DNA的突变和修复戴启凡N.ppt

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1、LOGODNADNA的突变和修复的突变和修复姓名：戴启凡姓名：戴启凡学号：学号：N080104107主要内容主要内容第一节第一节 复制错误及其修复复制错误及其修复 第二节第二节 DNADNA损失损失第三节第三节 DNADNA损伤的修复损伤的修复第一节第一节 复制错误及其修复制错误及其修复复v一、突变的概念和类型v二、复制过程中的错配修复突变和概念和类型突变和概念和类型v（一）突变的概念 v（二）突变类型1、根据根据DNA碱基序列改变碱基序列改变2、对阅读框架的影响对阅读框架的影响6、根据影响基因调控的序列根据影响基因调控的序列3、根据对遗传信息的改变情况根据对遗传信息的改变情况4、根据突变表现

2、型对外界的敏感性根据突变表现型对外界的敏感性5、从突变效应背离或返回到野生型从突变效应背离或返回到野生型突变的概念突变的概念v突变（mutation）：DNA碱基发生可遗传的永久性改变v突变基因：带有突变位点的基因v突变体：带有突变基因的生物个体或群体根据碱基序列改变根据碱基序列改变点突变单点突变单点突变多点突变多点突变碱基插入碱基插入碱基缺失碱基缺失对阅读框架的影响对阅读框架的影响v移框突变：插入或缺失一个或两个碱基都会引起移框突变v 结果：使表达产物蛋白质的一级结构改变，蛋白质合成的过早终止对遗传信息的改变情况对遗传信息的改变情况同义突变同义突变错义突变无义突变无义突变没有改变产物氨基酸序

3、列的密码没有改变产物氨基酸序列的密码子的碱基突变，如赖氨酸子的碱基突变，如赖氨酸碱基序列的改变引起氨基酸的改碱基序列的改变引起氨基酸的改变，如镰刀形贫血变，如镰刀形贫血某个碱基的改变使代表某种氨基某个碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变成为蛋白质合成的酸的密码子变成为蛋白质合成的终止密码子终止密码子同义突变和错义突变的图示同义突变和错义突变的图示遗传密码表突变表型对外界环境的敏感性突变表型对外界环境的敏感性非条件突变非条件突变条件突变最常见的是温度敏感突变最常见的是温度敏感突变据突变效应背离或返回到野生型据突变效应背离或返回到野生型正向突变正向突变回复突变改变了野生型性状的突变改变了野生型性状

4、的突变突变体所失去的野生型性状可以突变体所失去的野生型性状可以通过第通过第2次突变得到恢复，这第次突变得到恢复，这第2种突变称为种突变称为据影响基因调控的序列据影响基因调控的序列启动子上启动子上升突变升突变 启动子下降突变突变位点位于启动子区域，结果突变位点位于启动子区域，结果是增强启动子的作用是增强启动子的作用突变位点位于启动子区域，结果突变位点位于启动子区域，结果是降低启动子的作用是降低启动子的作用 组成型突组成型突变变使结构基因失去负向控制的操纵使结构基因失去负向控制的操纵子或调节基因的突变子或调节基因的突变DNA mismatch+-A-C-DNApol(=10-8)经第二次校正=10

5、-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2、错配修复系统（Mismatch repair system）DNA polymeraseHelicase 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 DNA合成过程中的甲基化变化DNA中的GATC(palindro

6、mic 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 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 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 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）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-

7、TAGC-ATCG-TAGC-A CG-U-TAGC-尿嘧啶N糖基酶 GCUAU-TAGC-A CG-AP内切酶(Apurinase)-TAGC-ATCG-DNApolLigase 碱基切除修复核苷酸切除修复一、一、DNA损伤的原因的原因(一一)自自发性性损伤（spontaneous mutations）1 1、DNADNA复制复制错误 校正后的校正后的错配率仍配率仍约在在1010-10-10左右左右 2 2、自、自发性的化学性的化学变化化 脱脱嘌呤呤和脱和脱嘧啶 脱氨（基）脱氨（基）(deamination)作用作用 第二第二节 DNA损伤（1）脱）脱嘌呤和脱呤和脱嘧啶糖苷糖苷键断裂断裂,嘌

8、呤和呤和嘧啶从从DNA链的核糖磷酸的核糖磷酸骨架上脱落骨架上脱落（2）脱氨基作用（）脱氨基作用（deamination）CU;A H（次黄（次黄嘌呤呤),H-C;G X（黄（黄嘌呤），呤），X-C（二）物理因素引起的（二）物理因素引起的DNA损伤 放射放射线 1 1、X-X-射射线、射射线、宇宙射、宇宙射线 失去失去电子子/打断双打断双链，破坏了碱基和糖基，破坏了碱基和糖基 2 2、紫外、紫外线 同一条同一条DNADNA链上相上相邻的的嘧啶以共价以共价键连成成 嘧啶二聚体二聚体 （三）化学物（三）化学物质引起的引起的DNADNA损伤 1 1、碱基、碱基类似物似物 5-5-溴尿溴尿嘧啶（5-br

