基因突變-DNA損傷與修復(fù)課件

0.基因突變的定義1.基因突變及其分子效應(yīng)2.人工誘發(fā)的基因突變3.自發(fā)的基因突變3.動(dòng)態(tài)突變5.DNA損傷生物體的修復(fù)機(jī)制6.基因突變的檢出第八章基因突變與DNA損傷修復(fù)1

突變（mutation）：生物體遺傳物質(zhì)的核苷酸序列發(fā)生了穩(wěn)定而可遺傳的變化。廣義的突變包括基因突變和染色體畸變。狹義的突變就是指基因突變?；蛲蛔兪侵富騼?nèi)部由于一對或少數(shù)幾對堿基的置換、缺失或插入而引起的突變，其涉及的變化范圍很小，又稱為點(diǎn)突變。染色體畸變是指大段染色體的缺失、重復(fù)、易位和倒位，即較大范圍內(nèi)遺傳物質(zhì)的改變。Geneticmutation0基因突變2鐮狀細(xì)胞貧血?。╯icklecelldisease）351.基因突變及其分子效應(yīng)1.1基因突變的類型1.2基因突變的分子效應(yīng)1.3可逆突變的遺傳效應(yīng)6堿基替換(basesubstitution)移碼(框)突變(baseframe-shiftmutation)轉(zhuǎn)換

(transition):嘌呤→嘌呤嘧啶→嘧啶((A→G,C→T)。顛換(transversion):嘌呤→嘧啶,嘧啶→嘌呤(A→T,C→G)。1.1基因突變的類型按突變的方式劃分堿基的增加或刪除（baseaddition/deletion)自發(fā)的基因突變?nèi)斯ふT發(fā)的基因突變

按來源劃分7由密碼的簡并性(codedegeneracy)造成,一種密碼子發(fā)生了突變，但編碼的氨基酸不變。如GAU(天冬氨酸)

GAC

(天冬氨酸),

結(jié)果：編碼的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能不發(fā)生改變1.2

基因突變的分子效應(yīng)

編碼區(qū)基因突變的分子效應(yīng)同義突變

(samesensemutation)8有義密碼子突變?yōu)榻K止密碼子如UUG

（亮氨酸）→UAG，UAA,UGA

突變的結(jié)果：蛋白質(zhì)合成提前終止→編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)核功能發(fā)生改變無義突變（nonsensemutation）10遺傳密碼編碼氨基酸時(shí)發(fā)生差錯(cuò)，使原來編碼的氨基酸變?yōu)榱硪环N氨基酸,也叫密碼錯(cuò)編（miscoding）。結(jié)果：編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)核功能發(fā)生改變錯(cuò)義突變（missensemutation）：12141.3

可逆轉(zhuǎn)突變及其分子效應(yīng)可逆轉(zhuǎn)突變也叫“回復(fù)突變”，即野生型變?yōu)橥蛔冃秃?突變型再突變回到野生型.

A→a,a→A,或A+→A;a+→a.一般把第一次突變個(gè)體失去的性狀,通過第二次突變得到恢復(fù)的現(xiàn)象叫回復(fù)突變15回復(fù)到野生型原來的DNA序列，如ATG→

ACG→ATG.原位回復(fù)屬于真正意義上的回復(fù)突變，但很少發(fā)生。原位回復(fù)突變最終只產(chǎn)生一種基因型和一種表型回復(fù)突變的類型及其分子機(jī)制1)原位回復(fù)突變（insitureversion）16m+(野生型)正向突變m-(突變型)原位回復(fù)突變m+m-(野生型)(野生型)m+(全部野生型后代)(突變型)，沒有保留下來17野生型第一點(diǎn)突變

ATAAC

GAGAACG

突變型

2)

抑制回復(fù)突變（suppressorreversemutation）:第二點(diǎn)突變抑制第一點(diǎn)突變,產(chǎn)生與原野生型相同或相近的表型。AGAAGG第一次突變發(fā)生后，其表型被另外一位點(diǎn)的突變所抑制，結(jié)果是野生型表型得以全部或部分恢復(fù)。

第二點(diǎn)突變野生型18基因間抑制回復(fù)抑制回復(fù)突變可劃為:基因內(nèi)抑制回復(fù)基因內(nèi)錯(cuò)義抑制回復(fù)突變基因內(nèi)移碼抑制回復(fù)突變無義抑制突變錯(cuò)義抑制突變移碼抑制突變20基因內(nèi)錯(cuò)義抑制回復(fù)突變

CAUCAG(第18密碼子)(第64密碼子)mRNA蛋白質(zhì)第18氨基酸＋第64氨基酸－18+64

－野生型(示空間結(jié)構(gòu))正常情況下CAG－18－64

－導(dǎo)致空間構(gòu)型改變,活性喪失21無義抑制突變（nonsensesuppressormutation）“無義抑制tRNA”抑制“無義突變”如噬菌體基因組編碼某一個(gè)氨基酸的密碼子突變?yōu)闊o義密碼子的,結(jié)果使蛋白質(zhì)合成（翻譯）提前終止；宿主菌基因組編碼tRNA的基因(tDNA)發(fā)生突變，導(dǎo)致反密碼子堿基改變，發(fā)生突變的tRNA與噬菌體基因中的無義密碼子結(jié)合，使蛋白質(zhì)合成繼續(xù)進(jìn)行。這種抑制突變回復(fù)發(fā)生在噬菌體基因與宿主菌基因之間.

