分子生物学5课件.ppt
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1、分子生物学分子生物学52022-11-21分子生物学5第四节第四节 突变类型突变类型 第五节第五节 回复突变回复突变(抑制突变抑制突变)第六节第六节 突变剂和突变生成突变剂和突变生成 概述:损伤因素及其类型概述:损伤因素及其类型 第一节第一节 复制过程中的错配修复复制过程中的错配修复 第二节第二节 损伤修复损伤修复 第三节第三节 限制和修饰限制和修饰分子生物学5 引起损伤的因素引起损伤的因素:自发性损伤自发性损伤(复制复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、中的损伤、碱基的自发性化学改变、自发脱碱基、自发脱碱基、细胞的代谢产物对细胞的代谢产物对DNA的损伤的损伤)物理因素引起的损伤物理因素引起的损
2、伤(电离辐射、紫外线电离辐射、紫外线)化学因素引起的损伤化学因素引起的损伤(烷化剂、碱基类似物)(烷化剂、碱基类似物)引起损伤的类型: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、链代)、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联(链内、链 间)、间)、嘧啶二聚体嘧啶二聚体等等等等 分子生物学5 广义的修复系统:广义的修复系统:DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能(复制的范畴复制的范畴)尿嘧啶尿嘧啶-N-糖苷酶修复系统糖苷酶修复系统 (复制时(复制时U的渗入、的渗入、C脱氨氧化成脱氨氧
3、化成U)错配修复系统错配修复系统 损伤修复系统损伤修复系统(光复活、重组修复、光复活、重组修复、SOS修复等修复等)限制修饰系统限制修饰系统-对付外源对付外源DNADNA的入侵的入侵分子生物学5第一节第一节 复制过程中的错配复制过程中的错配的修复的修复 分子生物学5DNA mismatch+-A-C-DNApol(=10-8)经第二次校正经第二次校正=10-11错配修复错配修复系统系统(MRSMismatch RepairSystem)1、错配修复碱基来源:、错配修复碱基来源:校正活性所漏校的碱基校正活性所漏校的碱基 使复制的保真性提高使复制的保真性提高102103倍倍分子生物学52、错配修复
4、系统(、错配修复系统(Mismatch repair system)DNA polymeraseHelicase SSB 外切核酸酶外切核酸酶(和和)连接酶连接酶MCE(mismatch correct enzyme)3 subunits mutH,L,S dam geneDNA腺嘌呤甲基化酶腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶甲基化酶)扫描新生链中错配碱基扫描新生链中错配碱基识别新生链中非识别新生链中非 m6A 的的GATC序列序列酶切含错配碱基的新生酶切含错配碱基的新生DNA区段区段(1 1)组成)组成分子生物学5 DNADNA合成过程中的甲基化变化合成过程中的甲基化变化DNA中的中的GATC(
5、palindromic seq.)为为m6A甲基化敏感位点甲基化敏感位点平均每平均每2kb左右有一左右有一GATC seq.错配修复系统受甲基化的引导错配修复系统受甲基化的引导分子生物学5 甲基化程度的差异甲基化程度的差异a、MutH/MutS 扫描识别错配扫描识别错配 碱基和邻近的碱基和邻近的GATC序列序列 切点甲基化切点甲基化GATC中中 G的的5侧侧 DNA helicase II,SSB,exonuclease I去除包括错去除包括错 配碱基的片段配碱基的片段 DNA polymerase III 和和 DNA ligase 填充缺口填充缺口昂贵的代价用于保证昂贵的代价用于保证DNA