9、omouracil,5-BU）氨基氨基嘌呤呤（2-aminopurine 2-AP）迭氮胸苷迭氮胸苷（AZT,azidothymidine）(1)(1)5-5-溴尿溴尿嘧啶 和和 T T 很相似，很相似，仅在第在第5 5个碳元子上由个碳元子上由BrBr取代取代 了甲基，了甲基，5-BU5-BU有有酮式、式、烯醇式醇式两种异构体，两种异构体，可分可分别与与A A及及G G配配对结合合ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*5-溴尿溴尿嘧啶引起的突引起的突变酮式式烯醇式醇式（2 2）2-2-氨基氨基嘌呤呤(2-AP)(2-AP)也是碱基的也是碱基的类似物，有似物，有正常状正常状态和稀有状

10、和稀有状 态两种异构体，可分两种异构体，可分别与与T T和和C C配配对结合。当合。当2-2-AP AP掺入到入到 DNADNA复制中复制中时，由于其异构体的，由于其异构体的变换 而而导致致AT G CAT G C2 2、亚硝酸硝酸（introus acid,NA）有氧化脱氨作用有氧化脱氨作用 CU，与与A配配对，GC AT A AH（次黄次黄嘌呤），与呤），与C配配对，ATGC G GX（黄黄嘌呤），仍与呤），仍与C配配对，不引起突，不引起突变3 3、烷化化剂：它：它们的作用是使碱基的作用是使碱基烷基化基化 甲基黄酸乙脂（甲基黄酸乙脂（EMSEMS）,氮芥氮芥(NM),(NM),甲基黄酸甲脂

11、甲基黄酸甲脂（MMSMMS）,亚硝基胍（硝基胍（NGNG）等）等 4 4、嵌入、嵌入剂 吖啶橙、原黄素、橙、原黄素、吖黄素等黄素等吖啶类染料染料 嵌合到嵌合到DNADNA碱基碱基对之之间 导致致单个碱基个碱基对的插入或缺失，引起移的插入或缺失，引起移码突突变二、二、DNA损伤与突与突变（一）突（一）突变（mutation）1、广、广义：发生在生在遗传物物质中的可中的可遗传的改的改变 （1）染色体畸染色体畸变：发生在染色体水平的突生在染色体水平的突变 （2）基因突）基因突变：发生在基因水平的突生在基因水平的突变 2、分子生物学定、分子生物学定义：DNA序列改序列改变引起的可引起的可遗传的的变化化

12、 突突变是是进化的分子基化的分子基础（二）突（二）突变发生（生（mutagenesis）1 1、自、自发突突变（spontaneous mutation）自然自然发生的突生的突变 2 2、诱发突突变（induced mutation）诱变剂处理所理所诱发的突的突变（三）（三）DNADNA损伤与突与突变的关系的关系DNA复制复制错误自自发的化学的化学变化化自自发损伤自自发突突变物理因素物理因素化学因素化学因素DNA损伤诱发突突变 第三节 DNA损伤的修复一、嘧啶二聚体的产生 类型：TT二聚体（）、CC二聚体（）、CT二聚体（）TTCCCTTT二聚体TC二聚体CCCCCCCC PR1、光复活（ph

13、oto reactivation）-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA-复制前、不容易出错 400 nm 蓝光、PR 酶 (photo-reactivation enzyme)光敏裂合酶（photolyase）可见光激活 二、二聚体修复的机制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核苷酸切除修复3.重组修复（RecombinativeRepair）后复制修复、E.coli的挽回系统E.coli 存活%U.

14、V 计量w.t.UvrA+RecA+uvr a-rec a-该系统存在的实验证据 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 与Rec-A蛋白引起的重组(strand transfer)有关 TT dimer未被修复，仅表现在后代群体中TT

15、dimer 浓度的稀释 链的非准确转移，导致突变机率的增加 重组修复相关机制: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4.易错修复（SOS修复 SOS repair）E.coliE.coliE.coli 80 10 100mut.100%50%10%损坏的噬菌体 DNA 在E.coli A被修复 E.coli 的SOS修复能被U.V.诱导(A&B)SOS 修复过程有非常高的突变频率(易出错)ABCUV 复活或 W复活（Jean Weigh）（1）实验证据（2）SO

16、S 修复机制 SOS 修复无模板指导的DNA复制 大剂量的紫外线照射，大量的二聚体产生 SOS系统诱导，错误潜伏的复制超越二聚体而进行错误碱基 SOS 修复只是SOS反应的一部分 RecA在SOS反应反应中起核心作用 RecA与LexA组成调控环路DNA 损伤 SOS RecA受LexA的部分抑制RecA-P;三种功能a、DNA 重组活性b、与S.S.DNA结合活性c、少数蛋白的proteinase活性当DNA正常复制时（无复制受阻，无DNA损伤，无TT dimer）RecA-p不表现proteinase活性当DNA复制受阻/DNA damaged细胞内原少量表达的RecA-p与S.S,DNA结合激活RecA-p的proteinase活性修复损伤LexA-p降解RecA-p高效表达 SOS open当DNA复制度过难关后SOS repair 是一种错误倾向性极强的修复机制是进化中形成的“竭尽全力，治病救人”的措施（正常状态下，SOS是关闭的）RecA-p很快消失LexA gene onSOS offDNA损伤修复系统与疾病损伤修复系统与疾病v着色性干皮病（xeroderma pigmentosum）vBloom综合征vCockayne综合征vFanconi贫血症着色性干皮病着色性干皮病Cockayne综合征综合征SSCPLOGO