分子生物学 5

第五章DNA损伤、修复和突变第四节突变类型第五节回复突变(抑制突变)第六节突变剂和突变生成概述：损伤因素及其类型第一节复制过程中的错配修复第二节损伤修复第三节限制和修饰引起损伤的因素:♦自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、自发脱碱基、细胞的代谢产物对DNA的损伤)♦物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线)♦化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）引起损伤的类型：碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链间）、嘧啶二聚体等等广义的修复系统：♦DNA聚合酶的校对功能(复制的范畴)♦尿嘧啶-N-糖苷酶修复系统（复制时U的渗入、C脱氨氧化成U）♦错配修复系统♦损伤修复系统(光复活、重组修复、SOS修复等)★限制修饰系统-----对付外源DNA的入侵第一节复制过程中的错配的修复DNAmismatch+-----A------------C---DNApol(ξ=10-8)经第二次校正ξ=10-11错配修复系统(MRSMismatchRepairSystem)1、错配修复碱基来源：校正活性所漏校的碱基使复制的保真性提高102～103倍2、错配修复系统（Mismatchrepairsystem）DNApolymeraseHelicaseSSB外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ)连接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutH,L,SdamgeneDNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)扫描新生链中错配碱基识别新生链中非m6A的GATC序列酶切含错配碱基的新生DNA区段（1）组成★DNA合成过程中的甲基化变化DNA中的GATC(palindromicseq.)为m6A甲基化敏感位点平均每2kb左右有一GATCseq.错配修复系统受甲基化的引导甲基化程度的差异a、MutH/MutS扫描识别错配碱基和邻近的GATC序列切点－－甲基化GATC中G的5’侧DNAhelicaseII,SSB,exonucleaseI去除包括错配碱基的片段DNApolymeraseIII和DNAligase填充缺口昂贵的代价用于保证DNA的准确性（2）修复过程外切核酸酶Ⅰ切割切点的5’端（错配碱基在切点的5’端）----------------Ⅶ----------------3’端（--------------------------3’端）3、尿嘧啶-N-糖苷酶系统(ungsystem)修复尿嘧啶的来源：dUTP的渗入胞嘧啶的自发脱氨氧化---TAGC------ATCG------TAGC------ACG---U---TAGC---ung-ase①GCUAU---TAGC------ACG---AP内切酶(Apurinase)②---TAGC------ATCG---DNApolLigase③第二节DNA损伤的修复一、嘧啶二聚体的产生类型：TT二聚体（）、CC二聚体（）、CT二聚体（）（P131页）TTCCCT相邻的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体CCCCCCCCPR1、光复活（photoreactivation）----TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA----•复制前、不容易出错•400nm蓝光、PR酶(photo-reactivationenzyme)光敏裂合酶（photolyase）可见光激活二、二聚体修复的机制2.切除修复Exision—Repair•复制前进行•不易出错•UvrA,B,Cgene内切核酸酶（Endonucleases）外切核酸酶（Exonuclease）•DNApol•Ligase碱基切除修复核苷酸切除修复碱基切除修复核苷酸切除修复ABABCABCABCAB螺旋酶PolІ螺旋酶连接酶切补切封3.重组修复（Recombinative—Repair）后复制修复、E.coli的挽回系统E.coli存活%U.V计量w.t.UvrA+RecA+uvra-reca-该系统存在的实验证据★Rec-A.gene以某种方式参与DNA损伤修复♦Rec修复系统比切除修复系统更有效目前知道♫Uvr系统负责切除二聚体♫Rec系统负责消除没有被切除的二聚体可能造成的后果TTTTAAAATTTTTTTTAAAATTTT变性E.coli(Rec-A,uvr-a-)D.S.DNAS.S.DNAU.V.复制提取变性复制过程越过二聚体而在相应新链上留下缺口★二聚体后起始★修复时期的证明●与Rec-A蛋白引起的重组(strandtransfer)有关●TTdimer未被修复，仅表现在后代群体中TTdimer浓度的稀释●链的非准确转移，导致突变机率的增加修复相关机制:重组修复(链转移修复)•复制后修复•容易出错•RecA,DNApolymerae•ligase二聚体后起始RecA聚合酶、连接酶重组修复后的损伤位点可由其它机制进一步修复4.易错修复（SOS修复SOSrepair）E.coliE.coliE.coliλ8010100mut.100%50%10%•损坏的噬菌体DNA在E.coliA被修复•E.coli的SOS修复能被U.V.