DNA的损伤与修复

第二章DNA损伤与修复第二节DNA损伤一、DNA损伤因素（一）内源性损伤(体内因素)1、DNA复制错误：碱基配对从A-T转换成G-C。2、碱基自身互变异构体：C的异构体与A错误配对。3、自发的化学变化4、氧化损伤（二）外源性损伤（体外因素）1、物理因素2、化学因素（化学试剂）二、多种化学或物理因素可诱发突变1、大量的突变属于自发突变，发生频率只不过在10-9左右。但由于生物基因组庞大，细胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。2、实验室用来诱发突变，也是生活环境中导致突变的因素，主要有物理和化学因素。

物理因素：紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐射

UV化学因素：三、突变在生物界普遍存在（一）突变是进化、分化的分子基础1、DNA突变具体指个别dNMP残基以至片段DNA在构成、复制或表型功能的异常变化，也称为DNA损伤(DNAdamage)。2、从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。3、从长远的生物史看，进化过程是突变的不断发生所造成的。4、大量的突变都是属于这种类型，只是目前还未能认识其发生的真正原因，因而名为自发突变或自然突变(spontaneousmutation)。（二）只有基因型改变的突变形成DNA的多态性1、这种突变没有可察觉的表型改变，例如在简并密码子上第三位碱基的改变，蛋白质非功能区段上编码序列的改变等。这些现象也相当普遍。2、多态性(polymorphism)一词用来描述个体之间的基因型差别现象。

（三）致死性的突变可导致个体、细胞的死亡

（四）突变是某些疾病的发病基础四、引起突变的分子改变类型有多种错配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)

框移(frame-shift)

DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation)。自发突变和不少化学诱变都能引起DNA上某一碱基的置换。点突变发生在基因的编码区，可导致氨基酸改变。

（一）错配可导致编码氨基酸的改变镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val

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C肽链CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亚基N-val

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C肽链CTCGAG基因镰形红细胞贫血病人（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变1、缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。2、插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。缺失或插入都可导致框移突变。3、框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。谷酪蛋丝5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙缬组缬正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突变：（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病1、DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。2、移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置（倒位），也可以在染色体之间发生交换重组。DNA损伤（突变）可能造成两种结果：其一是导致复制或转录障碍（如胸腺嘧啶二聚体，DNA骨架中产生切口或断裂）；其二是导致复制后基因突变（如胞嘧啶自发脱氨基转变为尿嘧啶），使DNA序列发生永久性改变。所以，必须通过进化使细胞拥有灵敏的机制，以识别和修复这些损伤，否则细胞无法维持正常代谢。

第三节DNA损伤修复

DNA损伤修复(repair)：是对已发生分子改变的补偿措施，使其尽可能回复为原有的天然状态。修复的意义：保证DNA携带的遗传信息能完全地忠实转给子代、维持生物特征的稳定性和完整性。一、DNA损伤的修复有多种类型错配修复(mismatchrepair)直接修复(directrepair)光修复(lightrepairing)切除修复(excisionrepairing)重组修复(recombinationrepairing)SOS修复

1、嘧啶二聚体的直接修复（lightrepair）这是一种广泛存在的修复作用，能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。修复过程由光修复酶(photolyase)催化完成。一、有些DNA损伤可以直接修复（一）直接修复系统利用酶简单地逆转DNA损伤光修复酶(photolyase)

UV修复过程：⑴修复酶(photolyase)识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物；⑵在300～600nm可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开；⑶光修复酶从DNA上解离。二、切除修复是最普遍的DNA损伤修复方式1、碱基切除修复2、核苷酸切除修复3、碱基错配修复

碱基切除修复依赖于生物体内存在的一类特异的DNA糖基化酶。切除修复过程：（1）识别水解（2）切除（3）合成（4）连接1、碱基切除修复（baseexcisionrepair）（二）核苷酸切除修复系统识别DNA双螺旋变形这是细胞内最重要和有效的修复方式。其过程包括去除损伤的DNA，填补空隙和连接。主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。这也是一种广泛存在的修复机制，可适用于多种DNA损伤的修复。切除修复机制的基本过程是将受损的DNA片段切除，然后再以对侧链为模板，重新合成新链进行修复。由核苷酸切除修复系统负责进行修复。切除修复系统步骤⑴核酸内切酶UvrA、UvrB和UvrC蛋白识别损伤部位⑵UvrC将受损片段切除⑶DNApolⅠ填补缺口⑷连接酶封口UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA连接酶ATP碱基丢失碱基缺陷或错配结构缺陷切开核酸内切酶核酸外切酶切除DNA聚合酶DNA连接酶AP核酸内切酶核酸外切酶切开切除修复连接糖苷酶插入酶碱基取代

核苷酸切除修复不仅能够修复整个基因组中的损伤，而且能拯救因转录模板链损伤而暂停转录的RNA聚合酶，即参与转录偶联修复(transcription-coupledrepair)。转录偶联修复的意义在于，将修复酶集中于正在转录的DNA，使该区域的损伤尽快得以修复。错配修复对DNA复制忠实性的贡献力达102-103，DNA子链中的错配几乎完全都被修正，充分反映了母链的重要性。错误的碱基配对可以通过母链中识别标记区分；标记是GATC（回文结构）中A甲基化，E.coli中的3个蛋白质（MutS、MutH和MutL）校正。该修复系统只校正新合成的DNA，因为新合成DNA链的GATC序列中的A（腺苷酸残基）开始未被甲基化。GATC中A甲基化与否常用来区别新合成的链（未甲基化）和模板链（甲基化）。3、碱基错配修复错配修复系统作用机制：⑴MutS蛋白识别错配的碱基；并吸引MutL蛋白到这个位置，新生链的GATC序列未甲基化；⑵MutL蛋白激活MutH蛋白，在新链的未甲基化的GATC打开缺口；⑶外切核酸酶切除3’到5’方向错配碱基与GATC序列之间的间隔的DNA序列，聚合酶填补空缺；⑷DNA连接酶封闭缺口，甲基化酶在新链甲基化。新复制DNA的新旧链区别E.Coli错配修复系统作用机制重组修复(recombinationrepair)这是DNA的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式。修复时，利用重组蛋白RecA的核酸酶活性，将另一股健康亲链与损伤缺口相互交换。某些DNA修复发生在跨越损伤DNA的复制事件之后（了解）重组修复步骤：⑴将正常母链上一段与损伤子链缺口同源片段转移进行重组，使母链上带有缺口；⑵DNA聚合酶填补母链上的缺口；⑶DNA连接酶封口。损伤的DNA经过数代复制可得到稀释，从而对细胞的影响减至最小。重组修复SOS修复1、当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。2、在E.coli，各种与修复有关的基因，组成一个称为调节子(regulon)的网络式调控系统。3、这种修复特异性低，对碱基识别、选择能力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的。但DNA保留的错误较多，导致较广泛、长