突变与修复.ppt
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1第十二章突变与修复第十二章突变与修复第一节突变与表型第一节突变与表型第二节回复突变和抑制突变第二节回复突变和抑制突变第三节突变的修复第三节突变的修复2本部分重点本部分重点突变的表型效应突变的表型效应突变体的概念及其形成过程突变体的概念及其形成过程抑制突变的种类和机制抑制突变的种类和机制光修复、切补修复、重组修复和光修复、切补修复、重组修复和SOSSOS修修复系统的修复过程与机理复系统的修复过程与机理3本部分难点本部分难点基因内抑制突变、基因间抑制突变基因内抑制突变、基因间抑制突变光修复、切补修复、重组修复和光修复、切补修复、重组修复和SOSSOS修修复系统的修复过程与机理复系统的修复过程与机理4第一节突变与表型第一节突变与表型碱基置换引起的碱基置换引起的无义突变(引起遗传性状改变)无义突变(引起遗传性状改变)错义突变(引起遗传性状改变)错义突变(引起遗传性状改变)沉默突变(不引起遗传性状改变)沉默突变(不引起遗传性状改变)同义突变(不引起遗传性状改变)同义突变(不引起遗传性状改变)移码突变引起的(引起遗传性状改变)移码突变引起的(引起遗传性状改变)易位突变引起的(不一定引起遗传性状改变)易位突变引起的(不一定引起遗传性状改变)突变的表型效应突变的表型效应一、突的表型效变应一、突的表型效变应511、碱基置换引起的突变(图)、碱基置换引起的突变(图)6错义突变错义突变(missensemutation)(missensemutation)当当DNADNA分子上密码子中的碱基被置换,分子上密码子中的碱基被置换,新密码子编写的氨基酸与原来的密码子不新密码子编写的氨基酸与原来的密码子不相同,使多肽链的氨基酸排列顺序发生变相同,使多肽链的氨基酸排列顺序发生变化。
化。
错义突变通常在第一或第二个碱基发生变错义突变通常在第一或第二个碱基发生变化时,容易引起氨基酸种类改变。
化时,容易引起氨基酸种类改变。
7无义突变无义突变(nonsensemutation)(nonsensemutation)决定某氨基酸的密码子被终止密码子决定某氨基酸的密码子被终止密码子(UAGUAG)代替,因而)代替,因而mRNAmRNA翻译多肽翻译多肽链过程中出现句号,使翻译工作中途停止链过程中出现句号,使翻译工作中途停止,难以完成一条完整的多肽链的合成,这,难以完成一条完整的多肽链的合成,这种肽链是没有活性的。
种肽链是没有活性的。
8同义突变同义突变(synonymymutation)(synonymymutation)指指DNADNA分子上的遗传密码由于置换而成分子上的遗传密码由于置换而成为新的密码子,但是这种新密码子构成的为新的密码子,但是这种新密码子构成的氨基酸与原有密码子所构成的氨基酸相同氨基酸与原有密码子所构成的氨基酸相同。
这是一种无遗传意义的突变。
这是一种无遗传意义的突变。
这种突变不能引起氨基酸序列的改变。
这种突变不能引起氨基酸序列的改变。
9沉默突变沉默突变(silentmutation)(silentmutation)碱基置换造成多肽链中一个氨基酸的改变碱基置换造成多肽链中一个氨基酸的改变,但该氨基酸不能影响多肽链的正常功能,但该氨基酸不能影响多肽链的正常功能,因此不改变微生物的遗传性状。
,因此不改变微生物的遗传性状。
1022、移码突变、移码突变移码突变是在移码突变是在DNADNA分子上的密码子中添分子上的密码子中添加或丢失一个或几个碱基,其结果造成从加或丢失一个或几个碱基,其结果造成从改变的碱基开始所有其后的密码子碱基都改变的碱基开始所有其后的密码子碱基都往后移动,使密码子杂乱而重新编组,使往后移动,使密码子杂乱而重新编组,使多肽链上的氨基酸序列发生很大的改变,多肽链上的氨基酸序列发生很大的改变,并出现明显的遗传性状变异。
