微生物遗传学第三章 基因突变与损伤修复(下)
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DNA的损伤、修复和突变【PPT】
图5-16 哺乳动物细胞DNA双链断裂的非同源末端连接
损伤跨越 当损伤无法修复(如复制叉已经解开了母链，致
使切除修复系统无法利用互补链作为修复合成的模 板)，或者修复系统还没有时机去修复，细胞利用两 套相对独立的损伤跨越修复系统——重组跨越、跨 越合成，先不管损伤，设法完成复制。
重组跨越
重组跨越又称为重组修复，利用同源重组的方法将DNA 模板进行交换以克服损伤对复制的障碍，而随后的复制仍然 使用细胞内高保真的聚合酶。是一种无错修复，因为忠实性 未受到影响。
长期效应
老化
肿瘤
疾病
所以在进化过程中生物细胞所获得的修复DNA损伤 的能力就显得十分重要，也是生物能保持遗传稳定性之 奥秘所在。
在细胞中能进行修复的生物大分子也就只有DNA， 反映了DNA对生命的重要性。
另一方面，在生物进化中突变又是与遗传相对立统 一而普遍存在的现象，DNA分子的变化并不是全部都能
图5-2 活性氧造成的碱基损伤
(4) 碱基交联
紫外线照射可导致DNA链上相邻的嘧啶碱基，主要是T之间形成 环丁烷嘧啶二聚体或6-4光产物。
(5) 碱基错配 引起错配的原因有DNA复制过程中4种脱氧核苷三磷酸 浓度的失调、碱基的互变异构或碱基之间的差异缺乏 以让聚合酶正确区分。尽管聚合酶可纠正大局部错配 的碱基，但仍有“漏网之鱼〞。
光复活是针对紫外线引起DNA损伤而形成的胸腺嘧啶 二聚体，在损伤部位进行修复的修复途径。光复活作用在可 见光的活化下，由光复活酶(PR酶, 又称光解酶)，催化胸腺 嘧啶二聚体分解成为单体。
PR酶先与DNA链上的胸腺嘧啶二聚体结合成复合物； 复合物以某种方式吸收可见光，并利用光能切断二聚体之间 的两个C-C键，使胸腺嘧啶二聚体变为两个单体，恢复正常， 而后PR酶就从DNA上解离下来。
微生物遗传学习题和答案(第三章)
基因突变1、名词解释碱基置换突变（bas substitution）：一个碱基被另外一个碱基取代而造成的突变，分为转换和颠换两种类型。
转换(transition)：是指由嘌呤置换嘌呤或嘧啶置换嘧啶。
颠换(transversion) 是指嘌呤置换嘧啶或嘧啶置换嘌呤。
如碱基置换发生于编码多肽的区，则因可影响密码子而使转录、翻译遗传信息发生变化，因此可以出现一种氨基酸取代原有的某一种氨基酸。
也可能出现了终止密码而使多肽链合成中断，不能形成原有的蛋白质而完全失去某种生物学活性。
移码突变（frameshift mutation）：在正常的碱基序列中插入或减少一个或多个碱基，造成突变位点下游密码子的错读，此种突变产生氨基酸顺序完全改变了的蛋白质，一般无活性。
异义突变（missense mutation）：即错义突变，因碱基改变使相应氨基酸变化，进而使多肽失活或活性下降。
同义突变（samesense mutation）：突变后的密码子编码相同的氨基酸。
无义突变（nonsense mutation）：碱基改变使编码某一氨基酸的密码子变为终止密码子，使蛋白质合成中断，产生无活性的多肽。
抑制基因突变（suppressor mutation）：在DNA的不同位置上发生的第二次突变抑制了原来突变基因的表达，恢复野生型表型。
诱发突变(induced mutation)：人为施加物理化学诱变因子而导致的突变。
自发突变（spontaneous mutation）:指那些未经人工诱变处理原因不明的突变。
辐射的直接作用假说：又称为靶学说，认为细胞吸收辐射能量后，发生诸如激发、电离、弹性碰撞等多种原发性物理过程，辐射的量子击中染色体，整个过程就好像子弹击中靶子一样，导致发生直接的不同程度的原始损伤，细胞的修复系统对各类损伤进行修复，产生重排，最终导致基因突变或者染色体畸变。
辐射的间接作用假说：认为生物细胞中的分子经辐射作用先产生各种自由基，特别是细胞中存在的大量水分子在辐射作用下产生大量的过氧化氢，这些自由基团进一步与细胞内遗传物质反应，通过一系列生物化学反应造成染色体损伤。
遗传基因突变与DNA损伤修复.pptx