23mRNA5’3’UAGAUC氨基酸臂攜帶某種氨基酸5’3’無義抑制tRNA終止（無義）密碼子24UAGUAAUGAUXX有義密碼子琥珀型突變amber(amb)赭石型突變ochre(och)乳白型突變opal(op)26因?yàn)橛?種無義密碼子→產(chǎn)生3種無義突變所以有3種無義抑制突變(基因）琥珀無義抑制基因（su+amb）。赭石無義抑制基因（su+och

）乳白無義抑制基因（su+op）273種無義抑制突變(基因）3種無義抑制tRNA琥珀無義抑制tRNA

→抑制琥珀無義突變赭石無義抑制tRNA

→抑制赭石無義突變?nèi)榘谉o義抑制tRNA

→抑制乳白無義突變28赭石抑制基因能抑制琥珀突變，但琥珀抑制基因不能抑制赭石突變之原因根據(jù)擺動(dòng)假說,G-U可配對，所以赭石抑制基因可抑制琥珀突變.A-C不能配對，所以琥珀抑制基因不能抑制赭石突變（Oc）。OcAm30通過無義抑制突變插入的氨基酸，如果與無義突變前的氨基酸相同→合成的多肽完全與野生型的相同,有完全的功能；插入的氨基酸為可接受氨基酸→合成的多肽有部分野生型活性；插入的氨基酸為非可接受氨基酸→合成的多肽則可能完全無活性。無義抑制的特征31正常密碼子→無義密碼子后，并不是所有無義密碼子都可與無義抑制tRNA

結(jié)合,使肽鏈延伸恢復(fù).其中只有一部分結(jié)合.所以在細(xì)胞內(nèi)，有的肽鏈得以延伸，有的肽鏈提前終止，其結(jié)果是蛋白質(zhì)的總濃度低于野生型。

32某無義抑制tRNA與某無義密碼子的結(jié)合,并不影響它與應(yīng)該結(jié)合的有義密碼子結(jié)合.原因：1）密碼子有簡并現(xiàn)象；2）細(xì)胞內(nèi)每種tRNA有許多拷貝.33無義抑制tRNA

存在時(shí)，蛋白質(zhì)合成釋放因子（RF）與無義抑制tRNA

可競爭性地與終止密碼子結(jié)合，如果RF處于優(yōu)勢，RF與終止密碼子結(jié)合，使蛋白質(zhì)合成正常終止.釋放因子有RF1、RF2、RF3.

RF1識(shí)別終止密碼UAA和UAG;

RF2識(shí)別終止密碼UGA和UAA;

RF3激活

RF1和RF2的活性34mRNA內(nèi)有時(shí)存在雙重終止密碼子,如UAG

(琥珀)…UAA(赭石),如果兩終止密碼子相距不遠(yuǎn),蛋白質(zhì)合成即使不在UAG處終止，必然在UAA處終止。各抑制tRNA抑制效率不同。琥珀抑制tRNA的抑制效率約為50%；

赭石抑制tRNA的抑制效率很低，只有1-5%；二者雙重抑制效率為0.5-2.5%(1%×50%～

5%×50%).35第一突變第二突變刪除或添加1-2個(gè)堿基添加或刪除1-2個(gè)堿基

基因內(nèi)移碼突變抑制突變回復(fù)基因內(nèi)一個(gè)位點(diǎn)刪除(或添加）1-2個(gè)堿基,在另一個(gè)位點(diǎn)添加(或刪除）同樣數(shù)目堿基),結(jié)果是整個(gè)讀框保持不變,同時(shí)也是突變體的性狀恢復(fù)到野生型.36功能獲得型突變(gainoffunctionmutation)

突變使生物獲得某種新功能.獲得的功能有可能是顯性突變(因?yàn)樵陔s合體中表達(dá)）.1.4突變對多細(xì)胞生物的影響新產(chǎn)物新產(chǎn)物顯性突變37基因的關(guān)鍵功能區(qū)被刪除或改變，結(jié)果使某一功能喪失。按功能喪失程度大小分為:

無效突變(null

mutation):突變使某一基因的功能完全喪失.