并出现明显的遗传性状变异。
1133、突变的表型效应、突变的表型效应(phenotypic(phenotypiceffect)effect)突变不一定能产生遗传效应突变不一定能产生遗传效应即使产生了遗传效应,也不一定就能直观即使产生了遗传效应,也不一定就能直观看出看出12(11)突变不改变表型)突变不改变表型同义突变和沉默突变同义突变和沉默突变变异后合成新的氨基酸没有影响多肽的正变异后合成新的氨基酸没有影响多肽的正常功能常功能13(22)显性突变和隐性突变的表型效应)显性突变和隐性突变的表型效应纯合体显性基因突变:
纯合体显性基因突变:
AAAA、aaaa纯合体隐性基因突变:
纯合体隐性基因突变:
AAAA、aaaa杂合体显性基因突变:
杂合体显性基因突变:
AAaa杂合体隐性基因突变:
杂合体隐性基因突变:
AAaa14(33)突变的表型与环境)突变的表型与环境突变后的个体被环境淘汰,如个体死亡突变后的个体被环境淘汰,如个体死亡环境条件不适合时表型不体现,如氨基酸环境条件不适合时表型不体现,如氨基酸缺陷型缺陷型15二、突变型的种类二、突变型的种类形态突变型形态突变型生化突变型生化突变型条件致死突变型条件致死突变型致死突变型致死突变型抗性突变型抗性突变型161.1.形态突变型形态突变型形态突变是一种可见突变,包括:
形态突变是一种可见突变,包括:
菌落菌落形状大小、颜色、表面结构、孢子形状大小、颜色、表面结构、孢子数量和颜色;数量和颜色;细胞形态细胞形态鞭毛、荚膜、菌体形状、大小鞭毛、荚膜、菌体形状、大小、孢子形态和大小;、孢子形态和大小;细胞结构细胞结构细胞膜透性等;细胞膜透性等;噬菌体噬菌体噬菌斑形状、大小及清晰度等。
噬菌斑形状、大小及清晰度等。
172.2.条件致死突变型条件致死突变型条件致死突变(条件致死突变(conditionallethalmutationconditionallethalmutation)是)是一类遗传学分析最有用的突变型,它们的生命分一类遗传学分析最有用的突变型,它们的生命分界线由某种条件决定。
这种突变体在允许条件下界线由某种条件决定。
这种突变体在允许条件下存活,在限制条件下致死。
存活,在限制条件下致死。
温敏突变型,它们在一定温度下致死,在另一种温度温敏突变型,它们在一定温度下致死,在另一种温度下表现正常的生命活动。
下表现正常的生命活动。
脱敏突变,又称抑制敏感突变(脱敏突变,又称抑制敏感突变(sensitivityrestrictingsensitivityrestrictingmutationmutation),在抑制基因存在时能生长繁殖,而抑制),在抑制基因存在时能生长繁殖,而抑制基因消失时就停止生长繁殖。
基因消失时就停止生长繁殖。
183.3.致死突变型致死突变型突变使多肽链完全丧失活性,引起致死,突变使多肽链完全丧失活性,引起致死,尤其是染色体畸变更易造成这种现象。
尤其是染色体畸变更易造成这种现象。
显性致死(杂合状态)显性致死(杂合状态)隐性致死(纯合状态)隐性致死(纯合状态)194.4.抗性突变型抗性突变型抗性突变(抗性突变(resistancemutation)resistancemutation)最为常最为常见见包括包括抗药突变抗药突变抗噬菌体突变抗噬菌体突变抗高温突变抗高温突变抗辐射突变抗辐射突变205.5.生化突变型生化突变型可引起生化代谢的变化的突变称为生化突变可引起生化代谢的变化的突变称为生化突变(biochemicalmutation)(biochemicalmutation)。
最典型的是营养缺陷型,它从野生型基因突变形成。
其特点是最典型的是营养缺陷型,它从野生型基因突变形成。
其特点是由于突变而失去合成某种代谢物质的能力,如氨基酸、维生素由于突变而失去合成某种代谢物质的能力,如氨基酸、维生素等,当环境中缺乏这种物质它就不能生长繁殖。
反之,只有给等,当环境中缺乏这种物质它就不能生长繁殖。
