第二章DNA损伤修复突变和转座.ppt

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1、现在学习的是第1页，共73页第三节 突变类型 第四节 回复突变(抑制突变)第五节 突变剂和突变生成 概述：损伤因素及其类型 第一节 复制过程中的错配修复 第二节 损伤修复 现在学习的是第2页，共73页 引起损伤的因素:自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、自发脱碱基、细胞的代谢产物对DNA的损伤)物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线)化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）引起损伤的类型：碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取 代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链 间）、嘧啶二聚体等等 现在学习的是第3页，共73页 广义的修复系统：DNA聚合酶的校对功能(复制

2、的范畴)尿嘧啶-N-糖苷酶修复系统 （复制时U的渗入、C脱氨氧化成U）错配修复系统 损伤修复系统(光复活、重组修复、SOS修复等)限制修饰系统-对付外源DNA的入侵现在学习的是第4页，共73页第一节 复制过程中的错配的修复 现在学习的是第5页，共73页DNA mismatch+-A-C-DNApol(=10-8)经第二次校正=10-11错配修复系统(MRSMismatch RepairSystem)1、错配修复碱基来源：校正活性所漏校的碱基 使复制的保真性提高102103倍现在学习的是第6页，共73页2、错配修复系统（Mismatch repair system）DNA polymeraseH

3、elicase SSB 外切核酸酶(和)连接酶MCE(mismatch correct enzyme)3 subunits mutH,L,S dam geneDNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)扫描新生链中错配碱基识别新生链中非 m6A 的GATC序列酶切含错配碱基的新生DNA区段（1）组成现在学习的是第7页，共73页 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2kb左右有一GATC seq.错配修复系统受甲基化的引导现在学习的是第8页，共73页 甲基化程度的差异a、MutH/MutS 扫描识别错配 碱基和邻近的GATC序列

4、 切点甲基化GATC中 G的5侧 DNA helicase II,SSB,exonuclease I去除包括错 配碱基的片段 DNA polymerase III 和 DNA ligase 填充缺口昂贵的代价用于保证DNA的准确性（2）修复过程 现在学习的是第9页，共73页外切核酸酶切割切点的5端（错配碱基在切点的5端）-3端（-3端）现在学习的是第10页，共73页3、尿嘧啶-N-糖苷酶系统(ung system)修复尿嘧啶的来源：dUTP的渗入 胞嘧啶的自发脱氨氧化现在学习的是第11页，共73页-TAGC-ATCG-TAGC-A CG-U-TAGC-ung-ase GCUAU-TAGC-A

5、CG-AP内切酶(Apurinase)-TAGC-ATCG-DNApolLigase 现在学习的是第12页，共73页 第二节 DNA损伤的修复现在学习的是第13页，共73页一、嘧啶二聚体的产生 类型：TT二聚体（）、CC二聚体（）、CT二聚体（）TTCCCT相邻的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体CCCCCCCC现在学习的是第14页，共73页现在学习的是第15页，共73页 PR1、光复活（photo reactivation）-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA-复制前进行、不容易出错 400 nm 蓝光、PR 酶 (photo-reactivation enzyme)光敏裂合酶（photol

6、yase）可见光激活 二、二聚体修复的机制现在学习的是第16页，共73页2.切除修复ExisionRepair 复制前进行 不易出错UvrA,B,C gene 内切核酸酶（Endonucleases）外切核酸酶（Exonuclease）DNA pol Ligase 碱基切除修复核苷酸切除修复碱基切除修复核苷酸切除修复现在学习的是第17页，共73页ABA BCA B CA BCAB螺旋酶Pol 螺旋酶连接酶切补切封现在学习的是第18页，共73页3.重组修复（RecombinativeRepair）后复制修复、E.coli的挽回系统E.coli 存活%U.V 计量w.t.UvrA+RecA+uvr

7、 a-rec a-该系统存在的实验证据现在学习的是第19页，共73页 Rec-A.gene 以某种方式参与DNA损伤修复 Rec修复系统比切除修复系统更有效 目前知道 Uvr系统负责切除二聚体 Rec系统负责消除没有被切除的二聚体 可能造成的后果现在学习的是第20页，共73页TT TTAA AATT TTTT TTAA AATT TT变性 E.coli(Rec-A,uvr-a-)D.S.DNAS.S.DNAU.V.复制提取 变性复制过程越过二聚体而在相应新链上留下缺口二聚体后起始 修复时期的证明现在学习的是第21页，共73页 与Rec-A蛋白引起的重组(strand transfer)有关 T

