Survey
* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
Quiz ครั้งที่ 3 : เวลา 10 นาที 1. ใน Translation ของ Prokaryote บน mRNA มี docking site สาหรับ ribosome คือ (1)…………. 2. ใน Translation ของ Eukaryote บน mRNA มี docking site สาหรับ ribosome คือ (2)…………. 3. tRNA ที่ ใช้เริ่ ม translation คือ(3) …………… 4. ใน ribosome สามารถรับ tRNA ได้ที่ (4)…………..และ (5)……………. 5. Start codon คือ (6)…………………. 6. Stop codons คือ (7) ……… , (8) .…… , และ (9) ...…… 7. Factor ที่ recognize stop codons ได้คือ (10) …………... ขอเปลี่ยนแปลงวันสอบ Midterm ครั้งที่ 2 กาหนดเดิม: เสาร์ที่ 25 พ.ย. เปลี่ยนเป็ น เสาร์ที่ 2 ธ.ค. (9:00-12:00 น.) Gene Mutation & Repair Mutation กระบวนการเปลี่ยนโครงสร้างของ Genes ทาให้เกิด Alternative forms ของ genes ผล - เปลี่ยน Phenotype หรื อไม่เปลี่ยน - เกิด Biodiversity - ใช้ศึกษา การควบคุมพันธุกรรม Mutation เป็ นลักษณะอย่างหนึ่งของ gene Alternative forms of genes Change ใน phenotypes Biological diversity Genetic study Types of Mutation I. Effects on the Phenotype of Mutant Organisms II. Effects on the Genetic Materials I. Effects on the Phenotype of Mutant Organisms 1. Somatic & Germ-line Mutations 2. Morphological Mutations 3. Nutrition Mutations 4. Lethal Mutations 5. Condition Mutations 1. Somatic & Germ-line Mutations 1.1 Germ-line mutation : sex cells, progeny e.g. Queen Victoria of Great Britain hemophilia 1.2 Somatic mutation : nonsex cells, within lifetime of individual e.g. Indian corn --> transposable genetic element 1.1 Germ-line mutation : sex cells, progeny 1.2 Somatic mutation : nonsex cells, within lifetime of individual 2. Morphological or Visible mutation Appearance ต่างจาก wild type e.g. - albino mammal - สี ตา & ลักษณะปี กของแมลงหวี่ - colony ของ bacteria/yeas, plaque ของ virus Visible mutation 3. Nutrition mutation : Microbes wild-type เจริ ญได้ใน minimal media เรี ยกว่า Prototrophs Mutant เจริ ญใน minimal media ไม่ได้ ต้องการ extra substances เรี ยก Auxotrophs เพราะ defective genes / ขาด enzymes สร้างสารและพลังงานจาก glucose และ salt เพื่อดารงชีพไม่ได้ ต้องมีอาหาร พิเศษ เช่น bio mutant E.coli ต้องการ biotin leu mutant E.coli ต้องการ leucine pantothenateless mutant Neurospora ต้องการ pantothenate 4. Lethal mutation : death mutation ใน gene ของ subunits ของ RNA Polymerase --> inactive RNA Pol --> no transcription --> no RNA 4.1 Lethal mutation ใน haploid organisms ตายทันที เพราะ ไม่มี wild-type gene / allele ที่ผลิต RNA Polymerase เพื่อ compensate 4.2 Lethal mutation ใน diploid organisms มี wild-type allele ปกปิ ดไว้ไม่แสดงผลร้ายได้หลาย รุ่ น จนกว่า heterozygous mate --> Lethal เช่น yellow mice - heterozygous --> survive - homozygous --> ไม่เคยมีปรากฏเพราะ ตายในท้องแม่และเป็ น recessive 5. Condition mutation mutation แล้วมี condition เป็ น lethal หรื อไม่ 5.1 Conditional lethal 5.1.1 Temperature-sensitive (ts) normal growth