基因突变

图
21－4 在 DNA 复制中由于 DNA 的错误环出自发产生碱基的插入和缺失 (参考 Peter J. Russell: Genetics, 3rd ed.,Fig18-8)
(二) 自发的化学变化 1.脱嘌呤
A AT GT C TACAG AT GT C TACAG A AT GT C TACAG A AT GGC TACAG AT GT C TACAG AT GGC TACCG AT GCC TACAG
第二十一章基因突变
染色体畸变 碱基错配 复制错误 突变 自发突变 基因突变 诱发突变 脱嘌呤 化学错误 脱氨基 氧化损伤 放射线----产生嘌呤二聚体 碱基类似物:5BU,2AP 化学诱变剂 碱基修饰物:NA,HA,烷化剂 DNA 插入剂:吖啶类 DNA 复制跳格
直接修复
修复
切除修复
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
第二节 突变的原因
一.自发突变（spontaneous mutations） 突变率（mutation rate）是指在单位时间 内某种突变发生的概率. (一) DNA复制错误 (二) 自发的化学变化 1. 脱嘌呤（depurination） 2. 脱氨（基）(deamination)作用 3. 氧化作用损伤碱基（oxidatively damaged bases）
A T
A BUK
酮式
G BUE
烯醇式
G C
(二) 化学物质 1.碱基类似物
（1）5-溴尿嘧啶和T很相似，仅在第5个 碳元子上由Br取代了甲基 5-BU有，酮式， 烯醇式两种异构体，可分别与A及G配对 结合
A T
A BU K
酮式
G BUE
烯醇式
G C
(2) 2-氨基嘌呤(2-AP)也是碱基的类似物， 有正常状态和稀有状态两种异构体，可 分别与T和C配对结合。当2-AP掺入到 DNA复制中时，由于其异构体的变换而 导致A∶T G∶C
二. 诱发突变
(一) 放射线 紫外线、 X-射线、 γ射线、 宇宙射线 (二) 化学物质 1.碱基类似物 (1) 5-溴尿嘧啶（5-bromouracil,5-BU） (2) 氨基嘌呤（2-aminopurine 2-AP） (3) 迭氮胸苷（AZT, azidothymidine）
(二) 诱发突变和人类的肿瘤
第四节 DNA的修复机 一.直接修复（Direct repair） (一) 通过DNA聚合酶校正修复 (二)光复活反应 光复活（photoreactivation）或光修复（light repair） 光裂合酶（photolyase),由phr 基因编码 烷基转移酶（Alkyltransferases）
5’ 新合成链环出 3’ AGT T T T TCAAAAACG 5’ 3’ 5’ 新链上插入一个碱基 3’ 5’ T AGT T T T T G C TCAAAAACG 5’ 3’ 5’ 3’
TCAAAACG 3’ A 模板链环出 新链上缺失一个碱基 5’ AGT T T T GC TCAAAACG 3’ A
突变类型
移码突变 缺失突变
缺失大片段 DNA（十几到几千个碱基）
A
G
T
C
转换 颠换
图 21-1 转换与颠换
中性突变（neutral mutation）多肽链中相应位 点发生的氨基酸的取代并不影响蛋白质的功能; 沉默突变（silent mutation）蛋白质中相应位点 是发生了相同氨基酸的取代，即同义突变。 移码突变（frameshift mutation） 回复突变（reverse mutation）， 一类是正向突变（forward mutation）突变方 向是从野生型向突变型；另一种是回复突变， 其突变方向是从突变型向野生型 抑制突变（suppressor mutation）突变的作用还 可以通过其它位点的突变而得到减少或校正。
4. 体外定点突变
1985年加拿大的Michael Smith建立，于 1993年获得了诺贝尔化学奖。 具体方法有三种： （1）聚核苷酸介导的用单链模板定点突 变； （2）双引物法定点突变； （3）用掺入U的单链为模板进行聚核苷 酸介导的体外定点突变。
A G
A G
T A
图 21- DNA 的体外定点突变
2.脱氨基
NH2 H N Deamination H N Cytosine O H N Uracil O H N O H
Fig. 21- Deamination of cytosine to uracil.
NH 2 H3 C N Deamination H N O H H3 C
O H N N O
5-methyleytosine (5mC)
Thymine (T)
Fig.21- Deamination of 5-methylcytosine to thymine.
