第5章DNA的损伤修复及突变

1、123 根据受损的部位，根据受损的部位，DNA损伤可以为两种：损伤可以为两种：n碱基损伤碱基损伤nDNA链的损伤链的损伤DNA损伤：损伤：一切使一切使DNA结构和功能发生结构和功能发生改变的改变的DNA变化，都可称为基因的损伤变化，都可称为基因的损伤 。4 DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，维存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，维护护DNA分子的完整性对细胞至关紧要；分子的完整性对细胞至关紧要； 修复修复DNA损伤的能力是生物能保持遗传稳定性所在；损伤的能力是生物能保持遗传稳定性所在； DNA分子的变化并不是全部都能被修复成原样的，分子的变化并不是全部都能被修复成原样的，因此生物才

2、会有变异、有进化。因此生物才会有变异、有进化。DNA损伤修复的重要性：损伤修复的重要性：5 细胞内在的因素和环境中的因素都可能细胞内在的因素和环境中的因素都可能导致导致DNA损伤，根据损伤的原因可以分为：损伤，根据损伤的原因可以分为：61. 碱基的异构互变碱基的异构互变2. 碱基的脱氨基作用碱基的脱氨基作用3. 脱嘌呤与脱嘧啶脱嘌呤与脱嘧啶 (碱基丢失碱基丢失)4. 活性氧引起的碱基修饰与链断裂活性氧引起的碱基修饰与链断裂71. 1. 碱基的互变异构碱基的互变异构 DNA每种碱基有几种形式，称互变异构体，每种碱基有几种形式，称互变异构体，异构体中原子的位置及原子之间的键有所不同。异构体中原子的

3、位置及原子之间的键有所不同。 碱基各自的异构体间可以自发发生变化（烯碱基各自的异构体间可以自发发生变化（烯醇式与酮基间互变）醇式与酮基间互变）; A=C T=G 上述配对发生在上述配对发生在DNA复制时，会造成子代复制时，会造成子代DNA序列与亲代序列与亲代DNA不同的错误损伤不同的错误损伤.8同型异构体转换同型异构体转换= O -OH9同型异构体转换同型异构体转换-NH2 -NH1011异构互变造成的复制损伤异构互变造成的复制损伤122. 碱基的脱氨基作用碱基的脱氨基作用 碱基的环外氨基自发脱落，碱基的环外氨基自发脱落，C变为变为U，A变为变为次黄次黄嘌呤嘌呤（I），），G变为变为黄嘌呤黄嘌

4、呤（X） 。 复制时，复制时，U与与A配对、配对、I和和X都与都与C配对会导致子代配对会导致子代DNA序列的错误变化。序列的错误变化。13143. 脱嘌呤与脱嘧啶脱嘌呤与脱嘧啶 (碱基丢失碱基丢失) 自发水解使嘌呤和嘧啶从自发水解使嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落。链的核糖磷酸骨架上脱落。 哺乳类动物细胞，在哺乳类动物细胞，在30C下，下，20h内内DNA链自发脱落嘌呤链自发脱落嘌呤约约1000个，嘧啶约个，嘧啶约500个。个。154. 活性氧引起的碱基修饰与链断裂活性氧引起的碱基修饰与链断裂 细胞呼吸的副产物细胞呼吸的副产物O2-, H2O2造成造成DNA损伤，产损伤，产生一些碱基修

5、饰物（胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧生一些碱基修饰物（胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等），还可引起啶等），还可引起DNA单链断裂等损伤单链断裂等损伤; 这些损失这些损失的积累可导致老化。的积累可导致老化。161718 DNA受到大剂量紫外线（受到大剂量紫外线（260nm）照射时，同照射时，同一条链上相邻的一条链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体嘧啶以共价键连成二聚体；TT, CC, CT之间都可形成二聚体。之间都可形成二聚体。复制时，此处产生空复制时，此处产生空耗过程，耗过程，DNA不能不能复制，细胞不能分裂，复制，细胞不能分裂，导致凋亡。导致凋亡。19紫外线引起的紫外线引起的DNA损伤损伤最易形成胸腺

6、嘧啶二聚体（最易形成胸腺嘧啶二聚体（TT）20 细胞中的水经辐射解离后产生大量细胞中的水经辐射解离后产生大量OH-自由基，使自由基，使DNA链上的碱基氧化修饰、形成过氧化物的、导致碱链上的碱基氧化修饰、形成过氧化物的、导致碱基环的破坏和脱落等。基环的破坏和脱落等。 脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的氢都能与脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的氢都能与OH-反反应，导致脱氧核糖分解，最后会引起应，导致脱氧核糖分解，最后会引起DNA链断裂。链断裂。21脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而导致脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而导致DNA链断裂。链断裂。一条链断裂称一条链断裂称单链断裂单链断裂（single stra