6、DNA的准确性的准确性(2 2)修复过程修复过程 分子生物学5外切核酸酶外切核酸酶切割切点的切割切点的55端(错配碱基在切点的端(错配碱基在切点的55端)端)-3-3端(端(-3-3端)端)分子生物学53、尿嘧啶尿嘧啶-N-糖苷酶系统糖苷酶系统(ung system)修复尿嘧啶的来源:修复尿嘧啶的来源:dUTP的渗入的渗入 胞嘧啶的自发脱氨氧化胞嘧啶的自发脱氨氧化分子生物学5-TAGC-ATCG-TAGC-A CG-U-TAGC-ung-ase GCUAU-TAGC-A CG-AP内切酶内切酶(Apurinase)-TAGC-ATCG-DNApolLigase 分子生物学5 第二节第二节 DN
7、A损伤的修复损伤的修复分子生物学5一、嘧啶二聚体的产生一、嘧啶二聚体的产生 类型:类型:TT二聚体二聚体()、)、CC二聚体(二聚体()、)、CT二聚体(二聚体()()(P131页)页)TTCCCT相邻的胸腺嘧啶相邻的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体CCCCCCCC分子生物学5分子生物学5 PR1、光复活(、光复活(photo reactivation)-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA-复制前、不容易出错复制前、不容易出错 400 nm 蓝光、蓝光、PR 酶酶 (photo-reactivation enzyme)光敏裂合酶(光敏裂合酶(photolyase)可见光激活可见
8、光激活 二、二聚体修复的机制二、二聚体修复的机制分子生物学52.2.切除修复切除修复ExisionRepairExisionRepair 复制前进行复制前进行 不易出错不易出错UvrA,B,C gene 内切核酸酶内切核酸酶(Endonucleases)外切核酸酶外切核酸酶(Exonuclease)DNA pol Ligase 碱基切除修复碱基切除修复核苷酸切除修复核苷酸切除修复碱基切除修复碱基切除修复核苷酸切除修复核苷酸切除修复分子生物学5ABA BCA B CA BCAB螺旋酶螺旋酶Pol 螺旋酶螺旋酶连接酶连接酶切切补补切切封封分子生物学53.3.重组修复(重组修复(Recombinat
9、iveRepairRecombinativeRepair)后复制修复、后复制修复、E.coli的挽回系统的挽回系统E.coli 存活存活%U.V 计量计量w.t.UvrA+RecA+uvr a-rec a-该系统存在的实验证据该系统存在的实验证据分子生物学5 Rec-A.gene 以某种方式参与以某种方式参与DNA损伤修复损伤修复 Rec修复系统比切除修复系统更有效修复系统比切除修复系统更有效 目前知道目前知道 Uvr系统负责切除二聚体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系统负责消除没有被切除的二聚体 可能造成的后果可能造成的后果分子生物学5TT TTAA AATT TTT
10、T TTAA AATT TT变性变性 E.coli(Rec-A,uvr-a-)D.S.DNAS.S.DNAU.V.复制复制提取提取 变性变性复制过程越过二聚体而在相应新链上留下缺口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二聚体后起始 修复时期的证明修复时期的证明分子生物学5 与与Rec-A蛋白引起的重组蛋白引起的重组(strand transfer)有关有关 TT dimer未被修复,仅表现在后代群体中未被修复,仅表现在后代群体中TT dimer 浓度的稀释浓度的稀释 链的非准确转移,导致突变机率的增加链的非准确转移,导致突变机率的增加 修复相关机制修复相关机制:分子生物学5 重组
11、修复重组修复(链转移修复链转移修复)复制后修复复制后修复 容易出错容易出错 RecA,DNApolymerae ligase二聚体后起始二聚体后起始 RecA 聚合酶、连接酶聚合酶、连接酶重组修复后的损伤位点可重组修复后的损伤位点可由其它机制进一步修复由其它机制进一步修复分子生物学54.4.易错修复(易错修复(SOSSOS修复修复 SOS repair SOS repair)E.coliE.coliE.coli 80 10 100mut.100%50%10%损坏的噬菌体损坏的噬菌体 DNA 在在E.coli A被修复被修复 E.coli 的的SOS修复能被修复能被U.V.诱导诱导(A&B)SO