3.氧化损伤
过氧化物原子团（O2-） （H2O2 ），（-OH）等需氧代谢的副产 物都是有活性的氧化剂， 它们可导致DNA的氧化损伤， T氧化后产生T－乙二醇， G氧化后产生8-氧-7,8二氢脱氧鸟嘌呤、 8-氧鸟嘌呤(8-O-G)或“ GO”， GO可和A错配，导致G→T。
…
CGG CGG CGG … 6～54 拷贝 …
正常
… CGG CGG CGG CGG CGG 50～200 拷贝
NTM
… CGG CGG CGG CGG 50～200 拷贝
CGG
…
女儿
… CGG CGG CGG CGG CGG CGG CGG 200～1300 拷贝
CGG
CGG
CGG
…
患者
图 21-19 在脆性 X 综合征中 FMR－1 基因内 CGG 3 个核苷酸扩增。NTM：正常男性
2.碱基的修饰剂 (1) 亚硝酸（introus acid, NA） (2) 羟胺 (3) 烷化剂，它们的作用是使碱基烷基化 3.DNA插入剂 原黄素（proflavin） 吖啶橙（acridine orange） 溴化3,8-二氨基-5-乙基-6-苯基菲啶鎓 （etnidium bramide） ICR的复合物等
(一) 紫外线诱发胸苷二聚体
O
H N CH3 H N
O
CH3
UV
H N
O
CH3 CH3
O
H N
O
N
Thymine
H
O
N
Thymine
H
O
N O
4 5 5 6 6
H H O
N
O
Thymine dimer
4 3 2 1
Fig. 21- Production of thymine dimer by ultraviolet light irradiation.
Mix solutions and plate
Mix solutions and plate
Mix solutions and plate
his+ revertant colonies Fig. 21-
his+ revertant colonies
Spontaneous revertant
Ames test for potential mutagens.
A T
2AP T
2AP* C
G C
2. 碱基的修饰剂
(1) 亚硝酸（introus acid, NA）有氧化脱氨作用，可 使G第2个碳原子上的氨脱去，产生黄嘌呤 （xanthine,x），次黄嘌呤 (H) 仍和C配对，故不产 生转换突变。但C和A脱氨后分别产生U和次黄嘌呤 H，产生了转换，使C∶G转换成A∶T，A∶T转换 成G∶C
第三节 突变和人类疾病
自发突变和人类的疾病 一.重复序列异常所引起的遗传病 线粒体的脑脊髓病（mitochondlrial encephalomyopathies)是线粒体重复顺序之间产 生缺失所致。 脆性X染色体综合征 X-连锁脊髓和延髓肌娄缩，也称Kennedy’s症 强直性肌营养不良（Myotonic dystrophy）
G C
O-6-E-G T
A T
T A
O-4-E-T G
C G
(a) 增加碱基
插入剂分子
3.DNA 插入剂
模板链 5’ ATCAG TTACT3’ 新合成链 3’TAGTC G AATGA5 ’ 0 ．68nm 随机选择碱基 嵌入插入剂处
下一轮复制 5’ ATCAG C TTACT 3 ’ 3’TAGTC G AATGA 5 ’ (b)缺失碱基 模板链 5’ ATCAG T TACT3’ 新合成链 3’TAGTC ATGA5’ 插入剂失去 后复制 插入剂 5’ ATCAGTACT 3’ 3’TAGTCATGA 5’ 图 21-15 插入突变导制碱基的增加(a)和减少(b)
HNO2 A T H C G C G C HNO2 A U A T
（2）羟胺只特异地和胞嘧啶起反应，在 第4个C原子上加-OH，产生4-OH-C，此 产 物 可 以 和 A 配 对 ， 使 C∶G 转 换 成 T∶A
HA C G 4-OH-C A T A
(3)烷化剂如甲基黄酸乙脂（EMS）,氮芥(NM), 甲基黄酸甲脂（MMS）,亚硝基胍（NG）等， 它们的作用是使碱基烷基化，EMS使G的第6位 烷化，使T的第4位上烷化，结果产生的O-6-EG和 O-4-E-T分别和T、G配对，导致G∶C对转 换成A∶T对；ACAG AT GT C TATAG A AT GT C TACAG A AT GT C TACAG AT GT C TATAG AT GT C TACAG AT GT C TACAG