DNA损伤与修复-主要的酶与途径

DNA 损伤与修复 主要的酶与途径损伤与修复 主要的酶与途径 感慨 关于感慨 关于 DNA 修复 修复 在细胞中能进行修复的生物大分子只有 DNA 反映了 DNA 对生 命的重要性 DNA 分子的变化并不是全部都能被修复成原样的 正因为如此生物才会 有变异 有进化 DNA 损伤的原因 损伤的原因 a 自发性损伤 1 DNA 复制中的错误 2 DNA 的自发性化学变化 碱基的异构互变 DNA 中的 4 种碱基各自的异构体间都可以自发地相互变化 例如烯 醇式与酮式碱基间的互变 使碱基配对间的氢键改变 可使腺嘌呤能配上胞嘧啶 胸腺 嘧啶能配上鸟嘌呤等 如果这些配对发生在 DNA 复制时 就会造成子代 DNA 序列与亲代 DNA 不同的错误性损伤 碱基的脱氨基作用 碱基的环外氨基有时会自发脱落 从而胞嘧啶会变成尿嘧啶 腺嘌 呤会变成次黄嘌呤 H 鸟嘌呤会变成黄嘌呤 X 等 遇到复制时 U 与 A 配对 H 和 X 都与 C 配对就会导致子代 DNA 序列的错误变化 脱嘌呤与脱嘧啶 自发的水解可使嘌呤和嘧啶从 DNA 链的核糖磷酸骨架上脱落下来 碱基的缺失位点 碱基修饰与链断裂 细胞呼吸的副产物 O2 H2O2 等会造成 DNA 损伤 能产生胸腺嘧啶 乙二醇 羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物 还可能引起 DNA 单链断裂等损伤 此外 体内还可 以发生 DNA 的甲基化 结构的其他变化等 这些损伤的积累可能导致老化 甲基化 b 环境因素引发的损伤 1 物理因素 DNA 受到大剂量紫外线照射时 形成二聚体 电离辐射损伤 DNA 有直接和间接的效应 直接效应是 DNA 直接吸收射线 能量而遭损伤 间接效应是指 DNA 周围其他分子 主要是水分子 吸收射线能量产生具 有很高反应活性的自由基进而损伤 DNA 电离辐射可导致 DNA 分子的多种变化 DNA 链断裂 DNA 链蛋白质的交联 脱氧核糖分解 产生 OH 自由基 导致碱基变化 2 化学因素 烷化剂引起烷化剂引起 DNA 损伤损伤 碱基烷基化 G C A T 碱基脱落 甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤 7N 烷基化 活化 糖苷键 连接 碱基与五碳糖间的共价键变弱 容易折断缺失碱基 造成脱嘌呤作用 DNA 断链 磷酸二酯键上的氧被烷基化 DNA 链交联 碱基类似物 修饰剂对碱基类似物 修饰剂对 DNA 的改变的改变 5 BrdU 5 溴尿嘧啶 酮式 A 烯醇式 G 亚硝酸盐氧化脱氨 C U 羟胺脱甲基 T C 黄曲霉素 B 攻击碱基 DNA 损伤的后果损伤的后果 DNA 修复修复 1 直接修复 在 DNA 5 P 端和 3 OH 端未受损害的情况下 连接酶 ligase l ge z 能够直 接修复 DNA 的断裂口 DNA 紫外线损伤的光复合酶 photolyase 又称光解酶 直接修复 烷基化碱基的直接修复 大肠杆菌的 Ada 酶 腺苷酸脱氨酶 可修复甲基化的碱基和甲基化的磷酸二酯 键 2 错配修复系统 MRS Mismatch Repair System 识别标志 甲基腺嘌呤 的甲基化 6 N 6 m A 在 DNA 中 天然的甲基化碱基有两种 甲基腺嘌呤 和 5 甲基 6 N 6 m A 胞嘧啶 后者与识别无关 组成 DNA 腺嘌呤甲基化酶 甲基化酶 6 m A DNA polymerase 填补单链 DNA 缺口 Helicase SSB 外切核酸酶 和 连接酶 MCE mismatch correct enzyme MCE 有三个亚基 mut H L S 作用分别为 修复流程 3 重组修复 4 碱基切除修复 5 核苷酸切除修复 Nucleotide nju kl ta d excision repair NER 体内识别 DNA 损伤最多的修复通路 主要修复扭曲双螺旋结构的 DNA 损伤以及阻断基因转录 不识别任何特殊的碱基损失 而是识别双螺旋形状的改变 主要过程 损伤识别 蛋白复合体结合到损伤位点 在错配位点上下游几个碱基的 位置上 上游 5 端和下游 3 端 将 DNA 链切开 将两个切口间的寡核 苷酸序列清除 DNA 聚合酶合成新的片段填补 gap 连接酶将新合成片段 与原 DNA 链连接起来 关键蛋白 大肠杆菌中 UvrA UvrB UvrC uvrA 是 ATP 水解酶 同时也是损伤部位的识别蛋白质 它与 UvrB 形成 AZBI 复合物 结合到损伤部位 然后解开双螺旋并造成 UvrB 的构象变化 使其 与损伤部位结合得更牢固 之后 UvrA 释放 UvrC 结合到 U 端的磷酸二醋键 然后在 UvrD 作用下释放 UvrC 与切下的寡聚核昔酸 大肠杆菌的 DNA 聚合酶 I 对 DNA 缺口进行添补 SOS 应答 应答 SOS Response 的概念 网络 促发因素的概念 网络 促发因素 SOS 由来由来 SOS 是英文 Save Our Soul 拯救我们的灵魂 三个英文单词的首字母缩写 后转借用于海事危难时所发出的三长两短的呼救信号 SOS 应答引申到生物学领域 指生物细胞对严重危及生存环境所作出的一种生理反应 同时 也是细胞在严重危及生存环境中所表现出的一种生理状态 细菌染色体 DNA 的大 量损失可以诱导相距很远的基因表达 即所谓 SOS 应答 许多被诱导的基因表达产物参 与了 DNA 修复并诱发突变 关键的调控因子是 RecA 蛋白和 LexA 阻抑物 原核生物 原核生物 当细胞内出现过长的单链 DNA ssDNA 时 细胞内的 RecA 最早发现的参 与大肠杆菌同源重组的蛋白 与之形成一种特殊的 RecA ssDNA 复合体 RecA 拥有蛋白 水解活性 但并不是传统意义上的蛋白水解酶 它可以对一种被用作五十几种基因转录 的阻遏物 Repressor 的 LexA 蛋白质进行相互作用 促进 LexA 的自切割反应 以解除 LexA 蛋白对基因转录的阻遏效应 在所发现的受 LexA 阻遏的基因中 很多是负责 DNA 损伤修复 包括切除修复和同源重组修复 的蛋白质组分 真核生物 真核生物 SOS like Response