滲漏突變(leakymutation):突變使某一基因的功能部分喪失,

功能喪失型突變

(lossoffunctionmutation)：3839

表型突變（Morphologicalmutation）如菌落形態(tài)、噬菌斑形態(tài)、孢子顏色、殘翅、白眼、矮莖、侏儒等。表型突變也叫可見突變(visiblemutation)致死突變（lethalmutation）

如致死突變型（lethalmutant），導(dǎo)致個(gè)體死亡.如小鼠的AyAy胚胎致死、植物的白化、人的鐮刀型貧血等,

致死突變型包括全致死、半致死、條件致死突變。40條件下致死（conditionallethalmutation)最常見的有溫度敏感突變型Ts(ts)（temperaturesensitivemutant）。如T4噬菌體的ts，25℃能在E.coli中正常生長，42℃則死亡。代謝途徑改變

如生化突變型（biochemicalmutant）,突變使某一個(gè)生化功能改變或喪失.最常見的是營養(yǎng)缺陷型412.人工誘發(fā)的基因突變使用物理或化學(xué)方法誘導(dǎo)產(chǎn)生的突變叫誘發(fā)突變（inducedmutation).可誘發(fā)基因突變的物質(zhì)叫誘變劑(mutagen)，誘變劑通常有致癌作用，所以也叫致癌劑(carcinogen)。421）堿基類似物----誘發(fā)堿基轉(zhuǎn)換5

-溴尿嘧啶(5-BU)BU代替胸腺嘧啶(T)摻入DNA，產(chǎn)生A∶T→G┇C轉(zhuǎn)換。BU代替胞嘧啶(C)摻入DNA，產(chǎn)生G┇C→A∶T轉(zhuǎn)換2-AP和T配對后,又和C配對，產(chǎn)生A∶T→G┇C轉(zhuǎn)換;2-AP和C配對后，又和T配對，產(chǎn)生G┇C→A∶T轉(zhuǎn)換。二氨基嘌呤(2-AP)

誘變劑的類型及其誘變機(jī)制4344堿基配對Basepairing44455BU—堿基T的類似物堿基類似物Baseanalog452）烷化劑-----誘發(fā)特異性錯(cuò)配烷化劑的種類甲基磺酸乙酯(EMS)亞硝基胍（NG）芥子氣等461）烷化劑誘發(fā)嘌呤堿基脫落，產(chǎn)生缺口烷化劑在鳥嘌呤的N位活化β-糖甙鍵,引起β-糖甙鍵斷裂,使嘌呤堿基從DNA鏈上脫落下來,產(chǎn)生缺口,復(fù)制時(shí)任何堿基配對到缺口位置,這樣可引起轉(zhuǎn)化或顛換烷化劑的作用機(jī)制47如甲基磺酸乙酯(EMS)可使鳥嘌呤(G)的N位乙基化,使鳥嘌呤成為7-乙基鳥嘌呤（mG），使之不能和胞嘧啶(C)配對,而和胸腺嘧啶(T)配對，產(chǎn)生G┇C→T∶A轉(zhuǎn)換.G┇CmG┇CG┇CmG∶TT∶AmG∶T2）

烷化劑使堿基烷基化,引起特異性錯(cuò)配修復(fù)后不修復(fù)G:CC:G48嵌合劑種類：吖啶橙(acridineorgange）,熒光染色劑，可使DNA特異染色。原黃素（proflavine）黃素(acrilavine）等3）嵌合劑的誘變作用49嵌合劑分子含"吖啶環(huán)"，分子大小與堿基大小相近，吖啶環(huán)可嵌入到DNA雙鏈中心，堆積在堿基對之間，在嵌入點(diǎn)引起"單個(gè)堿基對插入"或"缺失"，最終引起移碼突變。嵌合劑作用機(jī)理50514）輻射輻射源紫外線（ultravioletlight,UV）：電離輻射γ-射線(同位素)太空射線(衛(wèi)星搭載)x-射線(同位素)重離子(重離子加速器→重離子)52

紫外線（ultravioletlight,UV）：

誘發(fā)相鄰的兩個(gè)嘧啶堿基形成二聚體光生成物如胸腺嘧啶二聚體（TT），胸腺嘧啶二聚體可在同一單鏈,或兩條單鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶堿之間形成。紫外線還可引起缺失,重復(fù)和移碼突變.5354突變頻率與X-射線劑量的關(guān)系55

電離輻射X-射線，γ-射線等,因能量高,能引起被照射物質(zhì)中原子的電離（形成離子）,故稱電離輻射.電離輻射可造成染色體“斷裂”和“重新連接”,引起染色體結(jié)構(gòu)畸變.

