基因组的变异与损伤修复讲解
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分子生物学 6 DNA 损伤、修复和重组
吖啶橙、原黄素、吖黄素等吖啶类染料 嵌合到DNA碱基对之间 base addition /deletion / frameshift mutation
DNA损伤（DNA damage）
自发损伤: 脱氨基/ 脱嘌呤 外源损伤: 1. 氧化损伤 (需氧细胞) 活性氧：超氧化物，过氧化氢和羟自由基（· OH） 8-氧鸟嘌呤，2-氧腺嘌呤，5-甲酰尿嘧啶 2. 烷基化损伤 影响DNA复制和转录时的解旋 多数是间接诱变 3. 加成损伤 嘧啶二聚体 苯并芘（肝脏细胞色素P-450） 双环氧物-G 芳基化试剂 黄曲霉毒素B1（肝致癌剂）
DNA损伤、修复和重组
突变和突变发生
（mutation and mutagenesis) DNA损伤（DNA damage） DNA修复（DNA repair） 重组（recombination）
突变概念
突变（mutation） DNA分子碱基序列的可遗传改变 突变体（mutant） 与野生型（+）相对 突变剂（mutagen） 突变发生（mutagenesis） 自发突变（spontaneous mutation） 诱发突变（induced mutation）
突变类型 1. DNA碱基序列改变的多少 单点突变（point mutation） 碱基替换（base substitution） 转换（transition） A-T G-C 颠换（transversion）A-T T-A 碱基增加（base addition） 碱基删除（base deletion） 多点突变（multiple mutation）
BER
5' 3' UvrABC 3' 5' 3' 5' Pol I (或δ和ε） 5' 3' DNA glycosylase 5' 3' AP内切核酸酶 5' 3' 进一步酶切
突变和修复
基因突变： 发生在基因水平的突变称为基因突变（game
mutation），它涉及到基因的一个或多个序列的改变
A piece of chromosome A piece of a chromosome A broken piece attaches to breaks off and is lost. breaks off and reattaches a nonhomologous chromosome in reverse order.
5－BU
二、DNA分子上碱基的化学修饰：
1.
亚硝酸 ： 亚硝酸可以在PH5的 缓冲溶液中通过氧化 作用，以氧代替腺嘌 呤和胞嘧啶C6位置 上的氨基，使腺嘌呤 和胞嘧啶变成次黄嘌 呤和尿嘧啶
2.
烷化剂：如甲基磺酸甲酯(NMS) 烷化剂可将烷基(如甲基)加入到核酸上各种位点 O6－甲基鸟嘌呤可与T配对
错配修复系统mismatchrepair在mutl二聚体的参与下muts二聚体与错配位点结合muts包含两个dna识别位点一个识别错配位点另一个识别位点不具有序列和结构的特异性伴随着atp的水解它在dna上移动直到遇上gatcmuts在移位的过程中同时与错配位点结合形成一个环状结构
突变和修复
第一节 突变概述
同义突变 错义突变 无义突变
错义突变
中性突变：不影响蛋白活性，不 表现明显性状变化 渗透突变：产物仍有部分活性的 错义突变Leaky mutations 致死突变 Lethal mutations
无声突变
同义突变 中性突变
非条件型突变 条件型突变：表现为条件致死。也就是在许可 条件下生长正常或接近正常，而 在非许可条件下表现出病态或死亡。 其中，温度敏感型突变体研究得最多
