基因突变和修复
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-T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-
颠换
A 缺失
-T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G-
-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-
-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-
基因突变和修复
机制：光解酶（photolyase）在黑暗中专一地识别嘧啶 二聚体并与之结合，形成酶-DNA复合物，当给予光照 （350~500nm波长的蓝光）时，酶利用光能将二聚体拆 开，恢复原状，使DNA损基因伤突变和得修复 到修复。
1、形成嘧啶二聚体
2、光复合酶结合于 损伤部位
3、酶被可见光激活
4、修复后酶被释放
人工可以合成一些碱基类似物用作促突变剂或抗 癌药物。
基因突变和修复
✓代谢活化物对DNA的损伤：
如：苯并笓、黄曲霉毒素等。经混合功能氧化酶催 化形成环氧化物，与核酸结合，造成突变。
基因突变和修复
✓修饰剂对DNA的损伤：
一些人工合成或环境中存在的化学物质能专一修饰 DNA链上的碱基或通过影响DNA复制而改变碱基序列。 例如：亚硝酸盐及亚硝胺。前者造成脱氨，使C脱氨变 成U，经过复制就可使DNA上的G-C变成A-T对；后者 氧化后生成烷化剂和自由基。
基因突变和修复
第四节 切除修复系统
一、碱基切除修复 ( base-excision repair)
糖苷水解酶： 细胞中能特异切除受损核苷酸上的N-糖苷 键，在DNA链上形成AP位点(去嘌呤或去嘧啶位点)。 AP核酸内切酶：能在AP位点附近（5`或3`位置）将DNA 链切开； 核酸外切酶：移去含AP位点核苷酸在内的小片段DNA； DNA聚合酶I： 合成新片段； DNA连接酶： 连接切口而修复。
基因突变和修复
化学因素：
✓烷化剂对DNA的损伤
① 碱基烷基化; ② 碱基脱落; ③断链; ④ 交联
烷化剂：有活泼烷基，可转移到碱基或磷酸上，如硫酸二 甲酯、芥子气等。
鸟嘌呤的O6和N7最易烷基化，导致错配(GT)或脱落。 磷酸三酯不稳定，易断裂。
基因突变和修复
鸟嘌呤guanine
O
N NH
N H
基因突变和修复
第五节 重组修复 ( Recombination repair)
遗传信息有缺损的子代DNA分子通过遗传重组的 方式加以弥补，即从同源DNA的母链上将相应核苷酸序 列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列来补上母 链的空缺。
基因突变和修复
精确的事件，但也不是完全不发生错误的。 ➢DNA的自发性化学变化
生物体内DNA分子可以由于各种原因发生变化，至少有： ① 碱基的互变异构； ②碱基的脱氨基作用； ③脱嘌呤与 脱嘧啶； ④碱基修饰与链断裂
基因突变和修复
诱发突变：
物理因素： ➢紫外线引起的DNA损伤
当DNA受到最易被其吸收波长（～260 nm）的紫外 线照射时，会使同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连 成二聚体。
变成了TA、CG对。
基因突变和修复
移码突变（frameshift mutation）：由碱基的缺失或 插入造成。
2.同义突变、错义突变和无义突变
同义突变：指没有改变蛋白质氨基酸序列的碱基序 列改变。——由于密码子的简并性
错义突变：指引起蛋白质氨基酸序列改变的碱基序 列改变。
无义突变：指引起蛋白质中某个氨基酸密码子变成 终止密码子的碱基序列改变。
昂贵的代价用于保证DNA的准确性! 基因突变和修复
基因突变和修复
第三节 错配修复系统（Mismatch repair)
原核细胞内存在Dam甲基化酶，能使位于 5`GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。
复制后DNA在短期内（数分钟）为半甲基化 的GATC序列，一旦发现错配碱基，即将未甲基 化链切除一段包含错误碱基的序列，并以甲基化 的链为模板进行修复。
