分子生物学5课件
1、分子生物学52022/10/11分子生物学5分子生物学52022/10/10分子生物学5第四节 突变类型 第五节 回复突变(抑制突变)第六节 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 第三节 限制和修饰分子生物学5第四节 突变类型 概述：损伤因素及其类型分子生物学5 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
2、失、链的断裂、链交联（链内、链 间）、嘧啶二聚体等等 分子生物学5 引起损伤的因素:分子生物学5 广义的修复系统： DNA聚合酶的校对功能(复制的范畴) 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的入侵分子生物学5 广义的修复系统： 限制修饰系统-对付外源DNA第一节 复制过程中的错配的修复 分子生物学5第一节 复制过程中的错配的修复 分子生物学5DNA mismatch+ - A- -C-DNApol (= 10-8)经第二次校正= 10-11错配修复系统(MRSMismatch
3、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倍分子生物学5DNA mismatch+ - A-DNA2、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）组成分子生物学52、错配修复系统（Mismat
4、ch repair syste 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分子生物学5 DNA合成过程中的甲基化变化DNA中的GATC(pa 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 分
5、子生物学5 甲基化程度的差异a、MutH/MutS 扫描识别错配 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）分子生物学5外切核酸酶切割切点的5端（错配碱基在切点的5端）分子生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分子生物学53、 尿嘧啶-N-糖苷酶系统 ( ung system )修-TAGC-ATCG-TAGC-A CG-U-TAGC-ung-ase GCUAU-TAGC-A CG-AP内切酶(Apurinase)-TAGC-ATCG-DNApolLigase 分子生物学5-TAGC-TAGC-
6、U-TAGC- 第二节 DNA损伤的修复分子生物学5 第二节 DNA损伤的修复分子生物学5一、嘧啶二聚体的产生 类型：TT二聚体 （ ）、CC二聚体（ ）、 CT二聚体（ ）（P131页）TTCCCT相邻的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体CCCCCCCC分子生物学5一、嘧啶二聚体的产生 类型：TT二聚体 （ ）、C分子生物学5分子生物学5 PR1、光复活（photo 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
7、体修复的机制分子生物学5 PR1、光复活（photo reactivat2. 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分子生物学52. 切除修复 复制前进行 UvrA, B, C gene ABA BCA B CA BCAB螺旋酶Pol 螺旋酶连接酶切补切封分子生物学5ABA BCA B CA BCAB螺旋酶Pol3. 重组修复（RecombinativeRepair）后复制修复、E.
8、coli的挽回系统E.coli 存活%U.V 计量w.t.UvrA+ RecA+ uvr a-rec a-该系统存在的实验证据分子生物学53. 重组修复（RecombinativeRepair）后 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 可能造成的后果分子生物学5 Rec-A. gene 以某种方式参与DNA损伤修复 TT TTAA AATT TTTT TTAA AATT TT变性 E.coli (Rec-A, uvr-a-)D.S. DNAS.S. DNAU.V. 复制
9、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 修复时期的证明分子生物学5TT TTAA AATT 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 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:分子生物学5 与Rec-A蛋白引起的重组(strand tran 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分子生物学5 重组修复 复制后修复 RecA, D
10、NApo4. 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） 实验证据分子生物学54. 易错修复（SOS修复 SOS repair）E（2） SOS 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分子生物学5
11、（2） SOS 修复机制 SOS 修复无模板指导的DNA 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的部分抑制分子生物学5 SOS 修复只是SOS反应的一部分 RecA在SOS反应 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活性分子生物学5RecA-P; 三种功能a、 DNA 重组活性b、 与S当DNA复制受阻/
12、 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分子生物学5当DNA复制受阻/ DNA damaged细胞内原少量表达的 上节课内容回顾： 1、复制过程中的错配修复 错配修复系统 尿嘧啶N糖苷酶修复系统 2、DNA的损伤的修复 嘧啶二聚体 光复活修复 切除修复 重组修复 易错修复（SOS修复）分子生物学5 上节课内容回顾：分子生物学5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
13、，SOS是关闭的）RecA-p很快消失LexA gene onSOS off分子生物学5当DNA复制度过难关后SOS repair 是一种错误倾向性第三节 限制和修饰分子生物学5第三节 限制和修饰分子生物学5 1、 限制修饰现象(restriction and modificaion)50年代初 Luria（T偶数噬菌体） Bertani（） Weigle（P2噬菌体）分子生物学5 1、 限制修饰现象(restriction and 结论： 菌体限制修饰系统中的限制性内切酶能将外来DNA切断 菌体本身的DNA可受甲基化酶的保护 两者称为限制-修饰作用 * E.coli K菌株和 B菌株各有自己
14、的限制修饰系统 * E.coli C菌株没有细菌借助于限制-修饰系统来区别自己DNA和外源DNA分子生物学5结论： 菌体限制修饰系统中的限制性内切酶能将外来DN 自己DNA: 限制模式相同的DNA 同株系的不同个体DNA、寄生于其中的质粒和噬菌体 居民DNA(resident DNA)：同一个细胞内的不同类型的DNA， 包括细胞DNA，质粒DNA，噬菌体DNA等分子生物学5 自己DNA: 限制模式相同的DNA分子生物学5 2、限制修饰系统 根据其特征分为两大组(三大类)分子生物学5 2、限制修饰系统 根据其特征分为两大组(三大类)分子生物第四节 突变类型 分子生物学5第四节 突变类型 分子生物
