环境污染物与碱基切除修复

1、左晨鹏山东大学环境研究院 碱基是指嘌呤和嘧啶的衍生物，是核酸、核苷、核苷酸的成分。 核苷是由碱基通过共价键与核糖或脱氧核糖的1位碳原子相连而形成的化合物。 核苷酸是由核苷与磷酸结合就形成核苷酸，磷酸基接在五碳糖的5位碳原子上。 核酸是由许多核苷酸聚合成的生物大分子化合物。 DNA 脱氧核糖核酸 RNA 核糖核酸。 染色体本质都是脱氧核糖核酸（DNA）和蛋白质的组合。 蛋白质都是由20多种氨基酸（Amino acid）按不同比例组合而成的。 生物酶大都是蛋白质，少数为RNA。 碱基共有5种：胞嘧啶（缩写作C）、鸟嘌呤（G）、腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T，DNA专有）和尿嘧啶（U，RNA专有），DN

2、A和RNA的主要碱基略有不同，其重要区别是：胸腺嘧啶是DNA的主要嘧啶碱，在RNA中极少见；相反，尿嘧啶是RNA的主要嘧啶碱，在DNA中则是稀有的。核糖脱氧核糖 在人体细胞的线粒体，核糖体，细胞核内均可发生碱基互补配对行为。 在DNA或某些双链RNA分子结构中，由于碱基之间的氢键具有固定的数目和DNA两条链之间的距离保持不变，使得碱基配对必须遵循一定的规律，这就是Adenine（A，腺嘌呤）一定与Thymine（T，胸腺嘧啶），在RNA中与Uracil（U，尿嘧啶）配对，Guanine（G，鸟嘌呤）一定与Cytosine（C，胞嘧啶）配对，反之亦然。碱基间的这种一一对应的关系叫做碱基互补配对原

3、则。 腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有两个氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶之间有三个氢键，即A=T,GC物理因素：紫外线电离辐射化学因素多环芳烃：苯并(a)芘某些金属如镍、铍、铬等致癌物碱基类似物烷基化试剂黄曲霉素（B1,B2,G1,G2,M1,M2）羟胺(NH2OH)亚硝胺（R2N-NO） 物理因素： 紫外线即可对核苷酸链上的碱基对造成损伤,引起链的断裂,分子内或分子间的交联以及核酸和蛋白质之间的交联等。当 DNA链内的氢键被紫外线破坏时，链和链之间的嘧啶即可形成二聚体，二聚体会阻碍DNA双链的解链和复制。单链DNA也可在相邻接的嘧啶之间形成二聚体，其作用为阻碍碱基的正常配对，使嘌呤碱不能正常参入,影响DNA复制

4、的正常进行。 电离辐射所引起的 DNA损伤主要是单链断裂、双链断裂、分子间交联，其他如碱基和核苷的脱落和核糖的破坏的后果也多为单链断裂，因此，单链断裂比双链断裂要高1020倍。这些损伤可导致诱发点突变或染色体断裂。 化学因素： 多环芳烃中苯并(a)芘,它在混合功能氧化酶的激活作用下，可形成具有亲电子结构的化合物环氧化物。这种环氧化物与细胞内的 DNA等大分子的亲核基团相结合，就会造成 DNA损伤。当这种损伤不能修复或修而不复时，就有可能使细胞癌变。有些金属如镍、铍、铬等致癌物也可能与核酸残基形成稳定的配合复合物，从而产生致癌作用。 烷化剂的作用可使DNA发生各种类型的损伤：碱基烷基化碱基脱落断

5、链交联 碱基类似物由于其结构与正常的碱基相似，进入细胞能替代正常的碱基参入到DNA链中而干扰DNA复制合成 亚硝酸盐能使C脱氨变成U，经过复制就可使DNA上的G-C变成A-T对；羟胺能使T变成C，结果是A-T改成C-G对；黄曲霉素B也能专一攻击DNA上的碱基导致序列的变化。这三类专一修饰DNA链上的碱基或通过影响DNA复制而改变碱基序列 对不同的DNA损伤，细胞可以有不同的修复反应。在哺乳动物细胞中发现了四个较为完善的DNA修复通路，分别是 切除修复 核苷酸切除修复、 碱基切除修复、 重组修复、 错配修复。 光修复，SOS修复，直接损伤修复2015年的诺贝尔化学奖授予了瑞典科学家托马斯-林达尔

6、（碱基切除修复）、美国科学家保罗-莫德里奇（错配修复）以及土耳其裔美国科学家阿齐兹-桑贾尔（核苷酸切除修复），他们在DNA修复机制研究上取得了巨大的贡献。 又称切补修复。最初在大肠杆菌中发现，包括一系列复杂的酶促DNA修补复制过程, 切除修复是哺乳类动物中最主要的修复形式，它可以修复大多数型式的碱基损伤，这一功能也使人类具有对抗环境中污染因素和稳定遗传信息的能力。 DNA受到化学诱变物（致突变物）或射线照射后，可能产生损伤片段。这时机体细胞能依靠四种酶，像进行外科手术那样把损伤的部位切除和修复。其过程是细胞内有多种特异的核酸内切酶，可识别DNA的损伤部位，在其附近将DNA单链切开，再由核酸外切酶将损伤链切除，由DNA聚合酶以完整链为模板进行修复合成，最后有DNA连接酶封口。 碱基切除修复是先由糖基酶识别和去除损伤的碱基，研究发现所有细胞中都带有不同类型、能识别受损核酸位点的糖苷酶，也称糖苷水解酶，隶属于糖基酶，它能够特异性切除受损核苷酸上的N-糖苷键，在DNA单链上形成无嘌呤或无嘧啶的空位，统称为AP位点。这种空缺的碱基位置可以通过两个途径来填补：一是在插入酶的作用下以正确的碱基插入到空缺的位置上；二是在核酸内切酶的催化下在空位切开DNA链，从而触发上述一系列切除修复过程。 对于各种不同类型的