【文章內(nèi)容簡介】 羥 胺 與胞嘧啶起反應(yīng) GC→AT的轉(zhuǎn)換 亞硝酸 A、 G、 C的氧化脫氨作用 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 交 聯(lián) 缺失 烷化劑 烷化堿基（主要是 G） AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 烷化磷酸基團(tuán) AT→TA的顛換 喪失烷化的嘌呤 GC→CG的顛換 糖 磷酸骨架的斷裂 巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位） 丫啶類 堿基之間的相互作用（雙鏈變形） 碼組移動（＋或－） 紫外線 形成嘧啶的水合物 GC→AT轉(zhuǎn)換 形成嘧啶的二聚體 碼組移動（＋或－） 交 聯(lián) 電離輻射 堿基的羥基化核降解 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 DNA降解 碼組移動（＋或－） 糖 磷酸骨架的斷裂 巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位） 喪失嘌呤 加熱 C脫氨基 CG→TA轉(zhuǎn)換 Mu噬菌體 結(jié)合到一個基因中間 碼組移動 亞硝酸可以使堿基發(fā)生氧化脫氨作用。 HNO2 胞嘧啶（ C） 尿嘧啶（ U） HNO2 腺嘌呤（ A） 次黃嘌呤（ H） HNO2 鳥嘌呤（ G） 黃嘌呤（ X） 這些反應(yīng)及形成物均可在 DNA復(fù)制中產(chǎn)生影響，主要是使堿基對發(fā)生轉(zhuǎn)換。 堿基轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制 ——以亞硝酸為例 腺嘌呤（ A）變成次黃嘌呤（ H）后引起的轉(zhuǎn)換過程： ① 腺嘌呤氧化脫氨后形成烯醇式次黃嘌呤（ He） ② He通過互變異構(gòu)效應(yīng)形成酮式次黃嘌呤（ HK） ③ DNA復(fù)制時(shí)， HK 與胞嘧啶（ C） 配對 ④ DNA第二次復(fù)制時(shí)， C與 G正常配對，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換。 亞硝酸引起的 ATGC轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié) 這類誘變劑主要是一些 堿基類似物 ,如： 5溴尿嘧啶 (5BU)和 5氨基尿嘧啶（ 5—AU）、 疊氮胸腺嘧啶（AIT）等 等 ； 作用方式 ： 通過活細(xì)胞的代謝活動參入到 DNA分子中，主要是在 DNA復(fù)制時(shí)堿基類似物插入 DNA中， 引起堿基對配對錯誤，造成堿基置換。 以 5溴尿嘧啶 (5BU)為例： 5BU是胸腺嘧啶（ T）的 的 類似物 ，酮式的 5BU可以和 A配對， 烯醇式的 5BU 可以和 G配對，在 DNA分子復(fù)制的過程中，由于 5BU的插入和互變異構(gòu)導(dǎo)致堿基置換。 ★ 間接引起置換的誘變劑 5BU引起的轉(zhuǎn)換 5BU引起的轉(zhuǎn)換 ? 從上圖中，還可以看到 5BU的摻入引起的 G┇ C回復(fù)到 A?T的過程。通過這兩個圖示，就很容易理解為什么同一種誘變劑既可造成正向突變，又可使它產(chǎn)生回復(fù)突變的原因了。 ? 也可以知道，為什么像 5BU這類代謝類似物只有對正在進(jìn)行新陳代謝和繁殖著的微生物才起作用，而對休止細(xì)胞、游離的噬菌體粒子或離體的 DNA分子卻不起作用。 （ 2） 移碼突變 ? frameshift mutation 或 phaseshift mutation，指誘變劑使 DNA分子中增加（插入）或缺失一個或少數(shù)幾個核苷酸，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯誤的一類突變。 ? 由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為 移碼突變株（ frameshift mutant）。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是 DNA分子的微小損傷。 ? 丫啶類染料，包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和 α氨基丫啶等，以及一系列稱為 ICR類的化合物，都是移碼突變的有效誘變劑。 圖 814——能誘發(fā)移碼突變的幾種代表性化合物 引起移碼突變的誘變劑：主要是 吖啶類染料，如吖啶黃、吖啶橙等等。 這類化合物都是平面型的三環(huán)分子，它們的結(jié)構(gòu)與一個嘌呤 —嘧啶對十分相似。 丫啶類化合物的誘變機(jī)制： ? 至今還不很清楚。 ? 