基因突变和修复
3.核苷
碱基+戊糖=核苷
戊糖与嘧啶或嘌呤碱以糖苷键连接就称为核苷，通常是戊糖的C1′与嘧 啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接。
5’
4’
1’
3’ 2’
(OH)
5’
4’ห้องสมุดไป่ตู้
1’
3’ 2’
基因突变和修复
(OH)
二、 核苷酸切除修复 ( nucleotide-excision repair )
当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链 之间无法形成氢键，造成DNA双螺旋的扭曲变形，在一 系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除掉，并 以完整的那一条链为模板，合成出切去的部分，然后使 DNA恢复正常结构的过程。
N
G
NH 2
基因突变和修复
芥子气： ββ'-二氯二乙硫醚
芥子气分子式
基因突变和修复
芥子气毒气弹
日军遗弃的芥子气造成的伤害
基因突变和修复
✓碱基或核苷类似物对DNA的损伤：
机制： 可竞争抑制核苷酸合成或掺入核酸导致错配。 如：5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氟尿嘧啶（5-FU）、2氨基腺嘌呤（2-AP）等。
基因突变和修复
DNA突变 的类型
野生型基因
-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-
碱基对的置换 (substitution)
转换
-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-
移码突变
(framesshift mutation)
类型：TT二聚体 （ TT ）、CC二聚体（ CC）、 CT二聚体（ CT）
基因突变和修复
基因突变和修复
基因突变和修复
➢电离辐射引起的DNA损伤
电离辐射损伤DNA有直接和间接的效应。 直接效应是DNA直接吸收射线能量而遭损伤； 间接效应是指DNA周围其他分子（主要是水分
子）吸收射线能量产生具有很高反应活性的自由基进 而损伤DNA。 损伤包括： ①碱基变化; ②脱氧核糖变化; ③DNA 链断裂; ④交联。
DNA polymeraseⅢ 解旋酶 SSB 外切核酸酶 (Ⅰ或Ⅶ) 连接酶
基因突变和修复
修复过程 :
甲基化程度的差异
MutS 扫描识别错配 碱基和邻近的GATC序列; MutH产生切点：GATC中G 的5’侧；
DNA helicase II, 核酸外切酶 I去除包括错 配碱基的片段
DNA polymerase III在SSB 帮助下填补缺口,DNA 连接酶 连接.
T
3.自发突变和诱发突变
自发突变（spontaneous mutation)：由于正常的细 胞活动，或细胞与环境的随机相互作用，这些过 程所引起的生物DNA序列的改变。
诱发突变（induced mutation): 特定的化学或物理因 素引起的DNA序列改变。
基因突变和修复
自发突变：
➢DNA复制中的错误 以DNA为模板按碱基配对进行DNA复制是一个严格而
基因突变和修复
第二节 直接修复 （direct repair）
生物体内存在多种DNA损伤以后却并不需要 切除碱基或核苷酸的机制，这种修复方式称为 DNA的直接修复。
基因突变和修复
一、嘧啶二聚体的光复活修复
将经紫外线照射后的细胞立即暴露在可见光下时， 其存活率大幅度提高，突变率相应降低。
UV引起的DNA损伤，由于可见光的照射而得以恢复 的现象称为光复活作用。
第六章 基因突变 和修复
基因突变和修复
第一节 基因突变
一、突变的类型 1、碱基置换和移码突变 碱基置换（substitution）：
转换(Transition)： 最普通的一种点突变，指一种嘧啶被另一种嘧啶代替，一种 嘌呤被另一种嘌呤代替。使GC对被AT对替换，或者相反。
颠换(Transversion)： 另一种不常见的点突变，嘌呤被嘧啶代替或者相反，如AT对
基因突变和修复
★ 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256个碱基出现一个 GATC 序列.
