對遺傳信息的改變 -同義突變 GAA GAG Glu第三十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 -錯義突變 GAA AAA Lys-無義突變 GAA TAA(stop) 無義突變類型UAA （Oc） 赭石型（Ocher）UAG（Am） 琥珀型（amber） UGA（

15、Opal） 乳石型（Opal）第三十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月5、從突變的表達類型 上定義-非條件型突變: -條件型突變: 突變的表現(xiàn) = 突變基因型 + 誘導(dǎo)條件 （光，溫敏感不育） 6、從突變效應(yīng)上定義 正向突變 回復(fù)突變:使突變體所失去的野生型性狀得到恢復(fù)的第二次突變 真正的原位回復(fù)突變很少 大部分為第二點的回復(fù)突變抑制突變第三十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 7、突變位點存在于負責(zé)基因調(diào)控的序列中 * 在啟動子區(qū)域時: 啟動子上升突變: 增強啟動子對轉(zhuǎn)錄的發(fā)動作用的突變 啟動子下降突變: * 在操作子上或調(diào)節(jié)基因上 組成型突變: 產(chǎn)生組成型表達方式的操作

16、子突變或調(diào) 節(jié)基因的突變 突變的操作子不能被阻遏蛋白所識別 調(diào)節(jié)基因突變不能產(chǎn)生有活性的阻遏蛋白 兩者之一都使結(jié)構(gòu)基因失去了負向控制 第三十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) 回復(fù)突變 (抑制突變)第三十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1、抑制突變發(fā)生的部位基因內(nèi)抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變的基因中基因間抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變基因外的其它 基因中wild typemutant (表現(xiàn)型)正向突變 (low F.)回復(fù)突變 (very low F.正向的110)第三十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月間接抑制突變: 不恢復(fù)正向突變基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物

17、的功能,而 是通過改變其它蛋白質(zhì)的性質(zhì)或表達水平 而補償原來突變造成的缺陷,從而恢復(fù)野生型2、野生表型恢復(fù)作用的性質(zhì)直接抑制突變: 通過恢復(fù)或部分恢復(fù)原來突變基因產(chǎn)物蛋 白質(zhì)的功能而恢復(fù)野生表型第四十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 3、回復(fù)突變的分子機制a) AGC (Ser) ACC (Thr) AGC (Ser)b) AGC (Ser) AGG (Arg) AGT (Ser)c) AGC (Ser) AGG (Arg) GGG (Gly) if Ser Gly第四十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 （1）基因內(nèi)抑制突變 (Intragenic suppression

18、)第二位點引起的基因內(nèi)校正密碼子間兩次錯義突變的互補4、抑制突變的分子機制 錯義突變 移框突變錯義突變造成野生型表型的喪失 部分原因在于影響到蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)(正負電荷、疏水作用)第四十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月a、靜電作用第四十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月b、疏水作用第四十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月-UGG174-GGA210-(w.t.)(K) (G)回復(fù)突變(C) （G）-UGG 174-GGA210-UGG174-GGA210-UGC174-GAA210-活性結(jié)構(gòu)無活性結(jié)構(gòu)CA無活性結(jié)構(gòu) (K) (E)第四十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)

19、作于2022年6月移框突變的抑制突變(基因內(nèi)第二點的插入或缺失)第四十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）基因間的抑制突變無義突變-無義抑制突變錯義突變-錯義抑制突變移框突變-移框抑制突變 發(fā)生在 tRNA基因或與tRNA功能相關(guān)的基因上第四十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月a、基因間的無義抑制突變（ Nonsense suppressor ）野生型UAG、UGA、UAA三種無義抑制 50赭石型無義抑制tRNA產(chǎn)生的幾率很低，且抑制效率很低第四十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月AGAUCUArgGlyGGACCUUCUGlyCCUGlyb、基因間的錯義抑制

20、突變( Missense suppressor )Gly第四十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月c、基因間移框抑制突變總結(jié)：基因內(nèi)和基因間的錯義（無義）、移框抑制突變均 由相應(yīng)的錯義（無義）、移框突變抑制第五十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月課內(nèi)容回顧： 1、突變的類型 突變作用來源、 序列改變多少、 對閱讀框的影響 對遺傳信息的改變、突變的表達類型、突變效應(yīng) 突變位于負責(zé)基因表達調(diào)控的序列當中 2、 抑制突變 發(fā)生部位：基因內(nèi)、基因間 野生表型恢復(fù)作用性質(zhì)：直接抑制、間接抑制 基因內(nèi)錯義抑制突變的分子機制 基因間錯義、移碼、無義抑制突變的分子機制第五十一張，PPT共七十七

21、頁，創(chuàng)作于2022年6月第六節(jié) 突變劑和突變生成第五十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1、堿基類似物（Base analog）2-氨基嘌呤2-Amino purine5-溴尿嘧啶5-Bromine Uracil OO BrNH2第五十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月5-BrU: G: A 烯醇式enolBrOHHOBr 酮式KetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU的滲入AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二輪復(fù)制ATGC 轉(zhuǎn)變AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCC

22、TATCGAAGGAT第一輪復(fù)制酮式到稀醇式的轉(zhuǎn)變烯醇式滲入為 GCAT 轉(zhuǎn)變第五十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月In DNABrU(k) BrU(e) (正常形式) (異構(gòu)體)BrU(k) BrU(e)難易A G G AT C C T堿基類似物產(chǎn)生的均為錯義突變第五十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 2、 堿基的化學(xué)修飾導(dǎo)致突變又稱化學(xué)突變劑： 亞硝酸（nitrous acid HNO2） 羥氨（hydroxylamine HA） 甲磺酸乙酯（ethyl mathanesulfonate EMS） N-甲基-N-硝基-N-亞硝基胍 （N-mathyl-N-nitro

