1、基因突变和损伤DNA的修复,第一节 基因突变的符号、类型及规律,突变：,突变：遗传物质突然发生了稳定的可遗传的变化。突变体：基因符号及命名规则：1.每个基因用斜体小写的三个字母来表示，这三个字母取自该基因特性的一个或一组英文单词的前三个字母。2.产生同一表型的不同基因，在三个字母后用不同的大写斜体英文字母表示。如trpA, trpB.3.突变型的表示方法是在基因符号的右上角加“-”等。如leu-，strr strs.4.某一突变型基因的表型一般也是用相应的正体三个字母表示，不过第一个字母要大写， 如lacZ- LacZ-.5. 当染色体上存在缺失时可用 表示，例如 （lac, pro）表示从乳
2、糖发酵基因到脯氨酸基因这一段染色体发生了缺失。,二、基因突变的类型,1.按突变体表型特征的不同，分为： 形态突变型；生化突变型；致死突变型；条件致死突变型2.按遗传信息的改变，分为： 错义突变；同义突变；无义突变；3.按遗传物质的结构改变，分为碱基置换、移码、DNA片段插入和缺失等。4.按突变发生的方式，可分为自发突变和诱发突变。,染色体畸变(chromosome aberration) 指染色体的结构改变 染色单体型畸变(chromatid-type aberration)染色体型畸变(chromosome aberration),染色体缺失及环状染色体的形成图,染色体插入和重复示意图,染色
3、体的臂间倒位,染色体相互易位示意图,三、遗传学上常用的几个突变株,1.营养缺陷型突变株（auxotrophic mutant） 由于代谢障碍而成为必须添加某种物质才能生长的突变株。2.温度敏感突变株（temperature sensitive mutant） 可在某一温度下生长而在另一温度下不生长的突变株。3.抗性突变株（resistant mutant） 对某种药物具有一定抵抗能力的突变株,四、基因突变的规律,随机性：时间、个体、位点、表型变化等独立性稳定性可逆性：回复突变稀有性：突变率低（在一个世代中或其他规定的单位时间内，在特定的环境条件下，一个细胞发生突变的概率） 个体：随机性，偶然性
4、 群体：一定的突变频率,第二节 基因突变的分子基础,一、碱基置换及其对遗传信息的影响 颠换（transversion）:一个嘧啶（嘌呤）被另一个嘌呤（嘧啶）所取代。 转换（transition）:一个嘧啶（嘌呤）被另一个嘧啶（嘌呤）所取代。,同义突变：遗传密码在的简并性，不造成氨基酸的变化。错义突变：引起氨基酸序列的改变，蛋白质改变、表型改变无义突变：突变导致终止子的形成，使mRNA的翻译提前终止。,二、移码突变及其产生插入或缺失非3的倍数的核苷酸三、缺失和重复,第三节 诱变剂和诱变机制,1.碱基类似物,（1）5-溴尿嘧啶和T很相似，仅在第5个碳元子上由Br取代了甲基 5-BU有酮式，烯醇式两
5、种异构体，可分别与A及G配对结合,(2) 2-氨基嘌呤(2-AP)也是碱基的类似物，有正常状态和稀有状态两种异构体，可分别与T和C配对结合。当2-AP掺入到 DNA复制中时，由于其异构体的变换而导致AT G C,2. 碱基的修饰剂 (1) 亚硝酸（introus acid, NA）有氧化脱氨作用，可使G第2个碳原子上的氨脱去，产生黄嘌呤（X），黄嘌呤 仍和C配对，故不产生转换突变。但C和A脱氨后分别产生U和次黄嘌呤(H) ，产生了转换，使CG转换成AT，AT转换成GC。,（2）羟胺只特异地和胞嘧啶起反应，在第4个C原子上加-OH，产生4-OH-C，此产物可以和A 配对，使CG转换成TA,(3)
6、烷化剂如甲基黄酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基黄酸甲脂（MMS）,亚硝基胍（NG）等，它们的作用是使碱基烷基化，EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷化，结果产生的O-6-E-G和 O-4-E-T分别和T、G配对，导致GC对转换成AT对；TA对转换成CG,3.嵌合剂和移码突变,4. 体外定点突变,1985年加拿大的Michael Smith建立，于1993年获得了诺贝尔化学奖。具体方法有三种：（1）聚核苷酸介导的用单链模板定点突 变；（2）双引物法定点突变；（3）用掺入U的单链为模板进行聚核苷 酸介导的体外定点突变。,用 Ames法检测诱变剂,艾姆氏实验是一种利用细菌营养缺陷型的回复突变
7、来检测环境或食品中是否存在化学诱变剂的一种间便有效方法。是1970年发现的。采用鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸营养缺陷型进行，其在基本培养基上不能生长，而发生回复突变后就可以生长。结果 1）无菌落产生，说明无诱变剂 2）产生大量菌落，说明有诱变剂存在,五、辐射诱变,1.紫外线（UV）的诱变机制 引起DNA断裂、DNA分子双链的交联、胞嘧啶和尿嘧啶的水合作用以及嘧啶二聚体的形成等。主要效应是形成胸腺嘧啶二聚体。2.电离辐射的诱变作用3.激光诱变4.离子束诱变P45,小 结,第四节 自发突变和适应突变,一、突变的自发性的证实（1）变量实验（2）涂布实验（3）影印培养实验二、自发突变的机制三、适应突变（ad