基因突变与DNA损伤修复
烷基化和自然脱氧核糖核 苷酸降解等原因可能引起 复制错误，导致基因突变。
现代分子生物学技术可以 快速准确地检测出基因突 变和DNA结构机制等问题。
DNA损伤的原因
紫外线
紫外线是引起DNA损伤最常见的因素之一，可 导致单链断裂和交联。
氧化应激
氧化应激会造成氧自由基产生过多，从而导致 DNA碱基的氧化损伤。
结论与展望
DNA损伤与基因突变不可避免，但保护机制和修复工具应用的全面提高，为基因突变导致的病症的治疗与 预防带来新的可能。
• 因修复机制本身出错 • 特定 DNA 片段受到修复机制的攻击而发生突变
DNA修复与肿瘤治疗
1 DNA损伤修复与放疗 2 DNA修复抑制剂的应 3 单倍型复制机制治疗
敏感性
用
单倍型复制技术是现代医
癌细胞在放疗过程中的
利用药物抑制癌细胞的
学常用的生物基因治疗方
ห้องสมุดไป่ตู้
DNA 损伤和修复不如正常
DNA 修复机制，达到治疗
法之一，也具有巨大的发
细胞，临床上也用此方法
的目的。
展前景。
达到治疗肿瘤的目的。
DNA修复的临床应用
1
抗肿瘤药物筛选
根据药物抑制细胞生长的机制和细胞的 DNA 修复状况来优化方案。
2
个体化肿瘤治疗
根据患者的 DNA 修复能力和药敏信息量身定制治疗方案，提高治疗效果。
3
预防癌症
结合家族遗传病史和部分癌症与 DNA 修复相关的报道，开展“DNA九项检测”等预防性检测。
基因突变与DNA损伤修复
基因突变与DNA损伤修复是生物学研究的重要领域。本次演讲将从DNA结构、 损伤原因、修复机制、与基因突变关系和肿瘤治疗等多个方面为大家深入阐 述。
生物基因组维护与修复机制的研究
生物基因组维护与修复机制的研究生物基因组是生命体内最为重要的遗传物质，它持有生物体的全部遗传信息，决定着个体的发育、形态、生理和代谢等方面。
与此同时，生物基因组也面临着各种威胁，如氧化作用、化学物质、辐射、病毒等，这些威胁往往引起基因组的损伤和突变，甚至导致癌症等严重后果。
因此，生物必须拥有可以维护和修复基因组的机制，才能保持自身的遗传稳定和生存发展。
本文将详细介绍生物基因组的维护与修复机制的研究现状和进展。
一、DNA修复机制的研究及分类1. 直接修复机制直接修复机制是DNA修复机制中最为原始和简单的一种，它并不需要基因进行参与，而是通过某些物理、化学方式来直接暴力修复DNA链。
例如，暴露在紫外线下的细胞可以利用光修复酶来解决氧化损伤问题。
2. 修补机制修补机制是DNA修复机制中最为常见的，并且也是最为复杂的一种，它需要细胞内部一系列特定的酶来协同完成。
修补机制可以分为以下几种：(1) 单链 break 修复单链 break 修复机制主要分为非同源端联合修复和同源性重组修复两种，前者用于修复双链DNA中的单个不相关的断裂位点，后者则用于修复DNA链上的大部分断裂位点。
(2) 直接反转修复直接反转修复是指对损伤碱基的酶在损伤区域直接切到对面测你，然后再合成另一个复制基因。
(3)错配修复错配修复指的是通过某些酶的作用来纠正DNA链上一些似乎不匹配的碱基序列或散失的碱基序列。
这类修复机制广泛存在于细胞生命活动的各个领域。
二、DNA损伤修复的影响因素1. 年龄随着年龄的增长，DNA修复功能通常会降低。
研究发现，年轻细胞的修复率比老年细胞要高，这意味着基因组损伤也可能与衰老进程有关。
2. 环境DNA损伤修复的能力与环境有着密切的关系。
高温、化学污染、紫外线曝晒等环境因素都可能造成DNA损伤，这需要生物体内部一些特殊的修复机制来维持基因组的稳定。
3. 遗传遗传因素可能影响DNA修复机制的效率和速度，因为不同的人有着不同的基因结构和表达方式，这些基因结构和表达方式与DNA修复密切相关。
