分子生物学 第四章

第四章突变、重组、修复基因组改变基因组改变是进化的基础基因组改变的类型：1)突变(mutation)小范围序列改变单个或几个核苷酸的替换、插入、缺失来源于DNA复制错误或诱变破环。2)重组(recombination)大范围序列重建同源重组、转座来源于染色体内或染色体间序列的交换。基因组改变与修复第一节突变复制中的突变复制中的自发错误尽管DNA聚合酶存在校正能力，但是但突变仍不可避免大肠杆菌的复制错误率1/107，经修复后基因组复制总错误率降至1/1011-10点突变转换嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶颠换嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤插入或缺失出现在编码区可能导致移码其它区域可能导致多态性（复制滑移）物理和化学诱变导致突变化学：1）碱基类似物替代标准碱基参与复制5-溴尿嘧啶和2-氨基嘌呤2）脱氨3）烷化4）嵌入溴化乙锭物理：1）紫外辐射形成嘧啶二聚体2）电离辐射3）加热突变可能不影响基因组存在很多不影响基因组功能的突变沉默突变：1）突变在基因间非调控区域或基因间非编码区域，对整体基因组功能无影响的突变。可发生在人类基因组的98.5%。2）编码区的突变不影响编码蛋白的氨基酸序列，同义突变点突变对基因编码区的四种影响同义：突变后，由于密码子兼并性，而不影响所编码的氨基酸非同义：引起氨基酸的错误编码无义：引起过早终止通读：引起无法终止编码区的插入或缺失突变可能导致不同的影响插入或缺失的核苷酸是3的倍数，仅影响个别氨基酸，因此影响可能较小非3的倍数，将导致移码非编码区突变可能影响基因组的功能基因表达调控区域的突变：顺式作用元件，如核心启动子、关键调节序列内含子剪接位点的突变：如5’剪接点第二节修复DNA聚合酶确保DNA复制精确性的机制核苷酸选择聚合前选择正确的核苷酸校对3’到5’外切酶活性，聚合后切除错配的核苷酸四类DNA修复系统直接修复切除修复针对诱变损伤错配修复针对复制错误重组修复人类DNA修复基因切除修复主要修复系统，人类参与蛋白最多的修复系统碱基切除单核苷酸切除15个基因参与核苷酸切除一段核苷酸切除28个基因参与碱基切除修复DNA糖基化酶切除碱基，产生无碱基（AP）位点AP内切核酸酶产生单核苷酸切口DNA聚合酶填补碱基DNA连接酶连接断裂核苷酸切除与UvrAB修复系统错配修复中子代DNA的识别针对复制错误，所以发生与子代DNA分子一个问题：如何区分子代DNA分子?大肠杆菌中子代新生分子尚未甲基化，从而可以区分甲基化位点：5’-GATC-3’A甲基化5’-CCA/TGG-3’C甲基化错配修复与Mut修复系统双链断裂修复比单链损伤严重可能由电离辐射和化学诱变产生也可能由重组产生也称为重组修复SOS应答回避是生存的一种方式修复难以进行时绕过主要损伤位点，允许某些复制错误保留，继续复制第三节重组重组与进化没有遗传重组就没有进化重组使不利和有利的突变得以分离，使适者生存，因此是自然选择的遗传学基础。重组的一般类型----同源重组（一般性重组）位点特异性重组（同源区很短）转座同源重组可发生于两条同源DNA的任意位点真核生物中，发生于减数分裂时期重组是由于异源双链体DNA间发生断裂与重连两条双链DNA分子间的重组关键是单链的交换当双链体DNA的单链与相对应的另一双链体中的单链发生置换时，会产生一个分叉结构（Holliday结构）交换产生异源双链体DNA片段两次（相互的）交换才能产生一个联合分子联合分子可以通过切开相接的链来形成两条分开的双链体分子Holliday结构与重组体的形成重组体是否形成取决于参与交换的链在解离过程中是否被切开切开，则水平分离，基因组不是重组体，但包含异源双链体DNA不切开，则垂直分离，产生互相重组的基因组Holliday模型的缺陷与Meselson-Radding修正模式Holliday模型的缺陷：切口是如何出现在两条分子的同一位置的？单分子切口切口链侵入未打开的双螺旋，形成D-环被取代链断开，形成另一个分子上的切口修正：在两分子切口形成过程中引入交换的D环Holliday模型修正后无法解释基因转换配子（AA)X配子（aa)合子（AAaa)单倍体孢子（A或a)正常情况：A/a=1/1基因转换：A/a不=1/1双链断裂模型单分子双链断裂外切酶使断裂扩大一个3’端侵入未打开的双螺旋，形成D-环另一个3’端链延伸相互移动形成双交换，即形成两个Holliday结构两个Holliday结构的解离可以解释基因转换