23、-N-nitrosoguanidion NNG）產(chǎn)生錯義突變第五十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月NH2OH (Hydroxylamine HA 羥胺)C(i) A(a)HNHHOC(a)HAHNHHHOHNHHOHNHHOHNHHONH第五十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3、嵌合劑的致突變作用吖啶橙 (Acridine Orange AO) 扁平染料分子溴化乙錠 (Ethidium Bromide EB )-ATTTTTCG -TAAAAAGC-A TTTCG -T AAAGC-TAO T-AT EB TTTTCG-TA分子插入AOEB-ATTTCG -TAAAGC

24、-ATXTTTTCG-TAX AAAAGC-XAAAAGC-結(jié)果產(chǎn)生移框突變第五十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月5、 增變基因（mutator gene ） w.t. 維持遺傳的穩(wěn)定性mut. 隨機引起其他各類基因的突變4、 轉(zhuǎn)座成分的致突變作用生物體內(nèi)有些基因與整個基因組的突變頻率直接相關(guān)其突變時，整個基因組的突變頻率明顯上升第五十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月增變基因類別：a、DNA polymerase 相關(guān)基因3 5 校正功能突變b、錯配修復(fù)系統(tǒng)的基因MCE (mismatch correction enzyme)c、DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)基因錯配，損傷修復(fù)功能

25、喪失 突變率升高第六十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月6、紫外線的致突變作用-嘧啶二聚體 (TT dimer )U.V.C T T A第六十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 脫氨氧化 U.V.CU A(a)U.V.U.V.H2O H+ + OH-C(a) C(i) A(a) 脫嘌呤造成的突變：堿基替代、缺失、重復(fù)、移框第六十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月7、 突變熱點（Mutation Hotpoint）基因自發(fā)突變的頻率是一定的DNA分子上某些位點的突變頻率大大平均數(shù)，這樣的位點稱為第六十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月a) 重復(fù)序列 （rep

26、etitive seq. ）/ palindromic seq.e.g. Lac. Operon-CTGGCTGGCTGG- b) m5Cc) 不同誘變劑作用位點不同，轉(zhuǎn)座子插入位點不同UC m5CT脫氨氧化復(fù)制時，模板與新生鏈間滑動錯配缺失，插入突變復(fù)制期發(fā)生在新生鏈上不發(fā)生突變，若發(fā)生在模板鏈上很快突變非復(fù)制期突變頻率50第六十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA 的損傷修復(fù)與突變Mutagen (誘變劑）完全修復(fù)DNA 損傷堿基的化學(xué)反應(yīng)損傷的修復(fù)突變突變生成第六十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)位因子第六十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)位因子

27、 轉(zhuǎn)位因子（transposable element） 即可移動的基因成分（可移動基因，movable gene mob），是指能夠在一個DNA分子內(nèi)部或兩上DNA分子之間移動的DNA片段。在細菌中指在質(zhì)粒和染色體之間或在質(zhì)粒和質(zhì)粒之間移動的DNA片段（文獻上有時形象地稱其為是跳躍基因，jumping gene）。轉(zhuǎn)位也是DNA重組的一種形式。 第六十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 移動基因最早由美國冷泉港實驗室（cold spring Harbor Laboratory）的女科學(xué)家B.MClintock于上個世紀40年代晚期在玉米中首次發(fā)現(xiàn)的。60年代，為J.A.Shapirc

28、研究大腸桿菌高效突變實驗證實。1983年榮獲諾貝爾生物學(xué)醫(yī)學(xué)獎。第六十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）轉(zhuǎn)位因子的種類及特征 細菌的轉(zhuǎn)位因子包插入序列，轉(zhuǎn)座子及可轉(zhuǎn)座的噬菌體。 1.插入序列（insertion sequence,IS） IS的形體圖TSTransposase geneTSIRIRTS target site靶位點Transposase gene 轉(zhuǎn)位酶基因IR inverted repeated 反向（倒轉(zhuǎn)重復(fù)順序）第六十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）IS是一類較小的轉(zhuǎn)位因子，長度約700-2000bp，按發(fā)現(xiàn)順序IS1、IS2命名， 只攜

29、帶轉(zhuǎn)移的必需基因，不含有其它偏碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因，本身沒有表型效應(yīng)。（2）IS兩側(cè)為反向（倒轉(zhuǎn)）重復(fù)順序（IR,16-41bp），中間為轉(zhuǎn)位酶基因.（3）IS到處活動，可以插入到E.coli染色體的各個位置上，也可以插入到質(zhì)粒和某些噬菌體基因組上，甚至同一基因不同位點上。這種插入作用可以雙向進行，可以是正向，也可以是反向插入IS這種移動方式稱為轉(zhuǎn)位作用（transposition）。 （4）在一個世代的細菌中有1次插入。*IR（反向倒轉(zhuǎn)重復(fù)序列）：GGAAGGT、ACCTTC CCTTCCA、TGGAAGG第七十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2.轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）(1)Tn是一類較大的可移動成分，除mob gene外，尚含有其它基因，如抗藥基因等。Tn是在研究抗藥基因中