12、S 修复过程有非常高的突变频率修复过程有非常高的突变频率(易出错易出错)ABCUV 复活复活或或 W复活(复活(Jean Weigh)(1 1)实验证据实验证据分子生物学5(2)SOS 修复机制修复机制 SOS 修复无模板指导的修复无模板指导的DNA复制复制 大剂量的紫外线照射,大量的二聚体产生大剂量的紫外线照射,大量的二聚体产生 SOS系统诱导,错误潜伏的复系统诱导,错误潜伏的复制超越二聚体而进行制超越二聚体而进行错误碱基错误碱基分子生物学5 SOS 修复只是修复只是SOS反应的一部分反应的一部分 RecA在在SOS反应反应反应中起核心作用反应中起核心作用 RecA与与LexA组成组成调控环
13、路调控环路DNA 损伤损伤 SOS RecA RecA受受LexALexA的的部分抑制部分抑制分子生物学5RecA-P;三种功能三种功能a、DNA 重组活性重组活性b、与与S.S.DNA结合活性结合活性c、少数蛋白的少数蛋白的proteinase活性活性当当DNA正常复制时正常复制时(无复制受阻,无(无复制受阻,无DNA损伤,损伤,无无TT dimer)RecA-p不表现不表现proteinase活性活性分子生物学5当当DNA复制受阻复制受阻/DNA damaged细胞内原少量表达的细胞内原少量表达的RecA-p与与S.S,DNA结合结合激活激活RecA-p的的proteinase活性活性修复
14、损伤修复损伤LexA-p降解降解RecA-p高效表达高效表达 SOS open分子生物学5分子生物学5当当DNA复制度过难关后复制度过难关后SOS repair 是一种错误倾向性极强的修复机制是一种错误倾向性极强的修复机制是进化中形成的是进化中形成的“竭尽全力,治病救人竭尽全力,治病救人”的措施的措施(正常状态下,(正常状态下,SOS是关闭的)是关闭的)RecA-p很快消失很快消失LexA gene onSOS off分子生物学5第三节第三节 限制和修饰限制和修饰分子生物学5 1、限制修饰现象限制修饰现象(restriction and modificaion)50年代初年代初 Luria(T
15、偶数噬菌体)偶数噬菌体)Bertani()Weigle(P2噬菌体)噬菌体)分子生物学5结论:结论:菌体限制修饰系统中的限制性内切酶能将外来菌体限制修饰系统中的限制性内切酶能将外来DNA切断切断 菌体本身的菌体本身的DNA可受甲基化酶的保护可受甲基化酶的保护 两者称为限制两者称为限制-修饰作用修饰作用*E.coli K菌株和菌株和 B菌株各有自己的限制修饰系统菌株各有自己的限制修饰系统*E.coli C菌株没有菌株没有细菌借助于细菌借助于限制限制-修饰系统修饰系统来区别自己来区别自己DNA和外源和外源DNA分子生物学5 自己自己DNA:限制模式相同的限制模式相同的DNA 同株系的不同个体同株系
16、的不同个体DNA、寄生于其中的质粒和噬菌体、寄生于其中的质粒和噬菌体 居民居民DNA(resident DNA):同一个细胞内的不同类型的:同一个细胞内的不同类型的DNA,包括细胞包括细胞DNA,质粒,质粒DNA,噬菌体,噬菌体DNA等等分子生物学5 2、限制修饰系统、限制修饰系统 根据其特征分为两大组根据其特征分为两大组(三大类三大类)分子生物学5第四节第四节 突变类型突变类型 分子生物学5 染色体突变(染色体突变(Chromosome mutation)chromosome number chromosome structure 核苷酸突变(核苷酸突变(dNt point mutation
17、)突变突变(mutation):可以通过复制而遗传的:可以通过复制而遗传的DNA结构结构 的任何永久性改变的任何永久性改变遗传状态遗传状态分子生物学5 突变体突变体(mutant):携带突变的生物个体或群体或株系:携带突变的生物个体或群体或株系 突变基因突变基因(mutantgene):存在突变位点的基因存在突变位点的基因野生型基因(野生型基因(wild type gene):):表示方法表示方法 表现型表现型 Arg+Arg-基因型基因型 arg+arg-野生型野生型 正性状正性状 分子生物学51、从、从突变作用来源上定义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自发突变自然界
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