2024年9月29日星期日2时40分20秒
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4、突变的可逆性
• 正突变（ forward mutation）：A → a（u）
• 回复突变(back mutation)：a → A（v）
2 X10-6
his+
his-
4 X10-8
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③DNA链断裂 这是电离辐射引起的严重损伤事件，断链数随照射剂量而增加。
④交联 包括DNA链交联和DNA-蛋白质交联
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（一）电离辐射 1、诱变机理
自发突变率：10-6左右 辐射诱变率：10-3左右 2、遗传效应
（1）辐射剂量与突变频率在一定范围内成正比
第二节 基因突变的表现及检出 2、果蝇突变型的检出 （1）果蝇性连锁突变的测定 CLB法：鉴别果蝇 X - 染色体上基因的隐性突变
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第二节 基因突变的表现及检 出
二、突变的检出
2、果蝇突变型的检出 （1）果蝇性连锁突变的测定 Muller - 5 法
一、 基因突变的分类 1、形态突变（morphological mutation）:突变体的效应在表型上
明显可见。又称可见突变（visible mutation）
2、生化突变（biochemical mutantion）:突变影响生物的代谢过程，
导致一个特定的生化功能的改变或丧失。
3、致死突变（lethal mutation）:影响生物体的生活力，导致个体死亡
第3章基因突变和损伤DNA的PPT课件
13
营养缺陷突变型
• 是一类重要的生化突变型。是指某种微生物经 基因突变而引起微生物代谢过程中某些酶合成能 力丧失的突变型，它们必须在原有培养基中添加 相应的营养成分才能正常生长繁殖。这种突变型 在微生物遗传学研究中应用非常广泛，它们在科 研和生产中也有着重要的应用价值。
14
抗性突变型
• 是指一类能抵抗有害理化因素的突变型，细胞或 个体能在某种抑制生长的因素(如抗生素或代谢活 性物质的结构类似物)存在时继续生长与繁殖。根 据其抵抗的对象分抗药性、抗紫外线、抗噬菌体 等突变类型。这些突变类型在遗传学基本理论的 研究中非常有用，常以抗性突变为选择标记，特 别在融合试验、协同转染实验中用得最多。
11
致死突变型
• 指由于基因突变而造成个体死亡的突变类 型，造成个体生活力下降的突变型称为半 致死突变型。一个隐性的致死突变基因可 以在二倍体生物中以杂合状态保存下来， 可是不能在单倍体生物中保存下来，所以 致死突变在微生物中研究得不多。
12
条件致死突变型
• 这类突变型的个体只是在特定条件，即限定条 件下表达突变性状或致死效应，而在许可条件下 的表型是正常的。广泛应用的一类是温度敏感突 变型，这些突变型在一个温度中并不致死，所以 可以在这种温度中保 存下来；它们在另一温度中 是致死的，通过它们的致死作用，可以用来研究 基因的作用等问题。
这是造成畸变的缺失。
• 四是重复，指在一条染色体上增加了一段染色体片段，使同
一染色体上某些基因重复出现的突变。发生染色体畸变的微生物 往往易致死，所以微生物中突变类型的研究主要是在基因突变方 面。
7
（2）染色体数目的改变
• 单倍体：含生存必需的最低限度基因群的 一组染色体
• 双倍体 • 多倍体 • 非整倍体：由于突变和重组造成 • 整倍体和非整倍体的染色体数目变化一般
营养缺陷突变型
• 是一类重要的生化突变型。是指某种微生物经 基因突变而引起微生物代谢过程中某些酶合成能 力丧失的突变型，它们必须在原有培养基中添加 相应的营养成分才能正常生长繁殖。这种突变型 在微生物遗传学研究中应用非常广泛，它们在科 研和生产中也有着重要的应用价值。
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抗性突变型