有人認(rèn)為，由于它們是一種平面型三環(huán)分子，結(jié)構(gòu)與一個 嘌呤 –嘧啶 對 十分相似，故能 嵌入兩個相鄰 DNA堿基對之間，造成雙螺旋的部分解開（兩個堿基對原來相距 ，當(dāng)嵌入一個丫啶分子時(shí)，就變成 ），從而在 DNA復(fù)制過程中，會使鏈上增添或缺失一個堿基，結(jié)果就引起了移碼突變。 丫啶類化合物誘發(fā)的移碼突變及其回復(fù)突變圖示： （ 3） 染色體畸變 （ chromosomal aberration） ? 某些理化因子，如 X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會引起DNA的大損傷（ macrolesion） ——染色體畸變，它包括： – 染色體結(jié)構(gòu)上的變化： – 缺失（ deletion） – 重復(fù)（ duplication） – 易位（ translocation） – 倒位（ inversion） – 染色體數(shù)目的變化 ★ 染色體結(jié)構(gòu)上的變化 ? 分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。 ? 染色體內(nèi)畸變 ：只涉及一條染色體上的變化， – 如發(fā)生染色體的部分 缺失 或 重復(fù) 時(shí)，其結(jié)果可造成基因的減少或增加； – 如發(fā)生 倒位 或 易位 時(shí)，則可造成基因排列順序的改變，但數(shù)目卻不改變。 – 倒位 是指斷裂下來的一段染色體旋轉(zhuǎn) 180?后，重新插入到原來染色體的原位置上，從而使其基因順序與其它的基因順序相反； – 易位 是指斷裂下來的一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體的其它部位上。 ? 染色體間畸變 ：指非同源染色體間的 易位 。 染色體畸變 轉(zhuǎn)座因子 （ transposible element） ? 由 40年代 B. McClintock對的遺傳研究而發(fā)現(xiàn)染色體易位，自 1967年以來，已在微生物和其它生物中得到普遍證實(shí)，并已成為分子遺傳學(xué)研究中的一個熱點(diǎn)。 ? 舊概念 ： 基因是固定在染色體 DNA上的一些不可移動的核苷酸片段。 ? 新發(fā)現(xiàn) ： 有些 DNA片段不但可在染色體上移動，還可從一個染色體跳到另一個染色體，從一個質(zhì)粒跳到另一個質(zhì)?；蛉旧w，甚至還從一個細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個細(xì)胞。在這些 DNA順序的跳躍過程中，往往導(dǎo)致 DNA鏈的斷裂或重接，從而產(chǎn)生重組交換或使某些基因啟動或關(guān)閉，結(jié)果導(dǎo)致突變的發(fā)生。 ? 轉(zhuǎn)座因子（ transposible element） ： 在染色體組中或染色體組間能改變自身位置的一段 DNA順序。也稱作 跳躍基因（ jumping gene） 或 可移動基因（ movable gene）。 轉(zhuǎn)座因子的種類 （ 1） ? 插入序列 （ IS， insertion sequence） ：特點(diǎn)是分子量最小 （ 僅 ~ ） ， 只 能 引 起 轉(zhuǎn) 座（ transposition） 效應(yīng)而不含其它基因 。 可以在染色體 、 F因子等質(zhì)粒上發(fā)現(xiàn)它們 。 已知的 IS有 5種 ， 即 IS IS IS IS4和 IS5。 E . coli的 F因子和核染色體組上有一些相同的 IS（ 如 IS2， IS3等 ） ， 通過這些同源序列間的重組 ， 就可使 F因子插入到 E . coli的核染色體組上 ， 從而使后者成為 Hfr菌株 。 因 IS在染色體組上插入的位置和方向的不同 ， 其引起的突變效應(yīng)也不同 。 IS引起的突變可以回復(fù) ， 其原因可能是 IS被切離 ， 如果因切離部位有誤而帶走 IS以外的一部分DNA序列 ， 就會在插入部位造成缺失 ， 從而發(fā)生新的突變 。 轉(zhuǎn)座因子的種類 （ 2） ? 轉(zhuǎn)座子（ Tn， transposon，又稱轉(zhuǎn)位子，易位子） ： IS和 Mu噬菌體相比， Tn的分子量是居中的（一般為 2~25kb）。它含有幾個至十幾個基因，其中除了與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外，還含有抗藥基因或乳糖發(fā)酵基因等其它基因。 Tn雖能插到受體 DNA分子的許多位點(diǎn)上，但這些位點(diǎn)似乎也不完全是隨機(jī)的，其中某些區(qū)域更易插入。 轉(zhuǎn)座因子的種類 （ 3） ? Mu噬菌體（即 mutator phage，誘變噬菌體） ：它是 E . coli的一種溫和噬菌體。與必須整合到宿主染色體特定位置上的一般溫和噬菌體不同，Mu噬菌體并沒有一定的整合位置。與以上的IS和 Tn兩種轉(zhuǎn)座因子相比， Mu噬菌體的分子量最大（ 37kb），它含有 20多個基因。 Mu噬菌體引起的轉(zhuǎn)座可以引起插入突變，其中約有2%是營養(yǎng)缺陷型突變。 ? 自發(fā)突變 是指在沒有人工參與下生物體自然發(fā)生的突變。 ? 幾種自發(fā)突變的可能機(jī)制 ? ★微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng) ： – 過氧化氫是普遍存在于微生物體內(nèi)的一種代謝產(chǎn)物。它對 Neurospora（脈孢菌）有誘變作用，這種作用可因同時(shí)加入過氧化氫酶而降低，如果在加入該酶的同時(shí)又加入酶抑制劑 KCN，則又可提高突變率。這就說明，過氧化氫很可能是“自發(fā)突變”中一種內(nèi)源性誘變劑。在許多微生物的陳舊培養(yǎng)物中易出現(xiàn)自發(fā)突變株，可能也是同樣的原因。 ★ 互變異構(gòu)效應(yīng)： ? 堿基 T、 G的第六位上是酮基，會以酮式或烯醇式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn) ? C、 A的第六位上是氨基，會以氨基式或亞氨基式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn) ? 平衡一般趨向于酮式或氨基式，在 DNA雙鏈結(jié)構(gòu)中一般總是以 A︰ T和G┇ C堿基配對的形式出現(xiàn) ? 在偶然情況下，在 DNA復(fù)制到達(dá)這一位置的瞬間，在 T以稀有的烯醇式出現(xiàn)時(shí)，其相對位置上就出現(xiàn) G ? 同樣，如果 C以稀有的亞氨基形式出現(xiàn)在 DNA復(fù)制到達(dá)這一位置的瞬間，則在新合成 DNA單鏈中與 C相對應(yīng)的位置上就將是 A。這可能就是發(fā)生相應(yīng)的自發(fā)突變的原因。 ? 要預(yù)言在某一時(shí)間、某一基因發(fā)生自發(fā)突變是不可能的。在運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對這些偶然事件做大量統(tǒng)計(jì)分析后，可以發(fā)現(xiàn)并掌握其中的規(guī)律。例如，據(jù)統(tǒng)計(jì)，堿基對發(fā)生自發(fā)突變的幾率約為 10 –8 ~ 10 – 9。 ★ 環(huán)出效應(yīng) ： ? 即環(huán)狀突出效應(yīng)。有人提出，在 DNA的復(fù)制過程中，如果其中某一單鏈上偶然產(chǎn)生一個小環(huán)，則會因其上的基因越過復(fù)制而發(fā)生遺傳缺失，從而造成自發(fā)突變。下圖就是環(huán)出效應(yīng)的設(shè)想機(jī)制。在上鏈中，標(biāo)記B處發(fā)生“環(huán)出”，故只有 A及 C能獲得復(fù)制， 從而發(fā)生自發(fā)突變。而在下鏈中，復(fù)制仍正常進(jìn)行 （ 六 ） 紫外線對 DNA的損傷及其修復(fù) ? 已知的 DNA損傷類型很多，機(jī)體對其修復(fù)的方式也各異。發(fā)現(xiàn)較早和研究得較深入的是紫外線（ .， ultraviolet ray）的作用。 ? 嘧啶對紫外線的敏感性要比嘌呤強(qiáng)得多。嘧啶的光化產(chǎn)物主要是二聚體和水合物。其中了解較清楚的是胸腺嘧啶二聚體的形成和消除。 ? 紫外線的主要作用是使 同鏈 DNA的相鄰嘧啶 間 形成共價(jià)結(jié)合的 胸腺嘧啶二聚體 。 二聚體的出現(xiàn)會減弱雙鏈間氫鍵的作用，并引起雙鏈結(jié)構(gòu)扭曲變形，阻礙堿基間的正常配對，從而有可能引起突變或死亡。在 互補(bǔ)雙鏈間 形成嘧啶二聚體的機(jī)會較少。但一旦形成，就會妨礙雙鏈的解開，因而影響 DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，并使細(xì)胞死亡。 光復(fù)活作用 （ photoreactivation） ? 定義：經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下時(shí)，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，稱為光復(fù)活作用。 – 這一現(xiàn)象最早是 （ 1949）在 Strepotomyces griseus（灰色鏈霉菌）中發(fā)現(xiàn)的。后來，在許多微生物中都得到了證實(shí)。最明顯的是在 ： – 對照： 8 106個 /ml . 100個 /ml – 試驗(yàn)： 8 106個 /ml . 360~490nm 2 106個 /ml – 可見光， 30分 ? 經(jīng)紫外線照射后形成的帶有胸腺嘧啶二聚體的 DNA分子，在黑暗下會被一種 光激活酶（ photoreactivating enzyme） 即光裂合酶（ photolyase）結(jié)合，當(dāng)形成的復(fù)合物暴露在可見光（ 300~500nm）下時(shí)，此酶會因獲得光能而發(fā)生解離，從而使二聚體重新分解成單體。與此同時(shí)，光激活酶也從