15、学5 染色体突变（Chromosome mutation ）chromosome number chromosome structure 核苷酸突变（ dNt point mutation ） 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分子生物学5 染色体突变（Chromosome mutation 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 分子生物学5 突变体
16、(mutant)：携带突变的生物个体或群体或株系 突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(keto 酮式) G(enol 烯醇式) G(k) G(e,i) T(keto) T(enol-2) or T(enol-4) 分子生物学51、从突变作用来源上定义 碱基异构式引起DNA复制过程的碱基异构式引起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)
17、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) 分子生物学5碱基异构式引起DNA复制的错配 G(k) C(aA(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(i) C(a)G(k, syn) G(k, syn) G(k, anti)G(k)分子生物学5A(a) T(k) A(a, anti) T(k, anti2、从
18、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 分子生物学52、从序列改变多少上定义点突变碱基替代、碱基插入、碱基 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（frameshift mutation）:一个或两个碱基的插入
19、 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分子生物学5 核苷酸缺失或插入 （dNt deletion or inExamples of deletion mutations 分子生物学5Examples of deletion mutations4、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分子生物学54、从对遗传信息的改变上定义（点突变
20、） 碱基替代对遗传信 -错义突变 GAA AAA Lys-无义突变 GAA TAA(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）分子生物学5 -错义突变 GAA AAA Lys-无义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分子生物学55、从突变的表达类型 上定义-非条件型突变
21、: -条件 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 分子生物学5 7、突变位点存在于负责基因调控的序列中 * 在启动第五节 回复突变 (抑制突变)分子生物学5第五节 回复突变 (抑制突变)分子生物学51、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
22、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)分子生物学51、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分子生物学5间接抑制突变: 不恢复正向突变基因蛋白质产物的功能,而2 3、回复突变的分子机制a) AGC (Ser) ACC (Thr) AGC (Ser)
23、b) AGC (Ser) AGG (Arg) AGT (Ser)c) AGC (Ser) AGG (Arg) GGG (Gly) if Ser Gly分子生物学5 3、回复突变的分子机制a) AGC (Ser) （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)分子生物学5 （1）基因内抑制突变 (Intragenic sua、静电作用分子生物学5a、静电作用分子生物学5b、疏水作用分子生物学5b、
24、疏水作用分子生物学5-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)分子生物学5-UGG174-GGA210-(w 上节课内容回顾： 1、限制和修饰现象 2、突变的类型 突变作用来源、 序列改变多少、 对阅读框的影响 对遗传信息的改变、突变的表达类型、突变效应 突变位于负责基因表达调控的序列当中 3、 抑制突变 发生部位：基因内、基因间 野生表型恢复作用性质：直接抑制、间接抑制 基因内错义抑制突变的分子机制分子生物学5 上节课内容
25、回顾：分子生物学5移框突变的抑制突变(基因内第二点的插入或缺失)分子生物学5移框突变的抑制突变(基因内第二点的插入或缺失)分子生物学5（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基因或与tRNA功能相关的基因上分子生物学5（2）基因间的抑制突变无义突变-无义抑制突变 发生在分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，且抑制效率很低分子生物学5a、基因间的无义抑制突变（ Nonsense suppresAGAUCUArgGl
26、yGGACCUUCUGlyCCUGlyb、基因间的错义抑制突变( Missense suppressor )Gly分子生物学5AGAUCUArgGlyGGACCUUCUGlyCCUGlyc、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）、移框突变抑制分子生物学5c、基因间移框抑制突变总结：基因内和基因间的错义（无义）、移第六节 突变剂和突变生成分子生物学5第六节 突变剂和突变生成分子生物学51、碱基类似物（Base analog）2-氨基嘌呤2-Amino purine5-溴尿嘧啶5-Bromine Uracil OO BrNH2分子生物学51、碱基
27、类似物（Base analog）2-氨基嘌呤5-溴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 转变分子生物学55-BrU: G: A 烯醇式enolBrOHHOBr In DNABrU(k) BrU(e) (正常形式) (异构体)BrU(k) BrU(e)难易
28、A G G AT C C T碱基类似物产生的均为错义突变分子生物学5In DNABrU(k) BrU(e)BrU(k) 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）产生错义突变分子生物学5 2、 碱基的化学修饰导致突变又称化学突变剂：产生NH2OH (Hydroxylamine HA 羟胺)C(i) A(a)HNHHOC(a
29、)HAHNHHHOHNHHOHNHHOHNHHONH分子生物学5NH2OH (Hydroxylamine HA 羟胺)C(i3、嵌合剂的质突变作用吖啶橙 (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-结果产生移框突变分子生物学53、嵌合剂的质突变作用吖啶橙 (Acridine Orang5、 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因的突变 一种误称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分子生物学55、 增变基因（mutator gene ） w.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 (mismatc
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