• 是指一类能抵抗有害理化因素的突变型，细胞或 个体能在某种抑制生长的因素(如抗生素或代谢活 性物质的结构类似物)存在时继续生长与繁殖。根 据其抵抗的对象分抗药性、抗紫外线、抗噬菌体 等突变类型。这些突变类型在遗传学基本理论的 研究中非常有用，常以抗性突变为选择标记，特 别在融合试验、协同转染实验中用得最多。
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致死突变型
• 指由于基因突变而造成个体死亡的突变类 型，造成个体生活力下降的突变型称为半 致死突变型。一个隐性的致死突变基因可 以在二倍体生物中以杂合状态保存下来， 可是不能在单倍体生物中保存下来，所以 致死突变在微生物中研究得不多。
12
条件致死突变型
• 这类突变型的个体只是在特定条件，即限定条 件下表达突变性状或致死效应，而在许可条件下 的表型是正常的。广泛应用的一类是温度敏感突 变型，这些突变型在一个温度中并不致死，所以 可以在这种温度中保 存下来；它们在另一温度中 是致死的，通过它们的致死作用，可以用来研究 基因的作用等问题。
这是造成畸变的缺失。
• 四是重复，指在一条染色体上增加了一段染色体片段，使同
一染色体上某些基因重复出现的突变。发生染色体畸变的微生物 往往易致死，所以微生物中突变类型的研究主要是在基因突变方 面。
7
（2）染色体数目的改变
• 单倍体：含生存必需的最低限度基因群的 一组染色体
• 双倍体 • 多倍体 • 非整倍体：由于突变和重组造成 • 整倍体和非整倍体的染色体数目变化一般
DNA的损伤修复及突变PPT课件
•47
着色性干皮病（xeroderma pigmentosis，XP） 是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。
在研究其发病机制时，发现一些相关的基 因，称为 XPA、XPB、XPC等。这些基因的表达产物起辨认 和切除损伤DNA作用的。
XP病人是由于XP基因有缺陷，不能修复紫外 线照射引起的DNA损伤，因此易发生皮肤癌。
•19
➢ DNA链断裂 脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而导致DNA链断裂。 一条链断裂称单链断裂（single strand broken）； DNA双链在同一处或相近处断裂称为双链断裂（double strand broken ）。
•20
➢交联（binding） 同一条DNA链上或两条DNA链上的碱基间以共价
烷化剂的种类很多，常见的有甲磺酸乙酯（EMS）、 亚硝基胍（NG）和芥子气等。
•27
EMS能使鸟嘌呤的 N位置上有乙基，成为7一 乙基鸟嘌呤。与胸腺嘧啶配对，故能使G-C转换成 A-T。
烷化剂的另一作用是脱嘌呤。例如烷基在鸟嘌 呤N位上活化糖苷键引起断裂，使嘌呤从DNA链上 脱掉，产生缺口。复制时，与缺口对应的位点上可 能配上任一碱基，从而引起转换或颠换；而且去嘌 呤后的DNA容易发生断裂，引起缺失或其他突变。
•46
• 管理基因( caretaker genes) : 执行DNA的损伤修复， 维持基因组的完整性。如着色性干皮病的修复基因 XPA→XPF。
• 看门基因( gatekeeper genes) : 控制细胞信号传导， 调控细胞的增殖、分化和凋亡。如p53、patched基 因和ras等。皮肤癌的发生与看门基因突变关系密 切。
移码突变： 由于插入或缺失突变引起DNA的阅读框（ORF）
发生改变，从而产生不同蛋白质的过程。
着色性干皮病（xeroderma pigmentosis，XP） 是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。
在研究其发病机制时，发现一些相关的基 因，称为 XPA、XPB、XPC等。这些基因的表达产物起辨认 和切除损伤DNA作用的。
XP病人是由于XP基因有缺陷，不能修复紫外 线照射引起的DNA损伤，因此易发生皮肤癌。
•19
➢ DNA链断裂 脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而导致DNA链断裂。 一条链断裂称单链断裂（single strand broken）； DNA双链在同一处或相近处断裂称为双链断裂（double strand broken ）。