dna损伤修复非同源及同源重组分子机制(3篇)
第1篇一、引言DNA作为生物体的遗传物质，在生物体的生长发育、遗传变异和进化过程中起着至关重要的作用。
然而，DNA在复制、转录和修复过程中，由于外界因素或内部错误，会导致DNA损伤。
为了维持生物体的正常功能，细胞必须通过一系列的DNA损伤修复机制来修复受损的DNA。
其中，非同源重组（Non-Homologous End Joining，NHEJ）和同源重组（Homologous Recombination，HR）是两种主要的DNA损伤修复途径。
本文将详细介绍这两种分子机制的原理和作用。
二、非同源重组（NHEJ）1. NHEJ的原理NHEJ是一种在DNA双链断裂（Double-Strand Break，DSB）发生时，直接连接断裂末端的DNA损伤修复途径。
该途径不需要模板DNA，因此具有较快的修复速度，但修复效率较低，容易出现错误连接。
2. NHEJ的分子机制（1）识别和切割断裂末端：在DSB发生时，DNA断裂修复因子（如Mre11、Rad50和Nbs1）形成复合物，识别断裂末端，并通过ATP酶活性切割断裂末端。
（2）末端连接：在Xrcc4和Ligase IV的作用下，将断裂末端的粘性末端连接起来，形成环状中间体。
（3）去除中间体：在DNA聚合酶的作用下，去除中间体，形成完整的DNA分子。
三、同源重组（HR）1. HR的原理HR是一种在DSB发生时，利用未受损的姐妹染色单体或同源染色体作为模板，精确修复断裂末端的DNA损伤修复途径。
HR具有高保真性，但修复速度较慢。
2. HR的分子机制（1）断裂末端的识别和连接：与NHEJ类似，HR也需要识别和切割断裂末端。
在HR过程中，DSS1和RAD51蛋白复合物参与断裂末端的识别和连接。
（2）形成重组中间体：RAD51蛋白复合物与断裂末端结合，形成重组中间体。
（3）分支迁移：在分支迁移酶的作用下，重组中间体在姐妹染色单体或同源染色体上移动，寻找匹配的序列。
（4）交换和连接：在DNA聚合酶和Ligase I的作用下，将断裂末端与匹配的序列连接起来，形成完整的DNA分子。
DNA的损伤修复和突变
光复活是针对紫外线引起DNA损伤而形成的胸腺嘧啶 二聚体，在损伤部位进行修复的修复途径。光复活作用在可 见光的活化下，由光复活酶(PR酶, 又称光解酶)，催化胸腺 嘧啶二聚体分解成为单体。
PR酶先与DNA链上的胸腺嘧啶二聚体结合成复合物； 复合物以某种方式吸收可见光，并利用光能切断二聚体之间 的两个C-C键，使胸腺嘧啶二聚体变为两个单体，恢复正常， 而后PR酶就从DNA上解离下来。
DNA链的损伤又分为3个亚类： (1) 链的断裂
单链断裂和双链断裂，由离子辐射(X射线、 射线)和某些化学试
剂的作用，如博来霉素。链断裂是极严重的损伤，当DNA出现太 多的裂口(特别是双链裂口)时，往往难以修复，导致细胞死亡。 癌症放疗的原理就在于此。
(2) DNA链的交联
一些双功能试剂导致DNA发生链间交联，如顺铂和丝裂霉素。
DNA结构本身的不稳定； DNA复制过程中自然发生的错误，主要是碱基错配； 细胞内活性氧(ROS)带来的破坏作用。
环境因素：
化学因素——化学诱变剂； 物理因素——紫外辐射、离子辐射。
DNA损伤可分为碱基损伤和DNA链的损伤。
图5-1 DNA分子上可能遭遇到的各种损伤
碱基损伤有5个亚类 (1) 碱基丢失
(3) DNA与蛋白质之间的交联
紫外线可诱导DNA与结合在其上的蛋白质之间形成共价交联。
图5-4 离子辐射引起的DNA链断裂
5.1.2 DNA的修复机制
尽管DNA损伤的形式很多，但细胞内存在十分完善的修 复系统。基本上每一种损伤在细胞内都有相应的修复系统(有 时不止一种)。
