突变修复和重组.ppt

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1、突变修复与重组第一张，PPT共九十三页，创作于2022年6月第一节 突变第二节 修复第三节 重组本章要点：突变的概念、类型DNA修复的主要方式了解重组的分子基础第二张，PPT共九十三页，创作于2022年6月一、突变的主要类型 突变是突变是DNADNA碱基序列水平上的永久的、可遗传的改变。碱基序列水平上的永久的、可遗传的改变。广义的突变包括广义的突变包括染色体畸变染色体畸变和和基因突变基因突变狭义的突变通常指基因突变狭义的突变通常指基因突变 第一节：突变第一节：突变（mutation)mutation)根据突变发生的细胞类型：体细胞突变(Somatic mutation)生殖细胞突变(Germ-

2、line mutation)根据突变发生的细胞类型、对基因功能的影响、突变的方式、发生的原因等可对突变进行不同的分类可遗传给后代仅表现于当代，癌症第三张，PPT共九十三页，创作于2022年6月根据对基因功能的影响功能获得突变（gain of function mutation):使基因功能增强或不受抑制的突变。功能失活突变（loss of function mutation)：使基因功能失活或显著下降的突变。根据突变的表达类型非条件型突变:在任何条件下均可表现的突变在任何条件下均可表现的突变条件型突变:突变的表现突变的表现=突变基因型突变基因型+诱导条件诱导条件 第四张，PPT共九十三页，创作

3、于2022年6月根据突变的方式：缺失（deletion），DNA序列上缺失一个或多个碱基碱基替换（base substitution），DNA分子中一个碱 基被另一个碱基替代 倒位（inversion），一段碱基序列发生倒转，但仍 保留在原来的位置上又称点突变插入（insertion），DNA序列中插入一个或多个碱基重复（duplication），一段碱基序列发生一次重复易位（translocation），一段碱基序列从原来的位 置移出，并插入到基因组的另一位置第五张，PPT共九十三页，创作于2022年6月碱基替换：根据碱基变化的不同，可以分为：转换（transition)：嘌呤与嘌呤之间，或

4、嘧啶与嘧啶之间的替换颠换（transversion）：嘌呤与嘧啶之间的替换。第六张，PPT共九十三页，创作于2022年6月缺失、插入 缺缺失失和和插插入入常常导导致致移移码码突突变变（frameshift frameshift mutationsmutations），结果产生截短的或异常的多肽链。结果产生截短的或异常的多肽链。第七张，PPT共九十三页，创作于2022年6月根据对遗传信息的影响1同义突变(samesense mutation)：碱基替换改变密码子但并不改变氨基酸 如如GAUGAC，但仍是天冬氨酸，但仍是天冬氨酸DNA的容错机制。2错义突变（missense mutation）：指

5、碱基替换改变密码子并改变氨基酸。错义突变使蛋白质一级结构改变，导致蛋白质活性和功能不同程度的改变。一般性质相似的氨基酸替换对蛋白质的影响小，而性质不同的氨基酸的替换可能强烈的影响蛋白质的功能。例如人的镰刀性贫血症（HbS)。密码子的简并性第八张，PPT共九十三页，创作于2022年6月正常人红细胞镰刀状贫血病人的红细胞第九张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 CTTCAT谷氨酸谷氨酸缬氨酸缬氨酸第十张，PPT共九十三页，创作于2022年6月3 无义突变（nonsense mutation):碱基替换使编 码氨基酸的密码子突变为终止密码子，mRNA在翻译时提前终止，形成的肽链不完全，一般没有

6、活性。中性突变（neural mutation):不影响蛋白质正常功能的错义突变同义突变与中性突变又称为：无声突变或沉默突变（silentmutation)4 通读（reading through):碱基替换使终止密码子突 变为编码氨基酸的密码子，转录出的mRNA在翻译时不能适时终止。第十一张，PPT共九十三页，创作于2022年6月按突变发生的原因分类自发突变自发突变(spontaneous mutation):(spontaneous mutation):在自然状况下在自然状况下发生的突变。发生的突变。诱发突变诱发突变(induced mutation):(induced mutation)

7、:外界因素诱发外界因素诱发引起引起的突变。的突变。自发突变的分子基础DNA复制错误自发损伤转座因子第十二张，PPT共九十三页，创作于2022年6月DNA复制错误遗传物质是DNA,DNA复制是半保留复制,如果发生错误,引起碱基替换(base substitution),造成DNA遗传信息的改变。从而导致基因突变。正常情况下,A-T配对,氨基态的腺嘌呤(A)只与胸腺嘧啶(T)配对,但有时可转变成稀有的亚氨基形式,可以与胞嘧啶配对,形成A-C,再经一次复制,DNA分子中的A-T对变成了G-C对.第十三张，PPT共九十三页，创作于2022年6月自发损伤自发损伤(spontaneous lesions)

