第十一章-基因突变与DNA损伤修复课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十一章基因突变与DNA损伤修复,1,第十一章1,主 要 内 容,点突变及其分子效应,生物体的修复机制,基因突变的检测,2,主 要 内 容点突变及其分子效应2,第一节,点突变及其分子效应,点突变的类型,点突变的分子效应,突变的性质,突奕对生物的影响,显性突变和隐性突变,动态突变,3,第一节 点突变及其分子效应点突变的类型3,一、,点突变的类型,碱基替换,碱基的增加及缺失,转换：嘌呤与嘌呤相互替换，嘧啶与嘧啶相互替换。,颠换：嘌呤被嘧啶替换，嘧啶被嘌呤替换。,碱基对的插入或从,DNA,中被删除。,4,一、点突变的类型碱基替换转换：嘌呤与嘌呤相互替换，嘧啶与嘧啶,二、,点突变的分子效应,突变发生在基因编码区,突变发生在基因的非编码区,5,二、点突变的分子效应突变发生在基因编码区5,（一）突变发生在基因编码区,同义突变,（samesense mutation）,错义突变,（missense mutation）,无义突变,（nonsense mutation）,移码突变,（,frameshift,mutation）,6,（一）突变发生在基因编码区同义突变（samesense mu,1,、,同义突变,DNA碱基组成改变了，不产生突变效应。,DNA,：,CT,A,CT,G,mRNA,：,GA,U,GA,C,Pr,：,ASPASP,不改变氨基酸，与密码子的兼并性有关,。,7,1、同义突变DNA碱基组成改变了，不产生突变效应。DNA：,2,、,错义突变,碱基替换的结果引起氨基酸序列的改变,8,2、错义突变碱基替换的结果引起氨基酸序列的改变8,3、,无义突变,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,。,9,3、无义突变编码区的单碱基突变导致终止密码子(UAG/UGA,4,、,移码突变,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。,10,4、移码突变在基因的外显子中插入或缺失1, 2或4个核苷酸,（二）突变发生在基因的非编码区,非编码区的突变引起的效应非常复杂。,如：调节蛋白的结合区域发生突变可能使基因产物完全失活或阻断其产生，引起蛋白质数量的变化，而有些非编码区的突变则只会引起细小或的完全没有表型上的改变等。,11,（二）突变发生在基因的非编码区非编码区的突变引起的效应非常复,三、,突变的性质,突变的稀有性,突变的可逆性,突变的多方向性,突变的不定向性,突变的重演性,突变的有害性与有利性,12,三、突变的性质 突变的稀有性12,1、,突变的稀有性,突变率（mutation rate）,：是指在一个世代中或其他规定的单位时间中，在特定的条件下，一个细胞发生某一突变的概率。在有性生殖的生物中，常以突变型配子占总数配子的百分比来表示突变率。,13,1、突变的稀有性突变率（mutation rate） ：是指,据估计：,高等生物的突变率为110,5,10,10,细菌的突变率为110,4,410,10,14,据估计：高等生物的突变率为1105101014,各种生物的某些座位的自发突变率,生物,性状,突变,率,噬菌体T,2,rr,+,110,8,玉米,SH sh,110,6,小鼠,白化c,+, c,110,5,人,血友病A，h,+, h,310,5,亨氏舞蹈病,0.510,5,15,各种生物的某些座位的自发突变率生物性状突变率噬菌体T2rr,2、,可逆性,野生型基因,突变型基因,正向突变,回复突变,E.Coli,: his,+, his,-,210,-6,his,-, his,+,410,-8,16,2、可逆性野生型基因突变型基因正向突变回复突变E.Coli,3、,多,方向性,W,e,曙红,W,a,杏色,W,b,黄,W,白眼,W,bf,浅黄,W,+,红眼,17,3、多方向性 We曙红 Wa杏色 Wb黄 W白眼Wbf浅黄,18,18,4、,不定向性,突变发生的时期和部位,理论上：突变可发生于个体发育的任一时期，可发生于体细胞和性细胞，是随机的。,实验表明：发生于性细胞的突变率较高，体细胞发生突变的较少。,19,4、不定向性突变发生的时期和部位19,5、,重演性,同种生物中相同基因突变可以在不同个体间重复出现，称为突变的重演性。