细胞内的绝大多数修复系统将损伤的核苷酸与周围的正 常核苷酸一起切除，以另一条互补链上正常的核苷酸序列为 模板，重新合成核苷酸，取代原来异常的核苷酸。
染色体与DNA(4损伤、修复与转座)
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染色体与DNA的关系
染色体是DNA的组织形式，DNA被 包裹在蛋白质中形成染色质丝，再进 一步形成染色体结构。
染色体是DNA的载体，它们共同协作 ，确保遗传信息的完整性和稳定性。
02
染色体与DNA的损伤
物理因素导致的损伤
01
02
03
电离辐射
如X射线ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ紫外线等，能 够直接破坏DNA双螺旋结 构，导致碱基错配和染色 体断裂。
浓缩形成可见的染色体结构。
人类体细胞中通常有23对染色 体，其中包括22对常染色体和1
对性染色体。
DNA的组成和功能
01
DNA由四种不同的脱氧核苷酸组 成，分别是腺嘌呤、胸腺嘧啶、 鸟嘌呤和胞嘧啶。
02
DNA的主要功能是储存和传递遗 传信息，通过特定的碱基配对原 则（A与T配对，G与C配对）来保 证遗传信息的稳定传递。
重组修复
重组修复是指通过引入新的 DNA片段来替换受损的DNA片
段的过程。
包括同源重组和非同源重组两 种方式。
同源重组是指引入与原DNA片 段相同的DNA片段进行替换。
非同源重组是指引入与原DNA 片段不同的DNA片段进行替换 。
错配修复
错配修复是指纠正DNA复 制过程中出现的碱基错配 的过程。
氧化剂
如过氧化氢和超氧阴离子 等，能够氧化DNA碱基， 导致基因突变和染色体畸 变。
生物因素导致的损伤
病毒
某些病毒能够整合到宿主细胞基因组中，导致基 因突变和染色体畸变。
某些细菌和寄生虫
如结核分枝杆菌和弓形虫等，能够引起感染，导 致基因突变和染色体畸变。
某些遗传疾病
如唐氏综合征、威廉姆斯综合征等，是由于染色 体数目异常或结构异常引起的遗传疾病。
第3章基因突变和损伤DNA的PPT课件
13
营养缺陷突变型
• 是一类重要的生化突变型。是指某种微生物经 基因突变而引起微生物代谢过程中某些酶合成能 力丧失的突变型，它们必须在原有培养基中添加 相应的营养成分才能正常生长繁殖。这种突变型 在微生物遗传学研究中应用非常广泛，它们在科 研和生产中也有着重要的应用价值。
14
抗性突变型
• 是指一类能抵抗有害理化因素的突变型，细胞或 个体能在某种抑制生长的因素(如抗生素或代谢活 性物质的结构类似物)存在时继续生长与繁殖。根 据其抵抗的对象分抗药性、抗紫外线、抗噬菌体 等突变类型。这些突变类型在遗传学基本理论的 研究中非常有用，常以抗性突变为选择标记，特 别在融合试验、协同转染实验中用得最多。
11
致死突变型
• 指由于基因突变而造成个体死亡的突变类 型，造成个体生活力下降的突变型称为半 致死突变型。一个隐性的致死突变基因可 以在二倍体生物中以杂合状态保存下来， 可是不能在单倍体生物中保存下来，所以 致死突变在微生物中研究得不多。
12
条件致死突变型
• 这类突变型的个体只是在特定条件，即限定条 件下表达突变性状或致死效应，而在许可条件下 的表型是正常的。广泛应用的一类是温度敏感突 变型，这些突变型在一个温度中并不致死，所以 可以在这种温度中保 存下来；它们在另一温度中 是致死的，通过它们的致死作用，可以用来研究 基因的作用等问题。
这是造成畸变的缺失。
• 四是重复，指在一条染色体上增加了一段染色体片段，使同
一染色体上某些基因重复出现的突变。发生染色体畸变的微生物 往往易致死，所以微生物中突变类型的研究主要是在基因突变方 面。
7
（2）染色体数目的改变
• 单倍体：含生存必需的最低限度基因群的 一组染色体
