第五章 DNA损伤与修复
一、名词解释
1、错义突变 2、无义突变 3、同义突变 4、移码突变
5、DNA的体外重组 6、限制性核酸内切酶 7、C-值
8、基因家族 9、转座子
二、简答题
1.诱变剂的作用机制？
2、突变类型及其遗传效应？
3.典型的DNA重组实验通常包括哪些步骤？
4.为什么在DNA中通常只发现A—T和C—G碱基配对?
5.什么是增效与减效突变？
6.噬菌体整合到宿主基因组后4-6个宿主DNA的核苷酸被复制，这是为什么?这与转座子插入新位点有何相似之处?另外，两个核苷酸从5’U3的5’和3’被切除，这意味着遗传信息从反转录病毒中被丢失吗?
7.列出病毒和非病毒超家族反转录转座子之间的4种差异.
8.描述两种转座子引起基因组重排的方式。
9.IS元件整合到靶位点时会发生什么?
10.一个复合转座子和一个IS元件之间的关系是什么?。
11.列出一个转座子插入到一个新位点所要求的步骤.
12.当(1)DNA在两个定向重复之间(2)DNA在两个反向重复之间发生重组的效应各是什么?
13.在什么过程中会形成一个共整合体?它的结构是什么?
14.Tn10元件只有在自己的转座酶基因具有活性时发生转座(与利用基因组中Tn10元件表达的转座酶的情况正好相反)，这种偏爱的原因是什么?
15.跳跃复制的结果是什么?
16.重复序列并不是在选择压力下存在，因此能快速积累突变。这些特性表明重复序列相互间应存在很大的不同，但事实并不是这样的。请举例说明。
17.线检体DNA的突变率与细胞核DNA突变率有什么不同?为什么?
18.简述大肠杆菌的插入序列，并指出它们对自发突变的重要性。
19.分析比较细菌转座子的结构与特点。
三、分析题
1.表面抗原的变异和哺乳动物免疫多样性都是DNA重排的结果。锥虫通过DNA重 排选择表达所携带的一千多个不同的VSG基因中的一个。而哺乳动物细胞则通过 DNA重排产生成百上千个不同的抗体，包括与VSG蛋白反应的抗体，尽管抗体在数量上的优势，锥虫仍然能够成功地逃避宿主的免疫系统，为什么?
2.分析比较细菌转座子的结构与特点。
答案：
一、名词解释
1、错义突变：DNA分子中碱基对的取代，使得mRNA的某一密码子发生变化，由它所编码的氨基酸就变成另一种的氨基酸，使得多肽链中的氨基酸顺序也相应的发生改变的突变。
2、无义突变：由于碱基对的取代，使原来可以翻译某种氨基酸的密码子变成了终止密码子的突变。
3、同义突变：碱基对的取代并不都是引起错义突变和翻译终止，有时虽然有碱基被取代，但在蛋白质水平上没有引起变化，氨基酸没有被取代，这是因为突变后的密码子和原来的密码子代表同一个氨基酸的突变。
4、移码突变：在编码序列中，单个碱基、数个碱基的缺失或插入以及片段的缺失或插入等均可以使突变位点之后的三联体密码阅读框发生改变，不能编码原来的蛋白质的突变。
5、DNA的体外重组：DNA的体外重组是指含有特异目的基因的DNA片段与载体DNA在试管内连接的过程。常用的方法：1. 粘性末端连接法；2. 平末端连接法；3. 结尾法；4. 人工接头法（linker）。
6、限制性核酸内切酶（restriction endonuclease, 内切酶）：是一类特异性地水解双链（ds）的DNA的磷酸二酯酶。分Ι、II、 Ш 型。内切酶的用途： 1.制作DNA物理图谱； 2.DNA限制性片段长度多态性分析（RFLPS）。 3.基因克隆及亚克隆； 4.DNA杂交与序列分析； 5.基因组同源性研究； 6.基因突变和化学修饰的研究。
7、C-值：通常是指一种生物单倍体基因组DNA的总量。
8、基因家族：真核生物中许多相关的基因常按功能成套组合，被称为基因家族。
9、转座子：是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。