7、nd broken）；DNA双链在同一处或相近处断裂称为双链在同一处或相近处断裂称为双链断裂双链断裂（double strand broken ）。22 同一条同一条DNA链上或两条链上或两条DNA链上的碱基间以共价链上的碱基间以共价键结合；键结合；DNA与蛋白质之间也以共价键相连；组蛋白、与蛋白质之间也以共价键相连；组蛋白、染色质中的非组蛋白、调控蛋白、与复制和转录有关染色质中的非组蛋白、调控蛋白、与复制和转录有关的酶都会与的酶都会与DNA以共价键连接。以共价键连接。 交联是细胞受电离辐射后在显微镜下看到的染色交联是细胞受电离辐射后在显微镜下看到的染色体畸变的分子基础，会影响细胞的功能和体畸

8、变的分子基础，会影响细胞的功能和DNA复制。复制。231. 碱基类似物、修饰剂对碱基类似物、修饰剂对DNA的损伤；的损伤；2. 烷化剂对烷化剂对DNA的损伤；的损伤；3. 嵌合剂对嵌合剂对DNA的损伤。的损伤。 24 某些化学物质和正常的碱基在结构上类似，有某些化学物质和正常的碱基在结构上类似，有时会替代正常碱基而掺入时会替代正常碱基而掺入DNA分子，一旦这些碱基分子，一旦这些碱基类似物进人类似物进人DNA后，由于它们的配对能力不同于正后，由于它们的配对能力不同于正常碱基，便引起常碱基，便引起DNA复制过程中其对应位置上插入复制过程中其对应位置上插入不正确碱基。不正确碱基。 25例如例如 5-

9、溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（BU）和和 5-溴脱氧尿嘧啶溴脱氧尿嘧啶（BrdU）是）是T结构类似物。细菌在含结构类似物。细菌在含BU的培养基中培的培养基中培养时，部分养时，部分DNA中的中的T被被BU取代，取代，BU有两种互变异有两种互变异构体，一种是酮式结构（第构体，一种是酮式结构（第6位上有一个酮基），它位上有一个酮基），它可以代替可以代替T而掺入而掺入DNA，并与并与A配对；当配对；当BU发生互变发生互变异构成为烯醇式（第异构成为烯醇式（第6位上是一个羟基）后，就容易位上是一个羟基）后，就容易和和G配对。配对。 通常以酮式存在，有时也以烯醇式存在。当通常以酮式存在，有时也以烯醇式存在。当BU先先

10、以酮式掺入以酮式掺入DNA，继而又变成烯醇式时，进一步复制继而又变成烯醇式时，进一步复制使使DNA中中 A- T对变成对变成 G- C对。同样道理也引起对。同样道理也引起 G- C向向 A- T的转换，的转换，BU可以使细菌的突变率提高近万倍。可以使细菌的突变率提高近万倍。26 除除BU外，还有外，还有5-溴脱氧尿苷、溴脱氧尿苷、5-氟尿嘧啶、氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶及它们的脱氧核苷。氯尿嘧啶及它们的脱氧核苷。 另一种被广泛应用的碱基类似物是另一种被广泛应用的碱基类似物是2-氨基嘌呤氨基嘌呤（2-AP），），是一种腺嘌呤是一种腺嘌呤A类似物，可和胸腺嘧类似物，可和胸腺嘧啶啶T配对。可再和胞嘧啶配

11、对。可再和胞嘧啶C 配对，配对，产生产生A-T 、G-C的转换的转换，或，或2-AP以和胞嘧啶以和胞嘧啶C 配对形式进入配对形式进入DNA后再和胸腺嘧啶后再和胸腺嘧啶T 配对后产生配对后产生G-C、A-T的转换。的转换。27 某些诱变剂不掺入某些诱变剂不掺入DNA，而通过改变碱基的结构而通过改变碱基的结构从而引起特异性错配，如烷化剂（是一类亲电子的化从而引起特异性错配，如烷化剂（是一类亲电子的化合物，具有一个或多个活性烷基）。它们的诱变作用合物，具有一个或多个活性烷基）。它们的诱变作用是使是使DNA中的碱基烷化。中的碱基烷化。 活性烷基不稳定，能转移到其他分子的电子密度较活性烷基不稳定，能转移

12、到其他分子的电子密度较高的位置上，并置换其中的氢原子，使其成为不稳定高的位置上，并置换其中的氢原子，使其成为不稳定的物质。的物质。 烷化剂的种类很多，常见的有甲磺酸乙酯（烷化剂的种类很多，常见的有甲磺酸乙酯（EMS）、）、亚硝基胍（亚硝基胍（NG）和芥子气等。和芥子气等。28 EMS能使鸟嘌呤的能使鸟嘌呤的 N位置上有乙基，成为位置上有乙基，成为7一一乙基鸟嘌呤。与胸腺嘧啶配对，故乙基鸟嘌呤。与胸腺嘧啶配对，故能使能使G-C转换成转换成A-T。 烷化剂的另一作用是烷化剂的另一作用是脱嘌呤脱嘌呤。例如烷基在鸟嘌。例如烷基在鸟嘌呤呤N位上活化糖苷键引起断裂，使嘌呤从位上活化糖苷键引起断裂，使嘌呤从

