第九章 突变、修复与重组

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3.脱氨基： 腺嘌呤（A)脱氨基变为次黄嘌呤（H）
AT
GC
胞嘧啶（C）脱氨基变为尿嘧啶（U）
GC
AT
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诱发突变的分子基础 诱变剂可以取代碱基，改变碱基或破坏碱基， 使DNA发生错配，而引起基因突变。
诱变剂的分类： 物理诱变剂（电离辐射等） 化学诱变剂（碱基类似物、脱氨剂、烷化剂、嵌 入剂等） 生物因素(黄曲霉素等)
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(2)化学诱变剂
1 碱基类似物：
与碱基结构类似，可替代正常碱基掺入DNA 分子，引起碱基替换。
如5-溴尿嘧啶（BU）是胸腺嘧啶T的类似物， 可掺入DNA分子中。
酮式BU与A配对，而烯醇式与G配对 容易引起G-C对与A-T对的互相转换。。
碱基类似物还有5-溴脱氧尿苷（BrdU），5-尿嘧啶，5-氯尿 嘧啶及其脱氧核苷，2-氨基嘌呤（2-AP）等
自发突变的分子基础
• DNA复制错误 • 自发损伤 • 转座因子
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DNA复制错误
• 遗传物质是DNA,DNA复制是半保留复制,如果发 生错误,引起碱基替换(base substitution), 造成 DNA遗传信息的改变。从而导致基因突变。
正常情况下,A-T配对,氨基态的腺嘌呤(A)只与胸 腺嘧啶(T)配对,但有时可转变成稀有的亚氨基形式, 可以与胞嘧啶配对,形成A-C, 再经一次复制,DNA分 子中的A-T对变成了G-C对.
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碱基替换：
根据碱基变化的不同，可以分为： 转换（transition)：嘌呤与嘌呤之间，或嘧啶与 嘧啶之间的替换 颠换（transversion）：嘌呤与嘧啶之间的替换。
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缺失、插入 缺 失 和 插 入 常 导 致 移 码 突 变 （ frameshift
mutations），结果产生截短的或异常的多肽链。
• 功能获得突变（gain of function mutation): 使基因功能增强或不受抑制的突变。
根据突变的表达类型 • 非条件型突变: 在任何条件下均可表现的突变 • 条件型突变: 突变的表现 = 突变基因型 + 诱导条件
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根据突变的方式：
碱基替换（base substitution），DNA分子中一个
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正常人 红细胞
镰刀状贫 血病人的 红细胞
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CTT
谷氨酸
CAT
缬氨酸
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中性突变（neural mutation): 不影响蛋白质正常功能的错义突变
同义突变与中性突变又称为： 无声突变或沉默突变（silent mutation)
3 无义突变（nonsense mutation):碱基替换使编
码氨基酸的密码子突变为终止密码子，mRNA在翻译时提 前终止，形成的肽链不完全，一般没有活性。
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自发损伤(spontaneous lesions)
自然产生的DNA损伤引起突变
1. 脱嘌呤：最为常见，DNA分子中碱基和脱氧核糖间的糖
苷键受到破坏，从而引起鸟嘌呤(G)或腺嘌呤(A)从DNA分子
上脱落下来。
常引起缺失或插入突变
2. 氧化性损伤：个体自然产生的氧化基，氧化物如超氧 自由基,氢氧自由基及过氧化基等，能对DNA造成氧化性损 伤，引起突变。
第九章 突变、修复与重组
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第一节 突变 第二节 修复 第三节 重组
本章要点： • 突变的概念、类型 • DNA修复的主要方式 • 了解重组的分子基础
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第一节：突变（mutation)
一、突变的主要类型
突变是DNA碱基序列水平上的永久的、可遗传的改变。
广义的突变包括染色体畸变和基因突变
狭义的突变通常指基因突变
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(1)物理诱变剂 • 紫外线
• X－射线和γ－射线
紫外线：波长为100～400 nm的电磁辐射，非电离辐射，
直接作用于DNA。
嘧啶二聚体 胸腺嘧啶
X-射线和γ-射线：电离辐射
• 直接作用于DNA，对DNA产生损伤 产生多 种突变，并且常常造成DNA重排，例如缺失、 倒转和移位。
• 作用于水分子以及其他分子产生离子和自由基， 自由基对DNA分子产生广泛损伤。
4 通读（reading through):碱基替换使终止密码子突
变为编码氨基酸的密码子，转录出的mRNA在翻译时不能适 时终止。
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按突变发生的原因分类 • 自发突变(spontaneous mutation):在自然状 况下发生的突变。 • 诱发突变(induced mutation):外界因素诱发 引起的突变。
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AGCTTCCTA TCGAAGGAT
1. Base analog incorporation
AGCTBCCTA TCGAAGGAT
2. 1st round of replication
AGCTTCCTA TCGAAGGAT
3. 2nd round of replication
AGCTBCCTA TCGAGGGAT
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根据对遗传信息的影响
1 同义突变(samesense mutation) ：
碱基替换改变密码子但并不改变氨基酸
如GAU→GAC，但仍是天冬氨酸
密码子的简并性
DNA的容错机制。
2 错义突变（missense mutation）：
指碱基替换改变密码子并改变氨基酸。
错义突变使蛋白质一级结构改变，导致蛋白质活性和功 能不同程度的改变。一般性质相似的氨基酸替换对蛋白质的 影响小，而性质不同的氨基酸的替换可能强烈的影响蛋白质 的功能。例如人的镰刀性贫血症（HbS)。
根据突变发生的细胞类型、对基因功能的影响、突变的方 式、发生的原因等可对突变进行不同的分类
根据突变发生的细胞类型：
• 生殖细胞突变(Germline mutation)
可遗传给后代
• 体细胞突变(Somatic
仅表现于当代，癌症
mutation)
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根据对基因功能的影响
• 功能失活突变（loss of function mutation)： 使基因功能失活或显著下降的突变。
碱
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又称点突变
插入（基ins被er另tio一n）个，碱D基N替A代序列中插入一个或多个碱
缺基失（deletion），DNA序列上缺失一个或多个碱
基重复（duplication），一段碱基序列发生一次重复
易位（translocation），一段碱基序列从原来的位 置移出，并插入到基因组的另一位置
倒位（inversion），一段碱基序列发生倒转，但仍 保留在原来的位置上