,例如：玉米胚乳的饱满,基因突变,为皱缩基因的,频率,10,-6,，在多次试验,(,不同的个体,),中,重复出现,，并且出现的频率都接近于,10,-6,。,20,5、重演性同种生物中相同基因突变可以在不同个体间重复出现，称,6、,突变的有害性和有利性,多数突变对生物的生长和发育往往是有害的。,某一基因发生突变,长期,自然选择进化形成的平衡关系,就会被打破或削弱,进而打乱代谢关系,引起程度不同的有害后果,一般表现为生育反常或导致死亡。,不但无害，而且有利。如抗倒、抗病、早熟等突变。,21,6、突变的有害性和有利性多数突变对生物的生长和发育往往是有害,小麦的耐盐突变,大麦的抗性突变,水稻雄性不育系,22,小麦的耐盐突变大麦的抗性突变水稻雄性不育系22,四、突变对生物的影响,功能丧失突变,获得功能的突变,23,四、突变对生物的影响功能丧失突变23,1,、,功能丧失突变,无效突变（null mutation）：完全丧失了基因的功能。,渗漏突变（leaky mutation）：基因功能的丧失不完全。,24,1、功能丧失突变无效突变（null mutation）：完全,无效突变,渗漏突变,+,m,m,+,25,无效突变渗漏突变+m25,2,、获得功能的突变,26,2、获得功能的突变26,五、显性突变和隐性突变,显性突变,：突变基因在杂合体中表现出突变性状，为显性突变,（,a A）。,隐性突变,：突变基因在杂合体中不表现，则叫隐性突变,（A a）。,27,五、显性突变和隐性突变 显性突变：突变基因在杂合体中表现出突,白化病患者,隐性突变,28,白化病患者隐性突变28,显性基因的遗传,:,软骨发育不全症,29,显性基因的遗传:软骨发育不全症29,显性突变与隐性突变的检出与纯合,(,自花授粉,),1dd,2Dd :,Dd,1DD :,DD,dd,Dd,dd,2Dd :,1DD :,1DD:,2Dd:,1dd,1dd,DD,显性突变的表现,隐性突变的表现,突变发生,M,1,M,2,M,3,表现,表现,纯合,表现,纯合,表现,纯合,检出,检出,30,显性突变与隐性突变的检出与纯合(自花授粉)1dd2Dd :D,六、动态突变,动态突变：,邻近基因或位于基因序列中的,三核苷酸重复拷贝数，在一代代传递过程中会发生明显的增加，如,(CGG)n,、,(CAG)n,等，从而使（导致）某些遗传病的发病。,该突变可遗传并产生表型效应,引起疾病，多为神经系统疾病。,代表疾病：,Hutington,舞蹈病,(CAG)n,、强直性肌营养不良，脆性,X,综合征,(CCG)n,。,31,六、动态突变动态突变：邻近基因或位于基因序列中的三核苷酸重复,正常,AGT,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,TTT,TTA, DNA,Met,Gln Gln Gln,Gln Gln Gln,Phe Leu AAs,动态突变 （,CAG,三核苷酸重复）,AGT,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG,CAG, DNA,Met,Gln Gln Gln,Gln Gln Gln,Gln Gln, AAs,动态突变,正常人：,n=635,HD,个体：,n35 copies,随着世代传递长度增加，发病年龄提前，病情加重。,32,正常 动态突变正常人：n=635,第二节,DNA损伤修复,机制,光复活修复,切除修复,（又叫暗复活）,错配修复系统,重组修复,SOS修复,修复缺陷与人类疾病,33,第二节 DNA损伤修复机制光复活修复33,1、,光复活修复,细菌经紫外线照射后，再放在波长310440nm的可见光下，存活率大大提高，并且降低了突变频率，怎样解释此现象呢？,34,1、光复活修复细菌经紫外线照射后，再放在波长310440n,光修复过程,光复活酶与,T=T,结合形成复合物,;,复合物吸收,300 600nm,可见光切断,T=T,之间的,C-C,共价键,使二聚体变成单体,;,光复活酶从,DNA,链解离。,(a),(c),(d),(e),UV,照射,(b),T,T,二聚体,光复活酶结合的位置,光的吸收,酶的释放,35,光修复过程 光复活酶与T=T结合形成复合物;(a)(c,光复活酶已在许多生物体内发现，包括细菌、酵母菌、原生动物、藻类、真菌、蛙、鸟类。