通常用于農(nóng)作物誘變育種的誘變源565)

黃曲霉B1黃曲霉素B1（aflatoxinB1,

AFB1）可以在鳥嘌呤N-7位置誘導(dǎo)脫嘌呤作用，繼而以腺嘌呤代之，產(chǎn)生G┇C→A∶T的轉(zhuǎn)換，是很強(qiáng)的致癌劑。576)

定點(diǎn)誘變定點(diǎn)誘變也稱為離體定點(diǎn)突變或誘變(site-specificinvitromutation)

。是利用人工合成寡聚核苷酸技術(shù),在離體條件下使DNA分子任何位點(diǎn)的堿基發(fā)生轉(zhuǎn)換或顛換的技術(shù).定點(diǎn)突變在蛋白質(zhì)工程，基因表達(dá)和表達(dá)調(diào)控機(jī)制的研究方面就有重要的意義。58定點(diǎn)誘變的基本步驟1

采用化學(xué)合成法,首先人工合成一條包括靶(目標(biāo))堿基及其附近序列的寡聚核苷酸（引物）,該引物除了目標(biāo)堿基被替換外，其余序列與野生型DNA分子的相應(yīng)序列應(yīng)完全相同。5’AATTCCGGCCTTAAGGAT……..ATTCCGGGCGCG.GGC3’5’-AATTCCGTCCTTAAG-3’59將合成好的引物與攜帶目標(biāo)基因全序列的單鏈?zhǔn)删wM13

的DNA分子混合，使引物與M13DNA分子上的目標(biāo)基因配對，并在在DNA聚合酶作用下合成完整的互補(bǔ)鏈。將合成好的雙鏈環(huán)狀DNA分子導(dǎo)入大腸桿菌，在大腸桿菌內(nèi)復(fù)制,即可得到穩(wěn)定遺傳的突變的DNA分子克隆,最終使大腸桿菌某些位表型發(fā)生變化(突變體)。603.

通過等位基因替換（或其他）方法，將突變基因送回細(xì)胞內(nèi)原來的基因組中，在生理?xiàng)l件下檢測和研究突變效應(yīng)，即可了解該點(diǎn)突變的動(dòng)能。61如誘發(fā)IFN-β基因第17位堿基突變半胱氨酸Cys↓絲氨酸Ser62633.自發(fā)的基因突變自然環(huán)境中的物理、化學(xué)、生物因素偶然誘導(dǎo)基因產(chǎn)生的突變叫自發(fā)的基因突變。64多方向性(multidirection):

即一個(gè)基因可以突變?yōu)閮蓚€(gè)以上數(shù)目的等位基因（復(fù)等位基因）,即A→a1,

a2,

a3

等,復(fù)等位基因的存在,也說明了突變的多方向性.3.1基因自發(fā)突變的基本特征65獨(dú)立性(independency）一個(gè)基因突變與另一個(gè)基因突變無關(guān)，互不影響。如Strs

→strr;

pens→penr

的頻率都是10－7，strs

pens→strr

penr

雙突變的頻率是10－7×10－7=10－14。66可逆性(reversibility):

A→a,a→A,或A+→A;a+→a.

回復(fù)突變（backorreversemutation).有害/利性(detrimentalandbeneficial）：

如殘翅果蠅對生存不利（飛行困難），但在多風(fēng)的海島上，則對殘翅有利（風(fēng)助其飛行）。67隨機(jī)性(randomness)

即不定向性，基因突變的方向與生物體所處的環(huán)境沒有對應(yīng)關(guān)系，突變可發(fā)生在任何時(shí)期、任何個(gè)體、任何基因位點(diǎn)上。

重演性

(reappearance）

1791年在美國一個(gè)牧場發(fā)現(xiàn)一只安康羊（腿短，跳不出羊圈），20世紀(jì)40年代在挪威又發(fā)現(xiàn)一只。后來證實(shí)是生殖細(xì)胞中一個(gè)顯性基因的一個(gè)堿基對的變化所致。68

稀有性(rarity)高等生物自發(fā)突變率=1×10-5

～

1×10-10細(xì)菌自發(fā)突變率=1×10-4

～

1×10-10突變率指在一個(gè)世代或其他規(guī)定的條件和時(shí)間內(nèi),發(fā)生某一突變的細(xì)胞占細(xì)胞總數(shù)的比率。.有性生殖中，突變率=發(fā)生某一突變的配子數(shù)占所觀察配子總數(shù)的百分?jǐn)?shù)。細(xì)菌中，突變率用一定數(shù)目的細(xì)菌,在一次分裂過程中發(fā)生突變的次數(shù)表示.69體細(xì)胞突變生物個(gè)體營養(yǎng)組織細(xì)胞(如植物的跟、莖、葉）發(fā)生的基因突變叫體細(xì)胞突變.發(fā)生突變的體細(xì)胞如果繼續(xù)保持分裂，便生成一個(gè)具相同表型的細(xì)胞群(克隆),與未發(fā)生突變的細(xì)胞群一起,最終形成嵌合體。因此體細(xì)胞突變只對個(gè)體產(chǎn)生影響，對整個(gè)物種不會(huì)產(chǎn)生影響。70植物體細(xì)胞突變不能直接傳遞給后代,但可先通過無性繁殖,再經(jīng)過有性生殖傳遞給后代.如從嵌合體中切下由突變的枝條→扦插長成完整植株→分化出生殖組織(細(xì)胞)→