13、DNA链上链上脱掉，产生缺口。复制时，与缺口对应的位点上可脱掉，产生缺口。复制时，与缺口对应的位点上可能配上任一碱基，从而引起转换或颠换；而且去嘌能配上任一碱基，从而引起转换或颠换；而且去嘌呤后的呤后的DNA容易发生断裂，引起缺失或其他突变。容易发生断裂，引起缺失或其他突变。293. 嵌合剂的致突变作用嵌合剂的致突变作用 嵌合染料是另一类重要的嵌合染料是另一类重要的DNA修饰剂。包括修饰剂。包括吖啶橙（吖啶橙（acridine orange）、）、原黄素（原黄素（proflavin）、）、溴化乙锭（溴化乙锭（EB）等染料。）等染料。 这些试剂为平面分子，其分子大小与碱基对这些试剂为平面分子，其

14、分子大小与碱基对大小差不多，可以嵌入到大小差不多，可以嵌入到DNA双链碱基对之间，双链碱基对之间，在嵌入位置上引起单个碱基对的插入或缺失突变。在嵌入位置上引起单个碱基对的插入或缺失突变。嵌合染料也能嵌入单链嵌合染料也能嵌入单链DNA的碱基之间，这些突的碱基之间，这些突变都会引起阅读框的改变，造成移码突变。变都会引起阅读框的改变，造成移码突变。30荧光显微镜下（选用蓝色激发滤片），可见含荧光显微镜下（选用蓝色激发滤片），可见含DNA的细的细胞核显示黄绿色荧光，含胞核显示黄绿色荧光，含RNA的细胞质及核仁显示橘红的细胞质及核仁显示橘红色荧光。色荧光。体外培养的肝癌细胞吖啶橙荧光染色体外培养的肝癌细

15、胞吖啶橙荧光染色31DNA分子上可能遭遇到的各种损伤分子上可能遭遇到的各种损伤3233 为了保证遗传信息的高度稳定性，生物细胞在进为了保证遗传信息的高度稳定性，生物细胞在进化过程中形成了一系列多步骤的修复机制。化过程中形成了一系列多步骤的修复机制。 目前对目前对DNA损伤和修复的研究还不多，仅限于辐损伤和修复的研究还不多，仅限于辐射射-生物反应方面。生物反应方面。34一一. 错配修复错配修复 一旦在一旦在DNA复制过程中发生错配，细复制过程中发生错配，细胞能够通过准确的错配修复系统识别新合胞能够通过准确的错配修复系统识别新合成链中的错配并加以校正，成链中的错配并加以校正，DNA子链中的子链中的

16、错配几乎完全能被修正，充分反映了母链错配几乎完全能被修正，充分反映了母链序列的重要性。因此，错配修复系统对序列的重要性。因此，错配修复系统对DNA复制忠实性有很大的贡献。复制忠实性有很大的贡献。35 错配修复可以纠正几乎所有的错配错配修复可以纠正几乎所有的错配。此外对于对。此外对于对于插入或删除引起的于插入或删除引起的DNA遗传信息的改变也有作遗传信息的改变也有作用。用。 错配修复是以底物链上的信息为模板进行的，因错配修复是以底物链上的信息为模板进行的，因此此这个系统有区分底物链和新合成链的机制，细这个系统有区分底物链和新合成链的机制，细胞通过识别胞通过识别DNA链的甲基化状态来区分底物链和链

17、的甲基化状态来区分底物链和新合成的链新合成的链。整个修复过程可以分为识别、切除。整个修复过程可以分为识别、切除和修补等步骤。和修补等步骤。36 Dam甲基化酶使母链位于甲基化酶使母链位于5GATC序列中腺甘酸的序列中腺甘酸的N6位甲基化；位甲基化； 一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会在开始一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会在开始DNA合成前的几秒至几分钟内被甲基化；合成前的几秒至几分钟内被甲基化； 此后，只要两条此后，只要两条DNA链上碱基配对出现错误，错链上碱基配对出现错误，错配修复系统就会根据配修复系统就会根据“保存母链，修正子链保存母链，修正子链”的原的原则，找出错误碱基所在的则，找