1974年B.M.Sutherland发现人的白细胞中有光复活酶，此后又发现人的成纤维细胞和淋巴细胞中都有光复活酶的存在。,36,光复活酶已在许多生物体内发现，包括细菌、酵母菌、原生动物、藻,2、切除修复（又叫暗修复）,这种修复过程,是在,DNA,内切酶、,DNA,聚合酶、,DNA,外切酶、,DNA,连接酶等共同作用下，将,DNA,分子受损伤的部分切除，并以完整的一条链为模板，合成切除的部分使,DNA,恢复正常结构的过程，,故叫,切除修复。,根据切除片段的大小可分,短补缀,/,丁和长补缀,/,丁修复,。,37,2、切除修复（又叫暗修复）这种修复过程是在DNA内切酶、DN,切除修复有2种情况：,先补后切,先切后补,负责切除损伤,DNA,片段的酶是一种核酸内切酶，由,uvr,基因编码的多个亚基组成的蛋白质，包括,UvrA,，,UvrB,，,UvrC,。,38,切除修复有2种情况： 负责切除损伤DNA片段的酶是一种核酸内,嘧啶二聚体的切除修复,内切酶,切开损伤的,DNA,链一端,;,聚合酶,合成新链取代损伤部分,DNA;,外切酶,切除损伤部分,;,连接酶,将缺口封闭形成完整,DNA,链。,39,嘧啶二聚体的切除修复 内切酶切开损伤的DNA链一端;39,3,、错配修复系统,该方式在,DNA,重组过程中对于杂种,DNA,错配碱基的修复和由此产生的基因转换发挥一定的作用。,DNA,错配修复基因首先在细菌和酵母中发现,后在人类基因组中也找到了类似物。但修复的详细机制还不清楚。,40,3、错配修复系统该方式在DNA重组过程中对于杂种DNA错配碱,4,、重组修复,重组修复必须在DNA复制后进行，,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，,故又称复制后修复。,出错率较高，易引起突变。,41,4、重组修复重组修复必须在DNA复制后进行，通过对DNA的复,重组修复模式图,(1),复制,：以损伤单链为模板复制得有缺口子链；未损伤单链复制成完整双链。,(2),重组,：缺口子链与完整双链中母链重组，缺口转移到母链，而损伤单链的互补链完整，损伤母链仍然保留。,(3),再合成,：转移到母链中的缺口以新互补链为模板聚合补齐。,母链,子链,42,重组修复模式图 (1)复制：以损伤单链为模板复制得有缺口子链,注 意,重组修复并不能将亲代,DNA,上的损伤除去。,当第二次复制时，留在亲代,DNA,链上的损伤 仍然要用同样的重组修复作用来弥补。,多代复制后，损伤的亲代链仅占极少数，绝大部分是修复重组后的正常,DNA,。,43,注 意 重组修复并不能将亲代DNA上的损伤除去。43,5,、 SOS修复,也称差错倾向修复，这是在,DNA分子受损伤的范围较大,而且,复制受到抑制,时出现的一种修复作用。这种修复系统显然是细胞受到损伤时诱导产生的。,1975年，RodmanM在大肠杆菌中证实了这种修复作用的存在。并借用国际上通用的呼救信号“SOS”命名，表示这是细胞受到危险状态时的一种修复方式。,Save Our Ship !,Save Our Souls !,Stop Other Signals !,Sure Of Sinking !,摩尔斯电码,.-.,44,5、 SOS修复也称差错倾向修复，这是在DNA分子受损伤的范,两种机制,通过式修复,：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，短暂抑制后产生一种新的,DNA,多聚酶，由于其修复校正功能较低，新合成的,DNA,碱基错配频率较高，易引起突变。,切除式修复,：,DNA,双链均有损伤且距离较近时的一种可能的修复机制，也倾向产生错误引起突变。,45,两种机制通过式修复：损伤较大时(如产生很多的T=T)，正常的,新的DNA多聚酶特点：识别碱基的精确度较低,DNA,受到较大损伤,复制经损伤处受抑制,新的,DNA,多聚酶,损伤部位的,DNA,修复合成,导致,产生,催化,碱基错配,导致,通过式修复,46,新的DNA多聚酶特点：识别碱基的精确度较低DNA受到较大损伤,错误的碱基配对,C,A,T G T A A G T C G,A A T C A G C, ,5,5,3,3,易导致基因突变,47,错误的碱基配对CAT G T A,三、修复缺陷与人类疾病,着色性干皮病,非黑色素皮肤瘤,Cockayne综合征,共济失调毛细血管扩张症,48,三、修复缺陷与人类疾病着色性干皮病48,着色性干皮病,由于修复缺陷（切除二聚体能力的缺损）而带来的光敏感遗传性疾病，常染色体隐性基因控制。