8、T dimer未被修复，仅表现在后代群体中TT dimer 浓度的稀释 链的非准确转移，导致突变机率的增加 修复相关机制:现在学习的是第22页，共73页 重组修复(链转移修复)复制后修复 容易出错 RecA,DNApolymerae ligase二聚体后起始 RecA 聚合酶、连接酶重组修复后的损伤位点可由其它机制进一步修复现在学习的是第23页，共73页现在学习的是第24页，共73页第三节 突变类型 现在学习的是第25页，共73页 染色体突变（Chromosome mutation）chromosome number chromosome structure 核苷酸突变（dNt point m

9、utation）突变(mutation)：可以通过复制而遗传的DNA结构 的任何永久性改变遗传状态现在学习的是第26页，共73页 突变体(mutant)：携带突变的生物个体或群体或株系 突变基因(mutantgene):存在突变位点的基因野生型基因（wild type gene）：表示方法 表现型 Arg+Arg-基因型 arg+arg-野生型 正性状 现在学习的是第27页，共73页1、从突变作用来源上定义 自发突变自然界的突变剂或偶然复制错误 诱变 人为使用突变剂 碱基异构式引起DNA复制过程的错误-自发突变 碱基异构式 A(amino 氨基)A(imino 亚氨基)C(a)C(i)G(ke

10、to 酮式)G(enol 烯醇式)G(k)G(e,i)T(keto)T(enol-2)or T(enol-4)现在学习的是第28页，共73页碱基异构式引起DNA复制的错配 G(k)C(a)正确配对 A(a)T(k)错误配对 G(k)T(e)A(a)C(i)A(i,anti)A(a,syn)A(i,anti)G(k,syn)G(e,i,anti)G(k,syn)G(e,i,anti)A(a,syn)A(i)C(a)G(e)T(k)现在学习的是第29页，共73页A(a)T(k)A(a,anti)T(k,anti)C(i)C(a,anti)A(a)A(i,anti)碱基异构式引起DNA的错配突变 C

11、(i)C(a)G(k,syn)G(k,syn)G(k,anti)G(k)现在学习的是第30页，共73页2、从序列改变多少上定义 单点突变(point mutation)(点突变)多点突变(multiple mutation)点突变碱基替代、碱基插入、碱基缺失 碱基替代（conversion）转换(transition)Py Py Pu Pu 颠换(transvertion)Py Pu 现在学习的是第31页，共73页 核苷酸缺失或插入（dNt deletion or insertion）=3x dNt n x Amino acid=3x dNt 移框（Framshift）移框突变（framesh

12、ift mutation）:一个或两个碱基的插入 或缺失，或扁平碱性染料分子3、从对阅读框的影响上定义移码突变现在学习的是第32页，共73页Examples of deletion mutations 现在学习的是第33页，共73页4、从对遗传信息的改变上定义（点突变）同义突变：没有改变产物氨基酸序列的密码子 错义突变：碱基序列的改变引起了氨基酸序列的改变 （中性突变、渗漏突变）无义突变：碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变 为蛋白合成的终止密码子 碱基替代对遗传信息的改变-同义突变 GAA GAG Glu现在学习的是第34页，共73页-错义突变 GAA AAA Lys-无义突变 GAA TA

13、A(stop)无义突变类型UAA（Oc）赭石型（Ocher）UAG（Am）琥珀型（amber）UGA（Opal）乳石型（Opal）现在学习的是第35页，共73页5、从突变的表达类型 上定义-非条件型突变:-条件型突变:突变的表现=突变基因型+诱导条件 （光，温敏感不育）6、从突变效应上定义 正向突变 回复突变:使突变体所失去的野生型性状得到恢复的第二次突变 真正的原位回复突变很少 大部分为第二点的回复突变抑制突变现在学习的是第36页，共73页 7、突变位点存在于负责基因调控的序列中 *在启动子区域时:启动子上升突变:增强启动子对转录的发动作用的突变 启动子下降突变:*在操作子上或调节基因上 组

14、成型突变:产生组成型表达方式的操作子突变或调 节基因的突变 突变的操作子不能被阻遏蛋白所识别 调节基因突变不能产生有活性的阻遏蛋白 两者之一都使结构基因失去了负向控制 现在学习的是第37页，共73页第四节 回复突变(抑制突变)现在学习的是第38页，共73页1、抑制突变发生的部位基因内抑制突变：抑制突变发生在正向突变的基因中基因间抑制突变：抑制突变发生在正向突变基因外的其它 基因中wild typemutant (表现型)正向突变(low F.)回复突变(very low F.正向的110)现在学习的是第39页，共73页间接抑制突变:不恢复正向突变基因蛋白质产物的功能,而 是通过改变其它蛋白质的