二、简答题
1.诱变剂的作用机制？
答：1、碱基的类似物诱发突变2、改变DNA的化学结构3、结合到DNA分子上诱发移码突变4、紫外线及其他射线引起的DNA分子的变化
2、突变类型及其遗传效应？
答：1、突变类型：
A. 点突变NA大分子上一个碱基的变异。分为转换和颠换。
B. 缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。
C. 插入：一个原来没有的碱基或一段原来没有的核苷酸链插入到DNA大分子中间。
D. 倒位NA链内重组，使其中一段方向倒置。
2、突变的遗传效应：
A.遗传密码的改变：错义突变、无义突变、同义突变、移码突变
B.对mRNA剪接的影响：一是使原来的剪接位点消失；二是产生新的剪接位点。
C.蛋白质肽链中的片段缺失：
3.典型的DNA重组实验通常包括哪些步骤？
a、提取供体生物的目的基因（或称外源基因），酶接连接到另一DNA分子上（克隆载体），形成一个新的重组DNA分子。
b、将这个重组DNA分子转入受体细胞并在受体细胞中复制保存，这个过程称为转化。
c、对那些吸收了重组DNA的受体细胞进行筛选和鉴定。
d、对含有重组DNA的细胞进行大量培养，检测外援基因是否表达。
4.为什么在DNA中通常只发现A—T和C—G碱基配对?
答： (1)C—A配对过于庞大而不能存在于双螺旋中； G—T碱基对则太小，核苷酸间的空隙太大无法形成氢键。 (2)A和T通常有两个氢键，而C和G有三个。正常情况下，可形成两个氢键的碱基不能与可形成三个氢键的碱基配对。
5.什么是增效与减效突变？
答： 顺式作用的启动子等调控序列的突变不是阻碍相对应的转录单元转录所必需的。然而，转录启动的效率可能会因此而下降，相邻基因的转录会减弱，这样的突变称为减效突变。若改变启动子序列的突变能提高转录启动的效率，则这样的突变称为增效突变。
6.噬菌体整合到宿主基因组后4-6个宿主DNA的核苷酸被复制，这是为什么?这与转座子插入新位点有何相似之处?另外，两个核苷酸从5’U3的5’和3’被切除，这意味着遗传信息从反转录病毒中被丢失吗?
答： 由于反转录病毒整合酶(reboviral integase)在整合位点切开一个交错切口造成靶位点重复。插入之后，填补切口产生重复序列。转座酶在靶位点产生同向重复序列。病毒基因组每侧两个核苷酸的缺失并不会导致类似基因组另一端的序列的其他拷贝的丢失。
7.列出病毒和非病毒超家族反转录转座子之间的4种差异.
答： 病毒超家族成员含有长末端重复序列LTR、编码反转录酶或整合酶的可读框以及内含子，但非病毒反转录转座子并不含有这些序列。同样，病毒反转录转座子的整合会在靶位点产生一段4-6个核苷酸，的短重复序列，而非病毒反转录转座子则产生7-21个核苷酸重复序列。
8.描述两种转座子引起基因组重排的方式。
答： 转座子转座时能够导致宿主序列的缺失、重复或插入。另外，转座子通过宿主重组系统导致基因组重排。
9.IS元件整合到靶位点时会发生什么?
答： 由于在转座子插入之前已产生一个交错切口，而且这一交错切口在转座子插入后被填补，因此导致靶位点序列重复。
10.一个复合转座子和一个IS元件之间的关系是什么?。
答： 复合转座子在两个末端有IS序列
11.列出一个转座子插入到一个新位点所要求的步骤.
答： 首先，在靶位点处产生一个交错切口，切出转座子。接着，转座子与靶位点连接。最后，填补插入位点两侧的单链区。
12.当(1)DNA在两个定向重复之间(2)DNA在两个反向重复之间发生重组的效应各是什么?
答： 同向重复序列之间的重组会导致重复序列之间DNA序列发生缺失。反向重复序列之间的重组则会使重复序列之间的DNA序列发生倒位。
13.在什么过程中会形成一个共整合体?它的结构是什么?