產(chǎn)生突變的配子→通過受精傳遞給后代。71突變發(fā)生在生物個(gè)體生殖細(xì)胞（精細(xì)胞,卵細(xì)胞,胚囊,花粉母細(xì)胞,花粉等）中，這些嗎都屬于種質(zhì)細(xì)胞。如果突變的細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂形成鏡子或卵子，參與受精，突變基因就會(huì)通過有性生殖直接傳給下一代。所以生殖細(xì)胞中低頻率突變將引起整個(gè)物種產(chǎn)生變異。高頻率的基因突變將會(huì)使壞整個(gè)物種毀滅。生殖細(xì)胞突變723.2

基因自發(fā)突變的機(jī)制DNA復(fù)制錯(cuò)誤脫氨基作用脫嘌呤堿基堿基氧化損傷其他可能的機(jī)制73DNA復(fù)制過程中，由于堿基異構(gòu)體互變導(dǎo)致堿基錯(cuò)配,再經(jīng)過復(fù)制導(dǎo)致原來的堿基被替換

DNA復(fù)制錯(cuò)誤74標(biāo)準(zhǔn)的堿基對排列TACGTGCA異常的堿基對排列酮式酮式酮式氨基式氨基式氨基式氨基式烯醇式堿基異構(gòu)體互變導(dǎo)致錯(cuò)配75堿基A由原來的氨基態(tài)變?yōu)閬啺被鶓B(tài)互變異構(gòu)體A又由亞氨基態(tài)變回到氨基態(tài)未發(fā)生互變異構(gòu)作用767778轉(zhuǎn)換(transition):

A→G,

G→A,

C→T,T→C顛換(transversion):

A→T,C→G.移碼突變

(frame-shiftmutation):

增加/減少一個(gè)或幾個(gè)密碼子.缺失和重復(fù)(deletionandduplication):大片段的缺失或重復(fù),缺失和重復(fù)可造成移碼突變轉(zhuǎn)換與顛換統(tǒng)稱堿基替換,也叫點(diǎn)突變(pointmutation)7980由于DNA分子中一對或少數(shù)幾對核苷酸的增加或缺失而造成Frameshiftmutation移碼突變8081

較大范圍的核苷酸序列的缺失或插入所導(dǎo)致的突變。缺失突變常導(dǎo)致缺失位點(diǎn)的整個(gè)基因及裂縫兩端的基因活性受損；生物誘變劑（轉(zhuǎn)座因子）以及理化誘變劑，如電離輻射、烷化劑等能誘發(fā)缺失或插入突變。插入突變導(dǎo)致?lián)饺胛稽c(diǎn)整個(gè)基因的失活，甚至產(chǎn)生極性突變。Deletionmutation&insertionmutation缺失突變和插入突變81G┇CG┇UA∶UG┇CU∶AA∶T胞嘧啶脫氨基后變?yōu)槟蜞奏?C→U，如果U不經(jīng)校正，在復(fù)制過程中則可和腺嘌呤A配對，結(jié)果產(chǎn)生G┇C→A∶T的轉(zhuǎn)換.

脫氨基作用正確修復(fù)未進(jìn)行修復(fù)C脫氨基82亞硝酸（HNO2）的誘變機(jī)制——堿基脫氨亞硝酸脫氨Deaminationofnitrousacid83

脫嘌呤堿基嘌呤堿基和脫氧核糖間的糖苷鍵受到破壞，引起嘌呤堿基的脫落，如果不被修復(fù)，無嘌呤位點(diǎn)可插入任何一個(gè)堿基，從而引起突變?；顫姷倪^氧化合物,如超氧基(O2-),氫氧基(OH-)和過氧化氫(H2O2)的存在導(dǎo)致堿基氧化損傷.

堿基氧化損傷84自然界存在的放射性同位素,宇宙射線,紫外線等.溫度劇烈變化與極端溫度.基因內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)發(fā)生變化.

DNA內(nèi)重復(fù)序列在復(fù)制過程中,由于滑動(dòng)錯(cuò)配（復(fù)制滑動(dòng)）導(dǎo)致出現(xiàn)插入/缺失.轉(zhuǎn)座子（transposableelement,TE），可轉(zhuǎn)移的DNA序列,通過的轉(zhuǎn)座過程將一個(gè)拷貝插入到一個(gè)基因，導(dǎo)致該基因失活,同時(shí)還可產(chǎn)生倒位,重復(fù),缺失,插入同向重復(fù)序列。

其他一些機(jī)制85

基因組中某些基因的突變可使整個(gè)基因組的突變率明顯上升，這些基因叫增變基因(mutatorgene)。如編碼DNA聚合酶的基因的突變，可使DNA聚合酶的3→5校對功能喪失或降低，這樣就會(huì)使其它基因的突變率升高。又如dam

