基础微生物学课件

诱变因素 碱基类似物
羟胺 亚硝酸 烷化剂
丫啶类 紫外线
电离辐射
加热 Mu噬菌体
在DNA上的初级效应
遗传效应
掺入作用
AT=GC双向转换
与胞嘧啶起反应
GC→AT的转换
A、G、C的氧化脱氨作用
AT=GC双向转换
交联
缺失
烷化碱基（主要是G）
AT=GC双向转换
烷化磷酸基团
AT→TA的颠换
丧失烷化的嘌呤
GC→CG的颠换
的类似物 ，酮式的5-BU可以和A配对，烯醇式的5-BU
可以和G配对，在DNA分子复制的过程中，由于5-BU的 插入和互变异构导致碱基置换。
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5-BU引起的转换
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5-BU引起的转换
• 从上图中，还可以看到5-BU的掺入引起的G┇C回 复到A‫׃‬T的过程。通过这两个图示，就很容易理解 为什么同一种诱变剂既可造成正向突变，又可使 它产生回复突变的原因了。
• 由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株 （frame-shift mutant）。与染色体畸变相比，移 码突变也只能算是DNA分子的微小损伤。
• 丫啶类染料，包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和α氨基丫啶等，以及一系列称为ICR类的化合物， 都是移码突变的有效诱变剂。
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引起移码突变的诱变剂：主要是吖啶类染料，如吖啶 黄、吖啶橙等等。 这类化合物都是平面型的三环分子，它们的结构与一 个嘌呤—嘧啶对十分相似。
对某一具体诱变剂来
说，即可同时引起转
换与颠换，也可只具
其中的一种功能。根
据化学诱变剂是直接
还是间接地引起置换，
可把置换的机制分成
以下两类来讨论。
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★直接引起置换的诱变剂
• 定义：一类可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂， 不论在机体内或是在离体条件下均有作用。
• 种类：很多。例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙 酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基-N’硝基-N-亚硝基胍，N-甲基 -N-亚硝基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。
CG→T课件
碱基转换的分子机制——以亚硝酸为例
亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用。
HNO2
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
HNO2
腺嘌呤（A）
次黄嘌呤（H）
HNO2
鸟嘌呤（G）
黄嘌呤（X）
这些反应及形成物均可在DNA复制中产生影响，
主要是使碱基对发生转换。
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腺嘌呤（A）变成次黄嘌呤（H）后引起的转换过程：
①腺嘌呤氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（He） ② He通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（HK） ③DNA复制时，HK 与胞嘧啶（C）配对 ④ DNA第二次复制时，C与G正常配对，实现了转换。
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亚硝酸引起的AT-GC转换细节
• 也可以知道，为什么像5-BU这类代谢类似物只有 对正在进行新陈代谢和繁殖着的微生物才起作用， 而对休止细胞、游离的噬菌体粒子或离体的DNA 分子却不起作用。
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（2）移码突变
• frame-shift mutation 或 phase-shift mutation，指 诱变剂使DNA分子中增加（插入）或缺失一个或 少数几个核苷酸，从而使该部位后面的全部遗传 密码发生转录和转译错误的一类突变。
– 染色体结构上的变化： – 缺失（deletion） – 重复（duplication） – 易位（translocation） – 倒位（inversion） – 染色体数目的变化
• 作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而引 起DNA复制时碱基配对的转换，并进一步使微生物发生 变异。 – 羟胺只引起G┇C→A : T， – 其余都是可使G┇C=A : T发生互变的。 – 能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有（参 见下表）。
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若干诱变剂的作用机制及诱变功能
• 定义：对DNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损 伤（microlesion），一般也称点突变（point mutation）。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。
• 分类：转换（transition），即DNA链中的一个嘌呤被另 一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；
颠换（transversion），即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一 个嘧啶被一个嘌呤所置换。
糖-磷酸骨架的断裂
巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）
碱基之间的相互作用（双链变形）
码组移动（＋或－）
形成嘧啶的水合物
GC→AT转换
形成嘧啶的二聚体 交联
码组移动（＋或－）
碱基的羟基化核降解
AT=GC双向转换
DNA降解
码组移动（＋或－）
糖-磷酸骨架的断裂
巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）
丧失嘌呤 C脱氨基
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★间接引起置换的诱变剂
这类诱变剂主要是一些碱基类似物 ,如：5-溴尿嘧啶
(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5—AU）、叠氮胸腺嘧啶（AIT ）等等； 作用方式：通过活细胞的代谢活动参入到DNA分子中， 主要是在DNA复制时碱基类似物插入DNA中，引起碱基 对配对错误，造成碱基置换。 以5-溴尿嘧啶(5-BU)为例： 5-BU是胸腺嘧啶（T）的
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丫啶类化合物诱发的移码突变及其回复突变图示：
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（3）染色体畸变（chromosomal aberration）
• 某些理化因子，如X射线等的辐射及烷化剂、 亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起 DNA的大损伤（macrolesion）——染色体 畸变，它包括：
1. 诱变机制
• 诱变剂（mutagen）：凡能提高突变率 的任何理化因子，就称为诱变剂
• 种类：诱变剂的种类很多，作用方式多 样。即使是同一种诱变剂，也常有几种 作用方式。
• 按照遗传物质结构变化的特点讨论几种 有代表性的诱变剂的作用机制。
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（1）碱基置换（substitution）
图8-14——能诱发移基础码微生突物学变课件的几种代表性化合物
丫啶类化合物的诱变机制：
• 至今还不很清楚。 • 有人认为，由于它们是一种平面型三环分子，
结构与一个嘌呤–嘧啶对十分相似，故能嵌入 两个相邻DNA碱基对之间，造成双螺旋的部 分解开（两个碱基对原来相距0.34nm，当嵌 入一个丫啶分子时，就变成0.68nm），从而 在DNA复制过程中，会使链上增添或缺失一 个碱基，结果就引起了移码突变。