18、出错误碱基所在的DNA链，并在对应于母链，并在对应于母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的5位置切口子链，再位置切口子链，再根据错配碱基相对于根据错配碱基相对于DNA切口的方位启动修复途切口的方位启动修复途径，合成新的子链径，合成新的子链DNA片段。片段。37DNA的半甲基化的半甲基化修复机制：修复机制：错配修复系统错配修复系统GATC sequences are targets for the Dam methylase after replication. During the period before this methylation occurs, the nonme

19、thylated strand is the target for repair of mismatched bases.381. 碱基切除修复碱基切除修复（base-excise repair，BER） 一些碱基在自发或诱变下会发生脱酰胺，然一些碱基在自发或诱变下会发生脱酰胺，然后改变配对性质，造成氨基转换突变。后改变配对性质，造成氨基转换突变。 腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对；腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对； 鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对；鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对； 胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对；胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对；二二. 切除修复切除修复39 BER可以去除因脱氨基或碱基丢

20、失，无氧射线可以去除因脱氨基或碱基丢失，无氧射线辐射或内源性物质引起的环氮类的甲基化等因辐射或内源性物质引起的环氮类的甲基化等因素产生的素产生的DNA损伤。损伤。 BER是维持是维持DNA稳定的重要修复方式稳定的重要修复方式，其步，其步骤是骤是N-糖苷键水解，从而切除发生变化的碱基。糖苷键水解，从而切除发生变化的碱基。碱基释放过程是由碱基释放过程是由DNA糖苷酶糖苷酶催化的。催化的。40胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶41如果复制发生就会产生一个突变如果复制发生就会产生一个突变42糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从N-糖糖苷键处切下来，在苷键处

21、切下来，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为位点，统称为AP位点位点。43由由AP磷酸内切酶将受损核磷酸内切酶将受损核甘酸的糖甘甘酸的糖甘-磷酸键切开磷酸键切开44DNA连接酶连接连接酶连接利用利用DNA聚合酶聚合酶I切切除损伤部除损伤部位，补上位，补上核苷酸核苷酸452. 核苷酸切除修复核苷酸切除修复（nucleotide excise repair, NER） 当当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，则由法形成氢键，则由NER负责修复。负责修复。 NER的关键特征是对损伤的的关键特征是对损伤的

22、DNA链的两端进行切割链的两端进行切割。 NER可以修复可以修复UV照射形成的嘧啶二聚体以外，还能消除体照射形成的嘧啶二聚体以外，还能消除体内产生的各种嘌呤和嘧啶加合物。内产生的各种嘌呤和嘧啶加合物。 NER在已研究过的真核生物中都很相似，说明其在进化过在已研究过的真核生物中都很相似，说明其在进化过程中高度保守。程中高度保守。461）通过特异的核酸内切酶识别损伤部位；）通过特异的核酸内切酶识别损伤部位；2）由酶的复合物在损伤的两边切除几个核）由酶的复合物在损伤的两边切除几个核苷酸；苷酸；3）DNA 聚合酶以母链为模板复制合成新子聚合酶以母链为模板复制合成新子链；链；4）DNA连接酶将切口补平。

23、连接酶将切口补平。47识别损伤部位识别损伤部位损伤的两边切除几个损伤的两边切除几个核苷酸（核酸外切酶）核苷酸（核酸外切酶）DNA 聚合酶以母链为聚合酶以母链为模板复制合成新子链模板复制合成新子链DNA连接酶将切口补平连接酶将切口补平48 “切补切封切补切封”49 切除修复（切除修复（excision repair）系统在几种酶的协）系统在几种酶的协同作用下，先在损伤的任一端打开磷酸二酯键，然同作用下，先在损伤的任一端打开磷酸二酯键，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修复性合成后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修复性合成来填补，再由连接酶连接。来填补，再由连接酶连接。 由于这些酶的作用不需可见

24、光激活，也叫由于这些酶的作用不需可见光激活，也叫暗修暗修复复。切除修复不仅能消除由紫外线引起的损伤，也。切除修复不仅能消除由紫外线引起的损伤，也能消除由电离辐射和化学诱变剂引起的其他损伤。能消除由电离辐射和化学诱变剂引起的其他损伤。切除修复一般发生在下一轮切除修复一般发生在下一轮DNA复制之前，又称复制之前，又称复复制前修复制前修复。50三三. 直接（回复）修复直接（回复）修复 直接修复是指不需要移去任何碱基或核苷直接修复是指不需要移去任何碱基或核苷酸就可以将损伤逆转到正常状态的修复。酸就可以将损伤逆转到正常状态的修复。可分可分为以下几种：为以下几种：1）光复活）光复活 酶学光复活过程酶学光复