反之,只有给它补充了这种物质,才能具有正常的生命活动。
它补充了这种物质,才能具有正常的生命活动。
还有糖类分解发酵突变株、色素形成突变株及有益代谢产物生还有糖类分解发酵突变株、色素形成突变株及有益代谢产物生产能力突变株。
产能力突变株。
21三突变体的形成与表型延迟三突变体的形成与表型延迟突变体形成的三个步骤:
突变体形成的三个步骤:
诱变剂与诱变剂与DNADNA接触接触突变发生突变发生突变体形成突变体形成表型延迟表型延迟2211、突变体形成、突变体形成
(1)
(1)诱变剂与诱变剂与DNADNA接触接触
(2)
(2)突变发生突变发生(3)(3)突变体形成突变体形成23
(1)
(1)诱变剂与诱变剂与DNADNA接触接触诱变剂需经过以下途径才能与诱变剂需经过以下途径才能与DNADNA接触接触:
细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体24
(2)
(2)突变发生突变发生DNADNA处于复制状态有利于突变的发生处于复制状态有利于突变的发生25(3)(3)突变体形成突变体形成并且不是所有的突变都能形成突变体(突并且不是所有的突变都能形成突变体(突变要经复制才能形成突变体)变要经复制才能形成突变体)突变可能被修复突变可能被修复262.2.表型延迟表型延迟表型延迟(表型延迟(phenotypelagphenotypelag)现象是指微)现象是指微生物通过自发突变或人工诱变而产生新的生物通过自发突变或人工诱变而产生新的基因型个体所表现出来的遗传特性不能在基因型个体所表现出来的遗传特性不能在当代出现,其表型的出现必须经过当代出现,其表型的出现必须经过22代以代以上的繁殖复制。
上的繁殖复制。
27延迟的原因:
延迟的原因:
当突变发生在多核细胞中的某一个核当突变发生在多核细胞中的某一个核原有基因产物的影响原有基因产物的影响28第二节回复突变和抑制突变第二节回复突变和抑制突变正向突变、回复突变和抑制突变正向突变、回复突变和抑制突变基因内抑制突变基因内抑制突变基因间抑制突变基因间抑制突变基因间间接抑制突变基因间间接抑制突变291.1.正向突变、回复突变和抑制突变正向突变、回复突变和抑制突变正向突变正向突变(forwardmutation)(forwardmutation):
是指改变野生型性状的突变。
是指改变野生型性状的突变。
回复突变回复突变(backmutation(backmutation或或reversemutation)reversemutation):
突变体所失去的野生型性状可以通过第二次突变得到恢复,这突变体所失去的野生型性状可以通过第二次突变得到恢复,这种第二次突变叫做回复突变。
种第二次突变叫做回复突变。
抑制突变抑制突变(suppressormutation)(suppressormutation):
真正的原位回复突变很少,而大多数是第二位点突变,即原来真正的原位回复突变很少,而大多数是第二位点突变,即原来位点的突变依然存在,而它的表型效应被基因组中第二位点的位点的突变依然存在,而它的表型效应被基因组中第二位点的突变所抑制,因而又称为抑制突变。
突变所抑制,因而又称为抑制突变。
302.2.基因内抑制突变基因内抑制突变(intragenic(intragenicsuppressors)suppressors)发生在正向突变的基因之中。
发生在正向突变的基因之中。
错义突变和移码突变都可被基因内另一位错义突变和移码突变都可被基因内另一位点的突变所抑制。
点的突变所抑制。
有些基因内抑制突变表现为温度敏感型。
有些基因内抑制突变表现为温度敏感型。
移码突变的回复突变几乎全是基因内抑制移码突变的回复突变几乎全是基因内抑制突变。
突变。