•20
➢交联（binding） 同一条DNA链上或两条DNA链上的碱基间以共价
烷化剂的种类很多，常见的有甲磺酸乙酯（EMS）、 亚硝基胍（NG）和芥子气等。
•27
EMS能使鸟嘌呤的 N位置上有乙基，成为7一 乙基鸟嘌呤。与胸腺嘧啶配对，故能使G-C转换成 A-T。
烷化剂的另一作用是脱嘌呤。例如烷基在鸟嘌 呤N位上活化糖苷键引起断裂，使嘌呤从DNA链上 脱掉，产生缺口。复制时，与缺口对应的位点上可 能配上任一碱基，从而引起转换或颠换；而且去嘌 呤后的DNA容易发生断裂，引起缺失或其他突变。
•46
• 管理基因( caretaker genes) : 执行DNA的损伤修复， 维持基因组的完整性。如着色性干皮病的修复基因 XPA→XPF。
• 看门基因( gatekeeper genes) : 控制细胞信号传导， 调控细胞的增殖、分化和凋亡。如p53、patched基 因和ras等。皮肤癌的发生与看门基因突变关系密 切。
移码突变： 由于插入或缺失突变引起DNA的阅读框（ORF）
发生改变，从而产生不同蛋白质的过程。
基因突变与损伤修复ppt课件
ppt课件.
O 28
电离辐射
• 作用机制
– 直接作用：能量直接作用于染色体和DNA – 间接作用：电离化引起细胞内化学变化导致异常
• 遗传学效应
– 辐射效应具有累加性 – 诱发基因突变和染色体畸变，突变率与剂量成正比
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29
电离辐射
• 过程
– 物理学阶段 – 物理化学阶段 – 生物化学阶段 – 遗传损伤
组的突变率明显上升，这些基因就是增变 基因
– DNA聚合酶的各个基因。 – dam基因，与错配修复等修复系统有关的基因。
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37
突变热点hot spots of mutations
• DNA的不同部分有着不同的突变率 • 突变位点在基因内的分布不随机
– 5-甲基胞嘧啶 – 短重复序列
• 与诱变剂性质有关
47复制到损伤部位时经过短暂的抑制产生一种新的dna聚合酶能催化损伤部位的dna的修复合成但识别碱基的精确度在新链中二聚体相对的位置上可以出现任何碱基其他位置上也可以出现错配
第十六章 基因突变
本章学时数：3学时 本章重点：1、突变及其特征、突变率
2、诱变 3、突变的 检出
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1
基因突变
• 定义：指一个基因变化成它的等位基因， 是染色体上一个 座位内的遗传物质的变 化。也称点突变(point mutation)。
配对
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碱基类似物
1. 5-溴尿嘧啶（5-bromouracil,5-BU） 2. 2-氨基嘌呤（2-aminopurine 2-AP） 3. 迭氮胸苷（AZT, azidothymidine）
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18
5-溴尿嘧啶
基因突变及修复课件
将待分离突变株的原 始菌株以合适的稀释 度涂布到野生型菌株 和突变株均能生长的 平板(含完全培养基)， 培养形成单菌落
通过一消毒“印章”将 平板菌落分别原位移 位到含完全培养基的 平板(c)和某一营养物 质缺乏的平板(d)
培养后对照两个平板上形成的单菌落，在完全培养基的平板 (c)上生长而营养物质缺乏的平板(d)上不生长的菌落即所需分 离的突变型，挑选菌落在完全培养基上分离纯化
基因突变及修复
一、基因突变的类型及其分离 二、基因突变的分子基础 三、DNA损伤的修复
基因突变及修复
二、基因突变的分子基础
突变
自发突变
环境因素的影响，DNA复制过程的偶 然错误等而导致，一般频率较低，通 常为10-10~10-6
诱 变 某些物理、化学因素对生物体的DNA
