分子生物学损伤与修复

分子生物学损伤与修复第一页，共三十二页，2022年，8月28日DNA损伤与基因突变损伤VS突变损伤：DNA简单的化学变化

G-C→mG-C突变：DNA碱基对的改变

G-C→A-T损伤→突变第二页，共三十二页，2022年，8月28日DNA损伤第三页，共三十二页，2022年，8月28日（一）DNA分子的自发性损伤在体外polIII核心酶的出错率约为10-5，在体内进行DNA复制时的出错率约为10-10~10-11。造成错误的原因分为两类：互变异构移位（tautomericshifts）移码（frameshift）第四页，共三十二页，2022年，8月28日互变异构移位（tautomericshifts）碱基可以自发地相互变化，例如烯醇式与酮式碱基间的互变。这种变化就会使碱基配对间的氢键改变，可使碱基配对异常。第五页，共三十二页，2022年，8月28日移码（frameshift）第六页，共三十二页，2022年，8月28日脱嘌呤一个哺乳类细胞在37℃条件下，20h内DNA链上自发脱落的嘌呤约10,000个；估计一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为108，这占细胞DNA中总嘌呤数约3%。无嘌呤位点会随机的插入一个碱基，从而导致突变。第七页，共三十二页，2022年，8月28日脱氨基C·G→T·A5mC·G→T·A第八页，共三十二页，2022年，8月28日氧化损伤有活性的氧化剂，如过氧化物原子团（O2-）、过氧化氢（H2O2），羟基（-OH）等需氧代谢的副产物都是有活性的氧化剂，它们可导致DNA的氧化损伤。T氧化后产生T－乙二醇，

G氧化后产生8-氧代鸟嘌呤(8-oxodG)或“GO”，GO可和A错配，导致G→T。第九页，共三十二页，2022年，8月28日（1）紫外线辐射引起的DNA损伤环丁烷环（二）物理因素引起的DNA损伤第十页，共三十二页，2022年，8月28日（2）γ射线及X射线引起的DNA损伤电离辐射作用于DNA分子的周围介质（主要是水）生成水射解自由基。自由基就是带有不成对电子的化学物质，特别是含氧的自由基具有很高的活性，能快速与相邻分子发生作用。当与DNA分子发生作用时，可引起碱基的改变，DNA单链或双链的断裂GO可与A配对，导致C·G→T·A（二）物理因素引起的DNA损伤第十一页，共三十二页，2022年，8月28日（三）化学因素引起的DNA损伤碱基类似物：2-氨基嘌呤（2-AP）：一种是正常状态，一种是稀有状态5-溴尿嘧啶（5-BU）：与T相似，分酮式和烯醇式第十二页，共三十二页，2022年，8月28日碱基修饰物:亚硝酸,羟胺,烷化剂（三）化学因素引起的DNA损伤黄嘌呤次黄嘌呤羟胺第十三页，共三十二页，2022年，8月28日碱基的烷基化修饰引起的DNA损伤亲电试剂负电中心烷基化不改变碱基配对，一般无害产生非编码碱基：3-甲基腺嘌呤（3mA），不能与其他碱基配对，从而阻断DNA复制，细胞致死。第十四页，共三十二页，2022年，8月28日环境中有许多致癌物质都是亲电试剂，能够使DNA发生烷基化修饰。一些修饰会导致突变发生，如果控制或影响细胞分裂的基因发生突变，就会使细胞转变为癌细胞。碱基的烷基化修饰引起的DNA损伤乙基甲烷磺酸第十五页，共三十二页，2022年，8月28日DNA插入剂:（三）化学因素引起的DNA损伤原黄素吖啶橙第十六页，共三十二页，2022年，8月28日DNA插入剂能插在模板链或新合成两个相邻碱基中，从而造成碱基的增加或减少。第十七页，共三十二页，2022年，8月28日DNA修复DNA修复（DNArepairing）是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可能使DNA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能；但有时并非能完全消除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这DNA的损伤而能继续生存。两条基本修复途径直接去除损伤移去损伤的DNA片段，补上新的DNA第十八页，共三十二页，2022年，8月28日DNA损伤的直接修复（一）通过DNA聚合酶校正修复（二）光复活反应AlbertKelner以链霉菌为研究对象，研究“温度对DNA紫外损伤修复的影响”时发现：光复活（或光修复）机制。包括人类在内的胎盘哺乳动物没有光复活途径。第十九页，共三十二页，2022年，8月28日光裂合酶的结合嘧啶二聚体断裂，酶被释放光复活作用模型第二十页，共三十二页，2022年，8月28日（三）O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶的作用机制所有的生命有机体都存在该修复机制O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶是一种自杀性酶在E.coli细胞中能被烷基化的DNA所诱导。第二十一页，共三十二页，2022年，8月28日切除修复是修复DNA损伤最为普遍的方式，对多种DNA损伤都能起修复作用。这种修复方式普遍存在于各种生物细胞中，也是人体细胞主要的DNA修复机制。修复过程需要多种酶的一系列作用。包括：碱基切除修复（baseexcisionrepair,BER):主要针对碱基改变轻微的DNA损伤，如细胞试剂引起的化学修饰。核苷酸切除修复（nucleotideexcisionrepair,NER)：主要修复碱基发生重大变化的DNA损伤，如细胞外的诱变剂造成的损伤。第二十二页，共三十二页，2022年，8月28日碱基切除修复

——E.coli的碱基切除修复糖基化酶5’端一侧切断DNA链AP-脱氧核糖磷酸第二十三页，共三十二页，2022年，8月28日碱基切除修复

——人类的BER途径糖基化酶APE1具有3’-5’外切酶活性，其可在DNA聚合酶β发生错误填补核苷酸时提高50~150倍。人类细胞中是APE1真核生物的BER过程没有磷酸二酯酶参与，磷酸戊糖的切除由DNA聚合酶β完成,并填补空隙。但有1/4000的错误概率。第二十四页，共三十二页，2022年，8月28日碱基切除修复

——8-氧代鸟嘌呤的修复（GO系统）第二十五页，共三十二页，2022年，8月28日核苷酸切除修复——

E.coli如果受到损伤的是一个碱基（如烷基化修饰），切除片段长12nt如果是嘧啶二聚体损伤，切除片段长13nt第二十六页，共三十二页，2022年，8月28日核苷酸切除修复——

真核生物两种途径：全基因组核苷酸切除修复（全基因组NER或GG-NER）：修复基因组内的所有损伤转录偶联核苷酸切除修复（transcription-coupledNER或TC-NER）：只修复局限于转录链上的基因组活性区损伤。第二十七页，共三十二页，2022年，8月28日人类全基因组的核苷酸切除修复24~32nt第二十八页，共三十二页，2022年，8月28日转录偶联核苷酸切除修复TC-NER与GG-NER的机制十分相似，只是由RNA聚合酶发挥XPC的功能，检测损伤位点并起始DNA的溶解。XPA识别变性DNA中的损伤位点，并募集其他因子。第二十九页，共三十二页，2022年，8月28日真核生物的双链断裂修复是真核生物最严重的DNA损伤形式。两种方式修复DNA的双链断裂（DSB）损伤：同源重组：细胞分裂的S期和G2期起主要作用非