错义突变的基因内抑制突变错义突变的基因内抑制突变323.3.基因间抑制突变基因间抑制突变基因间无义抑制突变基因间无义抑制突变基因间错义抑制突变基因间错义抑制突变基因间移码抑制突变基因间移码抑制突变温度敏感抑制突变和抑制增强突变温度敏感抑制突变和抑制增强突变33(11)基因间无义抑制突变)基因间无义抑制突变无义密码子(琥珀密码子无义密码子(琥珀密码子UAGUAG)使肽链合成终止。
)使肽链合成终止。
突变的突变的tRNAtRNA反密码子与无义密码子互补。
反密码子与无义密码子互补。
能抑制正向突变表型的突变了的能抑制正向突变表型的突变了的tRNAtRNA称为抑制称为抑制tRNA(suppressortRNA)tRNA(suppressortRNA)。
抑制抑制tRNAtRNA不是细胞对无义突变应答的产物,而是自发不是细胞对无义突变应答的产物,而是自发突变或诱变的结果。
突变或诱变的结果。
34抑制抑制tRNAtRNA对无义突变的抑制对无义突变的抑制思考:
思考:
突变的突变的tRNAtRNA校正基因是否会影响正常的终校正基因是否会影响正常的终止?
止?
(1)
(1)校正基因识别的终止密码子不一定和正常终止的密码校正基因识别的终止密码子不一定和正常终止的密码子相同。
有时正常终止位点有两个连续的终止密码子子相同。
有时正常终止位点有两个连续的终止密码子,而且结构不同,如,而且结构不同,如UAG-UAAUAG-UAA;
(2)
(2)释放因子将和抑制基因竞争和终止密码子的结合;释放因子将和抑制基因竞争和终止密码子的结合;(3)(3)抑制基因的效率很低,通常为抑制基因的效率很低,通常为15%15%,所以常不会抑,所以常不会抑制正常终止。
制正常终止。
校正基因一般不会影响正常的终止校正基因一般不会影响正常的终止37(22)基因间错义抑制突变)基因间错义抑制突变如:
如:
错义突变:
错义突变:
GGA(Gly)GGA(Gly)AGA(Arg)AGA(Arg),蛋白质失活;,蛋白质失活;Gly-tRNAGly-tRNA的反密码子:
的反密码子:
CCUCCUUCUUCU仍将仍将GlyGly安插在错义突变的密码子安插在错义突变的密码子AGAAGA处,蛋白质恢复处,蛋白质恢复活性;活性;如果安插的氨基酸不是甘氨酸而是其他氨基酸,只要能恢如果安插的氨基酸不是甘氨酸而是其他氨基酸,只要能恢复或部分恢复蛋白质活性,都表现出错义抑制效应。
复或部分恢复蛋白质活性,都表现出错义抑制效应。
38(33)基因间移码抑制突变)基因间移码抑制突变移码突变也可由移码突变也可由tRNAtRNA分子结构的改变而分子结构的改变而被抑制。
被抑制。
如如E.coliE.coli的突变的突变tRNAtRNAGlyGly在它的反密码子在它的反密码子looploop上增加了一个上增加了一个CC、反密码子成了、反密码子成了CCCCCCCC,因,因而能识别移码突变而能识别移码突变GGGGGGGG,从而矫正了由,从而矫正了由于插人一个碱基造成的移码突变。
于插人一个碱基造成的移码突变。
39(44)温度敏感抑制突变和抑制增强突变)温度敏感抑制突变和抑制增强突变琥珀型琥珀型(amber)(amber)突变的抑制突变的抑制tRNAtRNA表现出温度敏感性:
表现出温度敏感性:
在在3030时产生抑制,在时产生抑制,在4242时不能。
时不能。
(即(即3030下正常生长,下正常生长,4242下死亡)下死亡)若在较高温度时也能生长,称为抑制增强突变若在较高温度时也能生长,称为抑制增强突变(Sue,(Sue,suppressorenhancingmutation)suppressorenhancingmutation)SueSue突变对非温度敏感的抑制突变同样能增强抑制效应。
突变对非温度敏感的抑制突变同样能增强抑制效应。
(即(即3030下正常生长,下正常生长,4242下也能正常生长)下也能正常生长)404.4.基因间间接抑制突变基因间间接抑制突变直接抑制突变直接抑制突变(directsuppressors)(directsuppressors)通过恢复或部分恢复原来基因蛋白产物的功能。