诱导(A&B)•SOS修复过程有非常高的突变频率(易出错)ABCUV复活或W复活（JeanWeigh）（1）实验证据（2）SOS修复机制SOS修复－－无模板指导的DNA复制大剂量的紫外线照射，大量的二聚体产生SOS系统诱导，错误潜伏的复制超越二聚体而进行错误碱基SOS修复只是SOS反应的一部分RecA在SOS反应反应中起核心作用RecA与LexA组成调控环路DNA损伤RecA受LexA的部分抑制RecA-P;三种功能a、DNA重组活性b、与S.S.DNA结合活性c、少数蛋白的proteinase活性当DNA正常复制时（无复制受阻，无DNA损伤，无TTdimer）RecA-p不表现proteinase活性当DNA复制受阻/DNAdamaged细胞内原少量表达的RecA-p与S.S,DNA结合激活RecA-p的proteinase活性修复损伤LexA-p降解RecA-p高效表达SOSopen上节课内容回顾：1、复制过程中的错配修复错配修复系统尿嘧啶－N－糖苷酶修复系统2、DNA的损伤的修复嘧啶二聚体光复活修复切除修复重组修复易错修复（SOS修复）当DNA复制度过难关后SOSrepair是一种错误倾向性极强的修复机制是进化中形成的“竭尽全力，治病救人”的措施（正常状态下，SOS是关闭的）RecA-p很快消失LexAgeneonSOSoff第三节限制和修饰1、限制－修饰现象(restrictionandmodificaion)50年代初Luria（T偶数噬菌体）Bertani（λ）Weigle（P2噬菌体）结论：♪菌体限制修饰系统中的限制性内切酶能将外来DNA切断♪菌体本身的DNA可受甲基化酶的保护两者称为限制-修饰作用*E.coliK菌株和B菌株各有自己的限制修饰系统*E.coliC菌株没有细菌借助于限制-修饰系统来区别自己DNA和外源DNA自己DNA:限制模式相同的DNA同株系的不同个体DNA、寄生于其中的质粒和噬菌体居民DNA(residentDNA)：同一个细胞内的不同类型的DNA，包括细胞DNA，质粒DNA，噬菌体DNA等2、限制－修饰系统根据其特征分为两大组(三大类)第四节突变类型●染色体突变（Chromosomemutation）chromosomenumberchromosomestructure●核苷酸突变（dNtpointmutation）突变(mutation)：可以通过复制而遗传的DNA结构的任何永久性改变遗传状态突变体(mutant)：携带突变的生物个体或群体或株系突变基因(mutantgene):存在突变位点的基因野生型基因（wildtypegene）：表示方法表现型Arg+Arg-基因型arg+arg-野生型正性状1、从突变作用来源上定义自发突变－－自然界的突变剂或偶然复制错误诱变－－人为使用突变剂★碱基异构式引起DNA复制过程的错误-----自发突变碱基异构式A(amino氨基)A(imino亚氨基)C(a)C(i)G(keto酮式)G(enol烯醇式)G(k)G(e,i)T(keto)T(enol-2’)orT(enol-4’)碱基异构式引起DNA复制的错配G(k)C(a)正确配对A(a)T(k)错误配对G(k)T(e)A(a)C(i)A(i,anti)A(a,syn)A(i,anti)G(k,syn)G(e,i,anti)G(k,syn)G(e,i,anti)A(a,syn)A(i)C(a)G(e)T(k)A(a)T(k)A(a,anti)T(k,anti)C(i)C(a,anti)A(a)A(i,anti)碱基异构式引起DNA的错配突变C(i)C(a)G(k,syn)G(k,syn)G(k,anti)G(k)2、从序列改变多少上定义单点突变(pointmutation)(点突变)多点突变(multiplemutation)点突变－－－碱基替代、碱基插入、碱基缺失●碱基替代（conversion）转换(transition)PyPyPuPu颠换(transvertion)PyPu●核苷酸缺失或插入（dNtdeletionorinsertion）=3xdNt±nxAminoacid=3xdNt移框（Framshift）移框突变（frameshiftmutation）:一个或两个碱基的插入或缺失，或扁平碱性染料分子3、从对阅读框的影响上定义移码突变Examplesofdeletionmutations4、从对遗传信息的改变上定义（点突变）同义突变：没有改变产物氨基酸序列的密码子错义突变：碱基序列的改变引起了氨基酸序列的改变（中性突变、渗漏突变）无义突变：碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变为蛋白合成的终止密码子●碱基替代对遗传信息的改变---同义突变GAA→GAGGlu---错义突变GAA→AAALys---无义突变GAA→TAA(stop)无义突变类型UAA（Oc）赭石型（Ocher）UAG（Am）琥珀型（amber）UGA（Opal）乳石型（Opal）5、从突变的表达类型上定义---非条件型突变:---条件型突变:突变的表现=突变基因型+诱导条件（光，温敏感不育）6、从突变效应上定义正向突变回复突变:使突变体所失去的野生型性状得到恢复的第二次突变真正的原位回复突变很少大部分为第二点的回复突变－－－－抑制突变7、突变位点存在于负责基因调控的序列中*在启动子区域时:启动子上升突变:增强启动子对转录的发动作用的突变启动子下降突变:*在操作子上或调节基因上组成型突变:产生组成型表达方式的操作子突变或调节基因的突变突变的操作子不能被阻遏蛋白所识别调节基因突变不能产生有活性的阻遏蛋白两者之一都使结构基因失去了负向控制第五节回复突变(抑制突变)1、抑制突变发生的部位基因内抑制突变：抑制突变发生在正向突变的基因中基因间抑制突变：抑制突变发生在正向突变基因外的其它基因中wildtypemutant(表现型)正向突变(lowF.)回复突变(verylowF.正向的1／10)间接抑制突变:不恢复正向突变基因蛋白质产物的功能,而是通过改变其它蛋白质的性质或表达水平而补偿原来突变造成的缺陷,从而恢复野生型2、野生表型恢复作用的性质直接抑制突变:通过恢复或部分恢复原来突变基因产物蛋白质的功能而恢复野生表型3、回复突变的分子机制a)AGC(Ser)ACC(Thr)AGC(Ser)b)AGC(Ser)AGG(Arg)AGT(Ser)c)AGC(Ser)AGG(Arg)GGG(Gly)ifSer≈Gly（1）基因内抑制突变(Intragenicsuppression)第二位点引起的基因内校正密码子间两次错义突变的互补4、抑制突变的分子机制错义突变移框突变错义突变造成野生型表型的丧失－－－部分原因在于影响到蛋白质的空间结构(正负电荷、疏水作用)