酶与蛋白质工程第5章基因突变与蛋白质改造
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
无义突变
碱基的改变可使某种氨基酸的密码子突变为终止密码子。如赖氨酸的密 码子AAG突变为终止密码子TAG，酪氨酸的TAC突变为TAA或TAG 终止密码子。若无义突变的终止密码子使肽链合成过早终止, 蛋白质 产物一般没有活性，若是发生在基因DNA的3’末端处，它所表达产生 的多肽常有一定活性或有部分活性，这种突变又称为渗漏变型
2. 不同的基因座，其中任何一个突变所产生的表型变化可能相同，其 表示方法是在3 个小写斜体字母后加上一个斜体大写字母来表示区别。 如Recombination→recA、recB、recC
3. 突变位点通过在突变基因符号后加不同数字表示。如supE44
4. 某个基因或某个领域缺失时，在其基因型前面加上“∆”表示。例如： lac-proAB 基因缺失时它的基因型表示为∆(lac-proAB)。
证明链霉素仅起 选择作用
基因突变
自发突变主要原因
1. 互变异构 2. 生物自身所产生诱变物质的作用 3. 背景辐射和环境诱变
基因突变
碱基置换诱变原理
Watson和Crick认为
碱基
酮式与烯醇式的互变 氨基与亚氨基的互变
碱基配对 方式改变
自发突变 10-6－10-10
基因突变
突变的随机性
抗药性是一种数量性状，有单基因决定的，如链霉素； 也有多基因决定的，如青霉素和氯霉素
5. 融合 如Φ（ara-lac）表示ara和 lac融合成新基因
基因突变
基因突变规律
随机性
基 因
独立性
突
变 的
稳定性
特
征 可逆性
稀有性
基因突变的普遍性
从以下图片，能归纳出基因突变的什么特点吗？
白 色 皮 毛 牛 犊
白眼果蝇
白 化 病 患 者 白化苗
大南瓜 高产大豆
太空椒（左）
有 利 的 基 因 突 变
基因突变后，在某种条件可生长并实现表型，而在另一条件 却无法生长繁殖的突变类型 (如温度敏感突变株）
形态突变株 抗原突变株 产量突变株
基因突变
突变株类型划分：
----选择性突变株：营养缺陷型、抗性突变型、 条件致死突变型
----非选择突变株：形态、抗原、产量突变型
基因突变
命名规则
1. 根据基因产物或其作用产物的英文名称第一个字母缩写成3 个小写斜 体字母来表示
如突变发生在调控区：组成型突变、启动子上升/下降突变、 抗阻遏、抗反馈突变
基因突变
基因突变机制
基因突变的原因多种多样，可以是自发或诱发 具体类型可归纳如下：
基因突变
点突变
可分为单点突变（Single point mutation）和多点突变 （multiple mutation）
单点突变指只有一个碱基对发生改变，多点突变指有两个或两个 以上碱基对发生改变
基因突变
同义突变
碱基被替代后, 没有改变产物氨基酸序列，这是与密码子简并性相关, 如CTT、CTC、CTA、CTG的第3位碱基互相替代后其编码表达的产 物均为亮氨酸, CTT、CTC、CTA、CTG的第3位碱基互相替代后, 其 编码表达的产物均为脯氨酸，因此这种突变不产生突变效应
错义突变
碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列改变。有些错义突变严重影响到 蛋白质活性甚至完全失去活性，从而影响了表型。如果该基因是必需 基因，则该突变为致死突变
各种药物抗性突变的发生彼此独立无关
巨大芽孢杆菌对异烟肼抗性突变率是5×10-5 对氨基柳酸抗性突变的突变率是1×10-6 兼抗两者的突变体是8×10-10 大约是两者的乘积
高产青霉菌株
畸 形 雏 鸭
白
化
有
玉
害 的
米 苗
基
因
突
变
人 类 的 多 指
白 化 病 患 者
基因突变的随机性、不定向性
灰 老 鼠
基因突变
自发突变
波动实验
实验结果证明两套 平板上耐噬菌体菌 落数差异很大
证实细菌自身发生 突变，而外界条件 仅起选择作用
平板影印培养试验
经过数次重复， 获得一株完全没 有接触过链霉素 的高度耐链毒素 的突变株，表现 为原始平板上全 部菌落与含链霉 素平板上的菌落 吻合
北京培育的优质甘蓝品种，叶球最大的有3.5KG，当引种到拉萨后， 由于昼夜温差大、日照时间长、光照强，叶球可重达7KG左右。 但再引回北京后，叶球又只有3.5KG。为什么？
甘蓝
拉萨
北京
3.5kg
7kg
3.5kg