进行直接作用，突变以较高的频率产生
2、诱发突变(induced mutation) 常 用 诱 变 剂
(1) 碱基类似物：5-溴尿嘧啶(胸腺嘧啶类似物)和2-氨基嘌呤(嘌 呤类似物)
(2) 插入染料：插入DNA分子的碱基对，使其分开，导致DNA 在复制过程中滑动→移码突变，如溴化乙锭、吖啶橙等染料
(3) 直接与DNA碱基起化学反应的诱变剂：如亚硝酸、羟胺和烷 化剂等
基本培养基+ 少量组氨酸 +少量诱变剂
原理：(his-)菌株在不含 组氨酸的培养基中不能 生长，或只有极少数的 自发回复突变子生长， 如果回复突变率因某种 化学诱变剂(或待测物) 的作用而增加，那么这 种化学药物可判断为具 有致癌性
基因突变及修复
二、基因突变的分子基础
3、诱变剂与致癌物质——Ames试验
基因突变及修复
一、基因突变的类型及其分离
第三章DNA的损伤、修复及突变
2）．碱基的脱氨基作用 碱基中的胞嘧啶（C）、腺嘌呤（A）和 鸟嘌呤（G）都含有环外氨基，氨基有时 会自发脱落，从而使胞嘧啶变为尿嘧啶 （U），腺嘌呤变为次黄嘌呤（I）, 鸟嘌 呤变为黄嘌呤（X）。 这些脱氨基产物的配对性质与原来的 碱基不同，即U与A配对，I和X均与C配对。 而且DNA复制时，它们将会在子链中产生 错误而导致DNA损伤。
二、DNA损伤的修复
• 生物体内存在多种修复途径，如能纠正复 制错误的尿嘧啶－N－糖基修复酶系统和错 配修复系统，以及能修复环境因素和体内 化学物质造成DNA分子损伤的光复活修复系 统、切除修复系统、重组修复系统和SOS修 复系统等。 • DNA分子的双螺旋结构是其损伤修复的重要 基础。
（一）直接修复： 1．光复活： （light repairing）：
• 大肠杆菌通过对模板链的甲基化来区分新合成的DNA链。 • Dam甲基化酶对DNA模板链的5′- GATC序列中腺嘌呤的N6 位置进行甲基化;复制完成后，在短暂的时间内只有模板 链是甲基化的，而新合成的链是非甲基化的。 • 子代DNA链中的这种暂时半甲基化，可以作为一种链的识 别标志，以区别模板链和新合成的链，从而使存在于 GATC序列附近的复制错配将按亲代链为模板进行修复 • 新合成链也被甲基 化，从而成为全甲基化DNA。一旦两 条链都被甲基化，这种错配修复过程几乎不再发生。
DNA的损伤、修复
基因突变与DNA的损伤与修复
• 作为一种能决定生命状态存在和延续的 生物大分子，DNA在遗传过程中必需保持 高度的精确性和完整性。 • 在DNA复制过程中，仍难免会存在少量未 被校正的差错。 • DNA还会受到各种物理和化学因素的损伤。
1. 生物体演化出能纠正复制错误的“校正” 系统，而且在细胞中形成了多种多样的 DNA修复系统，能对各种DNA的损伤进行 修复，恢复DNA正常的超螺旋结构，以 保持每个世代遗传信息的稳定性。 2. 极少数不能修复的DNA损伤将会导致基 因的突变，其中一部分突变将有利于物 种的进化，而另一部分突变将导致细胞 发生变异和死亡。
基因的损伤修复和基因突变
转换：一个嘌呤被另一个嘌呤所替代，或一个 嘧啶被另一个嘧啶所替代。
例：ATA ATG CCC CCT 颠换：一个嘌呤被一个嘧啶所替代，或一个嘧
啶被另一个嘌呤所替代。 例： ATA ATC CCT CCA
碱基替代的遗传效应 ·同义突变——碱基替代后产生的密码子与原密码子编码同 一氨基酸: CUU —— CUC 亮氨酸 AAA——AGA 精氨酸 ·错义突变——碱基替代后产生的密码子与原密码子编码不 同氨基酸: UUU —— UCU 苯丙氨酸——丝氨酸 ·无义突变——碱基替代后产生无义密码子（UAA , UAG , UGA）:
6.3.2 诱变剂的作用
❖ 能够提高突变率的物理或化学因子称为诱变剂 （mutagen）。
❖ 物理诱变剂和化学诱变剂两种。 ❖ 化学诱变剂主要通过对碱基的修饰或插入其中从而
改变其配对特性而诱发的突变。
❖ 常见的诱变剂有： ① 碱基类似物 ② 碱基的修饰物 ③ 嵌入染料 ④ 紫外线和电离辐射
6.3.3突变的分子机制
移码突变——DNA序列中碱基增加或减少，使这一位 置后的编码发生位移（密码子改变）的现象。
