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1、DNA损伤、修复和重组损伤、修复和重组 突变和突变发生突变和突变发生 （mutation and mutagenesis)DNA损伤（损伤（DNA damage）DNA修复（修复（DNA repair）重组（重组（recombination）突变概念突变概念 突变（突变（mutation）DNA分子碱基序列的可遗传改变分子碱基序列的可遗传改变 突变体（突变体（mutant）与野生型（与野生型（+）相对）相对 突变剂（突变剂（mutagen）突变发生（突变发生（mutagenesis）自发突变（自发突变（spontaneous mutation）诱发突变（诱发突变（induced mutatio
2、n）1.DNA碱基序列改变的多少碱基序列改变的多少 单点突变单点突变（point mutation）碱基替换（碱基替换（base substitution）转换（转换（transition）A-T G-C 颠换（颠换（transversion）A-T T-A 碱基增加（碱基增加（base addition）碱基删除（碱基删除（base deletion）多点突变（多点突变（multiple mutation）突变类型突变类型2.对遗传信息的改变对遗传信息的改变 无声突变（无声突变（silent mutation）GAG(Glu)GAA(Glu)中性突变（中性突变（neutral mutatio
3、n）GAG(Glu)GAC/U(Asp)错义突变（错义突变（missense mutation）GAG(Glu)AAG(Lys)无义突变（无义突变（nonsense mutation,Chain termination mutation）GAG(Glu)UAG(Stop)渗漏突变（渗漏突变（Leaky mutation）人的蚕豆病（葡萄糖人的蚕豆病（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）磷酸脱氢酶）移框突变（移框突变（frameshift mutation）3.对外界环境的敏感性对外界环境的敏感性 非条件突变（非条件突变（nonconditional mutation）条件突变（条件突变（condition
4、al mutation）温度敏感型突变温度敏感型突变 (ts mutant,temperature-sensitive)1.根据错误碱基的产生方式根据错误碱基的产生方式 直接诱变直接诱变(direct mutagenesis)错配碱基没有被错配碱基没有被DNA修复系统去除修复系统去除 如：如：5-BU 间接诱变间接诱变(indirect mutagenesis)转移损伤转移损伤DNA合成合成（translesion DNA synthesis）在下一轮复制：在下一轮复制：模板链可以修复模板链可以修复/子链产生突变子链产生突变 定向的（定向的（targetted）/非定向的（非定向的（untar
5、getted）SOS修复系统（原核生物）修复系统（原核生物）DNA聚合酶聚合酶（真核生物（真核生物）突变发生类型突变发生类型 2.根据是否有突变剂的参与根据是否有突变剂的参与突变发生突变发生突变发生类型突变发生类型自发突变（自发突变（spontaneous mutation）1.碱基错配错配修复碱基错配错配修复(mismatch repair)2.碱基互变异构：碱基互变异构：亚氨基亚氨基A*-C,C*-A；烯醇式烯醇式T*-G,G*-T 3.脱嘌呤脱嘌呤(depurination)AP endonucleases 4.脱氨基脱氨基(deamination)CU/尿嘧啶尿嘧啶-N-葡糖基酶葡糖基
6、酶 (100C/genome/day/human cell)突变热点（突变热点（Hot spots）C MeC(4%)G-C G-T(MeC deamination)不能被不能被mismatch repair修复修复诱发突变（诱发突变（induced mutation）物理突变剂物理突变剂 高能离子辐射（高能离子辐射（X射线，射线，射线）射线）失去电子失去电子 打断双链打断双链 破坏碱基和糖基破坏碱基和糖基 非离子辐射非离子辐射 形成新化学骨架形成新化学骨架 紫外线紫外线 嘧啶二聚体嘧啶二聚体 突变剂突变剂ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*化学突变剂化学突变剂 1.碱基类似物碱