8、(spontaneous lesions)自然产生的自然产生的DNA损伤引起突变损伤引起突变1.脱嘌呤脱嘌呤：最为常见，：最为常见，DNA分子中碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到分子中碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到破坏，从而引起鸟嘌呤破坏，从而引起鸟嘌呤(G)或腺嘌呤或腺嘌呤(A)从从DNA分子上脱落下来。分子上脱落下来。常引起缺失或插入突变2.氧化性损伤氧化性损伤：个体自然产生的氧化基，氧化物如超氧自由基：个体自然产生的氧化基，氧化物如超氧自由基,氢氧自由基及过氧化基等，能对氢氧自由基及过氧化基等，能对DNA造成氧化性损伤，引起突变。造成氧化性损伤，引起突变。第十四张，PPT共九十三页，创作于202

9、2年6月3.脱氨基脱氨基：腺嘌呤（腺嘌呤（A)脱氨基变为次黄嘌呤（脱氨基变为次黄嘌呤（H）ATGC胞嘧啶（胞嘧啶（C）脱氨基变为尿嘧啶（）脱氨基变为尿嘧啶（U）GCAT第十五张，PPT共九十三页，创作于2022年6月诱发突变的分子基础诱发突变的分子基础 诱变剂可以取代碱基，改变碱基或破坏碱基，使DNA发生错配，而引起基因突变。生物因素(黄曲霉素等)诱变剂的分类：诱变剂的分类：物理诱变剂（电离辐射等）化学诱变剂（碱基类似物、脱氨剂、烷化剂、嵌入剂等）第十六张，PPT共九十三页，创作于2022年6月(1)(1)物理诱变剂物理诱变剂 紫外线 X射线和射线嘧啶二聚体嘧啶二聚体胸腺嘧啶胸腺嘧啶紫紫外外线

10、线：波波长长为为100400 nm的的电电磁磁辐辐射射，非非电电离离辐辐射射，直直接接作用于作用于DNA。X-射线和射线和-射线：射线：电离辐射电离辐射直接作用于直接作用于DNA，对，对DNA产生损伤产生损伤产生多种突变，产生多种突变，并且常常造成并且常常造成DNA重排，例如缺失、倒转和移位。重排，例如缺失、倒转和移位。作用于水分子以及其他分子产生离子和自由基，自由基作用于水分子以及其他分子产生离子和自由基，自由基对对DNA分子产生广泛损伤。分子产生广泛损伤。第十七张，PPT共九十三页，创作于2022年6月(2)(2)化学诱变剂化学诱变剂 1 1碱基类似物：碱基类似物：与碱基结构类似，可替代正

11、常碱基掺入与碱基结构类似，可替代正常碱基掺入DNADNA分子，分子，引起碱基替换。引起碱基替换。如如5-5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（BUBU）是胸腺嘧啶）是胸腺嘧啶T T的类似物，可掺的类似物，可掺入入DNADNA分子中。分子中。酮式酮式BUBU与与A A配对，而烯醇式与配对，而烯醇式与G G配对配对容易引起容易引起G-CG-C对与对与A-TA-T对的互相转换。对的互相转换。碱基类似物还有碱基类似物还有5-溴脱氧尿苷（溴脱氧尿苷（BrdU），），5-尿嘧啶尿嘧啶，5-氯尿嘧啶及氯尿嘧啶及其脱氧核苷其脱氧核苷，2-氨基嘌呤（氨基嘌呤（2-AP）等等第十八张，PPT共九十三页，创作于2022年6月AG

12、CTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT1.Base analog incorporationAGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT2.1st round 3.of replicationAGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT3.2nd round 4.of replicationATGC transition第十九张，PPT共九十三页，创作于2022年6月2.2.脱氨剂脱氨剂(Deamination agents(Deamination agents）除去碱基上的氨基，改变其配对性质第二十张，PP

13、T共九十三页，创作于2022年6月3.3.烷化剂烷化剂(Alkylating (Alkylating）使使DNADNA中的碱基发生烷化作用，引起特异性错配，或脱嘌呤。中的碱基发生烷化作用，引起特异性错配，或脱嘌呤。包包括括芥芥子子气气，甲甲磺磺酸酸已已酯酯（EMSEMS），亚亚硝硝基基胍胍(NG)(NG)等等。如如EMS,EMS,使使G G的的N N位位置置带带有有已已基基（已已烷烷化化），成成为为7-7-已已基基鸟鸟嘌嘌呤呤，不不与与C C配配对对而而与与T T配配对对，使使G-CG-C转换成转换成A-TA-T。第二十一张，PPT共九十三页，创作于2022年6月4.4.嵌入剂（嵌入剂（int