在种植花卉时，发现红花的后代出现了蓝紫花，蓝紫色花的后 代仍是蓝紫色。这种现象是哪类变异？
基因突变
碱基插入突变
DNA链中插入1个或几个碱基对, 这种突变可以引起其后DNA 序列的读框发生改变, 故又称为移框突变（frameshift mutation）
移框突变的结果不但改变了表达产物的氨基酸组成，而且会 出现新的终止密码子，而使蛋白质合成过早终止
碱基缺失突变
DNA链中缺失1个或数个甚至小片断的碱基对。这种突变也 可引起其后DNA序列的读框发生改变
点突变常分为两类
一类叫转换（transition），即嘌呤被另一嘌呤取代或嘧啶被另一嘧 啶取代后而发生的变化 另一类叫颠换（transversion）即嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤取代后而 发生的变化
点突变的重要特点之一是它具有较高的回复突变率
基因突变
正向突变
改变野生型性状的突变
回复突变
突变体所失去的野生型性状可以通过第二次突变得到回复， 这种二次突变就是回复突变
百度文库 基因突变
野生型菌株：
从自然界分离获得的菌株，称之为野生型
基本培养基(MM)：
满足野生型菌株生长最低营养要求的合成培养基
营养缺陷型：
野生型菌株由于突变而丧失了某种营养合成能力，而无法在基本培养基 上生长的变异类型
抗性突变型：
野生型菌株由于突变产生对某些化学药物或致死物理因子抗性变异类型
基因突变
条件致死突变型：
红
蓝
花
紫
的
色
后
花
代
后
变
代
了
仍
蓝
是
紫
蓝
色
紫
色
基因突变
基因突变类型
从遗传物质结构的改变：碱基的置换、移码、缺失、插入突变
从突变效应与野生型的关系：正向、回复突变
分 类 从突变产生的过程：自发、诱发突变 标 从突变所引起遗传信息的意义改变：同义、错义、无义突变 准
从突变所带来的表型改变：形态、致死或条件致死、生化突变型
第五讲 基因突变与蛋白质改造
生物变异
生物变异的类型
变异的类型
不可遗传的变异：
仅仅由环境不同引起，遗传物质没有改变， 不能进一步遗传给后代
基因突变
可遗传的变异： 基因重组
染色体变异
由于生殖细胞中遗传物质发生了改变，其后代 将继承这种改变
“人造美女”结婚后所生的孩子一定会像她一样的美丽吗？
中国第一位人造美女
碱基的改变可使某种氨基酸的密码子突变为终止密码子。如赖氨酸的密 码子AAG突变为终止密码子TAG，酪氨酸的TAC突变为TAA或TAG 终止密码子。若无义突变的终止密码子使肽链合成过早终止, 蛋白质 产物一般没有活性，若是发生在基因DNA的3’末端处，它所表达产生 的多肽常有一定活性或有部分活性，这种突变又称为渗漏变型
2. 不同的基因座，其中任何一个突变所产生的表型变化可能相同，其 表示方法是在3 个小写斜体字母后加上一个斜体大写字母来表示区别。 如Recombination→recA、recB、recC
3. 突变位点通过在突变基因符号后加不同数字表示。如supE44
4. 某个基因或某个领域缺失时，在其基因型前面加上“∆”表示。例如： lac-proAB 基因缺失时它的基因型表示为∆(lac-proAB)。
证明链霉素仅起 选择作用
基因突变
自发突变主要原因
1. 互变异构 2. 生物自身所产生诱变物质的作用 3. 背景辐射和环境诱变
基因突变
碱基置换诱变原理
Watson和Crick认为
碱基
酮式与烯醇式的互变 氨基与亚氨基的互变
碱基配对 方式改变
自发突变 10-6－10-10
基因突变
突变的随机性
抗药性是一种数量性状，有单基因决定的，如链霉素； 也有多基因决定的，如青霉素和氯霉素
5. 融合 如Φ（ara-lac）表示ara和 lac融合成新基因
基因突变
基因突变规律
随机性
基 因
独立性
突
变 的
稳定性
特
征 可逆性
稀有性
基因突变的普遍性
从以下图片，能归纳出基因突变的什么特点吗？
白 色 皮 毛 牛 犊
白眼果蝇
白 化 病 患 者 白化苗
大南瓜 高产大豆
太空椒（左）
有 利 的 基 因 突 变
基因突变后，在某种条件可生长并实现表型，而在另一条件 却无法生长繁殖的突变类型 (如温度敏感突变株）
形态突变株 抗原突变株 产量突变株
基因突变
突变株类型划分：
----选择性突变株：营养缺陷型、抗性突变型、 条件致死突变型
----非选择突变株：形态、抗原、产量突变型
基因突变
命名规则