• 双倍体 • 多倍体 • 非整倍体：由于突变和重组造成 • 整倍体和非整倍体的染色体数目变化一般
营养缺陷突变型
• 是一类重要的生化突变型。是指某种微生物经 基因突变而引起微生物代谢过程中某些酶合成能 力丧失的突变型，它们必须在原有培养基中添加 相应的营养成分才能正常生长繁殖。这种突变型 在微生物遗传学研究中应用非常广泛，它们在科 研和生产中也有着重要的应用价值。
14
抗性突变型
• 是指一类能抵抗有害理化因素的突变型，细胞或 个体能在某种抑制生长的因素(如抗生素或代谢活 性物质的结构类似物)存在时继续生长与繁殖。根 据其抵抗的对象分抗药性、抗紫外线、抗噬菌体 等突变类型。这些突变类型在遗传学基本理论的 研究中非常有用，常以抗性突变为选择标记，特 别在融合试验、协同转染实验中用得最多。
11
致死突变型
• 指由于基因突变而造成个体死亡的突变类 型，造成个体生活力下降的突变型称为半 致死突变型。一个隐性的致死突变基因可 以在二倍体生物中以杂合状态保存下来， 可是不能在单倍体生物中保存下来，所以 致死突变在微生物中研究得不多。
12
条件致死突变型
• 这类突变型的个体只是在特定条件，即限定条 件下表达突变性状或致死效应，而在许可条件下 的表型是正常的。广泛应用的一类是温度敏感突 变型，这些突变型在一个温度中并不致死，所以 可以在这种温度中保 存下来；它们在另一温度中 是致死的，通过它们的致死作用，可以用来研究 基因的作用等问题。
这是造成畸变的缺失。
• 四是重复，指在一条染色体上增加了一段染色体片段，使同
一染色体上某些基因重复出现的突变。发生染色体畸变的微生物 往往易致死，所以微生物中突变类型的研究主要是在基因突变方 面。
7
（2）染色体数目的改变
• 单倍体：含生存必需的最低限度基因群的 一组染色体
• 双倍体 • 多倍体 • 非整倍体：由于突变和重组造成 • 整倍体和非整倍体的染色体数目变化一般
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24
1. 物理诱变
a) 电离辐射诱变
Co60 (χ)( γ) 射线 Cs137(χ) (γ) 射线 H3 (α) 射线 P32，S35(β) 射线
(χ) ( γ) 射线穿透性
（外照射处理）
(α) (β) 射线非穿透性
（内标记处理）
卫星搭载诱变: 高真空，强辐射，微重力
dNt电荷及碱基结构改变
25
卫星搭载育种 太空蔬菜
9
4.1.4 定点突变
• 定点突变 为了获得所需的蛋白质，按照预先设计对基因的编
码区和控制区进行缺失、插入或碱基替换。
突变引物
Kunkel 定点突变法
10
4.1.5 基因动态突变
•基因动态突变 也叫基因组不稳定性，是以DNA重组序列拷贝数在
传递不稳定为特征的一类突变，能引起基因长度改变。
•三核苷酸重复拷贝数在正常情况下有一定的变异范围， 而扩展时就表现为疾病，这种突变不稳定，其拷贝数与 病情正相关。例如 ，亨廷顿舞蹈症 HD为（CAG）n 扩增；而Sca10基因内第9内含子的（ATTCT）n 扩增 超过4000次时发病（正常人n仅10到20）。
=3×d Nt ± aa ≠ 3×d Nt 移码突变
7
4.1.2 单核苷酸多态性（SNP）
• SNP 是由单个核苷酸的变异引起的DNA序列多态性。
• 在人类基因组中，存在0.1%的SNP位点，是形成个 体差异的主要原因。90%的人类群体变异都是SNP。 • 一般SNP引起的突变是中性的。但是，人类镰刀形 细胞贫血病，GAG（谷氨酸） →GTG（缬氨酸）。
微重力 高辐射 强射线
26
b) 非电离辐射—紫外线 (U.V)
∧ ---在相邻TT间形成共价键产生嘧啶二聚体 (TT 二聚体 )
U.V.