14、ercalating agentsintercalating agents）吖吖啶啶类类化化合合物物是是一一种种平平面面三三环环分分子子，其其大大小小和和形形状状与与一一个个碱碱基基对对相相似似，插插入入DNADNA分分子子中中两两个个相相邻邻的的碱碱基基之之间间，使使得得原原来来相相邻邻的的碱碱基基对对分分开开一一定定的的距距离离，致致使使DNADNA在在复复制制时时增增加加或或缺缺失失一个碱基，造成移码突变。一个碱基，造成移码突变。吖啶橙（acridine orange）、原黄素(proflavine)和溴化乙啶（ethidium bromide）第二十二张，PPT共九十三页，创作于202

15、2年6月黄曲霉素黄曲霉素B1(AFB1)B1(AFB1)：霉变的花生等食物霉变的花生等食物中含有大量的中含有大量的AFB1 AFB1，AFB1AFB1是一种强致癌剂。是一种强致癌剂。可在可在G G的的N-TN-T位形成一个加成复合物即产生位形成一个加成复合物即产生无嘌呤位点，使无嘌呤位点，使GCGC颠换为颠换为T-AT-A，引起基因突，引起基因突变。可导致肝癌。变。可导致肝癌。第二十三张，PPT共九十三页，创作于2022年6月二、正向突变、回复突变与突变的校正二、正向突变、回复突变与突变的校正正向突变（正向突变（forward mutationforward mutation）：）：改变了野生

16、型性状的突变，使性状由野生型变为突变型。回复突变（回复突变（reverse mutationreverse mutation）：）：使突变型性状恢复到野生型性状的突变。大多数回复突变都发生在另一位点。因此，这样的突变并未大多数回复突变都发生在另一位点。因此，这样的突变并未恢复野生型的序列，只是其表型被抑制了。第二点突变可以恢复野生型的序列，只是其表型被抑制了。第二点突变可以发生在同一基因上，也可以发生在不同的基因上，前者称为发生在同一基因上，也可以发生在不同的基因上，前者称为基因内抑制基因内抑制，后者称为，后者称为基因间抑制。基因间抑制。第二十四张，PPT共九十三页，创作于2022年6月1.1

17、.基因内抑制基因内抑制氨基酸上所带的电荷影响蛋白质构象第二十五张，PPT共九十三页，创作于2022年6月第二十六张，PPT共九十三页，创作于2022年6月第二十七张，PPT共九十三页，创作于2022年6月第二十八张，PPT共九十三页，创作于2022年6月氨基酸侧链的大小影响构象氨基酸侧链的大小影响构象第二十九张，PPT共九十三页，创作于2022年6月2基因间抑制如：无义突变的表型可如：无义突变的表型可被被tRNAtRNA基因的突变所抑基因的突变所抑制制基因间抑制常发生在tRNA或tRNA功能相关基因上。第三十张，PPT共九十三页，创作于2022年6月AGAUCUArgGlyGGACCUUCUG

18、lyCCUGly错义抑制突变错义抑制突变(Missense suppressor)Gly第三十一张，PPT共九十三页，创作于2022年6月基因间移码抑制突变基因内和基因间的错义（无义）、移码抑制突变均基因内和基因间的错义（无义）、移码抑制突变均 由相应的错义（无义）、移码突变抑制由相应的错义（无义）、移码突变抑制第三十二张，PPT共九十三页，创作于2022年6月突变热点突变热点（hot spot），突变可以发生在基因组中的任一位点。但是在基因组中，也存在一些位突变可以发生在基因组中的任一位点。但是在基因组中，也存在一些位点，这些位点发生突变的几率比随机分布所估计的要高出许多，可能是预点，这些位

19、点发生突变的几率比随机分布所估计的要高出许多，可能是预期的期的1010倍或倍或100100倍，这些位点被称为突变热点，发生在热点上的突变常常倍，这些位点被称为突变热点，发生在热点上的突变常常是相同的。是相同的。大多数突变热点是大多数突变热点是DNA分子中的分子中的5甲基胞嘧啶位点。甲基胞嘧啶位点。第三十三张，PPT共九十三页，创作于2022年6月5mC处的突变率明显高于其它碱基处第三十四张，PPT共九十三页，创作于2022年6月增变基因（mutator gene）：突变后可使整个基因组中的突变率明显上升的基因。增变基因大多与DNA复制或修复有关。第三十五张，PPT共九十三页，创作于2022年6