7、基类似物 5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（BU）2.2.亚硝酸亚硝酸（HNO2）CU，与与A配对，配对，GC AT AH(次黄嘌呤次黄嘌呤),与与C配对，配对，AT GC GX(黄嘌呤黄嘌呤),与与C配对，不引起突变配对，不引起突变3.3.羟氨羟氨(HA)C N-4-羟羟-C,与与A配对配对,GC AT 5.5.嵌合剂嵌合剂 吖啶橙、原黄素、吖黄素等吖啶类染料吖啶橙、原黄素、吖黄素等吖啶类染料 嵌合到嵌合到DNA碱基对之间碱基对之间 base addition/deletion/frameshift mutation4.烷基化试剂烷基化试剂 甲基甲磺酸（甲基甲磺酸（MMS）/乙基亚硝基脲（乙基亚硝基脲
8、（ENU）硫酸二甲酯硫酸二甲酯/甲磺酸乙酯（甲磺酸乙酯（EMS）/乙磺酸乙酯（乙磺酸乙酯（NNG）GO6-alkyl-G,与与T配对配对,GC AT TO4-alkyl-T,与与G配对配对,AT GC自发损伤自发损伤:脱氨基脱氨基/脱嘌呤脱嘌呤外源损伤外源损伤:1.氧化氧化损伤损伤(需氧需氧细细胞胞)活性氧活性氧：超氧化超氧化物物，过过氧化氧化氢氢和和羟羟自由基自由基（OH）8-氧鸟嘌呤，氧鸟嘌呤，2-氧腺嘌呤，氧腺嘌呤，5-甲酰尿嘧啶甲酰尿嘧啶 2.烷基化损伤烷基化损伤 影响影响DNA复制和转录时的解旋复制和转录时的解旋 多数是间接诱变多数是间接诱变 3.加成损伤加成损伤 嘧啶二聚体嘧啶二聚
9、体 苯并芘（肝脏细胞色素苯并芘（肝脏细胞色素P-450）双环氧物双环氧物-G 芳基化试剂芳基化试剂 黄曲霉毒素黄曲霉毒素B1（肝致癌剂）（肝致癌剂）DNA损伤损伤（DNA damage）1.复制修复复制修复 尿嘧啶糖基酶系统（尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase）错配修复（错配修复（mismatch repair）2.损伤修复损伤修复 光复活（光复活（photoreactivation）暗修复暗修复 切除修复（切除修复（excision repair）重组修复（重组修复（recombinational repair）SOS修复（修复（SOS response）烷基转移酶修
10、复（烷基转移酶修复（alkyltransferase）DNA修复（修复（DNA repair）尿嘧啶糖基酶系统（尿嘧啶糖基酶系统（uracil-N-glycosylase）尿嘧啶尿嘧啶-N-糖基酶，糖基酶，AP内切核酸酶，内切核酸酶，Pol I，DNA连接酶连接酶 AGTGACTTAGTCACTGAATCAGTGACTTAGTCAUTGAATCAGTGACTTAGTCA TGAATCAGTGACTTAGTCA TGAATCAGTGACTTAGTCACTGAATCuracil-N-glycosylaseAP内切核酸酶内切核酸酶Pol ITGADNA连接酶连接酶脱氨基脱氨基U错配修复（错配修复（m
11、ismatch repair）GATCCTAGCTAGGATC*TGGATCCTAGCTAGGATC*TGCTAGAGTCGATC*TGGA*CTTGATC*GATC*CTAGTGATC*GATC*CTAG错配矫正酶错配矫正酶（MutL,MutS+内切核酸酶内切核酸酶 MutH)nickPol I，DNA连接酶连接酶CTAG光复活（光复活（photoreactivation）可见光（可见光（300600nm）光解酶（光解酶（PR酶）酶）两个生色团：两个生色团：N5，N10-次甲基四氢叶酸和次甲基四氢叶酸和FADH（E.coli）对环丁烷嘧啶二聚体（对环丁烷嘧啶二聚体（UV）作用）作用切断嘧啶二
