基因突变

①氢键断裂：DNA双链之间 1.电离辐射效应 ②共价键断裂：DNA单链断裂、 双链断裂、碱基和糖基损伤 ③交联作用：DNA与DNA、DNA 与蛋白质之间发生
2.电离辐射的修复： 1、超快修复(0℃, 2min) (E. coli) 无O2、单链 (DNA连接酶) 2、快修复(几分钟) 其余90％断裂单链 (聚合酶Ⅰ) 3、慢修复(37 ℃,40-60min) 剩余单链 (重组修复酶系统)
4.特异性切除修复
E.coli 中明显的损伤，可在UvrA、 UvrB、 UvrC的 作用下得以修复，但不明显的损伤需要特异性修复。 (1)糖基化酶修复：如果碱基被共价修饰，糖基化酶可 作用于C-N糖苷键，使碱基释放，产生无碱基(AP)位点, 再由AP内切酶修复系统修复。 (2)AP内切酶修复系统修复：也由内切、外切、聚合和 连接四种酶活性来完成，以修复AP位点。 **以上两种修复过程都没有涉及到DNA的重组,属于无 误差的修复。
四 SOS修复
1. 概念：是在DNA分子受损伤的范围较大而且复制受到 抑制时出现的一种应急修复作用。 2. 过程 ①当DNA损伤较大时(如产生很多的T=T)，正常的 DNA多聚酶复制到损伤位点时，其活性受到抑制； ②短暂抑制后产生一种新的DNA多聚酶，催化损伤 部位DNA的复制，由于新的DNA多聚酶的修复校正功 能较低，新合成的碱基错配频率较高，易引起突变。 3.特点： ①修复系统需要在DNA分子受损伤的范围较大而且 复制受到抑制时才能够启动。 ②修复系统对错配碱基的修复校正功能低下，从而增 加突变的频率。
自然突变频率
自然条件下基因突变率一般较低，并随生物种类、 基因而异： 不同生物种类的基因突变率：
• 高等植物： • 低等生物，如细菌： • 人： ~1×10-5-1×10-8; ~1×10-4-1×10-10; ~1×10-4-1×10-6.
同一物种的不同基因的天然突变率也明显不同：
一、自发突变(spontaneous mutation)
二 切除修复
1.概念:（核苷酸外切修复、暗修复）先在损伤的任何一 端打开磷酸二酯键，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的 缺口由修复性合成来填补，再由连接酶将其连接起来。 酶作用不需要光的激活，但黑暗不是必要条件。 2.特点：消除由UV引起的损伤，也能消除由电离辐射和 化学诱变剂引起的其他损伤。切除的片段可由几十到上 万bp，分别称短补丁修复、长补丁修复。 3.过程： ①内切酶的作用在DNA损伤的一端,切开形成一个切口; ②外切酶的作用将损伤部位切除; ③聚合酶的作用将切口补齐,留下一个切口; ④连接酶的作用将DNA连接形成完整的DNA链。
第三节生物体对突变的修复机制
一 光复活(photoreactivation)
1. 概念：在可见光存在的条件下，在光复活酶作用下将
UV引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。
2. 条件：可见光(300~600nm)、PR酶、嘧啶二聚体 3. 作用过程： ①光复活酶与T=T结合形成复合物; ②复合物吸收可见光切断T=T之间的C-C共价键,使二聚 体变成单体; ③光复酶从DNA链解离. *光复活是原核生物中的一种主要修复形式。
高等生物基因突变时期与性状表现
突变时期 显性突变 突变当代表现突变性 状。 突变当代表现为嵌合 体，镶嵌范围取决于 突变发生的早晚。 隐性突变 (或下位性突变) 突变当代不表现突变性 状，其自交后代才可能 表现突变性状。 突变当代不表现突变性 状，往往不能被发现、 保留。
高 等 wenku.baidu.com 物
性细胞
体细胞
ⅲ 嵌合剂的致突作用 eg. .吖啶类染料: 吖啶橙、吖啶黄素、原黄 素等碱基对的类似物，易造成移码突变。 ⅳ 辐射诱导效应 (1)紫外线UV:形成嘧啶二聚体，如T二聚体，① 同一条单链内，影响复制时与A的配对，中止复 制；②双链之间，影响双链变性，并影响复制。 (2)电离辐射：如X-ray、可引起碱基的降解或脱 落，A变成H;C变成T，出现转换。 ⅴ黄曲霉的作用 ：使鸟嘌呤G脱落，SOS修复引 入A, 造成突变。
