dna损伤与修复专题知识

dna损伤与修复专题知识dna损伤与修复专题知识第1页DNA既稳定，

但也脆弱dna损伤与修复专题知识第2页哪些原因能影响到DNA完整性？细胞内源原因环境原因

-比如化学试剂、污染物和UV线疾病治疗-比如离子辐射和化疗dna损伤与修复专题知识第3页细胞内源原因复制错误比如四种dNTP之间不平衡造成错配DNA本身不稳定碱基自发脱氨基DNA脱嘌呤/脱嘧啶造成碱基脱落活性氧作用DNA,蛋白质和脂质氧化dna损伤与修复专题知识第4页DNA分子上自发脱嘌呤作用和自发脱氨基作用dna损伤与修复专题知识第5页脱嘌呤/脱嘧啶脱嘌呤比脱嘧啶更轻易在DNA分子上产生无碱基位点（AP位点）大肠杆菌

1次脱嘌呤/基因组/复制嗜热水生菌

300次脱嘌呤/基因组/复制哺乳动物细胞10000次脱嘌呤/基因组/复制dna损伤与修复专题知识第6页活性氧（ROS）由正常细胞代谢产生线粒体利用细胞~85%O2，是主要ROS起源造成DNA、蛋白质和脂质损伤常见形式：过氧化氢(H2O2)超氧化物自由基(O2•-)一氧化氮(•NO)羟基自由基(HO•)过氧亚硝基阴离子(O=NOO-)烷过氧化物(ROOH)烷氧自由基(RO•)dna损伤与修复专题知识第7页环境（外源）原因化学试剂(1)天然化合物

黄曲霉素(2)人造化合物苯并芘-香烟

顺铂-化疗药品物理原因(1)UV(2)离子辐射

γ-射线x-射线dna损伤与修复专题知识第8页DNA损伤类型碱基修饰碱基丢失-无碱基位点复制错误：错误

链断裂蛋白质-DNA交联DNA-DNA交联dna损伤与修复专题知识第9页DNA损伤原因和损伤主要类型损伤类型实例/原因碱基丢失自发脱碱基（热、酸），脱嘌呤>脱嘧啶，104嘌呤脱落/天/细胞（恒温动物）碱基修饰形成碱基加合物，比如，8-羟基脱氧鸟嘌呤（离子辐射或活性氧），6-烷基鸟嘌呤（烷基化试剂）碱基交联嘧啶二聚体和6-4光产物（UV）碱基转换C→U，A→I（自发脱氨基），100碱基脱氨基/天/细胞碱基错配GT（4种dNTP浓度不平衡、碱基互变异构或碱基之间差异不足）DNA链断裂因磷酸二酯键被破坏引发单链断裂或双链断裂（离子辐射或特殊化学试剂），因脱氧核糖环3号位发生断裂引发DNA链断裂（博来霉素）DNA链间交联互补双链之间产生交联（双功效试剂作用）DNA与蛋白质交联UVdna损伤与修复专题知识第10页活性氧碱基修饰作用

dna损伤与修复专题知识第11页鸟嘌呤甲基化造成碱基错配

dna损伤与修复专题知识第12页紫外线引发碱基损伤

dna损伤与修复专题知识第13页离子辐射引发DNA链断裂

dna损伤与修复专题知识第14页稳定，但脆弱不修复将造成突变干扰转录和复制造成突变加速衰老细胞修复机制是必需修复机制是全方位、高效<1/1000损伤躲过修复dna损伤与修复专题知识第15页DNA修复DNA与其它生物大分子一样，在受到机体内外原因作用下，其结构会遭受到各种各样损伤，不过，和其它生物大分子不一样是，DNA是唯一一个在发生损伤以后能够被完全修复分子，而其它生物大分子在受到损伤以后要么被降解，要么被取代。当然，并不是发生在DNA分子上全部损伤都能够修复。假如DNA受到损伤不能及时被修复，不但会使DNA复制和转录受到影响，还能够造成细胞癌变和早衰。细胞之所以在DNA受到损伤以后，选择处理方法是尽可能将其修复而不是将其降解，这一是因为作为遗传物质DNA分子在细胞内只有一个拷贝，假如将其水解话，细胞也就失去了存在根基；二是DNA互补双螺旋结构使得修复一个受损伤DNA分子变得很轻易。正因为如此，一个生物体，即使是那些基因组甚小生物，也会在修复上投入大量基因（≥100个基因），这再次说明了DNA稳定性压倒一切。.dna损伤与修复专题知识第16页被科学杂志评为1994年年度分子dna损伤与修复专题知识第17页DNA修复机制直接修复切除修复错配修复双链断裂修复易错修复重组修复dna损伤与修复专题知识第18页直接修复嘧啶二聚体直接修复——由DNA光裂解酶催化。此酶直接识别和结合嘧啶二聚体。然后，利用作为吸光色素辅基捕捉到光能，将嘧啶二聚体打开，最终再与DNA解离。不过胎盘类哺乳动物却没有这种酶。烷基化碱基直接修复——由特定烷基转移酶催化DNA链断裂直接修复——由DNA连接酶催化。