移码 原序列………..AAU GCG CAU UAC 插入A…………AAA UGC GCA UUA C 丢失U…………AAG (U)CGC AUU AC
移码的遗传效应: 插入或丢失碱基的位置以后的DNA序 列上的密码子都发生改变。
6.1 DNA损伤的概念
❖ DNA损伤是指在生物体生命过程中DNA双螺旋结 构发生的任务改变。
❖ DNA结构发生的改变主要分为两种： ① 单个碱基的改变——只影响DNA的序列而不影 响整体构象； ② 双螺旋结构的异常扭曲——对DNA复制或转录 可产生生理性伤害。
6.1.1 DNA分子的自发性损伤
基因突变和损伤DNA的修复
切除修复（暗修复） 人类DNA损伤的主要 修复方式。
Damage Mutant base is mismatched and/or distorts stractur Incision Endonuclease cleaves on both sides of damaged ba Excision Exonuclease removes DNA Between nicks Synthesis Polymerase synthesizes Replacement DNA
• 染色体畸变(chromosome aberration)
指染色体的结构改变 –染色单体型畸变(chromatid-type aberration) –染色体型畸变(chromosome aberration)
染色体畸变
裂 隙
断 裂
缺断 失片
微 小 体
无 着 丝 点 环
环 状 染 色 体
和
双 着 丝 点 染 色 体
图 21- DNA 的体外定点突变
用 Ames法检测诱变剂
Rat
Isolate and Grind liver Experiment 1 his base-pair substitution mutant Rat liver Potential Enzyme mutagen Centrifuge Rat liver enzymes Experiment 2 his frameshift mutant Rat liver Enzyme Potential mutagen Rat liver Enzyme his mutant strain Experiment 3
复制后修复
DNA Pol 3'→5'外切酶活性 光复活—光裂合酶 一般切除修复——UvrABC 系统 AP 内切酶 特殊切除修复 糖基酶 GO 系统-MutM,MutY,MutT 错配修复-Dam, MutL,MutH,UvrD 重组修复-RecA SOS 修复-RecA,LexA,UvrAB,UmuC,HimA
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酶：碱基脱氨是一种潜在的突变，生物进化出特殊 的酶，将脱氨的碱基从DNA中切掉，这种酶叫 DNA糖基化酶（DNA glycosylase），每一种 酶识别一种脱氨碱基，把碱基从与N-糖基化键相 连处切下。
过程：首先在糖基化酶的作用下切开C-N糖基化键，
使碱基释放，产生无碱基(AP)位点, 再由AP内切
2020/11/25
（二）切除修复(excision repairing)
这也是一种广泛存在的修复机制，可适用 于多种DNA损伤的修复。
酶： 该修复机制可以分别由两种不同的酶来 发动，一种是核酸内切酶，另一种是DNA 糖苷酶。
2020/11/25
（1）Uvr参与的核苷酸切除修复
机制: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。
酶作用把无碱基位置的磷酸二酯键打开，进一步
分解无碱基的磷酸脱氧核糖，最后在D20N15年A诺聚贝合尔化酶学奖
和连接酶的作用下完成修复。
2020/11/25
Dr. Tomas Lindahl
5′端 C
尿嘧啶N糖基化酶 uracil N- glycosylase(UNG)
A
2020/11/25
G 3′端
这一现象最早是A.Kelner（1949）在Strepotomyces griseus（灰色
链霉菌）中发现的。后来，在许多微生物中都得到了证实。最明显的
是在E.coli的实验中：
对照：8×106个/ml E.coli U.V.