…C T T A…
共价键
27
C/G
U.V.
DNA氧化脱氨 C(a)
U.V. H2O光解作H用+ + OH-
维持遗传的稳定性 随机引起其他各类基因的突变
修
增变基因类别
复
过 程
DNA 聚合酶相关基因
是
3’ 5’ 编辑功能发生突变
基 因
错配修复系统的基因
突 变
MCE (错配校正酶)
的 重
DNA 损伤修复系统基因
要 来
错配修复功能丧失
突变率升高
源
二、基因的诱发突变
• 诱变类型
物理诱变
化学诱变
电离辐射，如Χ 、γ 、α 、β 射线 非电离辐射，如紫外线 抑制碱基合成的诱变剂，如6-巯基嘌呤 碱基类似物，如5-溴尿嘧啶 修饰碱基结构的诱变剂，如亚硝酸 插入诱变剂，如吖啶橙
A(i)反式=G（k）顺式
G(e,i)反式=A（a）顺式
19
碱基异构式引起DNA复制的错配
正确配对 A(a) T(k)
G(k) C(a)
错误配对 A(a) C(i)
G(k) T(e)
A(i) C(a) G(e) T(k)
A(i, 反式) ) G(e,i, 反式) )
A(a, 顺式) A(i, 反式) G(k, 顺式) G(e,i, 反式)
11
4.2 突 变 发 生 的 机 理 (自发突变，诱发突变)
12
2014年诺贝尔生理学或医学奖
约翰·奥基夫
梅－布里特
爱德华·莫泽
“发现大脑定位系统细胞”
一、 基因的自发突变
• 自发突变：特指在DNA复制过程中，由于 细胞内碱基异构体替代正常结构的碱基掺 入到DNA分子中，引起的复制的错误，或 由于重复序列间的不对称交换形成的突变。
(广义突变)
（狭义突变）
• 突变类型：分为点突变和插入与缺失突变。
5
4.1.1 基因突变的种类
● 按核苷酸取代类型
转换
Py
Py Pu Pu
颠换
Py
Pu
● 按突变对密码子的改变类型
错义突变： DNA突变引起mRNA密码子变为另一个氨基酸密码。 无义突变： DNA突变引起mRNA密码子变为一种终止密码。 同义突变： DNA突变虽引起mRNA密码子变为另一种密码，但
G(k, 顺式 A(a, 顺式
20
c) 碱基异构式引起DNA的错配突变
A(a)
G(k)
A(a)
A/T G/C
T(k)
C(i)
CC((ai)
A(a, 反式) T(k, 反式)
A (a, 反式) G (k, 顺式)
C (a, 反式) G (k, 反顺式)
A/T G/C
d) 增变基因
“被冤枉的基因”
野生型 突变型
8
4.1.3 拷贝数变异
• 拷贝数变异 人类或其他哺乳类基因组中，不同大小的DNA片段
拷贝数突变，这些拷贝的删除、插入、复制和复合多位 点的变异，统称拷贝数变异。其突变率高于SNP。
• 拷贝数变异可以遗传，引起基因活性变化。例如，吃粮 食的人比吃肉的人Amy1基因拷贝数更多。 α-突触核蛋白基因拷贝数增加2-3倍，导致帕金森综合症。 淀粉样前体蛋白基因拷贝数增加，导致老年性痴呆症。
第4 章 基因组的变异与 DNA损失修复
1
2
4.1 基因组的变异与稳定性维持 （基因突变）
4.2 DNA损伤 4.3 DNA损伤修复的机制
3
4.1. 基因组的变异与稳定性维持
4
4.1.1 基因突变的种类
• 突变：是遗传物质发生了可遗传的改变，而 这种改变可发生在染色体水平和基因水平上。
染色体结构和数目变异(染色体畸变) DNA水平的突变，基因突变（点突变）
由于密码子的简并性，未使编码的氨基酸发生改变。
6
● 点突变效应（单核苷酸突变）