dna损伤与修复专题知识第19页嘧啶二聚体直接修复

dna损伤与修复专题知识第20页烷基化碱基直接修复

dna损伤与修复专题知识第21页切除修复切除修复先切除损伤碱基或核苷酸，然后，重新合成正常核苷酸，最终，再经连接酶重新连接，将原来切口缝合。整个切除修复过程包含识别、切除、重新合成和重新连接。切除修复又分为碱基切除修复（BER）和核苷酸切除修复（NER），二者主要差异在于识别损伤机制上，前者是直接识别详细受损伤碱基，而后者并不识别详细损伤，而是识别损伤对DNA双螺旋结结构成扭曲。dna损伤与修复专题知识第22页尿嘧啶切除修复

dna损伤与修复专题知识第23页真核细胞碱基切除修复

dna损伤与修复专题知识第24页核苷酸切除修复NER最初切点是损伤部位附近3′,5′-磷酸二酯键，主要用来修复因UV、丝裂霉素C和顺铂等原因造成比较大损伤，如嘧啶二聚体、6-4光产物或体积较大碱基加合物以及链间交联等造成DNA结构发生扭曲并影响到DNA复制损伤，另外，约20%碱基氧化性损伤也由它修复。在修复过程中，损伤以寡聚核苷酸形式被切除。因为NER识别损伤机制并非针对损伤本身，而是损伤对DNA双螺旋结结构成扭曲，所以，NER能够使用相同机制和几乎同一套修复蛋白去修复一系列性质并不相同损伤。dna损伤与修复专题知识第25页NER在全部生物含有相同步骤：识别损伤—由特殊蛋白质完成，并由此引发一系列蛋白质与受损伤DNA有序结合；切除损伤—特殊内切酶在损伤部位两侧切开DNA链，随即两个切口之间带有损伤DNA片段被去除；修复合成—DNA聚合酶以另外一条链为模板，合成已被切除序列；缝合切口—由DNA连接酶催化。dna损伤与修复专题知识第26页错配修复（MMR）MMR系统主要用来修复DNA分子上错配碱基对，另外，还能修复一些因“复制打滑”而诱发核苷酸插入或缺失损伤。错配修复系统必须能够确保只会将子链上错误碱基切除，而不会把母链中原来就正确碱基切除。大肠杆菌MMR系统确实就是利用甲基化来区分子链和母链，所以，大肠杆菌内修复复制中产生错配碱基系统又称为甲基化导向错配修复。至于其它细菌和真核细胞怎样区分子链和母链尚不清楚。dna损伤与修复专题知识第27页损伤跨越

重组跨越使用同源重组方法将DNA模板进行交换以防止损伤对复制抑制，从而使复制能够继续下去，而随即复制依然使用细胞内高保真聚合酶，所以忠实性并无下降，故此路径被视为一个无错系统。跨越合成又称为（TLS）跨损伤合成，由专门DNA聚合酶与停留在损伤位点上原来催化复制DNA聚合酶交换，在子链上（模板链上损伤碱基对面）插入正确或错误核苷酸，结果造成对损伤位点无错或易错跨越。

dna损伤与修复专题知识第28页大肠杆菌重组跨越

dna损伤与修复专题知识第29页大肠杆菌SOS反应

SOS反应是指细胞在受到潜在致死性压力下，比如UV辐射、胸腺嘧啶饥饿、DNA修饰物作用和DNA复制所必需基因失活，做出有利于细胞生存代谢预警反应，包含易错跨损伤合成、细胞丝状化和切除修复激活，其中包括到近20个“sos”基因表示，整个反应受到LexA阻遏蛋白和RecA激活蛋白调整。dna损伤与修复专题知识第30页真核细胞DNA跨损伤合成

