DNA的突变、损伤和修复.ppt

然而，真正的回復突變很少發生，大多數回復突變都發生在另一位點。因此，這樣的第二次突變並未恢復野生型的堿基序列，只是其表型被抑制了。第二點突變可以發生在同一基因之中，也可以發生在不同的基因之中，前者稱為基因內抑制，後者稱為基因間抑制。在這一章，我們僅考察一下基因內抑制形成的機制。錯義突變所造成的表型性狀的改變可能是因為突變影響到了蛋白質空間結構，進而導致蛋白質活性的喪失。假設，一種蛋白質空間結構的形成完全取決於多肽鏈上兩個特定氨基酸殘基之間的靜電吸引作用。如果突變導致其中一個帶正電荷的氨基酸殘基被一帶負電荷的氨基酸殘基所取代，蛋白質蛋白質就不能正確折疊。但是，如果第二次突變使另一帶負電荷的氨基酸殘基又被一帶負電荷的氨基酸殘基取代，蛋白質就會形成正確的構象。1.基因內抑制圖表示了另一種更為複雜的基因內抑制。在這裏，蛋白質的結構由6個氨基酸殘基之間的疏水作用維持的。正向突變使其中一個側鏈較小的氨基酸殘基，被一個側鏈較大的氨基酸殘基所取代。而第二位點的回復突變使原來與丙氨酸相互作用的較大的氨基酸殘基變為較小的氨基酸殘基，恢復了疏水作用，因而恢復了蛋白質分子的功能。對第2位點氨基酸取代的抑制效應進行分析有助於揭示蛋白質的空間結構。如果氨基酸A被X取代所產生的突變型效應被發生在另一位點的氨基酸取代（比如氨基酸B被Y取代）所抑制，A和B兩個氨基酸在蛋白質的空間結構中彼此接近，或者位於兩個蛋白質上兩個相互作用的區域。移碼突變的回復突變通常發生在同一基因的另一個位點上，並且回復突變位點靠近原初的突變位點，只有這樣兩個突變位點之間才會有很少的氨基酸發生改變。兩個突變位點之間的氨基酸序列發生改變不會對蛋白質的功能產生顯著影響。2．基因間抑制我們已經知道，編碼一種氨基酸的密碼子變成終止密碼子稱為無義突變，無義突變產生一種截短的、通常無功能的蛋白質。無義突變可以被另一基因上的突變所抑制。無義突變的抑制突變通常是一個tRNA基因突變，導致其反密碼子發生改變，結果產生一種能夠識別終止密碼子的tRNA。在圖中，野生型基因中一個編碼酪氨酸的密碼子UAC突變成一個終止密碼子UAG。突變基因編碼一條無活性的蛋白質片段。細胞內無意突變的抑制突變發生在亮氨醯tRNA基因內，突變使tRNALeu的反密碼子由3’-AAC-5’轉變成3’-AUC-5’。突變的tRNA把終止密碼子UAG讀成亮氨酸的密碼子。這種突變的tRNA稱為抑制子tRNA（suppressortRNA）。一般把終止密碼子UAG稱為琥珀型（amber），UAA為赭石型(ochre)，UGA為乳白型(opal)。琥珀型抑制子為識別UAG的突變型tRNA。赭石型抑制子反密碼子為AUU，由於反密碼子和密碼子識別過程中的擺動原理，赭石型抑制tRNA可以識別UAA和UAG兩種反密碼子。乳白型反密碼子很少發現。抑制tRNA的產生並不會影響讀碼框中有義密碼子的識別。對於一種密碼子細胞往往有多個拷貝的tRNA基因，即使其中一個拷貝發生了突變，也不會影響到對密碼子的識別。所以，抑制突變至少在微生物中相當普遍，人們在細菌的穀胺醯胺、亮氨酸、絲氨酸、酪氨酸和色氨酸tRNA基因中發現了抑制突變。由抑制tRNA插入的氨基酸可能就是原來的氨基酸，這時蛋白質的功能得到了完全的恢復。或者，抑制tRNA在突變位點插入了另外一種氨基酸，使得突變基因產生了一個有部分活性的蛋白質。在蛋白質合成過程中，終止密碼子由釋放因數識別。這樣，抑制tRNA和釋放因數對終止密碼子的識別存在競爭。因此，抑制作用不是完全的，抑制效率通常是10％～40％。這樣的抑制效率可以為細胞足夠的功能蛋白。然而，抑制tRNA也能識別未突變基因的終止密碼子，造成通讀，產生延長的多肽鏈。攜帶抑制突變的細胞生長的速度比正常的細胞要慢也就不足為奇了。事實上，只有細菌和低等的真核生物（例如，酵母，roundworms）能夠容忍抑制突變。在昆蟲和哺乳動物中，抑制突變是致死的。四、突變的熱點突變可以發生在基因組中的任一位點。但是在基因組中，也存在一些位點，這些位點發生突變的幾率比隨機分佈所估計的要高出許多，可能是預期的10倍或100倍，這些位點被稱為突變的熱點（hotspot），發生在熱點上的突變常常是相同的。大多數熱點是DNA分子中的5－甲基胞嘧啶位點。5－甲基胞嘧啶是DNA合成後，胞嘧啶被修飾後形成的，在DNA分子中與鳥嘌呤正確配對。然而，5－甲基胞嘧啶常常發生自發脫氨形成胸腺嘧啶，導致G-T對的產生，在雙鏈DNA分子中產生了一個錯配。當DNA複製時，在一個子代DNA分子中，A-T對就取代了G-C對，導致突變的發生。突變熱點的形成還有其他原因。如前所述，短的串聯重複序列在DNA複製時會發生鏈的滑移，造成重複單位的插入