分子生物学课件第五章-DNA的损伤、修复和基因突变.ppt

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,*,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,*,DNA,的损伤、修复和基因突变,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1 DNA,损伤,1.1,损伤因素及其类型,DNA,结构和功能发生改变。,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,后果,癌症、畸形、遗传病等等,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1 DNA,损伤,1.2,损伤修复,将,DNA,分子中的受损伤部分切除，以完整的那条链为模板再重新合成。,特异内切酶、,DNA,聚合酶、,DNA,外切酶、,DNA,连接酶,均参与。（发生在,DNA,复制前）,1.2.1,切除修复,(,Exision-Repair,),第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,A,B,A B,C,A B C,A B,C,A,B,螺旋酶,Pol,+,螺旋酶,连接酶,切,补,切,封,E.Coli ABC,切除修复系统,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1 DNA,损伤,1.2,损伤修复,1.2.2,错配修复,(MRS,Mismatch Repair System),修复,DNA,复制过程中校正活性所漏校的碱基，使复制的保真性提高,10,2,10,3,倍。,DNA mismatch,+,-A-,-,-,C,-,DNApol(,=10,-8,),经第二次校正,=10,-11,错配修复系统,(MRS,Mismatch,Repair System),第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,DNA polymerase,Helicase SSB,外切核酸酶,(,和,),连接酶,MCE,(mismatch correct enzyme),3 subunits,mutH,L,S,dam gene,DNA,腺嘌呤甲基化酶,(,m,6,A,甲基化酶,),组成,1.2.2,错配修复,(MRS,Mismatch Repair System),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,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,DNA,合成过程中的甲基化变化,DNA,中的,GATC(palindromic seq.),为,m,6,A,甲基化敏感位点,平均每,2kb,左右有一,GATC seq.,错配修复系统受甲基化的引导,1.2.2,错配修复,(MRS,Mismatch Repair System),第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,甲基化程度的差异,a,、,MutS/MutL,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,DNA helicase II,SSB,exonuclease I,去除包括错配碱基的片段,DNA polymerase III,和,DNA ligase,填充缺口,昂贵的代价用于保证,DNA,的准确性,修复过程,1.2.2,错配修复,(MRS,Mismatch Repair System),第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,光复活（,photo reactivation,）,紫外光,T-T,二聚体,可见光激活该酶,400 nm,蓝光,只有高等哺乳动物该功能退化掉了。,例 对细菌紫外诱变或杀灭时尽量保持暗环境。,光复活酶结合于损伤部位,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1.2.3,直接修复,O6-,甲基鸟嘌呤,-DNA,甲基转移酶（,MGMT,）直接修复,将甲基转移到酶自身的半胱氨酸残基上。,单链断裂修复,DNA,连接酶连接断裂单链即可。,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1 DNA,损伤,1.2,损伤修复,1.2.4,重组修复（,Recombination Repair,）,复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。该修复发生于复制后。,参与的酶及蛋白质主要有：,重组蛋白,RecA,，,pol,，连接酶。,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,*,复制,DNA,聚合酶、连接酶补缺,提问：,原损伤部位没有修复，对后代影响大吗？,在后代中只有一个个体含有该条,DNA,，后代越多，影响比例越小，等于消除影响。,1.2.4,重组修复（,Recombination Repair,）,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1 DNA,损伤,1.2,损伤修复,1.2.5 SOS,应急反应和易错修复,SOS,应急反应：,许多能造成,DNA,损伤或抑制,DNA,复制的过程能引起一系列的诱导效应。,SOS,应急反应可以诱导修复系统。,错配修复,直接修复,切除修复,重组修复,SOS,诱导的修复系统,避免差错的修复,易产生差错的修复,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1.2.5 SOS,应急反应和易错修复,易错修复（,SOS,修复，,SOS repair,）,DNA,损伤面太大，复制难以继续。,诱导校对能力差的,DNA,聚合酶形成，局部“乱配”。,修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多。,SOS,系统诱导，错误潜伏的复制超越二聚体而进行,进化、变种、癌症、诱变育种等等都是基于这一机理！,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1.2.5 SOS,应急反应和易错修复,SOS,修复机制,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,SOS,RecA,受,LexA,的部分抑制,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1.2.5 SOS,应急反应和易错修复,SOS,修复机制,RecA-P;,三种功能,a,、,DNA,重组活性,b,、与,ssDNA,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,TT dimer,）,RecA,不表现,proteinase,活性,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1.2.5 SOS,应急反应和易错修复,SOS,修复机制,当,DNA,复制受阻,/DNA damaged,细胞内原少量表达的,RecA,与,ssDNA,结合,激活,RecA,的,proteinase,活性,修复损伤,LexA,降解,RecA,高效表达,SOS open,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1.2.5 SOS,应急反应和易错修复,SOS,修复机制,当,DNA,复制度过难关后,SOS repair,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,很快消失,LexA gene on,SOS off,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1,基因突变（,mutation,）,基因内遗传物质发生可遗传的结构和数量的变化，产生一定的表型。,染色体突变（,Chromosome mutation,）,chromosome number,chromosome structure,核苷酸突变（,dNt point mutation,）,突变,自发突变：,在自然条件下发生的突变,诱发突变：,外界因素（化学和物理因素）引起的 突变,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1.1,引发突变的因素,1,基因突变（,mutation,）,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1.2,突变类型,1,基因突变（,mutation,）,从序列改变多少上定义,单点突变,(point mutation)(,点突变,),多点突变,(multiple mutation),点突变,：一个改变，包括,碱基替代、碱基插入、碱基缺失,碱基替代,（,conversion,）,转换,(transition),Py Py,Pu Pu,颠换,(transvertion),Py Pu,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,1.2,突变类型,1,基因突变（,mutation,）,核苷酸缺失或插入（,dNt deletion or insertion,）,=3x dNt,n x Amino acid,=3x dNt,移框（,Framshift,）,移框突变（,frameshift mutation,）,:,一个或两个碱基的插入,或缺失，或扁平碱性染料分子,.,从对阅读框的影响上定义,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,Examples of deletion mutations,第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,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,GA,A,GAG Gl,u,1.2,突变类型,1,基因突变（,mutation,）,从对遗传信息的改变上定义,（点突变）,-,错义突变,G,AA,A,AA,Lys,-,无义突变,G,AA,T,AA (stop),第五章,DNA,的损伤、修复和基因突变,