20、月一系列物理或化学因素可以对一系列物理或化学因素可以对DNADNA造成化学损伤。这些因素造成化学损伤。这些因素包括化学诱变剂、辐射以及包括化学诱变剂、辐射以及DNADNA分子自发的化学反应等。有分子自发的化学反应等。有些类型的些类型的DNADNA损伤，如胸腺嘧啶二聚体或损伤，如胸腺嘧啶二聚体或DNADNA骨架的断裂，骨架的断裂，使得使得DNADNA不能再作为复制和转录的模板。不能再作为复制和转录的模板。第二节第二节 DNA DNA的修复的修复第三十六张，PPT共九十三页，创作于2022年6月另一些损伤产生了改变了的碱基，它们不会阻止复制和另一些损伤产生了改变了的碱基，它们不会阻止复制和转录的进

21、行，但是可引起错配，在下一轮复制之后导致转录的进行，但是可引起错配，在下一轮复制之后导致DNADNA序列的永久改变。例如，胞嘧啶通过脱氨作用转化序列的永久改变。例如，胞嘧啶通过脱氨作用转化为尿嘧啶，产生为尿嘧啶，产生UGUG错配，在下一轮复制之后，一条子错配，在下一轮复制之后，一条子代代DNADNA分子上的分子上的C C G G被被 T T A A所取代。细胞在进化过程中，所取代。细胞在进化过程中，形成了多种修复机制，以保证在损伤阻遏复制或者产生突形成了多种修复机制，以保证在损伤阻遏复制或者产生突变之前就识别并修复损伤。变之前就识别并修复损伤。第三十七张，PPT共九十三页，创作于2022年6月

22、一、光一、光 复复 活（活（Photoreactivation Photoreactivation）在可见光存在的情况下，在可见光存在的情况下，DNADNA光解酶（光解酶（DNA photolyaseDNA photolyase）把环）把环丁烷嘧啶二聚体分解为单体。丁烷嘧啶二聚体分解为单体。DNADNA光解酶光解酶,又称光复活酶又称光复活酶（photoreactivating enzymephotoreactivating enzyme）。光解酶在暗中结合到环丁烷）。光解酶在暗中结合到环丁烷二聚体上，吸收二聚体上，吸收300300350 nm350 nm的光后被激活，裂解二聚体后与的光后被激活

23、，裂解二聚体后与DNADNA分子脱离。从光复活修复过程可以看出，光解酶不是将嘧分子脱离。从光复活修复过程可以看出，光解酶不是将嘧啶二聚体替换掉，而是将两个嘧啶环之间的非正常化学键切开，啶二聚体替换掉，而是将两个嘧啶环之间的非正常化学键切开，恢复到原来的形式。由于这种修复作用只在可见光下才可发生，恢复到原来的形式。由于这种修复作用只在可见光下才可发生，所以这种修复机制称为光复活。所以这种修复机制称为光复活。第三十八张，PPT共九十三页，创作于2022年6月第三十九张，PPT共九十三页，创作于2022年6月二、烷基的转移二、烷基的转移 一一些些酶酶可可将将烷烷基基从从核核苷苷酸酸转转移移到到自自身

24、身的的多多肽肽链链上上，例例如如，在在人人类类细细胞胞中中发发现现有有一一种种 O O6 6-甲甲基基鸟鸟嘌嘌呤呤甲甲基基转转移移酶酶，能能直直接接 将将 D DN NA A 链链鸟鸟嘌嘌呤呤 O O6 6 位位上上的的甲甲基基移移到到蛋蛋白白质质的的半半胱胱氨氨酸酸残残基基上上而而修修复复损损伤伤的的 D DN NA A。第四十张，PPT共九十三页，创作于2022年6月第四十一张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 核苷酸切除修复需要移去一段包括损伤在内的核苷核苷酸切除修复需要移去一段包括损伤在内的核苷酸序列，然后再通过酸序列，然后再通过DNADNA合成把余下的单链缺口填补合成把余下的单

25、链缺口填补上。它可以修复一系列损伤，包括环丁烷二聚体、上。它可以修复一系列损伤，包括环丁烷二聚体、6 64 4光产物和链间交联等引起的光产物和链间交联等引起的DNADNA变形（变形（major major distortiondistortion）。尽管这些损伤也可以通过途径进行修）。尽管这些损伤也可以通过途径进行修复，但复，但NERNER是它们的主要修复手段。其他能够引起是它们的主要修复手段。其他能够引起DNADNA产生显著变形的损伤也可以通过该途径进行修复。但产生显著变形的损伤也可以通过该途径进行修复。但是，这种机制不能修复是，这种机制不能修复DNADNA上的错配碱基，以及仅造上的错配碱基

26、，以及仅造成成DNADNA微小变形的碱性类似物和甲基化碱基。微小变形的碱性类似物和甲基化碱基。三、核苷酸切除修复三、核苷酸切除修复第四十二张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 修复过程需要多种酶的一系列作用，其中包括修复过程需要多种酶的一系列作用，其中包括UvrA,UvrB,UvrA,UvrB,UvrC UvrC 和和 UvrD UvrD。由。由2 2个个UvrAUvrA亚基和亚基和1 1个个UvrBUvrB亚基构成的复合体，亚基构成的复合体，非特异性地结合在非特异性地结合在DNADNA分子上，并沿分子上，并沿DNADNA分子滑动，对分子滑动，对DNADNA进行扫进行扫描，其中描，其中U

27、vrAUvrA负责检测螺旋中的扭曲，一旦抵达扭曲部位，负责检测螺旋中的扭曲，一旦抵达扭曲部位，UvrAUvrA就会退出复合体。就会退出复合体。UvrBUvrB募集募集UvrC,UvrCUvrC,UvrC具有核酸内切酶活具有核酸内切酶活性，它切断损伤位点两侧的磷酸二酯键，性，它切断损伤位点两侧的磷酸二酯键，3切割点距损伤位切割点距损伤位点点4 45 5个核苷酸，个核苷酸，5切割点距损伤位点切割点距损伤位点8 8个核苷酸。个核苷酸。第四十三张，PPT共九十三页，创作于2022年6月UvrDUvrD与与5端的端的切点结合。切点结合。UvrDUvrD是一种解旋酶（又称是一种解旋酶（又称DNA DNA

28、helicase IIhelicase II），它解开两个切点之间的），它解开两个切点之间的DNADNA双螺旋，导双螺旋，导致一段短的带有损伤的致一段短的带有损伤的ssDNAssDNA和和UvrCUvrC被释放出来，此时被释放出来，此时UvrBUvrB仍结合于另一条单链仍结合于另一条单链DNADNA分子上，可能是防止单链分子上，可能是防止单链被降解被降解,也可能是指导也可能是指导DNADNA聚合酶聚合酶I I与缺口的与缺口的3 OH3 OH结合，结合，合成一段新的核苷酸片断填补缺口，同时释放出合成一段新的核苷酸片断填补缺口，同时释放出UvrB,最后一个磷酸二酯键由最后一个磷酸二酯键由DNADN

29、A连接酶催化形成。连接酶催化形成。第四十四张，PPT共九十三页，创作于2022年6月核苷酸的切除修复核苷酸的切除修复DNADNA解螺旋酶解螺旋酶第四十五张，PPT共九十三页，创作于2022年6月核苷酸切除修复（2）光解酶光解酶uvrBuvrB、uvrAuvrA蛋白结合蛋白结合uvrBuvrB产生产生3-3-端切口端切口uvrCuvrC产生产生5-5-端切端切口口DNADNA聚合酶聚合酶或或DNADNA连连接酶接酶uvrDuvrD切除切除第四十六张，PPT共九十三页，创作于2022年6月四、碱基切除修复四、碱基切除修复 DNA DNA糖基化酶（糖基化酶（glycosylasesglycosyla

30、ses）能够切断脱氨碱基、）能够切断脱氨碱基、甲基化碱基和氧化碱基等非正常碱基与脱氧核糖之间的甲基化碱基和氧化碱基等非正常碱基与脱氧核糖之间的糖苷键，在糖苷键，在DNADNA上产生一个无嘌呤（上产生一个无嘌呤（apurinicapurinic）或无嘧）或无嘧啶（啶（apyrimidinicapyrimidinic）位点（）位点（APAP位点）。细胞胞内的位点）。细胞胞内的APAP核核酸内切酶，附着在酸内切酶，附着在APAP位点上，并在位点上，并在APAP位点的位点的5-5-端切断端切断磷酸二酯键，形成一个游离的磷酸二酯键，形成一个游离的33OHOH末端。末端。DNADNA聚合酶聚合酶I I利用

31、其利用其5-35-3外切酶活性切去外切酶活性切去APAP位点以及其下游的一位点以及其下游的一段核苷酸序列，同时延伸段核苷酸序列，同时延伸3-OH3-OH末端填补缺口。最后的末端填补缺口。最后的切口由切口由DNADNA连接酶封闭。连接酶封闭。第四十七张，PPT共九十三页，创作于2022年6月第四十八张，PPT共九十三页，创作于2022年6月错配修复一旦在DNA复制过程中发生错配，通过该系统几乎能完全修正。该系统对DNA复制忠实性贡献很大。修复过程：识别错配，复合物的形成，甲基化及非甲基化链的切开，DNA外切酶切除含错配的部分DNA链，DNA聚合酶III合成新链。五、错配修复（五、错配修复（mis