答： 在复制转座中会形成共整合体(cointegrant)，其中含有两个方向相同的转座子拷贝，并由原有复制子隔开。
14.Tn10元件只有在自己的转座酶基因具有活性时发生转座(与利用基因组中Tn10元件表达的转座酶的情况正好相反)，这种偏爱的原因是什么?
答： 转座酶一旦合成就立即与DNA牢固结合，以免扩散到基因组的其他元件中。有假说认为游离的转座酶半衰期很短，但若与DNA结合后较为稳定。因为未结合状态是不稳定的，所以游离的转座酶不会扩散到其他位点。
15.跳跃复制的结果是什么?
答： 跳跃复制产生串联的DNA序列。比如说，小鼠27bp的重复序列跳跃复制产生54bp的重复序列，它由两个串联的27bp的重复序列所组成。
16.重复序列并不是在选择压力下存在，因此能快速积累突变。这些特性表明重复序列相互间应存在很大的不同，但事实并不是这样的。请举例说明。
答： 如卫星DNA的同源性是通过固定的交换来维持的，它通过不均等交换导致其中一个重复单元的增加和另一个的消失。
17.线检体DNA的突变率与细胞核DNA突变率有什么不同?为什么?
答： 在哺乳动物中，线粒体DNA的突变率比核DNA的突变率高。但在植物中，线粒体DNA的突变率比核DNA的突变率低。出现这种差异的可能原因是线粒体采用不同于细胞核的DNA聚合酶和DNA修复体系。
18.简述大肠杆菌的插入序列，并指出它们对自发突变的重要性。
答： 插入序列(IS)是可以转座的遗传元件，它们只插入自我复制的DNA。中，如细菌和噬菌体的染色体及质粒。大肠杆菌中，有几种不同的IS元件，长度都是0.7—1.5kb. 每种都有特定核苷酸序列，有的编码转座酶，负责启动特定IS的转座。一般来说，每个IS的两端都有一对短的反向重复，长约9-41bp(图A8.1)，转座酶似乎就是通过识别这些反向重复序列起始转座的;也就是说，特异的转座酶和反向重复序列对转座都很重要。转座的另一个性质是每个IS的两端都与宿主DNA的短正向重复序列(3—13bp)相连；这是宿主DNA上的靶位点，在转座过程中该位点被复制。转座时，IS向基因组中新的位置随机地移动。通常，它插入一个结构基因产生突变表型，有时是因为编码序列受到阻断，有时则因为IS元件含有多种转录或翻译的终止信号。另外,IS赐可插入操纵子的操纵基因-启动子区域，导致整个操纵子被关闭，但偶尔操纵子的表达也会变为组成型。当IS含有一个正确定向的启动子时，可以转录细菌操纵子.因为这个启动子不受调节细菌操纵子的正常调控蛋白调控，产生的效果类似于操纵基因组成型突变。所以，IS元件的转座是自发突变的一个重要来源。必须意识到这些突变不能被碱基类似物或移码突变诱变剂诱导和回复。大肠杆菌中有几种不同的IS元件，拷贝数在1—5。
19.分析比较细菌转座子的结构与特点。
答： 1974年，随着发现与抗生素抗性有关的基因可以在质粒与细菌的染色体之间转移，科学家发现了转座子。转座子比IS元件大很多(一般为2—20kb)，它们至少含有一个基因，给宿主带来可遗传的标记，一般是对一种或多种抗生素的抗性。这是一种非常有用的性质，因为每种质粒可以用一种转座子“标记”，这样通过对药物的抗性表型可以简单地检测质粒的存在和转移；同样，可以轻易地观察到转座。转座子Tn5(图A8.2)长5.7kb，是一种结构最简单的转座子;它由三个成分组装而成：一个长中心区(2—7kb)，含有卡那霉素的抗性基因，两端为一对IS元件，每个长1.5kb，方向相反。其他的转座．子两端为不同的IS元件，有时两个IS同向。这些转座子的转座类似IS元件，转座过程中宿主的一个序列或DNA靶位点被复制。发生转座首先是因为任意一个IS序列或两个IS序列同时起作用，编码一个转座酶(在某些元件中，如Tn5，一个IS只有部分功能，不能编码一个有活性的转座酶);其次，转座子两端通常有一对与IS特异相应的反向重复序列：无论IS元件是正向还是反向的，这些末端重复序列都存在。 还有一种可能性：任一对IS元件可以相互作用使它们之间的任意序列转座，这样任一个基因都可以在两端连上两个同样的IS元件成为转座子;这个性质已被用构建重组DNA分子。 Tn5因为其组件的组成被称为集成转座子。其他转座子，如复杂的转座子的结构是不同的；它们两端不是一对IS而是一对反向重复，编码转座所需蛋白的基因位于转座子的中心区。
三、分析题
1.表面抗原的变异和哺乳动物免疫多样性都是DNA重排的结果。锥虫通过DNA重 排选择表达所携带的一千多个不同的VSG基因中的一个。而哺乳动物细胞则通过 DNA重排产生成百上千个不同的抗体，包括与VSG蛋白反应的抗体，尽管抗体在数量上的优势，锥虫仍然能够成功地逃避宿主的免疫系统，为什么?