temperature = Restrictive หรื อ Non permissive allowed growth temperature = Permissive mutants ที่ grow ใน restrictive ไม่ได้ เพราะ mutated protein ถูก denatured --> lethal จึงเป็ น Temperature-sensitive mutants ตัวอย่าง ovalbumin : ในไข่ --> restrictive/ nonpermissive low temperature --> permissive bioled egg --> sensitive --> denatured --> lethal 5.1.2 Premature translation normal codons mutate เป็ น stop codon(s) ภายใน reading frame ของ gene - survive ถ้ามี supressor tRNA --> mature translation - lethat ถ้าไม่มี suprresor tRNA --> premature translation 5.2 Condition without lethal Temperature-sensitive coat color gene ของ แมวไทย Body : warm --> inactivate color-producing enzyme --> white color Feet, nose, & ears : cool --> produce enzyme -> dark color II. Effects on the Genetic Materials 1. Point Mutations 2. Silent Mutations 3. Frameshift Mutations 4. Reversion Mutations 1. Point Mutations mutation เกิดกับ 1 หรื อ 2-3 bases เปลี่ยนแปลง base โดย - alteration หรื อ - insertion หรื อ - deletion ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกับ codon และ reading frame ของ codon Point mutation 1.1 Missense Mutations เปลี่ยน 1 base ทาให้เปลี่ยน sence ของ codon จาก a.a. หนึ่งเป็ นอีก a.a. หนึ่ง เช่น 1.2 Nonsense Mutations convert sense codon ให้เป็ น stop codon tryptophan codon UGG --> stop codon UGA ใน translation ไม่มี tRAN recognize ได้มีแต่ RF recognize stop codon ได้ premature translation -> protein ผิดปกติ 1.3 Transition Mutation เปลี่ยนในกลุ่ม base เดียวกัน pyrimidine replace pyrimidine purine replace purine 1.4 Transversion Mutation เปลี่ยนสลับกลุ่ม base pyrimidine replace purine purine replace pyrimidine 2. Silent mutation mutation ที่ detect ไม่ได้โดยวิธีธรรมดา เปลี่ยน base ของ codon UCA เป็ น codon UCG ทั้ง 2 codons คง code ให้ serine protein ชนิดเดิม mutation ที่ 3rd base/wobble position ของ codon mutation ภายใน intron จะสะสม ให้ลูกหลาน Silence mutation 3. Frameshift mutation Insertion หรื อ Deletion 1 base เปลี่ยน reading frame ชุดใหม่ของ gene นับจากตาแหน่ง mutation เป็ นต้นไป codon เปลี่ยน ---> useless protein stop codon ---> immature protein ไม่มี stop codon ---> readthrough เป็ นผลให้ได้ mutant phenotype Frameshift mutation 4. Reversion หรื อ Backmutation mutation ที่ reversible ให้กลับไปยัง original phenotype เกิดได้ 2 ทาง 4.1 True reversion 4.2 second-site reversion (Forward mutation or Suppression) Reversion mutation 4.1 True reversion mutation alteration ของ mutated base กลับไปเหมือนเดิม ทุกอย่าง หรื อ restore original reading frame เช่น Ser Pro Gln Gly Thr original frame : TCC CCC CAA GGC ACT Ser Pro Pro Arg His insert one C : TCC CCC CCA AGG CAC T Ser Pro Gln Gly Thr delete one C : TCC CCC CAA GGC ACT 4.2 Second-site reversion / Suppression เป็ นการ mutate ครั้งที่ 2 ที่อีก codon หนึ่ง ไม่ให้ original gene แต่ restore function ของ protein mutate ให้ amino acid ใหม่ อีกตัว แล้วทาให้ function ของ protein เหมือนก่อน mutation ครั้งแรก 4.2.1 Intragenic suppression mutation mutation แรกกับ mutation 2 เกิดใน gene เดียวกันเพื่อ compensate กันได้ protein ที่ function กลับคืน 4.2.2 Intergenic suppression mutation เกิดต่าง genes แต่ compensate กัน เช่น mutation ที่ codon บน mRNA --> mutated codon --> a.a. เปลี่ยน mutation ที่ anticodon บน tRNA --> complement หรื อ suppress ต่อ mutant codon -> translation ปกติ ได้ protein ที่ยาวเท่าเดิม แต่มี a.a. 1 ตัวไม่ถูกต้อง mutation ที่ codon ของ mRNA อาจเป็ น Missence mutant หรื อNonsence mutant ก็ได้ mutation ที่ anticodon บน tRNA ได้ mutant เป็ น suppressor ต่อ mutant codon mRNA Nonsense mutant Suppressor mutant Ochre mutant - UAA Ochre suppressor Amber mutant - UAG Amber suppressor Opal mutant - UGA Opal suppressor Causes of Mutations 1. Spontaneous Mutations 2. Chemical Mutations 3. Radiation-induced Mutations Mutagens = mutation causing agents 1. Spontaneous mutations mutation เกิดเอง ไม่มี mutagens 8 ใน bacterial cell เกิดทุก ๆ 1 cell ใน 10 cell divisions ในคน spontaneous rate mutation ยิง่ สู งกว่า มักเกิด อย่าง random โดยเป็ น errow ของ DNA replication ที่ เล็ดลอด proofreading function ของ replicating enzymes Spontaneous mutation เกิดจากหลายสาเหตุ 1.1 DNA replication machinery E.coli mutant strains มี unfaithful replication เรี ยกว่า Mutators Gene ของ DNA Polymerase encode ให้ mutant subunits --> mismatch repair และ proofreading ไม่ได้ ใน replication rate mutation ของ mutator สู งกว่าปกติและ mutator adapt ต่อ environment ได้ดี 1.2 Replication mistakes โดย DNA bases base ของ DNA มี form / Tautomer 2 forms มีโครงสร้างหลักของ atom เหมือนเดิมแต่ การเรี ยง base ต่างกันเล็กน้อย การเปลี่ยน form ของ base เรี ยกว่า Tautomerization หรื อ Tautomeric shift ปกติ Base แต่ละ base ของ DNA มี form เดียว T A Keto form T = A amino form »¡µÔ enol form T = G keto form amino form A = T keto form »¡µÔ imino form A = C zmino form pyr. T keto C imino pyr. A amino G keto DNA polymerase supply base เข้า alternate form ทาให้ mismatch base pairing และ mistakes ยังคงอยูใ่ น replication ในรอบต่อไป ทาให้เกิด mutation 1.3 Frameshift mutation during replication insertion/deletion ระหว่าง DNA replication เกิด codon เปลี่ยนตั้งแต่จุดเกิด mutation เป็ นต้นไป ยังไม่รู้ mechanism แท้จริ ง อาจเป็ น Slip a cog โดย base pair เข้า partner ไม่ได้ looping out ติดอยู่ replication รอบต่อไปอาจ insert looping base หรื อ delete looping base Hypothesis of Frameshift mutation 1.4 Deamination การเสี ย amino group ของ base หนึ่ง กลายเป็ นอีก base หนึ่ง ทาให้ base pairing เปลี่ยนใหม่ โดยเฉพาะ cytosine และ adenine C --> U ทาให้ G = C --> G = U หลัง replicate ได้ GC (เดิม) และ A T (ใหม่) [GC ==> AT] A --> Hypoxanthine ทาให้ A = T --> H = C หลัง replicate ได้ HC และ CG [AT ==> CG] Deamination of Cytosine