基因突变和修复
错配修复系统受甲基化的引导。其组成为：
错配修复酶 (mismatch correct enzyme， MCE)： 由3个亚基构成 ： mutS , mutH, mutL
DNA紫外线损基因伤突变的和修复光复合酶修复
二、烷基转移酶介导的修复
修复发生在碱基的O位及磷酸骨架上的烷基化，由 “自杀式脱甲基化酶”催化。
这种酶能将修饰碱基上的甲基转移到自身的半胱氨 酸上，在DNA上留下正确的碱基，但自身失活，并随 后降解，故称“自杀修复”。
这种蛋白属诱导性合成蛋白，如：Ada蛋白
-T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-
颠换
A 缺失
-T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G-
-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-
-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-
基因突变和修复
机制：光解酶（photolyase）在黑暗中专一地识别嘧啶 二聚体并与之结合，形成酶-DNA复合物，当给予光照 （350~500nm波长的蓝光）时，酶利用光能将二聚体拆 开，恢复原状，使DNA损基因伤突变和得修复 到修复。
1、形成嘧啶二聚体
2、光复合酶结合于 损伤部位
3、酶被可见光激活
4、修复后酶被释放
人工可以合成一些碱基类似物用作促突变剂或抗 癌药物。
基因突变和修复
✓代谢活化物对DNA的损伤：
如：苯并笓、黄曲霉毒素等。经混合功能氧化酶催 化形成环氧化物，与核酸结合，造成突变。
基因突变和修复
✓修饰剂对DNA的损伤：
一些人工合成或环境中存在的化学物质能专一修饰 DNA链上的碱基或通过影响DNA复制而改变碱基序列。 例如：亚硝酸盐及亚硝胺。前者造成脱氨，使C脱氨变 成U，经过复制就可使DNA上的G-C变成A-T对；后者 氧化后生成烷化剂和自由基。
基因突变和修复
第四节 切除修复系统
一、碱基切除修复 ( base-excision repair)
糖苷水解酶： 细胞中能特异切除受损核苷酸上的N-糖苷 键，在DNA链上形成AP位点(去嘌呤或去嘧啶位点)。 AP核酸内切酶：能在AP位点附近（5`或3`位置）将DNA 链切开； 核酸外切酶：移去含AP位点核苷酸在内的小片段DNA； DNA聚合酶I： 合成新片段； DNA连接酶： 连接切口而修复。
基因突变和修复
化学因素：
✓烷化剂对DNA的损伤
① 碱基烷基化; ② 碱基脱落; ③断链; ④ 交联
烷化剂：有活泼烷基，可转移到碱基或磷酸上，如硫酸二 甲酯、芥子气等。
鸟嘌呤的O6和N7最易烷基化，导致错配(GT)或脱落。 磷酸三酯不稳定，易断裂。
基因突变和修复
鸟嘌呤guanine
O
N NH
N H
基因突变和修复
第五节 重组修复 ( Recombination repair)
遗传信息有缺损的子代DNA分子通过遗传重组的 方式加以弥补，即从同源DNA的母链上将相应核苷酸序 列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列来补上母 链的空缺。
基因突变和修复
精确的事件，但也不是完全不发生错误的。 ➢DNA的自发性化学变化
生物体内DNA分子可以由于各种原因发生变化，至少有： ① 碱基的互变异构； ②碱基的脱氨基作用； ③脱嘌呤与 脱嘧啶； ④碱基修饰与链断裂
基因突变和修复
诱发突变：
物理因素： ➢紫外线引起的DNA损伤
当DNA受到最易被其吸收波长（～260 nm）的紫外 线照射时，会使同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连 成二聚体。
变成了TA、CG对。
基因突变和修复
移码突变（frameshift mutation）：由碱基的缺失或 插入造成。
2.同义突变、错义突变和无义突变
同义突变：指没有改变蛋白质氨基酸序列的碱基序 列改变。——由于密码子的简并性
错义突变：指引起蛋白质氨基酸序列改变的碱基序 列改变。
无义突变：指引起蛋白质中某个氨基酸密码子变成 终止密码子的碱基序列改变。
昂贵的代价用于保证DNA的准确性! 基因突变和修复
基因突变和修复
第三节 错配修复系统（Mismatch repair)
原核细胞内存在Dam甲基化酶，能使位于 5`GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。
复制后DNA在短期内（数分钟）为半甲基化 的GATC序列，一旦发现错配碱基，即将未甲基 化链切除一段包含错误碱基的序列，并以甲基化 的链为模板进行修复。
基因突变和修复
3.核苷
碱基+戊糖=核苷