纯合体对阳光极敏感，皮肤暴露的部位易发生色素沉着、萎缩、角化过度和癌变。,49,着色性干皮病由于修复缺陷（切除二聚体能力的缺损）而带来的光敏,50,50,非黑色素皮肤瘤,1996年D.J.Leffell等指出此病与阳光有关，是由于阳光使皮肤的鳞状细胞或基底细胞内的,P53,基因发生突变。,P53,：是抑癌基因，具有清除“叛逆”、保存整体的“组织保护神”的功能。它所产生的蛋白能在DNA受到损伤而不能修复时，启动另一组基因，使受损伤的细胞“自杀死亡”。此外还可阻止细胞进入细胞周期，使受损伤细胞有时间修复。,51,非黑色素皮肤瘤1996年D.J.Leffell等指出此病与阳,P53,蛋白,52,P53蛋白52,Cockayne综合征侏儒视网膜萎缩综合征,由于紫外线所诱发DNA损伤的切除修复系统有缺陷而造成细胞过早死亡。,侏儒、视网膜萎缩、耳聋、对日光敏感。,53,Cockayne综合征侏儒视网膜萎缩综合征由于紫外线所,共济失调毛细血管扩张症,毛细血管扩张，对射线的杀伤作用极其敏感，染色体不稳定性，易患癌症等。,54,共济失调毛细血管扩张症毛细血管扩张，对射线的杀伤作用极其敏感,第三节 基因,突变的检测,病毒和细菌基因突变的检测,真菌营养缺陷型的检测,果蝇突变体的检测,人类显性突变的检测,植物及其它动物突变体的检测,55,第三节 基因突变的检测 病毒和细菌基因突变的检测55,三、果蝇突变的检出,果蝇伴性隐性致死（非致死）突变的检出,常染色体突变的检出,56,三、果蝇突变的检出果蝇伴性隐性致死（非致死）突变的检出56,（一）果蝇伴性隐性致死（非致死）突变的检出,ClB法,Muller-5法,“并连X染色体”法,57,（一）果蝇伴性隐性致死（非致死）突变的检出ClB法57,1、ClB法,ClB,品系：,ClB,+,C,：交换抑制因子,l,：隐性致死基因,B,：棒眼基因,表示,l,和,B,基因间倒位，抑制了两者交换,58,1、ClB法ClB品系：ClB+C：交换抑制因子l：隐性致死,X-ray,ClB,ClB,ClB,P,+,+,+,+,+,ClB,+,ClB,致死,致死,致死,突变型,野生型,？,59,X-rayClBClBClBP+ClB+ClB致,2、Muller-5法,B,B,W,a,W,a,X,染色体：有倒位，抑制交换,Muller-5,品系：,杏色棒眼,60,2、Muller-5法BBWaWaX染色体：有倒位，抑制交换,待检野生型,P,：,Muller-5,B,B,W,a,W,a,F1,：,B,W,a,B,W,a,F2,：,B,B,B,B,W,a,W,a,W,a,W,a,Muller-5,Muller-5,？,隐性致死 野生型 突变型,和,比例、,出现情况,61,待检野生型P：Muller-5BBWaWaF1：BW,3、“并连X染色体”法,由T.H.Morgan的夫人L.V.Morgan创造的。,？,62,3、“并连X染色体”法由T.H.Morgan的夫人L.V.M,（二）果蝇第二染色体上的隐性突变的检出,平衡致死系：,Cy,+,Cy,+,致死,+,S,+,S,致死,Cy,+,+,S,星眼卷翅,Cy,+,+,S,星眼卷翅,Cy,+,+,S,星眼卷翅,Cy,上有个倒位，可抑制重组,Cy,和,S,都是隐性致死基因,63,（二）果蝇第二染色体上的隐性突变的检出平衡致死系：Cy,Cy,Cy,Cy,Cy,S,Cy,P,：,Cy,F1,：,S,Cy,Cy,F2,：,Cy,致死,卷翅杂合,卷翅杂合,野生型突变型,？,64,CyCyCyCySCyP：CyF1：SCyCy,四、人类显性突变的检测,常用方法：家系分析、出生调查。,常染色体基因突变的检测：显性突变遗传，容易检测；而隐性突变则不易判断（两种可能：两个杂合体婚配，或隐性突变）。,X,染色体基因突变的检测：,则可根据伴性遗传规律推测出男性患者表现,X-,连锁隐性突变性状时，是其母亲提供的,X,染色体上的隐性突变之故，还是由于携带者引起。,65,四、人类显性突变的检测常用方法：家系分析、出生调查。65,由于家庭人数限制，系谱分析有局限性。,还可以运用电泳技术、,DNA,标记技术，筛选各种蛋白质、酶或,DNA,分子的微小差异，这些微小差异是可遗传的。,66,由于家庭人数限制，系谱分析有局限性。66,