and Adenine ในภาวะปกติ Deamination ของ C -->U ไม่เป็ นสาเหตุ mutation เพราะ mismatched U จะถูกตัดออก ทาให้ G ว่างไม่มีคู่ pair C ถูกนามาใส่ กลับที่วา่ ง จะได้ G = C คืน แต่ ถ้ามี methylation C ถูก methylated ได้ 5methylcytosine แล้วถูก deaminated ได้ T G = T mismatch pair หลัง replication ไดั G = C wild-type A = T mutant CG เป็ น target สาหรับ methylation และ 5methylcytosine เป็ น Hot spot สาหรับ Spontaneous mutation Deamination of methylated Cytosine 2. Chemical mutagenesis Mutation โดย chemicals และ radiation เกิดบ่อยกว่า spontaneous mutation Chemicals บางอย่าง accelerate อัตรา mutation หรื อinduced mutation chemicals นั้นเรี ยก Mutagens เช่น mutagens และ UV ช่วยเร่ ง spontaneous mutation 2.1 Base analogues เสริ ม frequency ของ tautomerization เช่น 5’bromodeoxyuridine (BrdU) คล้าย Thymidine BrdU = A แต่ถา้ BrdU ---> enol tautomer ==> C BrdU = G ซึ่ง frequency สู งกว่า tautomerization ของ thymidine e.q. สารเร่ ง tautomerization คือ nitrous acid, bisulfite Base analogue 2.2 Alkylation environmental carcinogen หลายชนิด เป็ น Electrophilic - ชอบ negative charge จึงหา center ของ negative charge คือ DNA ซึ่งมี PO 4 และ bases แล้ว Alkylation ใส่ Alkyl groups เข้า DNA ที่ Phosphoduester bonds ระหว่าง 2 sugars, N3 ของ adenine และ N7 ของ guanine Alkylation ไม่ทาให้ mismatch แต่ทาให้ bond ระหว่าง base กับ sugar อ่อนแอ base หลุดออก จาก DNA เหลือแต่ sugar เป็ น apurinic site = ไม่มี purine base หรื อ อาจทาให้เกิด tautomer ที่ผิด เซลล์ตอ้ ง repair ให้ปกติก่อนจึง replicate ได้ หรื อ repair ไม่สาเร็ จ เกิด disrupt base pairing เกิด faulty DNA replication ทาให้เกิด mutation electrophiles / carcinogens ที่นิยมใช้ใน lab คือ Ethylmethane sulfonate : EMS => transfer methyl group ให้ DNA Ethylethane sulfonate : EES => transfer ethyl group ให้ DNA Alkylation 2.3 Intercalation ของ flat molecules สอดแทรกโมเลกุลเข้าในโมเลกุล DNA Ethrdium bromide และ Acridine dyes เช่น proflavin และ acridine orange insert เข้าระหว่าง flat base pairs ของ DNA ทาให้ helix บริ เวณ insertion จะใหญ่ข้ ึน เป็ นโอกาสให้เกิด insertion / deletion ของ base ขณะ replication หรื อเกิด looping out process ได้ frameshift ของ reading frame 3. Radiation - induced mutations Mutagenic radiation ที่ common ใน ธรรมชาติ คือ Ultraviolet, gamma radiationและ X-radiation Radiation ต่างชนิดกัน มี energy ต่างกัน จะ damage DNA ได้ต่างกัน 3.1 Ultraviolet radiation UV ให้ energy อ่อน และ damage ปานกลาง UV cross link pyrimidine bases ที่อยูต่ ิดกันบน DNA strand เดียวกันได้ dimers ของ 2 bases ปกติเกิด T=T เป็ น Thymine dimer ซึ่ง interrupt base pairing, block DNA replication DNA pol. enzymeใส่ pair ของ base T=Tไม่ได้ หรื อใส่ base อย่าง random เป็ นผลให้เกิด mutation UV damage ต่อ DNA มาก ที่สุดที่ Wavelength ~ 260 nm ซึ่ง DNA absorb ได้มากที่สุด และมี มากที่สุดในแสงแดด mutagenicity ของ UV ทา ให้เสี ย control ของ cell division