通过恢复或部分恢复原来基因蛋白产物的功能。
所有基因内抑制突变的作用都是直接的。
所有基因内抑制突变的作用都是直接的。
一些改变翻译性质的基因间抑制突变的作用也是直接的。
一些改变翻译性质的基因间抑制突变的作用也是直接的。
间接抑制突变间接抑制突变(indirectsuppressors)(indirectsuppressors)不恢复正向突变基因的蛋白质产物的功能;不恢复正向突变基因的蛋白质产物的功能;通过改变其他蛋白质的性质或表达水平而补偿原来突变而造成的缺陷通过改变其他蛋白质的性质或表达水平而补偿原来突变而造成的缺陷,使野生型表型得以恢复。
,使野生型表型得以恢复。
41基因间间接抑制突变基因间间接抑制突变两个基因的多肽产物突变互补;两个基因的多肽产物突变互补;反应途径中不同酶活性的此消彼长;反应途径中不同酶活性的此消彼长;绕过被阻断的步骤绕过被阻断的步骤;有害物质的积累被提高的分解酶的活性或有害物质的积累被提高的分解酶的活性或将其纳入其他生化反应而消除。
将其纳入其他生化反应而消除。
42基因间间接抑制突变途径之一基因间间接抑制突变途径之一435.5.增变基因和突变热点增变基因和突变热点增变基因增变基因(mutatorgene)(mutatorgene)与整个基因组的突变频率直接相关的基因,如与整个基因组的突变频率直接相关的基因,如DNADNA聚合酶的各个基因,其聚合酶的各个基因,其33一一55校对功能丧失或降低校对功能丧失或降低damdam基因和基因和mutmut基因突变,使错配修复系统功能丧失基因突变,使错配修复系统功能丧失突变热点突变热点(hotspotsofmutation)(hotspotsofmutation)某些位点的突变频率高于平均数。
原因为:
某些位点的突变频率高于平均数。
原因为:
55甲基胞嘧啶的存在,或甲基胞嘧啶的存在,或在短的连续重复序列处容易发生插入或缺失突变,插入或缺失的正是这一在短的连续重复序列处容易发生插入或缺失突变,插入或缺失的正是这一重复序列。
重复序列。
与所使用的诱变剂有关。
与所使用的诱变剂有关。
44第三节突变的修复第三节突变的修复复制前修复复制前修复切补修复切补修复(针对任意碱基或嘧啶二聚体)(针对任意碱基或嘧啶二聚体)光复活光复活(针对嘧啶二聚体)(针对嘧啶二聚体)复制后修复复制后修复重组修复重组修复(针对嘧啶二聚体)(针对嘧啶二聚体)SOSSOS修复修复(针对嘧啶二聚体)(针对嘧啶二聚体)45切补修复切补修复(excisionrepair)(excisionrepair)是在限制性内切核酸酶、外切核酸是在限制性内切核酸酶、外切核酸酶、酶、DNADNA聚合酶及连接酶协同作用下进聚合酶及连接酶协同作用下进行的。
行的。
整个修复过程不需要可见光,在黑暗条件整个修复过程不需要可见光,在黑暗条件下就可以修补。
因此也称为暗修复。
下就可以修补。
因此也称为暗修复。
46切补修复的机理切补修复的机理碱基切除(碱基切除(BaseexcisionBaseexcision)糖基化酶系统糖基化酶系统(针对任意碱基)(针对任意碱基)核苷酸切除(核苷酸切除(NucleotideexcisionNucleotideexcision)uvrABCuvrABC系统系统(针对嘧啶二聚(针对嘧啶二聚体)体)错配修复(错配修复(MismatchrepairMismatchrepair)mutHLSmutHLS修复途径修复途径(针对任意碱基)(针对任意碱基)47碱基切除过程碱基切除过程(针对任意碱基)(针对任意碱基)1.1.糖基化酶识别改变了的碱基糖基化酶识别改变了的碱基,把碱基从,把碱基从N-N-糖苷键处切下糖苷键处切下来。
来。
2.2.由无嘧啶核酸内切酶在无嘧由无嘧啶核酸内切酶在无嘧啶位置上切断磷酸二酯键。
啶位置上切断磷酸二酯键。