基因（DNA甲基化的基因）和mut

基因（編碼錯(cuò)配矯正酶的基因）的突變，能使細(xì)胞錯(cuò)配修復(fù)的功能喪失，因此引起突變率升高。增變基因的致變作用

86基因中各位點(diǎn)發(fā)生突變的概率不等，有些位點(diǎn)的突變率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它位點(diǎn)突變率，這些突變頻率很高的位點(diǎn)被稱為突變熱點(diǎn)(hotspotofmutation)。如T4噬菌體DNA的rⅡA區(qū)與IIrⅡB區(qū)突變熱點(diǎn)87DNA的某些堿基對某些化學(xué)誘變劑較為敏感，易受到攻擊。如5-溴尿嘧啶(BU)處理λ噬菌體的CI基因，很容易使ACGC中的A轉(zhuǎn)換為G。轉(zhuǎn)座成分(TE),紫外線(UV)等，具有不同程度的插入(攻擊)序列優(yōu)先性。DNA的某些序列容易在SOS修復(fù)過程中產(chǎn)生錯(cuò)誤。

突變熱點(diǎn)形成的原因884.動(dòng)態(tài)突變

(dynamicmutation)在基因編碼區(qū)或非編碼區(qū)存在的三核苷酸重復(fù)(如CAG、CCG、CTG、CGG)

在減數(shù)分裂或有絲分裂過程中，隨機(jī)擴(kuò)增(拷貝數(shù)增加)的現(xiàn)象叫動(dòng)態(tài)突變.動(dòng)態(tài)突變通常導(dǎo)致成整個(gè)基因組不穩(wěn)定，所以基因組的動(dòng)態(tài)突變性也叫基因組不穩(wěn)定性。動(dòng)態(tài)突變可造成基因功能喪失或獲得,在人類中可引發(fā)多種人類疾病.89DNA復(fù)制時(shí),其內(nèi)的三核苷酸重復(fù)序列可誘發(fā)滑動(dòng)錯(cuò)配,即模板鏈及拷貝鏈(互補(bǔ)鏈)發(fā)生相對移動(dòng),結(jié)果使部分模板被重復(fù)復(fù)制,或被遺漏,最終使新合成的DAN鏈中或多或少的擁有三核苷酸重復(fù)序列.動(dòng)態(tài)突變的原因

復(fù)制滑動(dòng)學(xué)說90ATGCAGCAGCAGTACGTC

GTCGTC

GTCAAAGCGTACGTC

GTCGTCGTCAAAGCGATGCAGCAG

CAG

CAGTACGTC

GTCGTC

GTCAAAGCGATGCAGCAGCAG向左滑動(dòng)復(fù)制向右滑動(dòng)復(fù)制模板鏈新合成鏈模板鏈模板鏈新合成鏈增長新合成鏈變短914.2動(dòng)態(tài)突變與人類疾病

92動(dòng)態(tài)突變引發(fā)人類疾病的機(jī)制毒性多聚谷氨酰胺

假說(poly-gln)

(CAG)n

重復(fù)次數(shù)大于正常閾值,多聚谷氨酰胺長度增加,富含多聚谷氨酰胺的蛋白質(zhì),在轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶作用下,與其他蛋白質(zhì)交聯(lián),形成不溶性的包膜在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)積累,引發(fā)細(xì)胞死亡.2)甘油磷酸脫氫酶(GADH)被抑制假說

(CAG)n

重復(fù)次數(shù)大于正常閾值→GADH被抑制→糖酵解過程被阻斷→

不能產(chǎn)生足夠的ATP→

腦細(xì)胞失去功能.933)

多聚谷氨酰胺干擾轉(zhuǎn)錄因子說多聚谷氨酰胺干擾SP1轉(zhuǎn)錄因子與TFⅡD亞基TAFⅢ30的相互作用,影響了大腦神經(jīng)元中神經(jīng)遞質(zhì)受體基因的轉(zhuǎn)錄.4)

FMR-15’端(CGG)過度擴(kuò)增假說.

FMR-1為脆性X-染色體綜合癥基因.(CGG)n為編碼精氨酸的三核苷酸重復(fù).當(dāng)n>285時(shí),

FMR-1的mRNA全部與核糖體40-80S亞基接合,蛋白質(zhì)合成受阻.