---同义突变 ---错义突变 ---无义突变
GAA(谷氨酸) → GAG(谷氨酸)
GAA(谷氨酸) → AAA(赖氨酸
)
GAA(谷氨酸) → TAA(stop)
● 插入或缺失不等于3的倍数的核苷酸，引起 读码框架的改变。叫移码突变。
14
1. 碱基异构式引起DNA复制过程的错误
a) 碱基异构式
A6 (氨式) (amino)
G6 (酮式) (keto)
A (亚氨式) (imino)
C4 (a)
G (烯醇式) G (k) (enol)
C (i) G (e 和 i)
T4 (k)
T (e 5 2 16
G嘌呤环
561 4 32
A嘌呤环
561 4 32
16
A(氨式) C(氨式) G(酮式) T(酮式)
A(亚氨式) C(亚氨式)
G(烯醇式)
G(烯醇式 和亚氨式)
T(4’烯醇式)
T(2’烯醇式)
17
b) 碱基异构式引起DNA复制的错配
18
碱基异构式引起DNA复制的错配
A(i)反式=A（a）顺式
G(e,i)反式=G（k）顺式
1. 物理诱变
a) 电离辐射诱变
Co60 (χ)( γ) 射线 Cs137(χ) (γ) 射线 H3 (α) 射线 P32，S35(β) 射线
(χ) ( γ) 射线穿透性
（外照射处理）
(α) (β) 射线非穿透性
（内标记处理）
卫星搭载诱变: 高真空，强辐射，微重力
dNt电荷及碱基结构改变
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卫星搭载育种 太空蔬菜
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4.1.4 定点突变
• 定点突变 为了获得所需的蛋白质，按照预先设计对基因的编
码区和控制区进行缺失、插入或碱基替换。
突变引物
Kunkel 定点突变法
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4.1.5 基因动态突变
•基因动态突变 也叫基因组不稳定性，是以DNA重组序列拷贝数在
传递不稳定为特征的一类突变，能引起基因长度改变。
•三核苷酸重复拷贝数在正常情况下有一定的变异范围， 而扩展时就表现为疾病，这种突变不稳定，其拷贝数与 病情正相关。例如 ，亨廷顿舞蹈症 HD为（CAG）n 扩增；而Sca10基因内第9内含子的（ATTCT）n 扩增 超过4000次时发病（正常人n仅10到20）。
=3×d Nt ± aa ≠ 3×d Nt 移码突变
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4.1.2 单核苷酸多态性（SNP）
• SNP 是由单个核苷酸的变异引起的DNA序列多态性。
• 在人类基因组中，存在0.1%的SNP位点，是形成个 体差异的主要原因。90%的人类群体变异都是SNP。 • 一般SNP引起的突变是中性的。但是，人类镰刀形 细胞贫血病，GAG（谷氨酸） →GTG（缬氨酸）。
微重力 高辐射 强射线
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b) 非电离辐射—紫外线 (U.V)
∧ ---在相邻TT间形成共价键产生嘧啶二聚体 (TT 二聚体 )
U.V.
…C T T A…
共价键
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C/G
U.V.