戊糖与嘧啶或嘌呤碱以糖苷键连接就称为核苷，通常是戊糖的C1′与嘧 啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接。
5’
4’
1’
3’ 2’
(OH)
5’
4’ห้องสมุดไป่ตู้
1’
3’ 2’
基因突变和修复
(OH)
二、 核苷酸切除修复 ( nucleotide-excision repair )
当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链 之间无法形成氢键，造成DNA双螺旋的扭曲变形，在一 系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除掉，并 以完整的那一条链为模板，合成出切去的部分，然后使 DNA恢复正常结构的过程。
N
G
NH 2
基因突变和修复
芥子气： ββ'-二氯二乙硫醚
芥子气分子式
基因突变和修复
芥子气毒气弹
日军遗弃的芥子气造成的伤害
基因突变和修复
✓碱基或核苷类似物对DNA的损伤：
机制： 可竞争抑制核苷酸合成或掺入核酸导致错配。 如：5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氟尿嘧啶（5-FU）、2氨基腺嘌呤（2-AP）等。
基因突变和修复
DNA突变 的类型
野生型基因
-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-
碱基对的置换 (substitution)
转换
-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-
移码突变
(framesshift mutation)
类型：TT二聚体 （ TT ）、CC二聚体（ CC）、 CT二聚体（ CT）
基因突变和修复
基因突变和修复
基因突变和修复
➢电离辐射引起的DNA损伤
电离辐射损伤DNA有直接和间接的效应。 直接效应是DNA直接吸收射线能量而遭损伤； 间接效应是指DNA周围其他分子（主要是水分
子）吸收射线能量产生具有很高反应活性的自由基进 而损伤DNA。 损伤包括： ①碱基变化; ②脱氧核糖变化; ③DNA 链断裂; ④交联。
DNA polymeraseⅢ 解旋酶 SSB 外切核酸酶 (Ⅰ或Ⅶ) 连接酶
基因突变和修复
修复过程 :
甲基化程度的差异
MutS 扫描识别错配 碱基和邻近的GATC序列; MutH产生切点：GATC中G 的5’侧；
DNA helicase II, 核酸外切酶 I去除包括错 配碱基的片段
DNA polymerase III在SSB 帮助下填补缺口,DNA 连接酶 连接.
T
3.自发突变和诱发突变
自发突变（spontaneous mutation)：由于正常的细 胞活动，或细胞与环境的随机相互作用，这些过 程所引起的生物DNA序列的改变。
诱发突变（induced mutation): 特定的化学或物理因 素引起的DNA序列改变。
基因突变和修复
自发突变：
➢DNA复制中的错误 以DNA为模板按碱基配对进行DNA复制是一个严格而
基因突变和修复
第二节 直接修复 （direct repair）
生物体内存在多种DNA损伤以后却并不需要 切除碱基或核苷酸的机制，这种修复方式称为 DNA的直接修复。
基因突变和修复
一、嘧啶二聚体的光复活修复
将经紫外线照射后的细胞立即暴露在可见光下时， 其存活率大幅度提高，突变率相应降低。
UV引起的DNA损伤，由于可见光的照射而得以恢复 的现象称为光复活作用。
第六章 基因突变 和修复
基因突变和修复
第一节 基因突变
一、突变的类型 1、碱基置换和移码突变 碱基置换（substitution）：
转换(Transition)： 最普通的一种点突变，指一种嘧啶被另一种嘧啶代替，一种 嘌呤被另一种嘌呤代替。使GC对被AT对替换，或者相反。
颠换(Transversion)： 另一种不常见的点突变，嘌呤被嘧啶代替或者相反，如AT对
基因突变和修复
★ 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256个碱基出现一个 GATC 序列.
基因突变和修复
错配修复系统受甲基化的引导。其组成为：
错配修复酶 (mismatch correct enzyme， MCE)： 由3个亚基构成 ： mutS , mutH, mutL
DNA紫外线损基因伤突变的和修复光复合酶修复
二、烷基转移酶介导的修复
修复发生在碱基的O位及磷酸骨架上的烷基化，由 “自杀式脱甲基化酶”催化。
这种酶能将修饰碱基上的甲基转移到自身的半胱氨 酸上，在DNA上留下正确的碱基，但自身失活，并随 后降解，故称“自杀修复”。
这种蛋白属诱导性合成蛋白，如：Ada蛋白