12、聚体的化学键切断嘧啶二聚体的化学键 Error-freeTT TT烷基转移酶修复烷基转移酶修复（alkyltransferase）去除去除 O6-甲基鸟嘌呤的甲基甲基鸟嘌呤的甲基 只能用一次只能用一次 其他其他烷基化碱基需要切除修复烷基化碱基需要切除修复AGCGTAGAGCATCH3SHAGCGTAGAGCATSCH3+切除修复切除修复（excision repair）Error-free 原核生物的原核生物的切除修复切除修复:核苷酸核苷酸切除修复（切除修复（nucleotide excision repair,NER）去除没有被光解酶修复的嘧啶二聚体去除没有被光解酶修复的嘧啶二聚体 碱基碱基
13、切除修复（切除修复（base excision repair,BER）去除修饰碱基去除修饰碱基 真核生物的真核生物的NER:GG-NER(global genome NER)TC-NER(transcription-coupled NER)与与GG-NER 相似相似 除了除了RNA聚合酶替代聚合酶替代XPC 5533535353535353UvrABCPol I(或或和和）DNA连接酶连接酶NER5533B*53AP site53DNA glycosylase53AP内切核酸酶内切核酸酶5353535533进一步酶切进一步酶切Pol BER着色性干皮病（着色性干皮病（XP）常染色体隐性遗传，易
14、癌，对阳光敏感常染色体隐性遗传，易癌，对阳光敏感 NER缺失（缺失（7个基因中的一个缺失）个基因中的一个缺失）Cockayne 综合症综合症 与转录偶连的切除修复缺失与转录偶连的切除修复缺失 对阳光敏感，但不易癌对阳光敏感，但不易癌着色性干皮病变异体（着色性干皮病变异体（XP-V）NER正常正常 DNA聚合酶聚合酶 缺失（缺失（嘧啶二聚体处嘧啶二聚体处加入加入A）SOS修复（修复（SOS response）抑制抑制pol III的校正活性的校正活性 容错容错DNA复制复制(error-prone DNA replication)SOS修复的调控修复的调控LecA 抑制抑制SOS基因转录基因转录
15、 阻遏蛋白阻遏蛋白 结合在操纵子结合在操纵子 RecA 激活激活SOS基因基因(DNA合成异常合成异常)重组活性重组活性 ssDNA结合活性结合活性,RecA RecA*蛋白酶活性蛋白酶活性(水解水解LecA)抑制抑制pol III的校正活性的校正活性 UvrA、B（切除修复）（切除修复）UmuC、D（通过复制）（通过复制）重组修复重组修复(Recombination-repair)复制复制后后修修复复(Post-replication repair)嘧啶嘧啶二二聚聚体体引引起起DNA 双双螺旋螺旋结构结构扭曲扭曲 DNA 聚聚合合酶酶停滞停滞在在更更远的远的距距离重新离重新复制复制新合成的新
16、合成的链链留下留下一个一个缺缺口口通过重组修补缺口通过重组修补缺口重组修复重组修复aabbaabbaabbaabbDNA 双螺旋结构扭曲，双螺旋结构扭曲，DNA 聚合酶停滞聚合酶停滞DNA 聚合酶在更远的距离聚合酶在更远的距离重新复制，重新复制，新链留下缺口新链留下缺口通过重组修补新链缺口通过重组修补新链缺口修补母链缺口修补母链缺口同源重组同源重组位点特异性重组位点特异性重组转座转座重组重组（recombination）转座子概念转座子概念转座子结构转座子结构 转座机制转座机制转座子：转座子：基因组中可移动的不连续序列，可在基因组内从一个座位基因组中可移动的不连续序列，可在基因组内从一个座位转
17、到另一个座位。转到另一个座位。转座子特征：转座子特征：1.不利用独立元件不利用独立元件(如噬菌体或质粒如噬菌体或质粒DNA)，而是从基因组，而是从基因组的一个位点直接移动到另一个位点。的一个位点直接移动到另一个位点。2.不依赖序列供体和接体位点间的任何联系。不依赖序列供体和接体位点间的任何联系。3.非常严格地自我转座到同一基因组的新位点，有时增加非常严格地自我转座到同一基因组的新位点，有时增加一些序列，是基因组内突变的主要来源。一些序列，是基因组内突变的主要来源。细菌转座子结构细菌转座子结构 1.IS（插入序列（插入序列,insertion sequences）两端反向重复序列（两端反向重复序