3.3.利用利用DNADNA聚合酶聚合酶II切除损切除损伤部位,补上核苷酸。
伤部位,补上核苷酸。
4.DNA4.DNA连接酶连接。
连接酶连接。
48核苷酸切除过程核苷酸切除过程(针对嘧啶二聚体)(针对嘧啶二聚体)1.uvrA1.uvrA和和uvrBuvrB的复合物蛋白的复合物蛋白识别损伤部位。
识别损伤部位。
2.2.发现二聚体后,发现二聚体后,uvrAuvrA解离解离,uvrCuvrC加入。
加入。
3.uvrB3.uvrB和和uvrCuvrC在损伤部位的在损伤部位的两端造成单链缺口。
两端造成单链缺口。
4.4.损伤部位的损伤部位的DNADNA被一种被一种helicaseIIhelicaseII(uvrDuvrD)移走。
)移走。
5.DNA5.DNA上的缺口由上的缺口由DNADNApolymeraseIpolymeraseI和和ligaseligase填补。
填补。
49错配修复过程错配修复过程(针对任意碱基)(针对任意碱基)1.1.母链和子链的识别。
母链和子链的识别。
DNADNA腺嘌呤甲基化酶使腺嘌呤甲基化酶使GATCGATC中的中的AA甲基化,为母链。
甲基化,为母链。
2.mutHLS2.mutHLS复合体与错配位点及最近的甲基化的复合体与错配位点及最近的甲基化的GATCGATC结合。
结合。
3.3.在新合成的链上形成两个缺口,错配链被移走在新合成的链上形成两个缺口,错配链被移走。
4.DNA4.DNA上的缺口由上的缺口由DNApolymeraseIDNApolymeraseI和和ligaseligase填补。
填补。
50配修程错复过51光复活是指光诱导后使损伤的光复活是指光诱导后使损伤的DNADNA修复。
修复。
TherepairofultravioletirradiatedDNAbythecleavageofTherepairofultravioletirradiatedDNAbythecleavageofpyrimidinedimerspyrimidinedimersiscatalyzedbythephotolyaseiscatalyzedbythephotolyase,anenzymethatanenzymethatrequirespost-irradiationexposuretovisiblelight.requirespost-irradiationexposuretovisiblelight.细菌经紫外线照射后,再放在可见光下,存活率大大提高,并且突细菌经紫外线照射后,再放在可见光下,存活率大大提高,并且突变频率降低。
变频率降低。
在许多生物,如酵母菌、原生动物、藻类、动植物中均存在这种修在许多生物,如酵母菌、原生动物、藻类、动植物中均存在这种修复机制。
复机制。
光复活光复活(Photoreactivation)(Photoreactivation)(针对嘧啶二聚体)(针对嘧啶二聚体)52TherepairofultravioletirradiatedDNAbythecleavageTherepairofultravioletirradiatedDNAbythecleavageofpyrimidinedimersofpyrimidinedimersiscatalyzedbythephotolyaseiscatalyzedbythephotolyase,ananenzymethatrequirespost-irradiationexposuretovisibleenzymethatrequirespost-irradiationexposuretovisiblelight.light.经紫外线照射后的经紫外线照射后的DNADNA的修复是通过光裂合酶的作用而的修复是通过光裂合酶的作用而把嘧啶二聚体打开,这种酶所进
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