8、aptive mutation）：微生物细胞群体在非致死的选择条件下，延长培养时间时处在不分裂或缓慢分裂的状态下，细胞发生的一种自发突变。,1943年，Luria和Delbrck根据统计学原理，设计了波动实验，验证了基因的自发突变，而且证明了自发突变与环境条件是不相对应的。,1949年，Newcombe设计了涂布试验，得出的结果与上述一致。,1952年，J.Lederberg夫妇证明突变与相应的药物毫不相干。,二、自发突变的机制,1.DNA分子的内部运动 A. 碱基脱氨或被甲基化，引起突变 B.互变异构效应 酮式与烯醇式的互变2.缺失突变：除紫外线、X射线能引起外，可能与DNA在复制或修复中的
9、差错有关。 3.自身代谢产物的诱变：硫氢化合物、过氧化氢等4.环境因素引起的诱变,培养时间：27 d,适应性突变的分子机制？,意义：在生物进化中有重要作用。特别是对人体的肿瘤形成机理提供一些启示。,甲基化指导的错配修复系统？,a-f为2-8d；a为自发突变；其余为适应性突变,第五节 损伤DNA的修复,一.直接修复（Direct repair）(一) 通过DNA聚合酶校正修复(二)光复活反应光复活（photoreactivation）或光修复（light repair）光裂合酶（photolyase),由phr 基因编码烷基转移酶（Alkyltransferases）,光复活(photoreac
10、tivation) 1. 概念：在可见光存在的条件下，在光复活酶作用下将UV引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。 2. 条件：可见光(300600nm)、PR酶、嘧啶二聚体 3. 作用过程： 光复活酶与T=T结合形成复合物; 复合物吸收可见光切断T=T之间的C-C共价键,使二聚体变成单体; 光复酶从DNA链解离. *光复活是原核生物中的一种主要修复形式。,切除修复(excixion-repair) 暗修复（dark repair）短-补丁修复（short-patch repair）长-补丁修复（long-patch repair） 例如：着色性干皮病（Xeroderma pigmentosum）是
11、一种切除修复酶的缺陷,二 切除修复（excixion-repair）,(一) 一般切除修复,切除修复（暗修复） 人类DNA损伤的主要修复方式。,在E.coli中的切除修复系统,损伤：突变的碱基错配或改变DNA结构,剪切：内切酶在损伤碱基位点两侧剪切,切除：外切酶除去切口间的DNA,合成：DNA pol 合成取代DNA,连接酶封闭缺口,Uvr系统在修复各阶段中的作用： UvrAB识别损伤； UvrBC在DNA上切一缺口； UvrD使被标记区解旋,UvrABC核酸内切酶参与的核苷酸切除修复,参与UvrABC内切酶修复途径的基因,(二) 特殊切除修复途径,(1) AP核酸内切酶修复途径 （P54）
12、AP位点 :无嘌呤（apurinic）和 无嘧啶（apyrimidinic）位点 N糖基化酶修复途径(2)GO系统,三、复制后修复,(一) 错配修复（mismatch repair）(1) 识别错配的碱基对；(2) 对错配的一对碱基要能准确区别哪一个 是错的，哪一个是对的；(3) 切除错误的碱基，并进行修复合成。,甲基化引导的错配修复系统，大肠杆菌的主要修复系统之一。,MutS,MutL,MutS,2个MutH,dam基因编码Dam甲基化酶，使GATC/ CTAG序列中的A甲基化。MutS识别错配位点,并易位到GATC位点。MutH和MutL在GATC位点剪切非甲基化链，内切酶从GATC到错配
13、位点降解DNA,DNA聚合酶III,Dam 基因编码Dam 甲基化酶，使GATC/CTAG序列中的A甲基化,新生链未甲基化；亲本链高度甲基化据此可识别亲本和新生链,如何进行修复呢？,蛋白复合物,核酸外切酶降解切割链,(二)重组修复（recombination-repain）,复制重组合成在连接酶的作用下，以磷酸二酯键使新片段与旧链相接完成修复过程。 特点：修复不彻底，但随着DNA的多次复制，损伤逐渐被“稀释”，使损伤的效应降低而近于正常。P55 和图2-16,过程：RecA蛋白结合在有缺口的单链DNA上，并与完整双链的同源区配对形成三链区，由完整双链中的母链与带缺口的子链发生重组。子链中的缺口
14、由母链填补，二母链中失去的部分则由DNA聚合酶和连接酶进行修复。,在E.coli中的提取(retrival)系统,(三) SOS修复系统,差错倾向修复（Error prone repair）Jeam Weigle 等发现 UV 感染 细菌(用UV照射过) 存活率高噬菌体 细菌(UV未照射过) 存活率低1. lexA 和 recA 不引起基因突变2. UmuC 和UmuD 引起基因突变,四 电离辐射损伤的修复,氢键断裂：DNA双链之间1.电离辐射效应 共价键断裂：DNA单链断裂、 双链断裂、碱基和糖基损伤 交联作用：DNA与DNA、DNA 与蛋白质之间发生2.电离辐射的修复：1、超快修复(0, 2min) (E. coli) 无O2、单链 (DNA连接酶) 2、快修复(几分钟) 其余90断裂单链 (聚合酶) 3、慢修复(37 ,40-60min) 剩余单链 (重组修复酶系统),习题,1.基因突变的规律2.紫外线（UV）的诱变主要效应及其机制3.自发突变的机制4.DNA损伤的主要修复方式5.诱变剂的诱变机制及效应，如5-溴尿嘧啶,