2.碱基替换的遗传效应
(ⅰ) 同义突变（samesense mutation）不改变氨基 酸的密码子变化，与密码子的兼并性有关. 如 GAU/GAC—Asp. (ⅱ) 错义突变（missense mutation） 碱基替换的 结果引起氨基酸序列的改变. (ⅲ) 无义突变（nonsense mutation）编码区的单 碱基突变导致终止密码子(UAG/UGA/UAA)的形成, 使 mRNA的翻译提前终止, 形成不完全的肽链. 如镰刀型贫血症：血红蛋白B链(146Aa)，6号氨基 酸的替换, 导致明显的表型症状。Glu→Val, 若Glu →Asp则影响较小。
第九章 基因突变
学习要点： 1.基因突变的相关概念 2.基因突变的分子基础 3.突变的修复机制 4.突变的检测 5.突变的遗传学效应
第十一章 基因突变
突变：遗传物质的可遗传改变
染色体畸变：染色体水平 基因突变： DNA水平
第一节 基因突变的概说
一、基因突变的概念 突变：染色体上一个基因内部化学结构的改变， 一个基因变成它的等位基因。 范围：广泛的生物界 自发：家兔白化、貂的蓝皮毛、丝羽鸡 人工：Muller、Sradler等（X射线照射果蝇、 玉米） 二、基因突变发生的时期和部位 三、突变频率
二、基因突变发生的时期和部位
1. 生物个体发育的任何时期均可发生： • 性细胞(突变)突变配子后代个体； • 体细胞(突变)突变体细胞组织器官。 2. 性细胞的突变频率比体细胞高： • 性母细胞与性细胞对环境因素更为敏感。 3. (等位)基因突变常常独立发生： • 某一基因位点发生并不影响其等位基因，一 对等位基因同时发生的概率非常小(突变率的 平方)。 4. 突变时期不同，其表现也不相同：
二、诱发突变（induced mutaion） 1.诱变机制
ⅰ碱基类似物 eg. 5-BU 和5-BrdU是胸 腺嘧啶(T)的结构类似物，酮式结构易与A配对； 烯醇式结构易与G配对。另有2-氨基嘌呤(2-AP, A类似物)、5- 氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶等。 ⅱ 特异性错配 eg.烷化剂: 甲磺酸乙酯 (EMS)、亚硝基胍( NG)、芥子气等。通过改变 碱基结构使碱基错配。 如：G-C; 当G烷基化后可与T配对，导致碱基 转换。烷化剂使嘌呤脱落，造成转换、颠换、断 裂或其他突变
A
B C
F
E D
DNA碱基有互变异构体，造成DNA复制过程中的DNA错配。
返回
2.DNA损伤（lesions） ⅰ脱嘌呤 由于碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到 破坏,从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分子 上脱落下来. ⅱ脱氨基 C脱氨基变成U;A脱氨基变成H,造成 转换 A A­T →→ → H-T→→→ H-C→→→ H-C ↘→A-T ↘→G-C B G- →→ → G-U→→→ A-U→→→A-U C ↘→G-C ↘→A-T ⅲ氧化损伤: O2- OH- H2O2， 对DNA造成损伤
4.突变热点和增变基因
基因中 某些位点比其它位点突变率高，称突变热点。 Eg. 分析T4-Phage r Ⅱ基因1500个突变体： r ⅡA (1800bp)有200个位点； r ⅡB (850bp)有108个位点 。
形成原因： 1. 5-MeC的存在，5-甲基胞嘧啶(MeC)脱氨基后变成T, 使 G-C部位转变成A-T部位； 2. 短的重复序列的存在，容易配对错位，造成重复或缺 失 3. 与诱变剂类型有关，不同诱变剂出现不同的热点。 4. 增变基因(mutator gene)：该基因的突变会使整个基 因组的突变频率增高，eg. A. DNA多聚酶基因，突变后使多聚酶的3’ → 5’校 正功能降低或丧失，使基因组突变频率增高； B. dam基因，突变后使碱基的错配修复功能降低或丧 失，使基因组突变频率增高。
三 重组修复