กลายเป็ น skin cancer 3.2 Gamma และ X ray energy มากกว่า UV กระทาต่อ DNA โดยตรง โดย ionize H2O รอบ ๆ DNA ได้ free radicals โดยเฉพาะ free radical ที่มี O- จะ reactive มาก และattack DNA ทาให้ - base change - single strand break - double stand break - chromosome break ในกรณี ของ double - stranded break และ ของ chromosome break damage ที่เกิดจะถูกเก็บ (severed) และ repair ยาก ionizing radiation จึงเป็ นทั้ง mutagen และ เป็ น clastogen คือ ตัวทาให้แตก (breaker) 3.3 Beta ray พลังงานน้อยกว่า r-ray และระยะทางสั้นกว่า แต่เมื่อรังสี ทะลุผา่ นเซลล์/เนื้อเยือ่ จะซิกแซกสะท้อนไปมา ทาให้ทาลายเนื้อเยือ่ ได้มากกว่า 3.4 Heat เป็ น the most important environmental mutagen จะ ตัด bond ระหว่าง purine กับ sugar ได้ apurinic site ได้ถึง 10 000 sites ใน 1 cell ของคน DNA Repair ซ่อมแซม damaged DNA ให้ กลับสู่ original state DNA Repair Mechanisms I. True repair กาจัด defective DNAทั้งหมด 1. Direct reversal mechanism หรื อ Directly undoing DNA damage 2. Excision repair II. Non-repair method คงเหลือ defective DNA 3. Recombination repair 4. Error-prone repair 1. Directly undoing repair / Direct reverse 1.1 UV damage repair / Light repair Pyrimidine dimer (T=T) ที่เกิดจากแสง UV ถูกทา ให้แยกออกจากกันแสงสว่าง (light > 300 nm) และ photoreactivating enzyme หรื อ DNA photolyase DNA photolyase enzyme จับที่ dimer แล้ว absorb พลังงานจาก visible light ตัด dimer ออกได้ แล้ว fill gap ด้วย DNA pol I และ DNA ligaseใน E. coli และ phage พบว่ามี phr gene encode ให้ DNA photolyase DNA polymerase I มีคุณสมบัติของ 5’-> 3’ exonuclease และ DNA polymerase activity DNA pol I จึงสามารถ remove damage และ fill gap ได้ในเวลาเดียวกัน เรี ยกว่า Nick translation ซึ่งเป็ นวิธีทวั่ ไปในการ repair DNA damage ไม่เกิด mutation 1.2 O6- methylguanine methyltransferase 6 O - mGua methyltransferase รับ methyl และ ethyl group ออกจาก DNA โดย มี acceptor site รับ Alkyl group sulfur ของ cysteine enzymeไม่สามารถนากลับมาใช้ได้อีก เป็ นSuicide enyme repair process นี้จึงแพงมากไม่เกิดบ่อย พบได้ต้ งั แต่ E. coli ถึง human beings Mechanism of O6methylguanine methyl transferase 2. Excision repair ซ่อมแซมโดยตัดเอา damaged DNA ออก แล้วใส่ fresh DNA segment เข้ามาแทน Excision repair เป็ น repair ที่เกิดมากที่สุด และเกิดได้หลาย mechanisms 2.1 DNA Glycosylase/AP repair โดย DNA glycosylase create AP site ขึ้นมาก่อน 1) DNA glycosylase ตัด glycosidic bond ระหว่าง damaged base กับ sugarได้ AP site (Apurinic หรื อ Apyrimidinic sites) 2) Incision โดย AP site ถูก nick ด้วย 5’ AP endonuclease (Class II AP endonuclease) 3) Excision damaged bas โดย 2 วิธี a. 5’ -> 3’ exonucleas หรื อ b. 3’AP endonucleas (Class I AP endonuclease) ตัดหลัง AP site พอดี เอา AP deoxpyribise phosphate ออก 4) fill gapโดยใช้ strand ตรงข้ามเป็ น template ด้วย DNA pol I และ DNA ligase กรณี Pyrimidine dimer (T=T) 1) DNA glycosylase ตัด bond ระหว่าง T ตัว แรกกับ sugar ได้ AP site (ไม่ตดั bond T=T) 2) 3’AP endonuclease ตัด phosphodiester bond หลัง AP site (incision) 3) 5’AP endonuclease หรื อ 3’5’endonuclase ตัด AP sugar (excision) 4) 5’->3’exonuclease ตัด 2-4 nucleotides รวม ทั้งdimer ออก 5) fill gap ด้วย DNA pol I และ DNA ligase 2.2 Repairing damage w/o creating AP Site repair damaged bases จานวนมาก รวมทั้ง Thymine dimers โดยไม่มี DNA glycosylase ช่วย ทาได้ 2 วิธี 2.2.1 one-nick pathway 2.2.2 two-nick pathway 2.2.1 One-nick pathway 1) damage-specific DNA incising enzyme จา bulky damage 2) cut DNA strand upstream จาก damage 3) 5’->3’ exonuclease remove damage ออก 2-4 nucleotides 4) fill gap ด้วย DNA pol I และ DNA ligase 2.2.2 Two-nick pathway incising enzyme nick ข้างใดข้างหนึ่งของ damaged DNA และ remove oligonucleotides ที่มี damage ออก แล้ว fill gap DNA pol I และ DNA ligase ใน E. coli มี enz เฉพาะ ชื่อ uvrABC endonucleass เป็ น 3 polypeptides โดย uvrA gene, uvrB gene และ uvrC gene ที่สามารถ cutได้ 12-30 bases DNA incision without AP sites 2.3 Mismatch repair mismatch เมื่อ (1) ใส่ base ผิด (2) failure ของ proofreading system จึงต้อง repair เพื่อให้รู้ ความแตกต่างระหว่าง parental strand กับ progeny strand E.coli มี safeguard system ป้องกันปัญหานี้ * โดยมี sequence GA TC ซึ่ง A ถูก methylated ทุก 250 base pairs ไม่ไกล จาก mismatch และเป็ น ฉลาก ให้กบั parental strand GATC เป็ น palindrome คือ strand ตรงข้ามอ่าน GATC เหมือนกัน ในทิศ 5’->3’ เหมือนกัน * * ’ 5 --- GA TC NNNN-------------------GA TC NNNN---3’ 3’ ----NNNN CTA*G----------------- NNNN CTA*G---5’ เมื่อเกิด mismatch ตามด้วย replication เซลล์จะ repair mismatched base ก่อนที่ ที่ A บน progeny strand จะถูก methylate เพราะ methylation เกิดช้า กว่า mismatch repair system process นี้ใน eukaryote ยังไม่รู้ เพราะไม่มี methylation 3. Recombination repair/ Post replicative repair เป็ น repair mechanism ที่สาคัญที่สุด เพราะต้องการ DNA replication ก่อนจึง repair ได้ (1) Replication process T=T dimer ทาให้ DNA replication หยุดชัว่ คราว replication ดาเนินต่อหลัง dimer ด้วย primer ใหม่ ได้ duplex สาย 1: strand ที่มี T=T กับ strand ที่มี gap duplex สาย 2 : complete ทั้ง 2 strands (2) Recombination gapped strand ของ duplex 1 cross กับ homologue strand ซึ่งเป็ นของ duplex 2 - gapped strand ของ duplex 1 แลกเอา nucleotides มาfill ให้เต็ม gap และ strand ที่มี T=T คงอยู่ ซึ่งจะถูกตัดออกภายหลัง - homologue strand ของ duplex 2 เสี ย nucleotides เกิด เป็ น gapped strand อันใหม่ ซึ่ง จะถูก fill ให้เต็ม duplex 2 จะเป็ น complete duplex Recombination repair 4. Error-prone repair เป็ นส่ วนหนึ่งของ SOS response และ DNA damage เป็ นตัว induce pathway (1) mutagen หรื อ activate recA => RecA protease (2) RecA ย่อย LexA --> LexA หลุดจาก umuDC operon (3) umuDC operon active -> ให้ UmuD & UmuC (4) UmuD & UmuC ทาให้ replication ที่หยุด เพราะ มี T=T ดาเนินการต่อ Error-prone (SOS) repair Http://i.am/aptech.sut