100个/ml E.coli
试验：8×106个/ml E.coli U.V. 360~490nm
2020/11/25
2020/11/25
2020/11/25
2020/11/25
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（如烷化）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。
2020/11/25
(2)碱基切除修復(Base excision repair)or糖基化酶修复：
2×106个/ml E.coli
可见光，30分
由于一般的微生物中都存在着光复活作用，所以进行紫外线诱变育种时，
只能在红光下照射及处理照射后的菌液。
2020/11/25
1．光复活：
(1)修复酶：光复活酶 (photoreactivation enzyme,PRE; Photolyase)
(2)机制：识别嘧啶二聚体并 与之结合形成复合物→在 300 ～ 370nm 可 见 光 （ 蓝 光 ） 照射下，酶获得能量，将嘧啶 二聚体打开，使之完全修复→ 光复活酶从DNA上解离。
第三章 基因突变与诱变育种（下）
2020/11/25
第四节 突变的修复机制(DNA修复)
（一）直接修复：光复活（photo-reactivation） （二）切除修复（excision repair） （三）重组修复（recombinational repair） （四）SOS修复（SOS repair） （五）错配修复（mismatch repair）
2020/11/25
2．断裂链的重接：
DNA断裂形成的缺口，可以在DNA连接 酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。
DNA 连接酶
重新生成磷 酸二酯键
暴露3‘-OH
暴露5‘-P
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3．直接插入嘌呤
5 ′
C
端
(1) DNA嘌呤插入酶（insertase）
A
(2) 机制：
DNA链上嘌呤的脱落造成无嘌呤位点，能
2020/11/25
2020/11/25
2020/11/25
特点
重组修复不能完全去除损伤，损伤的DNA 段落仍然保留在亲代DNA链上；
只是重组修复后合成的DNA分子是不带有 损伤的，但经多次复制后，损伤就被“冲 淡”了，在子代细胞中只有一个细胞是带 有损伤DNA的。
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（三）重组修复(recombination repair)
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(Post replication repair)。
特点: ①修复过程伴随DNA的复制和重组； ②仅修复新合成的完整的单链，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
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（一）直接修复：
1. 光复活作用（photoreactivation） 2．断裂链的重接： 3．直接插入嘌呤 4．烷基转移修复
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1.光复活作用（photoreactivation）
定义：经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死
亡率的现象，称为光复活作用。
高。
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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：新缺口单链与完整双链的原对应单链重 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。recA基因参与
(3)再合成：转移后的缺口以新的互补链为模板聚 合补齐。
G
被DNA嘌呤插入酶（insertase）识别结
合，在K+存在的条件下，催化游离嘌呤或 脱氧嘌呤核苷插入生成糖苷键，且催化插
3′ 端
入的碱基有高度专一性、与另一条链上的
碱基严格配对，使DNA完全恢复。
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4．烷基转移修复
(1)转甲基酶 (2)机制
在转甲基酶的催化下，将DNA上的被修饰的 甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化 而失活。 甲基鸟嘌呤甲基转移酶(MGMT)，能直接将DNA 链鸟嘌呤O6位上的甲基移到酶的半胱氨酸残 基上而修复损伤的DNA。
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2015年诺贝尔化学奖 阿齐兹·桑贾尔(Aziz Sancar，1946-)
A deazaflavin photolyase from Anacystis nidulans, illustrating the two
light-harvesting cofactors: FADH(yellow) and 8-HDF (cyan).