1. 根据基因产物或其作用产物的英文名称第一个字母缩写成3 个小写斜 体字母来表示
如突变发生在调控区：组成型突变、启动子上升/下降突变、 抗阻遏、抗反馈突变
基因突变
基因突变机制
基因突变的原因多种多样，可以是自发或诱发 具体类型可归纳如下：
基因突变
点突变
可分为单点突变（Single point mutation）和多点突变 （multiple mutation）
单点突变指只有一个碱基对发生改变，多点突变指有两个或两个 以上碱基对发生改变
基因突变
同义突变
碱基被替代后, 没有改变产物氨基酸序列，这是与密码子简并性相关, 如CTT、CTC、CTA、CTG的第3位碱基互相替代后其编码表达的产 物均为亮氨酸, CTT、CTC、CTA、CTG的第3位碱基互相替代后, 其 编码表达的产物均为脯氨酸，因此这种突变不产生突变效应
错义突变
碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列改变。有些错义突变严重影响到 蛋白质活性甚至完全失去活性，从而影响了表型。如果该基因是必需 基因，则该突变为致死突变
各种药物抗性突变的发生彼此独立无关
巨大芽孢杆菌对异烟肼抗性突变率是5×10-5 对氨基柳酸抗性突变的突变率是1×10-6 兼抗两者的突变体是8×10-10 大约是两者的乘积
高产青霉菌株
畸 形 雏 鸭
白
化
有
玉
害 的
米 苗
基
因
突
变
人 类 的 多 指
白 化 病 患 者
基因突变的随机性、不定向性
灰 老 鼠
基因突变
自发突变
波动实验
实验结果证明两套 平板上耐噬菌体菌 落数差异很大
证实细菌自身发生 突变，而外界条件 仅起选择作用
平板影印培养试验
经过数次重复， 获得一株完全没 有接触过链霉素 的高度耐链毒素 的突变株，表现 为原始平板上全 部菌落与含链霉 素平板上的菌落 吻合
北京培育的优质甘蓝品种，叶球最大的有3.5KG，当引种到拉萨后， 由于昼夜温差大、日照时间长、光照强，叶球可重达7KG左右。 但再引回北京后，叶球又只有3.5KG。为什么？
甘蓝
拉萨
北京
3.5kg
7kg
3.5kg
在种植花卉时，发现红花的后代出现了蓝紫花，蓝紫色花的后 代仍是蓝紫色。这种现象是哪类变异？
基因突变
碱基插入突变
DNA链中插入1个或几个碱基对, 这种突变可以引起其后DNA 序列的读框发生改变, 故又称为移框突变（frameshift mutation）
移框突变的结果不但改变了表达产物的氨基酸组成，而且会 出现新的终止密码子，而使蛋白质合成过早终止
碱基缺失突变
DNA链中缺失1个或数个甚至小片断的碱基对。这种突变也 可引起其后DNA序列的读框发生改变
点突变常分为两类
一类叫转换（transition），即嘌呤被另一嘌呤取代或嘧啶被另一嘧 啶取代后而发生的变化 另一类叫颠换（transversion）即嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤取代后而 发生的变化
点突变的重要特点之一是它具有较高的回复突变率
基因突变
正向突变
改变野生型性状的突变
回复突变
突变体所失去的野生型性状可以通过第二次突变得到回复， 这种二次突变就是回复突变
百度文库 基因突变
野生型菌株：
从自然界分离获得的菌株，称之为野生型
基本培养基(MM)：
满足野生型菌株生长最低营养要求的合成培养基
营养缺陷型：
野生型菌株由于突变而丧失了某种营养合成能力，而无法在基本培养基 上生长的变异类型
抗性突变型：
野生型菌株由于突变产生对某些化学药物或致死物理因子抗性变异类型
基因突变
条件致死突变型：
红
蓝
花
紫
的
色
后
花
代
后
变
代
了
仍
蓝
是
紫
蓝
色
紫
色
基因突变
基因突变类型
从遗传物质结构的改变：碱基的置换、移码、缺失、插入突变
从突变效应与野生型的关系：正向、回复突变
分 类 从突变产生的过程：自发、诱发突变 标 从突变所引起遗传信息的意义改变：同义、错义、无义突变 准
从突变所带来的表型改变：形态、致死或条件致死、生化突变型
第五讲 基因突变与蛋白质改造
生物变异
生物变异的类型
变异的类型
不可遗传的变异：
仅仅由环境不同引起，遗传物质没有改变， 不能进一步遗传给后代
基因突变
可遗传的变异： 基因重组
染色体变异
由于生殖细胞中遗传物质发生了改变，其后代 将继承这种改变
“人造美女”结婚后所生的孩子一定会像她一样的美丽吗？
中国第一位人造美女