基因動(dòng)態(tài)突變引發(fā)脆性X-染色體綜合癥（因CGG重復(fù)過多，染色體容易碎裂）94955.DNA損傷修復(fù)5.1光復(fù)活修復(fù)5.2切除修復(fù)5.3重組修復(fù)(復(fù)制修復(fù))5.4SOS修復(fù)5.5電離輻射損傷的修復(fù)965.1

光復(fù)活修復(fù)光復(fù)活修復(fù)(photo-reactivation)是在可見光的作用下，由光復(fù)活酶(photo-reactivatingenzyme)催化嘧啶二聚體(TT)分解成為單體(T),從而使損傷得到修復(fù)的過程.光復(fù)活專一性地對紫外線誘發(fā)形成的嘧啶二聚體(TT)進(jìn)行修復(fù),而且修復(fù)是在損傷部位就地修復(fù).97把TT之間的連接切斷985.2

切除修復(fù)(excision)在DNA內(nèi)切酶，外切酶，聚合酶和連接酶等共同作用下，將DNA受損傷的單鏈切除(在損傷的一端打開磷酸二酯鍵,外切掉幾個(gè)核甘酸),再以未損傷的單鏈為模板合成被切除的部分，從而使DNA恢復(fù)正常的結(jié)構(gòu)。因?yàn)樾枰烁仕嵬馇忻福郧谐迯?fù)也叫“核甘酸外切酶修復(fù)”，同時(shí)因不需光參與,故也“叫暗修復(fù)”.切除修復(fù)也是針對由紫外線引起的損傷.99根據(jù)切除片段的長短，切除修復(fù)分為：短補(bǔ)綴修復(fù)

（short-patchrepair):屬組成型修復(fù),最常見類型,占99%,修復(fù)對象：小范圍的DNA損傷（10bp-1000bp).長補(bǔ)綴修復(fù)

（long-patchrepair):誘導(dǎo)型，占1%,修復(fù)對象：損傷片段長且嚴(yán)重（>1.5kb),極少數(shù)情況下達(dá)到9kb以上，100UvrABC

內(nèi)切酶修復(fù)系統(tǒng)DNA糖基化酶修復(fù)系統(tǒng)錯(cuò)配矯正酶修復(fù)系統(tǒng)切除修復(fù)需要的酶系統(tǒng)（在E.coli

中）101由UvrA、UvrB、UvrC3個(gè)亞基組成.UvrA:具ATP酶活性,為切除修復(fù)提供能量;UvrB:與UvrA結(jié)合后有ATP酶活性;UvrC：使修復(fù)內(nèi)切酶的活性達(dá)到最大程度。

UvrABC

內(nèi)切酶修復(fù)系統(tǒng)102UvrABC內(nèi)切酶（UvrABC核酸酶）切除修復(fù)過程：

103

DNA糖基化酶修復(fù)系統(tǒng)DNA糖基化酶切開N-糖苷鍵

(而不是磷酸二酯鍵)釋放出發(fā)生突變的堿基,形成一個(gè)無嘌呤或無嘧啶的位點(diǎn)(AP位點(diǎn))→AP內(nèi)切酶在AP位點(diǎn)切開磷酸二酯鍵(DNA鏈被打斷)→DNA聚合酶和連接酶將缺口修復(fù).DNA糖基化酶分為：尿嘧啶糖基化酶（去嘧啶堿基），次黃嘌呤糖基化酶（去次黃嘌呤堿基）等104AP內(nèi)切酶：亦稱"無堿基內(nèi)切酶"，或"無嘌呤(嘧啶)核酸內(nèi)切酶"。其作用是在無嘌呤或無嘧啶位置(ＡＰ位點(diǎn))的5端切開磷酸二脂鍵。

5’ATCAG3’

3’TATC5’

5’ATCAG3’

3’TATC5’

5’3’DNA糖基化酶作用形成的AP位點(diǎn)AP內(nèi)切酶切開磷酸二脂鍵5’ATCAG3’

3’TA

G

TC5’

聚合酶和連接酶參與補(bǔ)平105錯(cuò)配矯正酶修復(fù)系統(tǒng)錯(cuò)配矯正酶由mutH，mutL和mutS

三個(gè)基因共同編碼,有下列兩種功能：1)識(shí)別新生鏈上錯(cuò)配的堿基，并與之結(jié)合;2)可識(shí)別下列序列:

5-GA*TC-33-CTAG-5′模板鏈新生鏈當(dāng)新生鏈上有錯(cuò)配堿基時(shí)，該酶可同時(shí)結(jié)合在模板鏈和新生鏈上，進(jìn)行錯(cuò)配修復(fù)106ACGA*TCCTAG錯(cuò)配堿基5’3’3’5’ACGA*TCCTAG錯(cuò)配矯正酶結(jié)合在錯(cuò)配堿基與識(shí)別序列上5’3’3’5’錯(cuò)配矯正酶切除包括錯(cuò)配堿基在內(nèi)的一段DNAAGA*TCCTAG5’3’3’5’DNA多聚酶填充缺口，連接酶連接ATGA*TCCTAG5’3’3’5’107Dam基因編碼的DNA腺嘌呤甲基化酶催化S-腺苷基L-甲硫氨酸而產(chǎn)生的S-腺苷基L-甲硫氨酸N6-甲基腺嘌呤DNA腺嘌呤甲基化酶Dam基因腺嘌呤+N6-甲基腺嘌呤一般都出現(xiàn)在5-GA*TC-3中，該序列在親本鏈上出現(xiàn)頻率較高而且又較均一，有助于錯(cuò)配矯正酶的結(jié)合，使矯正能得以順利進(jìn)行N6-甲基腺嘌呤的來源108如"尿嘧啶糖基化酶修復(fù)系統(tǒng)"對"脫氨基氧化損傷"的修復(fù)尿嘧啶糖基酶負(fù)責(zé)酶解錯(cuò)配的尿嘧啶,嘌呤,次黃嘌呤