15、性质或表达水平 而补偿原来突变造成的缺陷,从而恢复野生型2、野生表型恢复作用的性质直接抑制突变:通过恢复或部分恢复原来突变基因产物蛋 白质的功能而恢复野生表型现在学习的是第40页，共73页 3、回复突变的分子机制a)AGC(Ser)ACC(Thr)AGC(Ser)b)AGC(Ser)AGG(Arg)AGT(Ser)c)AGC(Ser)AGG(Arg)GGG(Gly)if Ser Gly现在学习的是第41页，共73页 （1）基因内抑制突变(Intragenic suppression)第二位点引起的基因内校正密码子间两次错义突变的互补4、抑制突变的分子机制 错义突变 移框突变错义突变造成野生型表

16、型的丧失 部分原因在于影响到蛋白质的空间结构(正负电荷、疏水作用)现在学习的是第42页，共73页a、静电作用现在学习的是第43页，共73页b、疏水作用现在学习的是第44页，共73页-UGG174-GGA210-(w.t.)(K)(G)回复突变(C)（G）-UGG 174-GGA210-UGG174-GGA210-UGC174-GAA210-活性结构无活性结构CA无活性结构 (K)(E)现在学习的是第45页，共73页移框突变的抑制突变(基因内第二点的插入或缺失)现在学习的是第46页，共73页（2）基因间的抑制突变无义突变-无义抑制突变错义突变-错义抑制突变移框突变-移框抑制突变 发生在 tRNA

17、基因或与tRNA功能相关的基因上现在学习的是第47页，共73页a、基因间的无义抑制突变（Nonsense suppressor）野生型UAG、UGA、UAA三种无义抑制 50赭石型无义抑制tRNA产生的几率很低，且抑制效率很低现在学习的是第48页，共73页AGAUCUArgGlyGGACCUUCUGlyCCUGlyb、基因间的错义抑制突变(Missense suppressor)Gly现在学习的是第49页，共73页c、基因间移框抑制突变总结：基因内和基因间的错义（无义）、移框抑制突变均 由相应的错义（无义）、移框突变抑制现在学习的是第50页，共73页现在学习的是第51页，共73页第六节 突变剂

18、和突变生成现在学习的是第52页，共73页1、碱基类似物（Base analog）2-氨基嘌呤2-Amino purine5-溴尿嘧啶5-Bromine Uracil OO BrNH2现在学习的是第53页，共73页5-BrU:G:A 烯醇式enolBrOHHOBr 酮式KetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU的渗入AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二轮复制ATGC 转变AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT第一轮复制酮式到稀醇式的转变烯醇式渗入为 GCAT 转变现在

19、学习的是第54页，共73页In DNABrU(k)BrU(e)(正常形式)(异构体)BrU(k)BrU(e)难易A G G AT C C T碱基类似物产生的均为错义突变现在学习的是第55页，共73页 2、碱基的化学修饰导致突变又称化学突变剂：亚硝酸（nitrous acid HNO2）羟氨（hydroxylamine HA）甲磺酸乙酯（ethyl mathanesulfonate EMS）N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍 （N-mathyl-N-nitro-N-nitrosoguanidion NNG）产生错义突变现在学习的是第56页，共73页NH2OH(Hydroxylamine HA 羟胺

20、)C(i)A(a)HNHHOC(a)HAHNHHHOHNHHOHNHHOHNHHON H现在学习的是第57页，共73页3、嵌合剂的致突变作用吖啶橙(Acridine Orange AO)扁平染料分子溴化乙锭(Ethidium Bromide EB)-ATTTTTCG-TAAAAAGC-A TTTCG-T AAAGC-TAO T-AT EB TTTTCG-TA分子插入AOEB-ATTTCG-TAAAGC-ATXTTTTCG-TAX AAAAGC-XAAAAGC-结果产生移框突变现在学习的是第58页，共73页5、增变基因（mutator gene）w.t.维持遗传的稳定性mut.随机引起其他各类基

