第二章基因突变和表观遗传变异.pptVIP

第二章 基因突变和表观遗传变异 By Li Gang 什么是逆向思维法？ 所谓逆向思维法，就是指人们为达到一定目标，从相反的角度来思考问题，从中引导启发思维的方法。逆向思维是一种比较特殊的思维方式，它的思维取向总是与常人的思维取向相反，比如人弃我取，人进我退，人动我静等。 逆向思维的例子 逆向思维的一个典型例子是“司马光砸缸”。有人落水，常规的思维模式是“救人离水”，而司马光面对紧急险情，运用了逆向思维，果断地用石头把缸砸破，“让水离人”，救了小伙伴性命。 逆向思维的例子 日本有一家企业生产圆珠笔，其产品优势是使用时间长。然而投放市场后销路并不好，原因在于圆珠笔芯中的油墨还没有使用完，笔芯上的圆珠就坏了。厂家不惜重金请来许多专家对笔芯上的圆珠质量进行攻关，效果都不理想，专家断言：只能改进到目前这种效果了。 　　后来，这家企业的一名普通的操作工用一个极为简单的方法,解决了这个令许多专家都束手无策的难题。他将笔杆截去了一段。这样，笔芯上的圆珠报废时，油墨也正好使用完了。 　　这个事例告诉我们：当我们走到绝路时，不妨转过身，打破传统的常规的思维模式，换另一个方法去思考问题，也许柳暗花明的惊喜就会展现在你的面前。 迈克尔·史密斯与定点突变技术 根据生物学理论知识，基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发。但在加拿大生物化学家M·史密斯（Michael Smith ，1932－2000年）发明定点突变法之前，突变株的产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类方法属于随机突变，突变株必须在生物形状上有所改变，才能确定有突变发生，但除非用分子生物方法或遗传方法找到此突变处，否则无法确定突变位置。也就是说，这种突变是盲目的。而史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以也有人将该法称为“反遗传法”。 　　有意思的是这一给生命科学研究及应用领域带来革命性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡时闲聊出来的。现在，几乎每个生物实验室都会用定点突变法来研究基因或蛋白质的功能。定点突变法的应用不仅广泛用于基因工程技术领域，还可用于农业培育抗虫、抗病的良种，用于医学矫正遗传病、治疗癌症等病。  1993年诺贝尔化学奖获得者-史密斯个人简介 迈克尔·史密斯，加拿大化学家。1932年生于英国布莱克普尔，就读于曼彻斯特大学获博士学位。1958年移居加拿大，曾任加拿大温哥华大不列颠哥伦比亚大学生物技术实验室主任。 ??? 1978年，史密斯提出用一个改变了部分密码子的寡核甘酸与一个单链质粒载带的蛋白结构基因配对，然后在合适的宿主细胞中复制扩增，这样就可以得到结构基因发生定位突变的质粒。于是，当这个突变后的质粒进行基因表达时，就可以得到含特定氨基酸改变了的蛋白质。其工作原理就是分子生物学的基本原理：编码基因脱氧核糖核酸(DNA)顺序决定相应的蛋白质氨基酸顺序，改变特定部位的脱氧核糖核酸(DNA)顺序，就可以改变相应的蛋白质中的特定氨基酸品种及排列顺序。 史密斯的贡献 史密斯的上述方案的实施，使基因定位突变方法有了很大变化和发展。揭示蛋白质功能原理是人们长期研究的目标。史密斯为实现这个目标提供了方法，对生物学和化学研究均具有划时代的意义。为此，史密斯因创立寡核苷酸导向的定位，而与穆利斯同时获得了1993年诺贝尔化学奖。史密斯获奖时年已61岁。 Ames Test中为何要加肝脏解毒酶 加入肝脏解毒酶是为了模拟动物体内的代谢反应。因为动物摄取的食物通常由肝内的酶进行解毒和降解，然而通过这种解毒机制却也有时使无毒的化合物产生了有毒或致癌的化合物。因此加入肝脏解毒酶后所得到的实验结果更可靠和更真实。 5. 基因突变的生物学防护与修复 DNA的防护机制： （1）密码子的结构：密码子的简并性以及具有类似性质的氨基酸常有类似的密码子。 （2）回复突变。 （3）抑制因子突变：包括基因间和基因内抑制。由于另一座位上的突变掩盖了原来座位上的突变（但未恢复原来的密码顺序），使突变型恢复成野生型。 （4）二倍体和多倍体。高等生物的多倍体具有几套染色体组，每个基因都有几份，故能比二倍体和低等生物表现更强的保护作用。 （5）致死和选择。如果防护机制未起作用，一个突变可能是致死的。在这种情况下，含有此突变的细胞将被选择所淘汰。 基因突变的修复 除了防护机制，生物体还有一套修复机制来减少突变对机体的损伤。 常见的修复机制分为三大类： （1）直接修复； （2）切除修复； （3）重组修复。 直接修复 利用修复酶直接修复突变的碱基。 如光解酶(photolyase)利用可见光提供的能量将突变的嘧啶二聚体切开成单体，使DNA回复正常。