25、活过程是修复是修复UV导致的环丁烷嘧啶导致的环丁烷嘧啶二聚体的直接机制，这种修复具有高度的专一二聚体的直接机制，这种修复具有高度的专一性。性。51 （主要对胸腺嘧啶二聚体而言）（主要对胸腺嘧啶二聚体而言）修复机制：在修复机制：在可见光可见光（300 600nm）活化之下，由光复活化之下，由光复活酶（活酶（photo reactivating enzyme， PR）催化胸腺嘧啶催化胸腺嘧啶二聚体分解为单体。二聚体分解为单体。参与的酶：光复活酶（参与的酶：光复活酶（PR）52 光复活酶修复：波长光复活酶修复：波长400400nmnm可见光激活可见光激活(a)(b)(c)53 光复活是针对紫外线引起

26、光复活是针对紫外线引起DNA损伤而形成的胸腺损伤而形成的胸腺嘧啶二聚体，在损伤部位进行修复的修复途径。光复嘧啶二聚体，在损伤部位进行修复的修复途径。光复活作用在可见光的活化下，由光复活酶（活作用在可见光的活化下，由光复活酶（PR)，又称，又称光解酶催化胸腺嘧啶二聚体分解成为单体。光解酶催化胸腺嘧啶二聚体分解成为单体。 PR酶先与酶先与DNA链上的胸腺嘧啶二聚体结合成复合链上的胸腺嘧啶二聚体结合成复合物；复合物以某种方式吸收可见光，并利用光能切断物；复合物以某种方式吸收可见光，并利用光能切断二聚体之间的两个二聚体之间的两个C-C键，使胸腺嘧啶二聚体变为两键，使胸腺嘧啶二聚体变为两个单体，恢复正常

27、，而后个单体，恢复正常，而后PR酶就从酶就从DNA上解离下来。上解离下来。54过去认为，光复活酶存在于细菌和低等真核生物过去认为，光复活酶存在于细菌和低等真核生物体内。研究发现在鸟类和有袋类中也有存在。体内。研究发现在鸟类和有袋类中也有存在。 BMSutherland（1974）报道，在人类白细胞）报道，在人类白细胞中发现光复活酶。随后发现存在于人类的成纤维细胞中发现光复活酶。随后发现存在于人类的成纤维细胞和淋巴细胞中。说明这种酶在生物界分布广泛，这一和淋巴细胞中。说明这种酶在生物界分布广泛，这一修复机制在哺乳动物中也起重要作用。光复活的修复修复机制在哺乳动物中也起重要作用。光复活的修复功能虽

28、然普遍存在，但主要是原核生物中的一种修复功能虽然普遍存在，但主要是原核生物中的一种修复方式。方式。552）单链断裂修复）单链断裂修复DNA单链断裂单链断裂是损伤的一种常见形式，其中是损伤的一种常见形式，其中有一部分单链断裂是通过有一部分单链断裂是通过DNA连接酶的简单重接连接酶的简单重接而修复的。而修复的。 DNA连接酶能催化连接酶能催化DNA双螺旋结构中的一条双螺旋结构中的一条链上缺口处的链上缺口处的5磷酸末端与相邻的磷酸末端与相邻的3羟基末端形成羟基末端形成3，5-磷酸二酯键，连接需要的能量来自磷酸二酯键，连接需要的能量来自NAD+（E.coli）或）或ATP（动物细胞），（动物细胞），D

29、NA连接酶在各连接酶在各类生物的各种细胞中普遍存在，而且修复反应很类生物的各种细胞中普遍存在，而且修复反应很容易进行。容易进行。563）烷基转移修复）烷基转移修复 烷化剂所引起的最常见的烷化剂所引起的最常见的DNA损伤是使鸟嘌呤损伤是使鸟嘌呤O6位甲基化，从而改变它的碱基配对性质，使位甲基化，从而改变它的碱基配对性质，使C与与T配对而不再与配对而不再与G配对。配对。 O6-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶甲基转移酶直接修复。直接修复。 通过从通过从O6-甲基鸟嘌呤上把甲基直接转移到酶的半甲基鸟嘌呤上把甲基直接转移到酶的半胱氨酸残基上来直接回复胱氨酸残基上来直接回复DNA的损伤。的损伤。5

30、7复制后修复复制后修复是一种越过损伤部位进行修复的途径。是一种越过损伤部位进行修复的途径。重组修复（重组修复（recombinational repair）是对尚未修复）是对尚未修复的损伤的损伤 DNA先复制再修复。先复制再修复。 以胸腺嘧啶二聚体为例，含有二聚体的以胸腺嘧啶二聚体为例，含有二聚体的DNA仍仍可进行复制，但复制到二聚体时要暂停一下，然后可进行复制，但复制到二聚体时要暂停一下，然后越过此处障碍，在二聚体的后面又以未知的机制开越过此处障碍，在二聚体的后面又以未知的机制开始复制，这种起始复制可能不需引发。始复制，这种起始复制可能不需引发。 这样在合成的子链上留下一个大缺口，而其互这样

