生化 第16章 DNA的损伤修复学习课件

DNA的合成及重组

DNABiosynthesisandRecombination第十六章

由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常的改变称为DNA的损伤，也称为突变（mutation）。一、DNA的损伤（突变）

多种因素通过不同形式可引起DNA损伤碱基开环和糖苷键断裂引起碱基丢失

辐射或氧化损伤等引起碱基改变

化学因素可引起核苷酸插入或缺失

辐射和化学损伤可引起DNA链断裂物理和化学因素可引起DNA链间或链内交联

导致复制或转录障碍导致复制后产生基因突变DNA损伤的结果:1、突变的意义突变是进化、分化的分子基础进化过程是突变的不断发生所造成的。没有突变就不会有现今的生物世界，也不会有遗传学。但是目前对突变发生的原因尚未知。

DNA的多态性（polymorphism）

个体之间的基因型差别。原因是有些突变没有可觉察的表型改变，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。利用核酸杂交原理，可以设计各种技术用于识别个体差异和种、株间的差异，并用于疾病预防及诊断。

致死性突变突变发生在对生命过程至关重要的基因上，可导致个体、细胞的死亡。利用致死性突变的原理可以消灭有害的病原体。突变是某些疾病的发病基础有遗传倾向的代谢综合症：高血压病、糖尿病、溃疡病和肿瘤等与生活习惯和环境有关，但亦有证据表明某些基因发生了变异。人类基因组计划(HGP)完成了核苷酸的测序，现在正要启动的变异基因组测序将为突变在重大疾病发生中的作用及进一步预防和干预打下基础。2、诱发突变的的分子改变类型及因素诱发突变的分子改变类型点突变缺失插入倒位诱发突变的因素物理因素化学因素物理因素紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐射

UV化学因素目录3、突变的分子改变类型错配(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)。发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。1.转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。

2.颠换3.1错配镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val

·

his

·

leu

·

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·

pro·

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·

glu

·

·

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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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·

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·

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C肽链CTCGAG基因3.2缺失、插入和框移缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。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。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。

缺失或插入都可导致框移突变

。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3.3重排DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。

由基因重排引起的两种地中海贫血基因型目录二、DNA损伤的修复修复(repairing)

是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。光修复(lightrepairing)切除修复(excisionrepairing)重组修复(recombinationrepairing)SOS修复

修复的主要类型光修复光修复酶(photolyase)

UVUvrA识别DNA双螺旋结构变形UvrB负责解链，募集核酸内切酶UvrCUvrC在损伤部位的两侧切断DNA链UvrD去除这两个切点之间的DNA片段DNA聚合酶Ⅰ和连接酶填补缺口核苷酸切除修复系统UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHP切除修复是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。DNA连接酶ATPE.coli的切除修复机制目录重组修复SOS修复当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。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。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。三、DNA损伤修复具有重要的生物学意义修复系统的存在保证了物种遗传的稳定性，对降低修复缺陷相关疾病的发病率有十分重要的意义。第五节

DNA重组

DNARecombination

DNA重组的类型同源重组特异位点重组转座重组一、同源重组是最基本的DNA

重组方式同源重组(homologousrecombination，HR)

是指发生在同源序列间的重组，它通过链的断裂和再连接，在两个DNA分子同源序列间进行单链或双链片段的交换。又称基本重组(generalrecombination)。同源重组不需要特异DNA序列，而是依赖两分子之间序列的相同或类似性。

以E.coli的同源重组为例，了解同源重组机制的Holliday模型：

Holliday模型中，同源重组主要4个关键步骤

两个同源染色体DNA排列整齐一个DNA的一条链断裂、并与另一个DNA对应的链连接，形成Holliday中间体通过分支移动产生异源双链DNAHolliday中间体切开并修复，形成两个双链重组体DNA，分别为：片段重组体(patchrecombinant)拼接重组体(splicerecombinant)

片段重组体（见模型图左边产物）：切开的链与原来断裂的是同一条链，重组体含有一段异源双链区，其两侧来自同一亲本DNA。拼接重组体（见模型图右边产物）：切开的链并非原来断裂的链，重组体异源双链区的两侧来自不同亲本DNA。

内切酶

(recBCD)DNA侵扰(recA)分支迁移

(recA)

内切酶(recBCD)

DNA

连接酶5´3´5´3´5´3´5´3´5´3´5´3´5´3´5´3´5´3´5´3´5´3´5´3´5´3´5´3´3´3´5´3´5´3´3´5´5´3´5´3´5´3´Holiday中间体5´3´5´3´5´3´5´3´Holiday中间体5´3´5´3´5´3´5´3´5´3´5´5´5´3´3´3´5´5´5´5´3´3´3´3´5´5´5´5´3´3´3´3´5´5´5´5´3´3´3´3´5´5´5´5´3´3´3´3´内切酶(ruvC)内切酶(ruvC)

DNA连接酶

DNA连接酶片段重组体拼接重组体二、特异位点重组是特异位点间的遗传信息整合由整合酶催化，在两个DNA序列的特异位点间发生的整合称位点特异的重组(sitespecificrecombination)。例如，λ噬菌体DNA的整合、细菌的特异位点重组、免疫球蛋白基因的重排以及转座重组等。作用：某些基因表达的调节，发育过程中程序性DNA重排，以及有些病毒和质粒DNA复制循环过程中发生的整合与切除等。

（一）λ噬菌体DNA的整合

（二）细菌的特异位点重组沙门氏菌H片段倒位决定鞭毛相转变hix为反向重复序列，它们之间的H片段可在Hin控制下进行特异位点重组(倒位)。H片段上有两个启动子P，其一驱动hin基因表达，另一正向时驱动H2和rH1基因表达，反向(倒位)时H2和rH1不表达。rH1为H1的阻遏蛋白基因。

H2鞭毛素

阻遏蛋白Hin重组酶转位片段hinH2IH1

H1鞭毛素hinH2IDNA启动序列H1启动序列沙门氏菌H片段倒位决定鞭毛相转变（三）免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白(Ig)，由两条轻链(L链)和两条重链(H链)组成，分别由三个独立的基因族编码，其中两个编码轻链(

和

)，一个编码重链。

轻链的基因片段：重链的基因片段：LVJCLVDJC重链(IgH)基因的V-D-J重排和轻链(IgL)基因的V-J重排均发生在特异位点上。在V片段的下游，J片段的上游以及D片段的两侧均存在保守的重组信号序列(recombinationsignalsequence,RSS)。此重排的重组酶基因rag(recombinationactivatinggene)共有两个，分别产生蛋白质RAG1和RAG2。

CACAGTG(12/23)ACAAAAACCGTGTCCACTGTTTTTGG重组信号序列基因片段V片段J片段RSSRSS间插DNAOHOHVJ单链切开RAG1RAG2分子内转酯反应单链切开转移核苷酸修复、连接免疫球蛋白基因重排过程三、转座重组是插入序列和转座子介导的DNA移位大多数基因在基因组内的位置是固定的，但有些基因可以从一个位置移动到另一位置。这些可移动的DNA序列包括插入序列和转座子（transposon,Tn）。由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为转座(transposition)，又称转座重组(transpositionalrecombination)。插入序列(insertionsequences,IS)组成：二个分离的反向重复(invertedrepeats,IR)序列特有的正向重复序列一个转座酶（transposase)编码基因

IRTransposaseGeneIR发生形式：

保守性转座(conservativ