答： 锥虫因为细胞分裂周期短而取胜。当锥虫感染哺乳动物时，它在血流中以快速的倍增时间复制。在感染开始后不久，识别锥虫VSG的B细胞从休眠状态被激活并开始膨大，而哺乳动物细胞的分裂比锥虫慢得多。当B细胞膨大到足以杀死锥虫时，一些锥虫的VSG已经发生了改变，使B细胞不再能识别它。这样就起始了新一轮的感染，直到免疫系统能识别它时就已改变成能逃得过免疫系统的变体，于是又开始了新的循环。
2.分析比较细菌转座子的结构与特点。
答： 1974年，随着发现与抗生素抗性有关的基因可以在质粒与细菌的染色体之间转移，科学家发现了转座子。转座子比IS元件大很多(一般为2—20kb)，它们至少含有一个基因，给宿主带来可遗传的标记，一般是对一种或多种抗生素的抗性。 这是一种非常有用的性质，因为每种质粒可以用一种转座子“标记”，这样通过对药物的抗性表型可以简单地检测质粒的存在和转移；同样，可以轻易地观察到转座。转座子Tn5(图A8.2)长5.7kb，是一种结构最简单的转座子;它由三个成分组装而成：一个长中心区(2—7kb)，含有卡那霉素的抗性基因，两端为一对IS元件，每个长1.5kb，方向相反。其他的转座．子两端为不同的IS元件，有时两个IS同向。这些转座子的转座类似IS元件，转座过程中宿主的一个序列或DNA靶位点被复制。发生转座首先是因为任意一个IS序列或两个IS序列同时起作用，编码一个转座酶(在某些元件中，如Tn5，一个IS只有部分功能，不能编码一个有活性的转座酶);其次，转座子两端通常有一对与IS特异相应的反向重复序列：无论IS元件是正向还是反向的，这些末端重复序列都存在。 还有一种可能性：任一对IS元件可以相互作用使它们之间的任意序列转座，这样任一个基因都可以在两端连上两个同样的IS元件成为转座子;这个性质已被用构建重组DNA分子。 Tn5因为其组件的组成被称为集成转座子。其他转座子，如复杂的转座子的结构是不同的；它们两端不是一对IS而是一对反向重复，编码转座所需蛋白的基因位于转座子的中心区。
第一种：光复活又称光逆转。这是在可见光（波长3000～6000埃）照射下由光复活酶识别并作用于二聚体，利用光所提供的能量使环丁酰环打开而完成的修复过程。
第二种：切除修复。在
dna多聚酶的作用下以损伤处相对应的互补链为模板合成新的
dna单链片断进行修复
第三种：重组修复。在重组蛋白的作用下母链和子链发生重组,重组后原来母链中的缺口可以通过dna多聚酶的作用,以对侧子链为模板合成单链dna片断来填补进行修复。
第四种：sos修复。dna受到损伤或脱氧核糖核酸的复制受阻时的一种诱导反应。
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