31、在合成的子链上留下一个大缺口，而其互补链则复制成完整的双链。然后由完整双链中的母补链则复制成完整的双链。然后由完整双链中的母链与带缺口的子链发生重组。链与带缺口的子链发生重组。四四. 复制后修复复制后修复58 重组修复中最重要的一步是重组。重组修复中最重要的一步是重组。 大肠杆菌中，当大肠杆菌中，当DNA受到损伤（形成嘧啶二聚体时）能受到损伤（形成嘧啶二聚体时）能诱导产生一种重组蛋白诱导产生一种重组蛋白-recA蛋白，重组修复中的重组是在这蛋白，重组修复中的重组是在这种蛋白的参与下进行的。种蛋白的参与下进行的。 它的精确性较低，所以重组修复易产生差错，从而引起它的精确性较低，所以重组修复易产生

32、差错，从而引起突变突变, 所以又叫所以又叫突变型修复突变型修复。 直接修复、切除修复和错配修复都是以受损伤链的互补直接修复、切除修复和错配修复都是以受损伤链的互补链为模板进行的修复，因此无差错的修复，同时，这些修复链为模板进行的修复，因此无差错的修复，同时，这些修复过程均发生在过程均发生在DNA复制之前，因此又称为复制之前，因此又称为复制前修复复制前修复。 59重重组组修修复复60特点：一种旁路系统，允许新生特点：一种旁路系统，允许新生DNA链越过胸腺嘧链越过胸腺嘧啶二聚体而生长；保真度降低；啶二聚体而生长；保真度降低；SOS系统只在细胞受到严重损伤或复制系统受到抑系统只在细胞受到严重损伤或复

33、制系统受到抑制时才出现制时才出现 。参与的酶：参与的酶：recA酶酶 LexA酶酶61 由于由于SOS修复是一种错误修复，修复是一种错误修复，SOS系统可造成系统可造成很高的突变率，在哺乳动物中也有类似机制，可能与很高的突变率，在哺乳动物中也有类似机制，可能与癌变有关，因此受到高度重视，对于其修复的机制还癌变有关，因此受到高度重视，对于其修复的机制还有许多问题有待于进一步研究。有许多问题有待于进一步研究。62 这个系统是在这个系统是在DNA分子受到大范围的损伤情况分子受到大范围的损伤情况下防止细胞死亡而诱导出的一种应急措施，是使细下防止细胞死亡而诱导出的一种应急措施，是使细胞通过一定水平的变异

34、来换取最后幸存手段。胞通过一定水平的变异来换取最后幸存手段。在一般环境中突变常常是不利的，可是在在一般环境中突变常常是不利的，可是在DNA受到严重损伤和复制被抑制的特殊条件下，生物发受到严重损伤和复制被抑制的特殊条件下，生物发生突变将有利于它的生存，因此生突变将有利于它的生存，因此SOS反应可能在生反应可能在生物进化中起着重要作用。物进化中起着重要作用。6364 如果如果DNA的损伤得不到有效的修复，就会造的损伤得不到有效的修复，就会造成成DNA分子上可遗传的永久性结构变化，称为分子上可遗传的永久性结构变化，称为突变突变（mutation）。少数突变甚至有可能对细胞）。少数突变甚至有可能对细胞

35、是有利的。有利突变的累积可以使生物进化，使是有利的。有利突变的累积可以使生物进化，使其能更好地适合于其生存的环境。但绝大部分突其能更好地适合于其生存的环境。但绝大部分突变是有害的，对于单细胞生物，不少有害突变是变是有害的，对于单细胞生物，不少有害突变是致死的，对于多细胞的高等生物，有害突变会造致死的，对于多细胞的高等生物，有害突变会造成病变，如代谢病和肿瘤。成病变，如代谢病和肿瘤。 65导致导致DNA分子结构变化（亦即发生突变）；分子结构变化（亦即发生突变）；生物体在表型上突变。生物体在表型上突变。66 单细胞生物能够将新产生的突变直接传给其单细胞生物能够将新产生的突变直接传给其后代，而多细胞

36、生物能否将突变传给后代则取决后代，而多细胞生物能否将突变传给后代则取决于突变是发生在生殖细胞还是体细胞。如果突变于突变是发生在生殖细胞还是体细胞。如果突变发生在生殖细胞，则与单细胞生物一样，传给后发生在生殖细胞，则与单细胞生物一样，传给后代；如果是发生在体细胞，则一般不会传给后代，代；如果是发生在体细胞，则一般不会传给后代，除非后代是由突变的体细胞克隆而成的。除非后代是由突变的体细胞克隆而成的。67（point mutation）也称为简单突变或单一位点突变。其最主要的也称为简单突变或单一位点突变。其最主要的形式为碱基对置换，专指形式为碱基对置换，专指DNA分子单一位点上分子单一位点上所发生的