18、列（inverted repeat）0.751.5kb;转座酶转座酶;识别位点识别位点IRTransposaseIRATGCA 12345678TACGT 1234567887654321 ATGCA 87654321 TACGT TargetrepeatInverted repeatIS1 9 bp23 bp 768 bpIS2 5 bp41 bp1327 bp IS411-13 bp18 bp1428 bpIS5 4 bp16 bp1195 bpIS10R 9 bp22 bp1329 bpIS50R 9 bp 9 bp1531 bpIS903 9 bp18 bp1057 bp ISATGC
19、ATACGT2.Tn（复合转座子（复合转座子,composite transposons）GenesIS两端两端IS组件组件;2-10kb;转座酶转座酶/抗生素基因抗生素基因ISTnISLISRTransposon makersTransposon makersTn9IS1camR IS moduls identical both functionalTn903IS903kanRboth IS functionalTn10IS10LtetR IS10Rnonfunctional functionalTn5IS50LkanR IS50Rnonfunctional functional3.TnA（
20、Tn3 type transposons,TnA family）两端无两端无IS 组件组件;525kb;转座酶转座酶/解离酶解离酶/抗生素基因抗生素基因两端两端IR（3040bp）相似或相同）相似或相同ResTransposaseResolvaseAmprtnpA-转座酶基因，转座酶基因，1004aa；突变时不能转座；突变时不能转座 与与IR内内的的25bp序列序列结结合合,在在靶靶DNA 上上5bp 的的交交错错切割切割 tnpR-解离酶基因，突变时转座频率升高解离酶基因，突变时转座频率升高 抑制转录酶抑制转录酶,阻阻止止tnpA 和和它自它自身身的转录的转录 Res区区-解离部位、与解离酶
21、结合解离部位、与解离酶结合TnAResTransposaseResolvaseAmprtnpAtnpR转录转录融合融合/复制复制重组重组解离解离Cointegrate共整合体共整合体TnpATnpRDonor moleculeTarget moleculetransposon1.必要步骤必要步骤 形成共整合体、特异性重组形成共整合体、特异性重组转座机制转座机制转座机制转座机制2.共整合体的形成和转座子复制的详细过程共整合体的形成和转座子复制的详细过程123交错切口交错切口交换复合体交换复合体(链转移复合体链转移复合体)形成形成自由自由3-OH端复制产生共整合体端复制产生共整合体转座机制转座机制
22、3.复制转座：复制转座：转座子和受体转座子和受体DNA双链形成交错切口；双链形成交错切口；转座子两端形成复制叉，连接并复制转座子两端形成复制叉，连接并复制合成合成缺口单链；缺口单链；同源性重组，受体同源性重组，受体DNA产生同向重复序列。产生同向重复序列。4123转座机制转座机制4.非复制转座非复制转座/简单转座（简单转座（cut and paste）：）：受体受体DNA双链形成交错切口；双链形成交错切口；转座子插入交错切口，连接并转座子插入交错切口，连接并修复修复缺口单链缺口单链；受体受体DNA产生同向重复序列。产生同向重复序列。312复习题复习题1.名词：名词：无声突变，中性突变，无声突变
23、，中性突变，错义突变，无义突变，渗漏突变错义突变，无义突变，渗漏突变移框突变，直接诱变，间接诱变移框突变，直接诱变，间接诱变2.自发突变有哪些方式？可以通过什么方式进行修复？自发突变有哪些方式？可以通过什么方式进行修复？3.物理和化学突变剂有哪些类型，会引起什么样的突变？物理和化学突变剂有哪些类型，会引起什么样的突变？4.DNA损伤有哪些类型？分别是什么原因引起的？损伤有哪些类型？分别是什么原因引起的？5.DNA修复系统有哪些？每个修复系统所需要的酶和作用原理修复系统有哪些？每个修复系统所需要的酶和作用原理是什么？是什么？6.什么是转座子，它有什么特点？什么是转座子，它有什么特点？7.细菌的转座子有几种类型，各具有什么结构？细菌的转座子有几种类型，各具有什么结构？8.复制性转座和非复制性转座各有什么特点？复制性转座和非复制性转座各有什么特点？