1.概念: 通过对DNA的复制和同源链的重组，来完成对损 伤部位的修复，又称复制后修复。 2.特点: ① 修复过程伴随DNA的复制和重组； ② 仅修复新合成的不完整的单链，原先的损伤单链仍 然保留； ③部分重组蛋白的精确性差，修复的出错率较高。 3.重组修复过程： (1)复制：以损伤单链为模板复制时，越过损伤部位，对 应位点留下缺口；未损伤单链复制成完整双链。 (2)重组：缺口单链与完整同源单链重组，缺口转移到完 整链，使损伤单链的互补链完整，损伤单链仍然保留。 (3)再合成：转移后的缺口以新互补链为模板聚合补齐。
五 电离辐射损伤的修复
六 修复缺陷与人类疾病
1. 着色性干皮病 (XP, xeroderma pigmentosum)
位于1p的隐性基因控制，干性皮肤伴随神经系统 疾病，由切除二聚体能力缺损造成。
2. 侏儒、视网膜萎缩。
由缺损紫外线引起的DNA损伤修复系统引起。
3. 共济失调毛细血管扩张症 4. 早老症
③在紧急情况下，细胞通过一定水平的变异来换取细胞的 幸存，有利于细胞逃生。
4.SOS系统的启动：
通过操纵子(结构基因、启动子、操纵基因、调节基因) 来实现： A. SOS基因：recA基因、UvrA、UvrB、UmuC等， 也称din基因 (damage inducible gene)，为操纵子的 结构基因； B. lex基因：阻遏蛋白基因，正常情况下结合在操纵 基因上； C. recA基因：重组蛋白基因，应急状态下启动蛋白 质水解酶活性，水解阻遏蛋白，使din基因高效表达， 从而启动SOS修复系统。
第二节 基因突变的分子基础
1.DNA复制错误(errors of DNA replication) ⅰ转换：Purine→ Pu;或者 Pyrimidine→ Py ⅱ颠换：Pu →Py; 或者Py→Pu ⅲ移码突变：增加或减少几个碱基,导致蛋白质翻译 错位。 ⅳ缺失和重复：大片段碱基的缺失或重复，如 E.coli乳糖发酵调节基因lacⅠ中四碱基重复序列。 野生型: 5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’ 突变型FS5: 5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’ 突变型FS2: 5‘-GTCTGGCTGGC-3’
3.移码突变及其产生
在基因的外显子中插入或缺失1, 2或4个核苷酸,使阅读 信息发生错位,从而使翻译的蛋白质序列与原来完全不 同. eg. E.coli中乳糖发酵的调节基因(lacⅠ): 野生型: 5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’ 移码突变Ⅰ: 5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’ 移码突变 Ⅱ: 5‘-GTCTGGCTGGC-3’
三、诱变与肿瘤 肿瘤的形成与否取决于机体中癌基因和抑癌 基因的平衡，抑癌基因突变会致癌。一些诱变剂 可以特异性的诱导抑癌基因突变，导致肿瘤发生。 eg. 黄曲霉素可诱导P53基因G → T颠换，导 致肝癌的发生；UV可诱导P53基因5’ -TC-3’发生 C → T颠换，形成“T二聚体”，导致人类鳞状 细胞皮肤癌的发生。 四、定点诱变 定义：利用人工合成的寡核苷酸，在离体的 条件下，制造基因中任何部位的位点特异性突变 的技术。
低 单 等 有性生殖 表现突变性状 倍生 体 物 无性生殖 表现突变性状
表现突变性状
表现突变性状
( )
三、突变频率
• 突变率(mutation mate)指生物在一个世代中在 特定条件下发生某一突变的概率。 也就是突变体占该世代个体的比例。 • 有性生殖生物：用突变配子占总配子比例(配 子发生突变的概率)表示； • (单细胞)无性繁殖生物：每一世代中细胞发生 突变的频率。
第四节、基因突变的检测
一、细菌培养缺陷型的检出 完全培养基或补充培养基（存活） 基本培养基（死亡）
完全培养基
药物处理
10-8~10-6
合成缺陷型
基本培养基
化合物的分组编码 组别
A B C D E F 1 2 3 4 5 6 7 7 8 9 10 11
化合物的代号
8 12 12 13 14 15 9 13 16 16 17 18 10 14 17 19 19 20 11 15 18 20 21 21