37、碱基对改变，分为转换（所发生的碱基对改变，分为转换（transitions）和颠换（和颠换（transversions）两种形式。）两种形式。68转换转换（transition）：）：两种嘧啶碱基（两种嘧啶碱基（T和和G）或）或两种嘌呤碱基（两种嘌呤碱基（A和和G）之间的相互转变。）之间的相互转变。颠换颠换（transvertion）：）：嘧啶碱基和嘌呤碱基之间嘧啶碱基和嘌呤碱基之间的互变。的互变。69 点突变带来的后果取决于其发生的位置和具体点突变带来的后果取决于其发生的位置和具体的突变方式。的突变方式。 如果是发生在基因组的垃圾如果是发生在基因组的垃圾DNA上，就可能不产生上，就可能不产生

38、任何后果，因为其上的碱基序列缺乏编码和调节基任何后果，因为其上的碱基序列缺乏编码和调节基因表达的功能；因表达的功能； 如果发生在一个基因的启动子或其他调节基因表达如果发生在一个基因的启动子或其他调节基因表达的区域，则可能会影响到基因表达的效率；的区域，则可能会影响到基因表达的效率； 如果发生在一个基因的内部，就有多种可能性，这如果发生在一个基因的内部，就有多种可能性，这一方面取决于突变基因的终产物是蛋白质还是一方面取决于突变基因的终产物是蛋白质还是RNA，即是蛋白质基因还是即是蛋白质基因还是RNA基因，另一方面如果是蛋基因，另一方面如果是蛋白质基因，还取决于究竟发生在它的编码区，还是白质基因，

39、还取决于究竟发生在它的编码区，还是非编码区，是内含子，还是外显子。非编码区，是内含子，还是外显子。70 发生在蛋白质基因编码区的点突变有三发生在蛋白质基因编码区的点突变有三种不同的结果：种不同的结果： 突变的密码子编码同样的氨基酸，这样的突变对蛋突变的密码子编码同样的氨基酸，这样的突变对蛋白质的结构和功能不会产生任何影响，因此被称为白质的结构和功能不会产生任何影响，因此被称为沉默突变沉默突变或同义突变。或同义突变。 突变的密码子编码不同的氨基酸，导致一种氨基酸突变的密码子编码不同的氨基酸，导致一种氨基酸残基取代另一种氨基酸残基，这样的突变可能对蛋残基取代另一种氨基酸残基，这样的突变可能对蛋白质

40、的功能不产生任何影响或影响微乎其微，也可白质的功能不产生任何影响或影响微乎其微，也可能产生灾难性的影响而带来分子病。能产生灾难性的影响而带来分子病。 突变的密码子变为终止密码子或相反。突变的密码子变为终止密码子或相反。71又称移框突变，是指一个蛋白质基因的编码区发又称移框突变，是指一个蛋白质基因的编码区发生的一个或多个核苷酸（非生的一个或多个核苷酸（非3的整数倍）的缺失和的整数倍）的缺失和插入。插入。由于遗传密码是由由于遗传密码是由3个核苷酸构成的三联体密码，个核苷酸构成的三联体密码，因此，这样的突变将会导致翻译的阅读框架发生因此，这样的突变将会导致翻译的阅读框架发生改变，致使插入点或缺失点下

41、游的氨基酸序列发改变，致使插入点或缺失点下游的氨基酸序列发生根本性的变化，但也可能会提前引入终止密码生根本性的变化，但也可能会提前引入终止密码子而使多肽链被裁短。移码突变对蛋白质功能的子而使多肽链被裁短。移码突变对蛋白质功能的影响取决于插入点或缺失点于起始密码子的距离。影响取决于插入点或缺失点于起始密码子的距离。72DNA链上一个或一段核苷酸的消失或加入。链上一个或一段核苷酸的消失或加入。73 DNA重组使其中一段核苷酸倒置，或从一处迁移重组使其中一段核苷酸倒置，或从一处迁移到另一处。到另一处。74（1）致死性）致死性: 突变发生在对生命至关重要的基突变发生在对生命至关重要的基因上，可导致个体

42、或细胞的死亡。因上，可导致个体或细胞的死亡。（2）基因功能的改变：）基因功能的改变： 突变是某些疾病的发病基础，包括遗传病、肿瘤突变是某些疾病的发病基础，包括遗传病、肿瘤及有遗传倾向的病。有些已知其遗传缺陷所在。但大及有遗传倾向的病。有些已知其遗传缺陷所在。但大多数尚在研究中。多数尚在研究中。 突变影响生物的代谢过程，导致一个特定生化功突变影响生物的代谢过程，导致一个特定生化功能的改变或丧失。能的改变或丧失。75 突变导致生物体外观突变导致生物体外观上可见的形态结构的改变。上可见的形态结构的改变。例如果蝇的红眼例如果蝇的红眼白眼突白眼突变变.76例例: UVB 所致的基因突变所致的基因突变 U