32、match repairmismatch repair）第四十九张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 当新合成的当新合成的DNADNA链上出现错配的碱基对时，链上出现错配的碱基对时，2 2分子分子MutSMutS识别并结合识别并结合错配的碱基对。接着错配的碱基对。接着2 2分子的分子的MutLMutL蛋白结合到蛋白结合到MutSMutSDNADNA复合体上。复合体上。DNADNA分子通过分子通过MutSMutSMutLMutL复合体在两个方向上的滑动形成一个回环。复合体在两个方向上的滑动形成一个回环。一旦遇到半甲基化的一旦遇到半甲基化的GATCGATC序列，序列，MutSMutSMutL

33、MutL便募集便募集MutHMutH。MutHMutH在子在子链链GATCGATC序列的序列的55端切断磷酸二酯键，产生一个端切断磷酸二酯键，产生一个33羟基末端和一羟基末端和一个个55磷酸末端磷酸末端(.pN-3-OH+pGpApTpC.)(.pN-3-OH+pGpApTpC.)。核酸外切酶在。核酸外切酶在解旋酶（解旋酶（UvrDUvrD）及）及SsbSsb蛋白的协作下，从切口处开始去除一段包括蛋白的协作下，从切口处开始去除一段包括错配碱基在内的一段碱基序列。最后，错配碱基在内的一段碱基序列。最后，DNADNA聚合酶聚合酶IIIIII和和DNADNA连接酶连接酶根据亲本链的序列填补子链上被切

34、除的部分，包括错配的碱基。根据亲本链的序列填补子链上被切除的部分，包括错配的碱基。第五十张，PPT共九十三页，创作于2022年6月第五十一张，PPT共九十三页，创作于2022年6月第五十二张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 六六 重组修复重组修复1.概念概念:通过对通过对DNA的复制和同源链的重组，来完成对损伤部位的复制和同源链的重组，来完成对损伤部位的修复，又称复制后修复。的修复，又称复制后修复。2.特点特点:修复过程伴随修复过程伴随DNA的复制和重组；的复制和重组；仅修复新合成的不完整的单链，原先的损伤单链仍然保仅修复新合成的不完整的单链，原先的损伤单链仍然保留；留；部分重组蛋白的

35、精确性差，修复的出错率较高。部分重组蛋白的精确性差，修复的出错率较高。3.重组修复过程重组修复过程：(1)复制：以损伤单链为模板复制时，越过损伤部位，对应位复制：以损伤单链为模板复制时，越过损伤部位，对应位点留下缺口；未损伤单链复制成完整双链。点留下缺口；未损伤单链复制成完整双链。(2)重组：缺口单链与完整同源单链重组，缺口转移到完整链，使重组：缺口单链与完整同源单链重组，缺口转移到完整链，使损伤单链的互补链完整，损伤单链仍然保留。损伤单链的互补链完整，损伤单链仍然保留。(3)再合成：转移后的缺口以新互补链为模板聚合补齐。再合成：转移后的缺口以新互补链为模板聚合补齐。第五十三张，PPT共九十三

36、页，创作于2022年6月返回返回返回返回第五十四张，PPT共九十三页，创作于2022年6月七七 SOS修复修复1.概念：是在概念：是在DNA分子受损伤的范围较大而且复制受到抑制分子受损伤的范围较大而且复制受到抑制时出现的一种应急修复作用。时出现的一种应急修复作用。2.过程过程 当当DNA损伤较大时损伤较大时(如产生很多的如产生很多的T=T)，正常的，正常的DNA多聚酶复制到损伤位点时，其活性受到抑制；多聚酶复制到损伤位点时，其活性受到抑制；短暂抑制后产生一种新的短暂抑制后产生一种新的DNA多聚酶，催化损伤部多聚酶，催化损伤部位位DNA的复制，由于新的的复制，由于新的DNA多聚酶的修复校正功能较

37、多聚酶的修复校正功能较低，新合成的碱基错配频率较高，易引起突变。低，新合成的碱基错配频率较高，易引起突变。3.特点：特点：修复系统需要在修复系统需要在DNA分子受损伤的范围较大而且复制受分子受损伤的范围较大而且复制受到抑制时才能够启动。到抑制时才能够启动。修复系统对错配碱基的修复校正功能低下，从而增加突变的修复系统对错配碱基的修复校正功能低下，从而增加突变的频率。频率。第五十五张，PPT共九十三页，创作于2022年6月在紧急情况下，细胞通过一定水平的变异来换取细胞的幸存，在紧急情况下，细胞通过一定水平的变异来换取细胞的幸存，有利于细胞逃生。有利于细胞逃生。4.SOS系统的启动：系统的启动：通过