21、因的突变4、转座成分的致突变作用生物体内有些基因与整个基因组的突变频率直接相关其突变时，整个基因组的突变频率明显上升现在学习的是第59页，共73页增变基因类别：a、DNA polymerase 相关基因3 5 校正功能突变b、错配修复系统的基因MCE(mismatch correction enzyme)c、DNA 损伤修复系统基因错配，损伤修复功能丧失 突变率升高现在学习的是第60页，共73页6、紫外线的致突变作用-嘧啶二聚体(TT dimer)U.V.C T T A现在学习的是第61页，共73页 脱氨氧化 U.V.CU A(a)U.V.U.V.H2O H+OH-C(a)C(i)A(a)脱嘌

22、呤造成的突变：碱基替代、缺失、重复、移框现在学习的是第62页，共73页7、突变热点（Mutation Hotpoint）基因自发突变的频率是一定的DNA分子上某些位点的突变频率大大平均数，这样的位点称为现在学习的是第63页，共73页a)重复序列（repetitive seq.）/palindromic seq.e.g.Lac.Operon-CTGGCTGGCTGG-b)m5Cc)不同诱变剂作用位点不同，转座子插入位点不同UC m5CT脱氨氧化复制时，模板与新生链间滑动错配缺失，插入突变复制期发生在新生链上不发生突变，若发生在模板链上很快突变非复制期突变频率50现在学习的是第64页，共73页DN

23、A 的损伤修复与突变Mutagen(诱变剂）完全修复DNA 损伤碱基的化学反应损伤的修复突变突变生成现在学习的是第65页，共73页现在学习的是第66页，共73页 即可移动的基因成分（可移动基因，movable gene mob），是指能够在一个DNA分子内部或两上DNA分子之间移动的DNA片段。在细菌中指在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的DNA片段（文献上有时形象地称其为是跳跃基因，jumping gene）。转位也是DNA重组的一种形式。现在学习的是第67页，共73页 移动基因最早由美国冷泉港实验室（cold spring Harbor Laboratory）的女科学家B.MClin

24、tock于上个世纪40年代晚期在玉米中首次发现的。60年代，为J.A.Shapirc研究大肠杆菌高效突变实验证实。1983年荣获诺贝尔生物学医学奖。现在学习的是第68页，共73页（一）转位因子的种类及特征 细菌的转位因子包插入序列，转座子及可转座的噬菌体。1.插入序列（insertion sequence,IS）IS的形体图TSTransposase geneTSIRIRTS target site靶位点Transposase gene 转位酶基因IR inverted repeated 反向（倒转重复顺序）现在学习的是第69页，共73页（1），长度约700-2000bp，按发现顺序IS1、I

25、S2命名，只携带转移的必需基因，不含有其它偏码蛋白质结构基因，本身没有表型效应。（2）（3）可以插入到E.coli染色体的各个位置上，也可以插入到质粒和某些噬菌体基因组上，甚至同一基因不同位点上。这种插入作用可以双向进行，可以是正向，也可以是反向插入IS这种移动方式称为转位作用（transposition）。（4）*IR（反向倒转重复序列）：GGAAGGT、ACCTTC CCTTCCA、TGGAAGG现在学习的是第70页，共73页2.转座子（transposon,Tn）(1)Tn是一类较大的可移动成分，除mob gene外，尚含有其它基因，如抗药基因等。Tn是在研究抗药基因中发现的，由此知道抗

26、药基因可在质粒之间，质粒与染色体之间或质粒与可转座的噬菌体之间来回移动，Tn的转位原理和Is基本相同，转位频率为10-310-6/拷贝。(2)根据结构特征的不同，Tn可以分为2个亚类：复合型Tn:转座酶由IS编码，IS可以是反向（或正向）重复构型。TnA:数个结构基因（mob、mdr等）十IR组成。Structural genesIRIRStructural geneIS1IS1现在学习的是第71页，共73页3.可转座的噬菌体（transposable phage）(1)两种噬菌体，是一类温和噬菌体*。(2)感染细菌后，可以整合到细菌染色体中，插入位点是随机的（而入phage插入位点是专一的），可以插到结构基因内部，引起突变，Mu即Mutator(突变子)因此得名。(3)插入部位的2侧有短的DR，插入时，一个拷贝留在原位，新合成的拷贝插入新的部位。(4)和IS，Tn相比，Mu末端不含IR，这是可转座成分的一个例外。现在学习的是第72页，共73页*噬菌体（phage）是侵袭细菌的病毒，主要由蛋白质和核酸组成。噬菌的生活周期分为溶菌周期和溶原周期。溶原性噬菌体（温和噬菌体）宿主菌将自身DNA整合到细菌染色体中和细菌染色体一起复制随细菌增殖传到细菌子代中去，不产生子代Phage.现在学习的是第73页，共73页