分子生物学：第四章 基因突变与交换

1 1第四章第四章基因突变与交换 2 2本章重点本章重点1、基因突变的类型。2、诱导突变的因素。3、DNA修复的类型。4、转座子的概念。3 3第四章 基因突变与交换第四章 基因突变与交换第一节 基因突变第二节 DNA修复第三节 DNA重组第四节 转座4 4第一节 基因突变第一节 基因突变一、基因突变的类型基因突变是遗传物质中任何可检测的，能遗传的改变。 5 5一、基因突变的类型一、基因突变的类型（一）诱发突变和自发突变由人工诱变剂诱发的突变称为诱发突变。 由于自然界中诱变剂的作用或由于偶然的复制、转录、修复时的碱基配对错误所产生的突变称为自发突变。 6 6一、基因突变的类型一、基因突变的类型（二）单点突变和多点突变单点突变指仅发生一个碱基对的突变；多位点突变指两个以上碱基对的突变。7 7点突变包括碱基替代、插入和缺失。 点突变包括碱基替代、插入和缺失。 8 8转换与颠换 转换与颠换 转换即一个嘌呤被另一个嘌呤所取代，或者一个嘧啶被另一个嘧啶所取代。颠换即一个嘌呤被另一个嘧啶所取代或一个嘧啶被另一个嘌呤所替代。 9 9移码突变移码突变DNA链上插入或丢失1个、2个甚至多个碱基（但不是三联体密码子及其倍数），在读码时，由于原来的密码子移位，导致在插入或丢失碱基部位以后的编码都发生了相应改变。 1010（三）同义突变和错义突变 （三）同义突变和错义突变 同义突变由于密码子具有简并性，单个碱基置换使改变后的密码子与改变前所编码的氨基酸一样，肽链中出现同一氨基酸。1111（四）同义突变和错义突变 （四）同义突变和错义突变 错义突变指DNA分子中的核苷酸置换后改变了mRNA上的遗传密码，从而导致合成的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代。 1212（五）致死突变与中性突变（五）致死突变与中性突变必需基因由于错义突变严重影响到蛋白质的活性导致个体死亡，则该突变称为致死突变。 不影响蛋白质或酶的生物活性的错义突变，可称为中性突变。 1313（六）无义突变与终止密码突变 （六）无义突变与终止密码突变 无义突变指由编码氨基酸的密码子突变成终止密码子，此种突变称为无义突变。终止密码突变指DNA分子中终止密码发生突变成为编码氨基酸的密码子。 1414二、突变诱因二、突变诱因（一）自发突变的诱因 1、辐射和环境引起 （1）短波辐射 （2）高温 （3）低浓度的诱变物质1515（一）自发突变的诱因（一）自发突变的诱因 2、自身有害代谢产物的诱变 过氧化氢是普遍存在于生物体内的一种代谢产物，它是一种诱变剂。 3、DNA复制错误引起的突变 DNA链每次复制中，每个碱基对错误配对的频率是10-710-11 。1616（二）诱发突变的诱因（二）诱发突变的诱因1、物理因素诱发的突变 （1）电离辐射诱发的突变 。电离辐射包括、和中子等粒子辐射，还包括射线和x射线等电离辐射。 （2）非电离辐射诱变 。紫外线诱变的最有效的波长为260 nm左右，而这个波长正是DNA所吸收的紫外线波长。1717紫外线诱变产生嘧啶二聚体 紫外线诱变产生嘧啶二聚体 1818（二）诱发突变的诱因（二）诱发突变的诱因2、化学因素诱变（1）碱基的化学修饰 常见的突变剂有烷化剂、羟胺等。 1919（二）诱发突变的机制（二）诱发突变的机制2、化学因素诱变（2）碱基类似物的渗入 常用的有5-溴尿嘧啶、5-溴脱氧尿核苷、8-氮鸟嘌呤(8-NG)、2-氨基嘌呤(2-AP)和6-氯嘌呤(6-CP)等。 2020（二）诱发突变的诱因（二）诱发突变的诱因2、化学因素诱变（3）嵌合剂引起突变 主要包括吖啶橙、原黄素和吖啶黄等。 2121（二）诱发突变的诱因（二）诱发突变的诱因2、化学因素诱变（4）亚硝酸的引起突变 亚硝酸引起的突变是脱氨基作用的结果。 2222（三）突变热点（三）突变热点在基因中有一些位点获得了比随机分布所估计的更多突变，这些位点称为突变热点。 2323（四）突变剂的验证（四）突变剂的验证Ames 试验2424第二节 DNA的修复第二节 DNA的修复一、光复活修复 （一）现象 把经UV照射后的微生物立即暴露于可见光下时，就可出现其死亡率明显降低的现象，并能降低突变率，此为光复活或光修复。2525一、光复活修复 一、光复活修复 （二）机制2626二、碱基切除修复二、碱基切除修复（一）现象 尽管生物体内有dUTPase，但是仍然有dUTP分子在复制的过程中会渗入到DNA链中。