38、操纵子通过操纵子(结构基因、启动子、操纵基因、调节基因结构基因、启动子、操纵基因、调节基因)来实现：来实现：A.SOS基因：基因：recA基因、基因、UvrA、UvrB、UmuC等，也称等，也称din基因基因(damage inducible gene)，为操纵子的结构基因；，为操纵子的结构基因；B.lex基因：阻遏蛋白基因，正常情况下结合在操纵基基因：阻遏蛋白基因，正常情况下结合在操纵基因上；因上；C.recA基因：重组蛋白基因，应急状态下启动蛋白质基因：重组蛋白基因，应急状态下启动蛋白质水解酶活性，水解阻遏蛋白，使水解酶活性，水解阻遏蛋白，使din基因高效表达，从而基因高效表达，从而启动启

39、动SOS修复系统。修复系统。第五十六张，PPT共九十三页，创作于2022年6月返回返回返回返回第五十七张，PPT共九十三页，创作于2022年6月DNA损伤和修复的生物学意义损伤和修复的生物学意义避免基因组的不稳定性、癌症和细胞死亡是至关重要的。DNA修复途径可以识别和修复特异的DNA损伤，保证生物物种的遗传稳定性。第五十八张，PPT共九十三页，创作于2022年6月与DNA修复有关的人类遗传疾病：着着色性色性干干皮病皮病(Xeroderma pigmentosum)遗传遗传性大性大肠肠癌癌(Hereditary nonpolyposis colon cancer；HNPCC)第五十九张，PPT共

40、九十三页，创作于2022年6月着着色性色性干干皮病皮病(Xeroderma pigmentosum)是一种隐性遗传性疾病，有些呈性连锁遗传。因核酸内切酶异常造成DNA修复障碍所致。临床以光暴露部位色素增加和角化及癌变为特征。1.幼年发病，常有家族发病史。2.面部等暴露部位出现红斑、褐色斑点及斑片，伴毛细血 管扩张，间有色素脱失斑和萎缩或疤痕。皮肤干燥。数年内发生基底细胞癌、鳞癌及恶性黑素瘤。3.皮肤和眼对日光敏感。4.病情随年龄逐渐加重，多数患者于20岁前因恶性肿瘤而死亡。5.组织病理 晚期出现表皮非典型性增生、日光角化及鳞癌和基底细胞癌等恶性肿瘤。第六十张，PPT共九十三页，创作于2022年

41、6月着色性干皮病着色性干皮病Xeroderma pigmentosum第六十一张，PPT共九十三页，创作于2022年6月着色性干皮病患儿脸部着色性干皮病背部着色性干皮病组织切片第六十二张，PPT共九十三页，创作于2022年6月着着色性色性干干皮病皮病的治疗的治疗避免紫外线照射 避免肿瘤致病因子避免肿瘤致病因子对症治疗对症治疗第六十三张，PPT共九十三页，创作于2022年6月遗传性大肠癌中错配修复基因突变的概率MSH2 MSH2 30%30%MLH1MLH130%30%PMS1 PMS1(rare)(rare)PMS2PMS2 (rare)(rare)MSH6 MSH6(rare)(rare)U

42、nknown 30%Unknown 30%SporadicSporadicFamilialFamilialHNPCCHNPCCFAPFAPRare CRCRare CRC syndromessyndromesLiu B et al.Liu B et al.Nat MedNat Med 2:169,1996 2:169,1996第六十四张，PPT共九十三页，创作于2022年6月第三节：重组第三节：重组一.同源重组二.位点特异性重组三.转座重组第六十五张，PPT共九十三页，创作于2022年6月同源遗传重组同源遗传重组Holliday模型模型断裂断裂 交换交换分支移动分支移动切开切开第六十六张，PP

43、T共九十三页，创作于2022年6月(二)重组有关的酶 依赖RecBCD起始的重组模型:RecBCD有依赖ATP的核酸外切酶、核酸内切酶和解螺旋酶活性，当DNA断裂时，它结合在其游离端，使其解旋并降解，直至酶移动到chi位点（GCTGGTGG)，在其3侧4-6核苷酸处将链切断，产生3游离单链，随后单链与RecA结合，开始同源区重组。第六十七张，PPT共九十三页，创作于2022年6月RecA蛋白的丝状聚合体与DNA的相互作用RecA蛋白的带状图解 RecA蛋白的丝状聚合体，每一圈螺旋由6个RecA蛋白单体构成，其中一个单体由红色标出。第六十八张，PPT共九十三页，创作于2022年6月RecA蛋白引

44、起DNA同源重组的模型第六十九张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 在大肠杆菌中由RuvA,RuvB和RuvC蛋白参与的同源重组。（a a）RuvA四聚体的图解。四个亚基形成的结构像四个花瓣的花。（b b）RuvA/RuvB的作用：（左）RuvA四聚体结合到Holliday位点；（中）RuvB六聚体结合到杂合双螺旋的两对面，DNA穿过其中心，RuvB六聚体的作用像马达，促进超螺旋分叉点通过复合体移动。（右）RuvC结合到Holliday位点，由其核酸酶活性切断核酸链，切割位点由剪切体辨认。（c c）RuvA四聚体的电荷分布，蓝色表示正电荷，红色表示负电荷，注意正电荷位于四聚体的表面，有四