1095.3

重組修復(fù)重組修復(fù)受損傷堿基部分不被切除,DNA直接跨過受損傷部分進(jìn)行復(fù)制.原模板鏈中的損傷部分在下一個(gè)細(xì)胞周期中,以“切除修復(fù)方式”完成修復(fù)，或不經(jīng)切除，隨細(xì)胞分裂，不斷進(jìn)行重組修復(fù)，使損傷DNA的濃度逐漸稀釋，最終達(dá)到幾乎全部的修復(fù)。由于重組修復(fù)必須在DNA復(fù)制的情況下進(jìn)行，故又稱復(fù)制后修復(fù)．是DNA損傷修復(fù)的最主要方式110如對二聚體損傷的復(fù)制修復(fù)1115.4

SOS修復(fù)又稱超越二聚體合成修復(fù)(transdimersynthesis)，錯(cuò)誤傾向修復(fù)(error-pronerepair)或應(yīng)急修復(fù)。

SOS修復(fù)是在DNA分子受到大范圍損傷,且不能進(jìn)行“復(fù)制修復(fù)”的情況下,為防止細(xì)胞死亡而采取的一種應(yīng)急措施，所以采用國際通用的海難呼救信號(hào)SOS（SaveOurSoul）來命名）。112

RecA蛋白

(重組蛋白)和LexA蛋白(阻遏蛋白)。這兩種酶只有當(dāng)細(xì)胞受到損傷時(shí)才誘導(dǎo)產(chǎn)生，正常情況下，不存在。SOS修復(fù)只存在于recA＋lexA＋細(xì)胞中，這兩個(gè)基因突變，sos修復(fù)功能隨之喪失。

SOS修復(fù)需要的酶系統(tǒng)113RecA蛋白由recA基因編碼,recA為正調(diào)控蛋白，有以下3種功能：重組功能：催化DNA分子間同源聯(lián)會(huì)和單鏈交換.蛋白酶活性：DNA合成正常進(jìn)行時(shí)，RecA蛋白沒有活性；DNA合成受阻時(shí)，已存在的無活性的RecA蛋白就變成有活性的蛋白酶。單鏈DNA結(jié)合活性：類似單鏈DNA結(jié)合蛋白(SSB).

114LexA基因是負(fù)調(diào)控基因.LexA基因編碼的蛋白可被RecA蛋白分解。正常細(xì)胞內(nèi)LexA蛋白非常穩(wěn)定，分別結(jié)合于recA、lexA、uvrA、uvrB、himA等17個(gè)基因的啟動(dòng)子上，使得這些基因不能轉(zhuǎn)錄。recA、lexA、uvrA、uvrB、himA等基因統(tǒng)稱損傷誘導(dǎo)基因（damageinduciblegenes，din),也稱作SOS基因，均由LexA蛋白控制.115DNA受紫外線照射損傷時(shí)→RecA蛋白酶活性被激活，→LexA蛋白被RecA蛋白分解→一系列與SOS反應(yīng)有關(guān)的基因被消除阻遏→SOS基因轉(zhuǎn)錄。POPPPOOO1lexA2recA3uvrA4uvrB……17

LexA蛋白結(jié)合位點(diǎn)。LexA基因也受其產(chǎn)物L(fēng)ex蛋白控制，所以稱為自身負(fù)向控制LexA蛋白LexA蛋白LexA蛋白LexA蛋白116UV未照射的Ecoli釋放出的正常和突變的λ極少,表明未發(fā)生復(fù)活效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)SOS修復(fù)系統(tǒng)是細(xì)胞受損傷后才被誘導(dǎo)的證據(jù)(weigle,

J.1953）：感染λ噬菌體紫外線照射UV照射過的E.coli釋放的λ數(shù)增加（稱W-復(fù)活效應(yīng)）存活的λ中出現(xiàn)較多突變體（稱W-誘導(dǎo)效應(yīng)）:117λ噬菌體受UV照射→DNA損傷→侵染UV未照射過的大腸桿菌→大腸桿菌SOS修復(fù)酶不被活化→損傷的λDNA不能被修復(fù)→λDNA不能復(fù)制→λ噬菌體數(shù)量及λ突變體數(shù)少。λ噬菌體受UV照射→DNA損傷→侵染UV照射的大腸桿菌→腸桿菌SOS修復(fù)酶被活化→損