DNA的损伤和突变课件

1、DNA的损伤和突变 一、DNA损伤DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，因此维护DNA分子的完整性对细胞至关重要。在细胞中能进行修复的生物大分子也就只有DNA。引起损伤的因素: 自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变) 物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线） 化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物） 引起损伤的类型： 碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链间）、嘧啶二聚体等。1.自发性损伤1.1 DNA复制中的错误碱基配对的错误频率约为10-4-10-5；DNA聚合酶本身具有校对作用：将不正确插入的核苷酸切除掉，重新加上

2、正确的核苷酸。这样，每掺入一个核苷酸，发生错误的机会有10-8-10-10。1.2 碱基的自发性化学变化a. 碱基的异构互变DNA中的4种碱基各自的异构体间自发地相互变化(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。异构体间自发地相互变化形成导致下一世代中GC配对取代AT配对。腺嘌呤的稀有互变异体与胞嘧啶胸腺嘧啶的稀有互变异构体与鸟嘌呤c.脱嘌呤（depurination）与脱嘧啶糖苷键断裂, 嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落一个哺乳类细胞37，20h内DNA链自发脱落的嘌呤约1000个、嘧啶约500个，长寿命不复制繁殖的哺乳类细胞(如神经细胞)在整个生活期间自发脱嘌呤数约

3、为108，约占细胞DNA中总嘌呤数的3%。d.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，引起DNA单链断裂等损伤每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率约为5万次。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。2.2 电离辐射引起的DNA损伤直接效应是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。 a.碱基变化主要是由OH-自由基引起，包括DNA链上的碱基氧化修饰、过氧化物的形成、碱

4、基环的破坏和脱落等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。b.脱氧核糖变化脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的氢都能与OH-反应，导致脱氧核糖分解，引起DNA链断裂。 c.DNA链断裂射线的直接和间接作用都可能使脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开。单链断裂(single strand broken)，双链断裂(double strand broken)。单链断裂发生频率为双链断裂的10-20倍，但比较容易修复；对单倍体细胞来说(如细菌)一次双链断裂就是致死事件。d.交联DNA链交联：同一条DNA链上或两条DNA链上的碱基间可以共价键结合。DNA-蛋白质交联：组蛋白、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

5、与DNA共价键连接。EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷化，结果产生的O-6-E-G和 O-4-E-T分别和T、G配对，导致GC对转换成AT对；TA对转换成CGb.碱基脱落 烷化鸟嘌呤的糖苷键不稳定，容易脱落形成DNA上无碱基的位点，复制时可以插入任何核苷酸，造成序列的改变。c.断链 DNA链的磷酸二酯键上的氧也容易被烷化，形成不稳定的磷酸三酯键，易在糖与磷酸间发生水解，使DNA链断裂。图 氮芥引起DNA分子两条链在鸟嘌呤上的交联 (a)交联附近的总图；(b)交联部分结构图3.2 碱基类似物对DNA的损伤人工合成的一些碱基类似物，用作促突变剂或抗癌药物，如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-氟尿

6、嘧啶(5-FU)、2-氨基腺嘌呤(2-AP)等。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 2-氨基嘌呤(2-AP)也是碱基的类似物，有正常状态和稀有状态两种异构体，可分别与T和C配对结合。当2-AP掺入到 DNA复制中时，由于其异构体的变换而导致AT变为 GC。其它诱发突变的化学物质或致癌剂：例如亚硝酸盐能使C脱氨变成U，经过复制就可使DNA上的G-C变成A-T；羟胺能使T变成C，结果是A-T改成C-G；黄曲霉素B也能专一攻击DNA上的碱基导致序列的变化。DNA损伤的后果信号传导异常长时辰效应老化肿瘤疾病DNA 修复机制短期效应异常增生和代谢生理功能

7、紊乱细胞死亡细胞增殖减少基因表达异常基因组不稳定DNA损伤后分子的最终改变突变(一)点突变-指DNA分子上一个碱基的变异（置换）。1. 转换：发生在同型碱基之间的置换 2. 颠换：发生在异型碱基之间的置换 （二）移码突变 增加或减少一个或几个碱基对的突变，引起密码编组的移动。 DNA突变的类型 -T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-转换 -T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-插入A -T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失T野生型基因 -T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C- -T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-A-