过程：首先在糖基化酶的作用下切开C-N糖基化键，
使碱基释放，产生无碱基(AP)位点, 再由AP内切
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（二）切除修复(excision repairing)
这也是一种广泛存在的修复机制，可适用 于多种DNA损伤的修复。
酶： 该修复机制可以分别由两种不同的酶来 发动，一种是核酸内切酶，另一种是DNA 糖苷酶。
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（1）Uvr参与的核苷酸切除修复
机制: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。
酶作用把无碱基位置的磷酸二酯键打开，进一步
分解无碱基的磷酸脱氧核糖，最后在D20N15年A诺聚贝合尔化酶学奖
和连接酶的作用下完成修复。
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Dr. Tomas Lindahl
5′端 C
尿嘧啶N糖基化酶 uracil N- glycosylase(UNG)
A
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G 3′端
这一现象最早是A.Kelner（1949）在Strepotomyces griseus（灰色
链霉菌）中发现的。后来，在许多微生物中都得到了证实。最明显的
是在E.coli的实验中：
对照：8×106个/ml E.coli U.V.
100个/ml E.coli
试验：8×106个/ml E.coli U.V. 360~490nm
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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（如烷化）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。
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(2)碱基切除修復(Base excision repair)or糖基化酶修复：
2×106个/ml E.coli
可见光，30分
由于一般的微生物中都存在着光复活作用，所以进行紫外线诱变育种时，
只能在红光下照射及处理照射后的菌液。
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1．光复活：
(1)修复酶：光复活酶 (photoreactivation enzyme,PRE; Photolyase)
(2)机制：识别嘧啶二聚体并 与之结合形成复合物→在 300 ～ 370nm 可 见 光 （ 蓝 光 ） 照射下，酶获得能量，将嘧啶 二聚体打开，使之完全修复→ 光复活酶从DNA上解离。
第三章 基因突变与诱变育种（下）
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第四节 突变的修复机制(DNA修复)
（一）直接修复：光复活（photo-reactivation） （二）切除修复（excision repair） （三）重组修复（recombinational repair） （四）SOS修复（SOS repair） （五）错配修复（mismatch repair）
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2．断裂链的重接：
DNA断裂形成的缺口，可以在DNA连接 酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。
DNA 连接酶
重新生成磷 酸二酯键
暴露3‘-OH
暴露5‘-P
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3．直接插入嘌呤
5 ′
C
端
(1) DNA嘌呤插入酶（insertase）
A
(2) 机制：
DNA链上嘌呤的脱落造成无嘌呤位点，能
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特点
重组修复不能完全去除损伤，损伤的DNA 段落仍然保留在亲代DNA链上；
只是重组修复后合成的DNA分子是不带有 损伤的，但经多次复制后，损伤就被“冲 淡”了，在子代细胞中只有一个细胞是带 有损伤DNA的。
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（三）重组修复(recombination repair)
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(Post replication repair)。
特点: ①修复过程伴随DNA的复制和重组； ②仅修复新合成的完整的单链，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
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（一）直接修复：
1. 光复活作用（photoreactivation） 2．断裂链的重接： 3．直接插入嘌呤 4．烷基转移修复
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1.光复活作用（photoreactivation）
定义：经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死
亡率的现象，称为光复活作用。
高。
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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：新缺口单链与完整双链的原对应单链重 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。recA基因参与
(3)再合成：转移后的缺口以新的互补链为模板聚 合补齐。
G
被DNA嘌呤插入酶（insertase）识别结
合，在K+存在的条件下，催化游离嘌呤或 脱氧嘌呤核苷插入生成糖苷键，且催化插
3′ 端
入的碱基有高度专一性、与另一条链上的
碱基严格配对，使DNA完全恢复。
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4．烷基转移修复
(1)转甲基酶 (2)机制
在转甲基酶的催化下，将DNA上的被修饰的 甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化 而失活。 甲基鸟嘌呤甲基转移酶(MGMT)，能直接将DNA 链鸟嘌呤O6位上的甲基移到酶的半胱氨酸残 基上而修复损伤的DNA。
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2015年诺贝尔化学奖 阿齐兹·桑贾尔(Aziz Sancar，1946-)
A deazaflavin photolyase from Anacystis nidulans, illustrating the two
light-harvesting cofactors: FADH(yellow) and 8-HDF (cyan).