43、VB: 290-320nm 由于修复系统的缺陷或偶发的错误修复，则由于修复系统的缺陷或偶发的错误修复，则会导致某些基因突变，使得角质形成细胞的细胞会导致某些基因突变，使得角质形成细胞的细胞周期的调控出现异常，进一步发生周期的调控出现异常，进一步发生克隆性增生克隆性增生和和永生化生长永生化生长而导致皮肤癌的发生。而导致皮肤癌的发生。77 着色性干皮病的修复基因着色性干皮病的修复基因XPAXPF，这些基，这些基因执行因执行DNA的损伤修复，维持基因组的完整性的损伤修复，维持基因组的完整性（管理基因）。（管理基因）。 p53、patched基因和基因和ras等基因控制细胞信号传等基因控制细胞信号传导

44、，调控细胞的增殖、分化和凋亡。皮肤癌的导，调控细胞的增殖、分化和凋亡。皮肤癌的发生与这些基因突变关系密切（看门基因）。发生与这些基因突变关系密切（看门基因）。78 着色性干皮病（着色性干皮病（xeroderma pigmentosis，XP）是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。 在研究其发病机制时，发现一些相关的基因，称为在研究其发病机制时，发现一些相关的基因，称为XPA、XPB、XPC等。这些基因的表达产物起辨认等。这些基因的表达产物起辨认和切除损伤和切除损伤DNA作用的。作用的。 XP病人是由于病人是由于XP基因有缺陷，不能修复紫外基因有缺陷，不能修复紫外线

45、照射引起的线照射引起的DNA损伤，因此易发生皮肤癌。损伤，因此易发生皮肤癌。79p53 当当UVB损伤损伤DNA造成造成p53突变后，突变型突变后，突变型p53因失因失去了对细胞周期的正常调控，使得损伤的去了对细胞周期的正常调控，使得损伤的DNA继继续复制，从而提高了染色体畸变的偶发率和遗传续复制，从而提高了染色体畸变的偶发率和遗传的不稳定性，角质形成细胞极易发生克隆增生和的不稳定性，角质形成细胞极易发生克隆增生和恶性转化。恶性转化。80（3）突变导致基因型改变）突变导致基因型改变: 这种突变只有基因型的改变，而没有可察觉的表这种突变只有基因型的改变，而没有可察觉的表型改变。型改变。多态性多态

46、性 (polymorphism)： 是用来描述个体之间的基因型差别现象。利用是用来描述个体之间的基因型差别现象。利用DNA多态性分析技术，可识别个体差异和种、株间差多态性分析技术，可识别个体差异和种、株间差异。异。 控制一些次要性状基因即使发生突变，也不会影控制一些次要性状基因即使发生突变，也不会影响生物的正常生理活动，仍能保持其正常的生活力和响生物的正常生理活动，仍能保持其正常的生活力和繁殖力，为自然选择保留下来。繁殖力，为自然选择保留下来。81 对生物个体而言，基因突变的影响不对生物个体而言，基因突变的影响不外乎以下四种：外乎以下四种：产生轻微的、不易被察觉的有害或有利的生物学产生轻微的、

47、不易被察觉的有害或有利的生物学效应，或者形成生物群体的遗传多态性；效应，或者形成生物群体的遗传多态性；产生不利于个体生存或发育，但可遗传的生物学产生不利于个体生存或发育，但可遗传的生物学效应，导致遗传学疾病；效应，导致遗传学疾病；产生有利于个体生存和发育，且可遗传的生物学产生有利于个体生存和发育，且可遗传的生物学效应，促使生物进化；效应，促使生物进化；产生致死性突变，导致生物个体在发育过程中死产生致死性突变，导致生物个体在发育过程中死亡，因而不将突变传递给后代亡，因而不将突变传递给后代。82突变是进化、分化的分子基础突变是进化、分化的分子基础:进化过程是突变的不断发生所造成的。没进化过程是突变

48、的不断发生所造成的。没有突变就没有今天的五彩缤纷的世界。有突变就没有今天的五彩缤纷的世界。遗传学家认为：没有突变就不会有遗传学。遗传学家认为：没有突变就不会有遗传学。大量的突变都属于由遗传过程自然发生的，大量的突变都属于由遗传过程自然发生的，叫自发突变或自然突变（叫自发突变或自然突变（spontaneous mutation）。）。83三三. 突变的原因突变的原因（1）自发突变（）自发突变（spontaneous mutations）由内在因素引起的突变称为自发突变。由内在因素引起的突变称为自发突变。自发点突变自发点突变自发移码突变自发移码突变84 由外在因素引发的突变。主要有碱基类似物、烷基化试由外在因素引发的突变。主要有碱基类似物、烷基化试剂、脱