45、个负电荷区域位于其中心。（d d）假设的RuvA四聚体与Holliday位点结合的结构模型。第七十张，PPT共九十三页，创作于2022年6月二、特异位点重组第七十一张，PPT共九十三页，创作于2022年6月细菌的特异位点重组沙门氏菌两种鞭毛蛋白表达的调控第七十二张，PPT共九十三页，创作于2022年6月免疫球蛋白基因的重组IgG的分子结构第七十三张，PPT共九十三页，创作于2022年6月（1）（2）（3）（4）（5）第七十四张，PPT共九十三页，创作于2022年6月重组位点有7和9nt的信号序列,中间间隔12或23bp。第七十五张，PPT共九十三页，创作于2022年6月免疫球蛋白基因重组的模型

46、重组酶（RAC1/RAC2)复合体与重组信号序列结合复合体使编码序列与重组信号序列之间的双连断裂，编码序列的末端形成发夹结构。重组信号序列结合形成环状结构。编码序列连接前经过加工，连接位点不十分确定，增加了免疫球蛋白的多样性。DNA依赖性蛋白激酶(DNA-PK)和DNA连接酶参与了加工和连接过程。9碱基序列7碱基序列第七十六张，PPT共九十三页，创作于2022年6月在不同的核苷酸位点重组可以生成不同的蛋白质第七十七张，PPT共九十三页，创作于2022年6月三、转座重组 McClintock的重要发现第七十八张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 转座子具有反向末端重复序列以及在靶部位两侧产

47、生的同向重复序列。在该例中靶序列为5bp，转座子末端由9bp反向重复序列组成，数字1-9指序列重复碱基对。*两侧正向重复两侧正向重复*末端反向重复末端反向重复*(一)细菌的转座因子1.插入因子第七十九张，PPT共九十三页，创作于2022年6月2.组合型转座子：两个插入序列之间夹着一段序列（可以是某个基因，如抗性基因）。两个插入序列可以同向或反向排列，有时均有转座活性，有时只有一个有转座活性。3.复合型转座子：插入序列被转座酶基因取代，图示为Tn3(TnA家族）的结构。两端为38bp的反向重复，其两侧为5bp的靶序列，tnpA编码转座酶，tnpR编码的蛋白质可以作为解离酶（使转座子与受体DNA形

48、成的共整合体重组和解离），也可以作为阻遏蛋白调节tnpA和tnpR两个基因的表达，res为解离的控制位点，TnpR蛋白结合于其上发挥调控作用。第八十张，PPT共九十三页，创作于2022年6月两个IS10组件构成一个复合转座子，它能使位于他们之间的任何DNA易位。当Tn10是一个小的圆形分子的一部分时，IS10重复序列可转座至环状分子的任一侧。4.转座的方式转座子可用不同的方式转座，转座因子插入基因后可使基因失活，也可引起染色体的断裂、重复、缺失、倒位、易位等变化。第八十一张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 插入序列使靶序列的数量增加，在插入序列两侧各有一个。第八十二张，PPT共九十三页

49、，创作于2022年6月复制转座作用产生了转座子的一个拷贝，它插入到一个接受位点。给予位点保持不变，以致给予者和接受者都有转座子的一个拷贝。第八十三张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 非复制转座作用在未被修复的情况下，可能造成致死突变。第八十四张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 保守的转座作用不造成核苷酸的丢失，如噬菌体的整合和切除。第八十五张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 转座子引起DNA的重排，正向重复序列的重组引起其间序列的切除或插入。第八十六张，PPT共九十三页，创作于2022年6月 反向重复序列的重组能引起其间序列反向排列。第八十七张，PPT共九十三页，创作于

50、2022年6月 转座作用可引起给体和受体的整合或分割，并可引起转座子拷贝数的增加第八十八张，PPT共九十三页，创作于2022年6月(二)真核生物的转座因子 原核生物的转座酶主要作用于产生它的转座因子，表现出顺式显性。真核生物的转座酶可以作用于任何末端具有该酶所识别的反向重复顺序的DNA,使其转移到相应的靶位点。在玉米的激活-解离系统（activator-dissociation system,Ac-Ds)中，Ac编码转座酶(自主因子)，Ds（非自主因子）是Ac不同程度的缺失中间序列形成的，无转座酶活性，但随Ac转座后可抑制邻近基因的表达。在玉米的抑制-促进-增变系统（suppressor-pr