另外在细胞中由于胞嘧啶的自发脱氨而生成的的尿嘧啶。 2727二、碱基切除修复（尿嘧啶-N-糖苷键系统 ）二、碱基切除修复（尿嘧啶-N-糖苷键系统 ）（二）机制2828（二）机制（二）机制2929三、核苷酸切除修复三、核苷酸切除修复（一）现象 活细胞内对被UV等诱变剂DNA损伤后，可以不依赖可见光，只通过酶切作用去除嘧啶二聚体，随后重新合成一段正常DNA链的核酸修复方式。 3030（二）机制（二）机制3131（二）机制（二）机制3232四、错配修复四、错配修复（一）现象 DNA 错配广泛存在于生物体中，是细胞复制错误的结果。事实上，DNA子链中的错配几乎全能被修正。 3333（二）机制（二）机制3434（二）机制（二）机制3535（二）机制（二）机制3636（二）机制（二）机制3737五、重组修复五、重组修复（一）现象 当复制跳过嘧啶二聚体损伤位点时，子链上的缺口仍能被修复。3838（二）机制（二）机制3939六、紧急呼救修复六、紧急呼救修复（一）现象有些修复过的的DNA仍然存在错配的碱基。4040（二）机制（二）机制4141（二）机制（二）机制4242（二）机制（二）机制4343（二）机制（二）机制4444第三节 DNA重组第三节 DNA重组由不同DNA链的断裂和连接而产生DNA片段的交换和重新组合，形成新DNA分子的过程，称为DNA重组。有三种类型：同源重组 位点特异性重组 转座重组 4545一、同源重组一、同源重组（一）概念是指发生在同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合。 4646（二）机制（二）机制1. Holliday 模型474748482.链转移模型2.链转移模型4949二、位点特异的重组二、位点特异的重组（一）概念是指在专一酶作用下，在DNA特定位点上发生的断裂和重接，从而产生精确的DNA重排方式。其只发生在特殊DNA区域，有短的同源顺序，供重组蛋白识别。 5050（二）机制（二）机制5151（三）实例（三）实例5252第四节 转座第四节 转座一、概念转座：是由可移位因子介导的遗传物质重排现象，它既不依赖于转座成分和插入序列的同源性。5353一、概念一、概念转座子：是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位，其实质是基因组上不必借助于同源序列就可移动的DNA片段，它们可以直接从基因组内的一个位点移到另一个位点。 5454二、细菌的转座子二、细菌的转座子（一）插入序列 1.结构特点两端具有反向重复序列；能编码一个转座酶；插入后IS两端形成了正向重复。 5555（一）插入序列（一）插入序列2.机制5656（二）复合型转座子（二）复合型转座子结构特点两翼是两个相同或高度同源的IS序列除了含有转座酶基因外，还带有标记基因(常为抗性基因）5757（三）TnA家族（三）TnA家族结构特点两端是反向重复序列；除转座酶、标记基因外，还含有一个解离酶。tnpA 转座酶tnR 解离酶ampR 氨苄抗性基因5858三、真核生物的转座子三、真核生物的转座子（一）玉米的激活解离系统5959AcDs的结构AcDs的结构6060自主移动因子元件和非自主移动元件自主移动因子元件和非自主移动元件一类是可以自主移动因子，能自身合成转座酶，并支配受体因子移动；另一类为非自主移动因子，不产生转座酶，单独存在时，是稳定的，不能转座，如果基因组中存在与同家族的自主移动因子时，就有转座功能。 6161（二）果蝇的PM系统（二）果蝇的PM系统6262（二）果蝇的PM系统（二）果蝇的PM系统P元件属于非复制性转座子，带有P因子的品系称为P品系，不带有P元件的品系称为M品系。 P品系雄果蝇和M品系雌果蝇交配产生不育，F1是因为M品系细胞质内缺失一个转座阻遏蛋白，因此P品系雄性细胞核染色体上的P元件可自由转座，从而使得后代败育。 6363四、转座的机制四、转座的机制转座作用可分为复制型转座和非复制型转座两种：复制型转座是指转座子作为可移动的元件被复制，一个拷贝保留在供体原来的部位，另一拷贝插入到受体的靶位点，结果供体和受体都有一个转座子拷贝。非复制型转座是指原始转座子作为一个可移动的单元直接被移位。 6464复制型转座复制型转座6565非复制型转座非复制型转座