dna损伤与修复专题知识第31页DNA突变修复系统不完善，为DNA突变打开了方便之门，因为这些损伤假如在下一轮DNA复制之前还没有被修复话，就有可能直接被固定下来传给子代，有则经过易错跨损伤合成产生新错误并最终也被固定下来。这些发生在DNA分子上可遗传结构改变通称为突变dna损伤与修复专题知识第32页突变类型点突变是指DNA分子某一位点上所发生一个碱基对变成另外一个碱基正确突变，可分为转换和颠换两种形式，其中，转换是指两种嘌呤碱基或两种嘧啶碱基之间相互转变，颠换是指嘌呤碱基和嘧啶碱基之间互变移码突变是指在一个蛋白质基因编码区发生一个或多个核苷酸（非3整数倍）缺失或插入。dna损伤与修复专题知识第33页碱基突变几个方式

dna损伤与修复专题知识第34页移框突变

dna损伤与修复专题知识第35页点突变后果（1）突变密码子决定一样氨基酸，这么突变对蛋白质结构和功效不会产生任何影响，所以称为缄默突变。（2）突变密码子决定不一样氨基酸，这么突变可能对蛋白质功效不产生任何影响或影响微乎其微，也可能产生灾难性后果而带来分子病。因为突变造成出现了错误氨基酸，所以，这么突变称为错义突变。假如错误氨基酸与原来氨基酸是同种性质，这种突变被称为中性突变。（3）突变密码子变为终止密码子或者相反，前者因为终止密码子提前出现可造成一条多肽链被截短，被称为无义突变，后者则会加长一条多肽链，被称为加长突变或通读突变。dna损伤与修复专题知识第36页隐性突变和显性突变DNA突变可能是隐性，也可能是显性。假如突变仅仅是灭活一个蛋白质，那么，这种突变普通产生隐性性状。因为染色体是成正确，每一个基因最少有2个拷贝，一条同源染色体上正常基因能够抵消另一条同源染色体上突变基因对细胞功效和性状影响。所以，只有一对同源染色体上两个相同基因都发生突变，才会影响到表现型；假如突变产生蛋白质对细胞有毒，这种毒性无法被另外一条染色体上正常基因表示出来正常蛋白质所抵消或中和，那么，这种突变被视为显性。显性突变只需要两条同源染色体上任意一个拷贝上基因发生突变，就能够带来突变体表现型发生改变。dna损伤与修复专题知识第37页dna损伤与修复专题知识第38页突变原因几乎任何造成DNA损伤原因都能够造成DNA突变，前提是它们造成损伤在DNA复制之前还没有被细胞内修复系统修复，所以，能够这么认为，造成DNA损伤原因在某种意义上就是造成DNA突变原因。由内在原因引发突变被称为自发性突变，由外在原因引发突变被称为诱发突变。各种造成DNA突变内外原因总称为突变原。dna损伤与修复专题知识第39页造成自发点突变原因自发点突变（1）DNA复制过程中错配（2）自发脱氨基（3）活性氧氧化（4）碱基烷基化自发移码突变（1）“复制打滑”（2）转座作用。dna损伤与修复专题知识第40页烯醇式T和G配对dna损伤与修复专题知识第41页自发脱氨基和活性氧作用引发碱基转换

dna损伤与修复专题知识第42页复制打滑引发移框突变

dna损伤与修复专题知识第43页诱发突变1.诱发点突变（1）碱基类似物，如5-溴尿嘧啶和2-氨基嘌呤（2）烷基化试剂，如氮芥和硫芥等（3）脱氨基试剂，如亚硝酸（4）羟胺2.诱发移码突变嵌入试剂，如吖啶黄，原黄素和EB等dna损伤与修复专题知识第44页碱基类似物诱发点突变

dna损伤与修复专题知识第45页诱变剂诱发点突变

dna损伤与修复专题知识第46页嵌入试剂诱发移框突变

dna损伤与修复专题知识第47页各种化学诱变剂化学结构

dna损伤与修复专题知识第48页回复突变与突变校正（一）回复突变假如在老突变位点上发生第二次突变，致使原来表现型得到恢复，这么突变被称为回复突变。表现型能够在回复突变中恢复可能是因为突变点编码氨基酸变成原来氨基酸或者性质相同氨基酸，从而使原来突变蛋白质功效得到全部或个别恢复。（二）校正突变校正突变有时被称为假回复突变，它是指发生在非起始突变位点上但能够掩盖或抵消起始突变第二次突变，它分为基因内校正和基因间校正。dna损伤与修复专题知识第49页回复突变dna损伤与修复专题知识第50页基因内校