DNA氧化脱氨 C(a)
U.V. H2O光解作H用+ + OH-
维持遗传的稳定性 随机引起其他各类基因的突变
修
增变基因类别
复
过 程
DNA 聚合酶相关基因
是
3’ 5’ 编辑功能发生突变
基 因
错配修复系统的基因
突 变
MCE (错配校正酶)
的 重
DNA 损伤修复系统基因
要 来
错配修复功能丧失
突变率升高
源
二、基因的诱发突变
• 诱变类型
物理诱变
化学诱变
电离辐射，如Χ 、γ 、α 、β 射线 非电离辐射，如紫外线 抑制碱基合成的诱变剂，如6-巯基嘌呤 碱基类似物，如5-溴尿嘧啶 修饰碱基结构的诱变剂，如亚硝酸 插入诱变剂，如吖啶橙
A(i)反式=G（k）顺式
G(e,i)反式=A（a）顺式
19
碱基异构式引起DNA复制的错配
正确配对 A(a) T(k)
G(k) C(a)
错误配对 A(a) C(i)
G(k) T(e)
A(i) C(a) G(e) T(k)
A(i, 反式) ) G(e,i, 反式) )
A(a, 顺式) A(i, 反式) G(k, 顺式) G(e,i, 反式)
11
4.2 突 变 发 生 的 机 理 (自发突变，诱发突变)
12
2014年诺贝尔生理学或医学奖
约翰·奥基夫
梅－布里特
爱德华·莫泽
“发现大脑定位系统细胞”
一、 基因的自发突变
• 自发突变：特指在DNA复制过程中，由于 细胞内碱基异构体替代正常结构的碱基掺 入到DNA分子中，引起的复制的错误，或 由于重复序列间的不对称交换形成的突变。
(广义突变)
（狭义突变）
• 突变类型：分为点突变和插入与缺失突变。
5
4.1.1 基因突变的种类
● 按核苷酸取代类型
转换
Py
Py Pu Pu
颠换
Py
Pu
● 按突变对密码子的改变类型
错义突变： DNA突变引起mRNA密码子变为另一个氨基酸密码。 无义突变： DNA突变引起mRNA密码子变为一种终止密码。 同义突变： DNA突变虽引起mRNA密码子变为另一种密码，但
G(k, 顺式 A(a, 顺式
20
c) 碱基异构式引起DNA的错配突变
A(a)
G(k)
A(a)
A/T G/C
T(k)
C(i)
CC((ai)
A(a, 反式) T(k, 反式)
A (a, 反式) G (k, 顺式)
C (a, 反式) G (k, 反顺式)
A/T G/C
d) 增变基因
“被冤枉的基因”
野生型 突变型
8
4.1.3 拷贝数变异
• 拷贝数变异 人类或其他哺乳类基因组中，不同大小的DNA片段
拷贝数突变，这些拷贝的删除、插入、复制和复合多位 点的变异，统称拷贝数变异。其突变率高于SNP。
• 拷贝数变异可以遗传，引起基因活性变化。例如，吃粮 食的人比吃肉的人Amy1基因拷贝数更多。 α-突触核蛋白基因拷贝数增加2-3倍，导致帕金森综合症。 淀粉样前体蛋白基因拷贝数增加，导致老年性痴呆症。
第4 章 基因组的变异与 DNA损失修复
1
2
4.1 基因组的变异与稳定性维持 （基因突变）
4.2 DNA损伤 4.3 DNA损伤修复的机制
3
4.1. 基因组的变异与稳定性维持
4
4.1.1 基因突变的种类
• 突变：是遗传物质发生了可遗传的改变，而 这种改变可发生在染色体水平和基因水平上。
染色体结构和数目变异(染色体畸变) DNA水平的突变，基因突变（点突变）
由于密码子的简并性，未使编码的氨基酸发生改变。
6
● 点突变效应（单核苷酸突变）
---同义突变 ---错义突变 ---无义突变
GAA(谷氨酸) → GAG(谷氨酸)
GAA(谷氨酸) → AAA(赖氨酸
)
GAA(谷氨酸) → TAA(stop)
● 插入或缺失不等于3的倍数的核苷酸，引起 读码框架的改变。叫移码突变。
14
1. 碱基异构式引起DNA复制过程的错误
a) 碱基异构式
A6 (氨式) (amino)
G6 (酮式) (keto)
A (亚氨式) (imino)
C4 (a)
G (烯醇式) G (k) (enol)
C (i) G (e 和 i)
T4 (k)
T (e 5 2 16
G嘌呤环
561 4 32
A嘌呤环
561 4 32
16
A(氨式) C(氨式) G(酮式) T(酮式)
A(亚氨式) C(亚氨式)
G(烯醇式)
G(烯醇式 和亚氨式)
T(4’烯醇式)
T(2’烯醇式)
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b) 碱基异构式引起DNA复制的错配
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碱基异构式引起DNA复制的错配
A(i)反式=A（a）顺式
G(e,i)反式=G（k）顺式