第十一章基因突变与 DNA 的损伤修复

第十一章基因突变与DNA 的损伤修复 第一节点突变及其分子效应一、点突变的类型 1.碱基替换（1）转换（transition）：同类碱基替换（2）颠换（transversion）:不同类型碱基替换 2.碱基的增加及缺失指1个碱基对的插入或删除

二、点突变的分子效应 1.突变发生在基因编码区 • 同义突变(synonymous mutation) • 错义突变(missense mutation，silent mutation) • 无义突变(nonsense mutation) • 移码突变(frameshift mutation) 2.突变发生在基因非编码区

三、可逆转的突变效应 • 回复突变（back mutation或反向突变 reverse mutation）： • 正向突变（forward mutation）： • 功能丧失的突变（loss of function mutation）：突变的结果造成蛋白的活性减弱或消除。 • 获得功能的突变（gain of function mutation）：突变赋予了蛋白质异常的活性，并可产生新的表型。

第二节点突变的诱变机制 诱变剂诱发基因突变的作用机制： • 取代DNA中的一个碱基； • 改变一个碱基使之在DNA 复制中发生错配； • 破坏一个碱基使其在正常情况下不能与任何碱基配对

一、碱基类似物 5-溴尿嘧啶（BU）和5—溴脱氧尿苷（BrdU）是胸腺嘧啶（T）的结构类似物。 BU有两种异构体：酮式与A配对；烯醇式与G配对 2-氨基嘌呤（2-aminopurine，2-AP）即可作为腺嘌呤类似物与胸腺嘧啶配对，当发生质子化后它又可以与胞嘧啶发生错配。

二、碱基改变 1.烷化剂，能够转移到其他分子的电子密度较高的位置上，并置换其中的氢原子，使其成为高度不稳定的物质；或者烷基在鸟嘌呤N位上活化β-糖苷键而引起断裂。

2.嵌入剂 嵌入到DNA双链核心堆积的碱基对之间，或嵌入单链的DNA的碱基对之间，在嵌入的位置上能引起单个碱基对的插入或缺失突变。

三、碱基损伤 1.紫外线（ultraviolet，UV）使DNA产生很多光生成物；引起缺失、重复和移码突变。 2.黄曲霉素B1（aflatoxin B1，AFB1） AFB1在鸟嘌呤N7位置上形成一个加成复合物，导致碱基和糖之间的糖苷键断裂，因此释放碱基产生无嘌呤位点。

四、基因的定点突变 基因的定点突变（site specific mutagenesis of gene）是指按照人们的意愿对基因的编码区和表达调控区（包括启动子区）定向进行缺失、插入或碱基替换等过程。

寡核苷酸诱导的基因定点突变 将某基因克隆到质粒载体中，人工合成含有突变位点的一对引物，使该突变位点位于引物中心附近，两端有足够的序列以保证其互补配对，进行PCR扩增；经DpnI酶切DNA；将突变DNA转入受体，筛选重组子即可得到特定位点发生突变的基因。 • 双引物法将克隆到任一质粒上的某基因的特定位点，设计两个互补的含有突变碱基的引物，该引物应有足够的长度，以保证与该突变位点对应的质粒DNA配对，在基因的上游和下游各设计一个引物，分别与突变位置处的一个引物进行PCR扩增，两个PCR扩增产物混合，延伸后就可获得有特定位点图变得基因

第三节自发突变 自发突变（spontaeous mutation）：在无人工干预的条件下，自然发生的基因突变。一、自发突变的基本特征：具有不定向，随机发生的特征。只有选择才是定向的，群体中某基因的定向改变是由特定的选择因素的作用造成的，并非生物体的定向编译的结果。

二、自发突变的机制1.自发损伤(spontaneous lesions) • 脱嘌呤碱基和脱氧糖苷键受到破坏，从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分子上脱落下来。 • 脱氨基胞嘧啶脱氨基后变成尿嘧啶产生G—C →A—T的转换

2.碱基的氧化损伤 活性氧化物，如超氧自由基、过氧化氢和羟自由基都被认为是正常有氧代谢的副产物，这些副产物对DNA产生氧化损伤，不仅能对DNA的前体造成氧化性损伤，从而引起突变，而且会引发多种人类疾病。 3.DNA复制错误 DNA合成过程中出现碱基错配而引起了碱基替换。

4.其他可能的机制 • 在自然界中存在的放射性同位素，宇宙射线，紫外线等物理化学因素 • 温度的剧烈变化和极端的温度 • 基因结构的特殊性 • 重复序列

三、诱发突变与人类的癌症 • 黄曲霉素（AFB1）引起肝癌； • 紫外线（UV）照射会导致皮肤癌； • 肿瘤抑制基因：是一种编码抑制肿瘤形成的蛋白基因。 • 肿瘤抑制基因发生突变则会致癌。如P53基因。 AFB1特异性诱导G→T颠换，引起P53发生突变； UV诱导5′-TC-3 ′二聚体处产生C → T转换，引起P53突变。

第五节 DNA损伤修复机制 • 光复活(photoreactivation)修复是专一地针对紫外线引起的DNA损伤而形成的嘧啶二聚体在损伤部位就地修复的修复途径。光复活作用是在可见光（300-600nm）的活化之下，有光复活（photoreactivating enzyme,PR酶）催化嘧啶二聚体分解成为单体的过程。

切除修复（excision repair） 也称核苷酸外切修复。在几种酶的协同作用下，先在损伤的任一端打开磷酸二酯键，然后切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修复性合成来填补，再由连接酶连接起来。由于这些酶的作用都不需要可见光激活，所以也叫暗修复，但黑暗不是它的必要条件。切除修复不仅能消除由紫外线引起的损伤，也能消除由电离辐射和化学诱变剂引起的其他损伤。

切除修复4个步骤（先补后切） 1.切开； 2.由DNA多聚酶Ⅰ在3′—OH端聚合一条新的DNA链，由此新链取代原来含有损伤部分的DNA片段； 3.被置换出来的原有片段在外切酶的作用下从5 ′→3 ′方向切除损伤部分； 4.在连接酶的作用下，将新合成的DNA片段和原有的链之间的缺口封起来，从而完成修复过程。

重组修复(recombinnational repair) 又称复制后修复。损伤链复制时子链上留下缺口，缺口子链与完整的母链发生重组。 DNA受到损伤时能诱导产生一种重组蛋白，重组修复中的重组是在这种蛋白的参与下进行的，由于它的精确性较低，所以重组修复容易产生差错，从而引起突变。

SOS修复 是一种旁路修复系统.这个系统是在DNA分子受到大范围的损伤情况下防止细胞死亡而诱导出的一种应急措施，是细胞通过一定水平的变异来换取最后幸存的最后手段。

电离辐射损伤的修复 可能有3种修复方式： 1.超快修复； 2.快修复； 3.慢修复。

修复缺陷与人类疾病 着色性干皮病（xeroderma pigmenosum,XP）:是典型的由于切除二聚体能力的损伤而带来的疾病。非黑色素皮肤瘤：阳光使皮肤中的鳞状细胞或基底细胞内的抑癌基因P53发生了突变。 Cockayne综合症（cockayne syndrome,CS），也称为侏儒视网膜萎缩综合症：由于紫外线DNA损伤的切除修复系统有缺陷而造成的细胞过早死亡的结果。

第十一章 基因突变与 DNA 的损伤修复