DNA的損傷和修復(fù)學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1DNA的損傷和修復(fù)的損傷和修復(fù)DNA 的損傷和修復(fù)的損傷和修復(fù)Mutagen (誘變劑）誘變劑）完全修復(fù)完全修復(fù)DNA 損傷損傷堿基的化學(xué)反應(yīng)堿基的化學(xué)反應(yīng)損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)不能有效修復(fù)不能有效修復(fù)不完全修復(fù)不完全修復(fù)凋亡畸變回復(fù)正常2第1頁/共53頁3第2頁/共53頁一、DNA損傷的因素及其機(jī)制4第3頁/共53頁返回目錄返回目錄返回主頁返回主頁5第4頁/共53頁6第5頁/共53頁7第6頁/共53頁8第7頁/共53頁1、堿基類似物（堿基類似物（Base analog）2-氨基嘌呤氨基嘌呤2-Amino purine5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶5-Bromine Uracil OO BrNH2

2、是指與DNA正常堿基結(jié)構(gòu)類似的化合物,在DNA復(fù)制時摻入并與互補(bǔ)鏈上堿基配對,從而引起堿基對的置換.9第8頁/共53頁5-BrU: G: A 烯醇式烯醇式enolenolBrOHHOBr 酮式酮式KetoKetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU的滲入AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二輪復(fù)制ATGC 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT第一輪復(fù)制酮式到稀醇式的轉(zhuǎn)變烯醇式滲入為烯醇式滲入為 GCAT 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變10第9頁/共53頁 2、 堿基的化學(xué)修飾劑堿基

3、的化學(xué)修飾劑又稱化學(xué)突變劑：指對又稱化學(xué)突變劑：指對DNADNA鏈中的堿基的修飾鏈中的堿基的修飾, ,改變其配對性改變其配對性質(zhì)質(zhì), ,進(jìn)而改變進(jìn)而改變DNADNA結(jié)構(gòu)的化合物結(jié)構(gòu)的化合物. . 亞硝酸（亞硝酸（nitrous acid HNOnitrous acid HNO2 2） 羥氨（羥氨（hydroxylamine HAhydroxylamine HA） 甲磺酸乙酯（甲磺酸乙酯（ethyl mathanesulfonate EMSethyl mathanesulfonate EMS） N-N-甲基甲基-N-N- -硝基硝基-N-N-亞硝基胍亞硝基胍 （N-mathyl-NN-mathy

4、l-N-nitro-N-nitrosoguanidion NNG-nitro-N-nitrosoguanidion NNG）11第10頁/共53頁 （a）亞硝酸修飾G、C、A；（b）羥基修飾C；（c）甲基磺酸乙酯修飾T（引自Russell,1992）. 12第11頁/共53頁3 3、嵌入染料對、嵌入染料對DNADNA的損傷作用的損傷作用吖啶橙吖啶橙 (Acridine Orange (Acridine Orange AO) ) 扁平染料分子扁平染料分子溴化乙錠溴化乙錠 (Ethidium Bromide (Ethidium Bromide EB ) )-ATTTTTCG -TAAAAAGC-A

5、 TTTCG -T AAAGC-TAO T-AT EB TTTTCG-TA分子插入分子插入AOEB-ATTTCG -TAAAGC-ATXTTTTCG-TAX AAAAGC-XAAAAGC-結(jié)果產(chǎn)生移框突變結(jié)果產(chǎn)生移框突變13第12頁/共53頁14第13頁/共53頁15第14頁/共53頁16第15頁/共53頁 DNA分子上的堿基錯配稱點(diǎn)突變(point mutation)。發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 1. 轉(zhuǎn)換發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。 2. 顛換（二）錯配（二）錯配17第16頁/共53頁鐮形紅細(xì)胞貧血病人鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb (HbS)

6、亞基亞基N-val his leu thr pro val glu C 肽鏈肽鏈CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA)亞基亞基N-val his leu thr pro glu glu C 肽鏈肽鏈CTC GAG基因基因18第17頁/共53頁19第18頁/共53頁20第19頁/共53頁21第20頁/共53頁22第21頁/共53頁1）、酶學(xué)光復(fù)活（）、酶學(xué)光復(fù)活（photo reactivation ）-TT-AA- PR PR-TT-AA-TT-AA-可見光激活可見光激活識別-TT-AA-釋放23第22頁/共53頁烷基化堿基可以直接修復(fù)24第23頁/共53頁嘌呤插入酶嘌呤插入酶

7、K+25第24頁/共53頁26第25頁/共53頁27第26頁/共53頁酶和蛋白質(zhì)酶和蛋白質(zhì)DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA連接酶連接酶(二)、切除修復(fù)按照產(chǎn)物的不同可以分：堿基切除修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)28第27頁/共53頁29第28頁/共53頁30第29頁/共53頁31第30頁/共53頁32第31頁/共53頁2）. 核苷酸切除33第32頁/共53頁34第33頁/共53頁35第34頁/共53頁（三） 重組修復(fù)36第35頁/共53頁 重組修復(fù)重組修復(fù) ( (鏈轉(zhuǎn)移修復(fù)鏈轉(zhuǎn)移修復(fù)) ) 復(fù)制后修復(fù)復(fù)制后修復(fù) 容易出錯容易出錯 RecA, DNApolymerae ligase二聚體后起始二聚體后

8、起始 RecA 聚合酶、連接酶聚合酶、連接酶重組修復(fù)后的損傷位點(diǎn)可重組修復(fù)后的損傷位點(diǎn)可由其它機(jī)制進(jìn)一步修復(fù)由其它機(jī)制進(jìn)一步修復(fù)37第36頁/共53頁DNA mismatch+ - A- -C-DNApol (= 10-8)經(jīng)第二次校正經(jīng)第二次校正= 10-11錯配修復(fù)系錯配修復(fù)系統(tǒng)統(tǒng)(MRSMismatch RepairSystem)錯配修復(fù)錯配修復(fù):堿基切除修復(fù)的一種特殊形式堿基切除修復(fù)的一種特殊形式. 使復(fù)制的保真性提高使復(fù)制的保真性提高102103倍倍（四）、錯配修復(fù)38第37頁/共53頁錯配修復(fù)系統(tǒng)（錯配修復(fù)系統(tǒng)（Mismatch repair system）DNA polymera

9、seHelicase SSB 外切核酸酶外切核酸酶 (和和) 連接酶連接酶MCE (mismatch correct enzyme) 3 subunits mutH, L, S 掃描新生鏈中錯配堿基掃描新生鏈中錯配堿基識別新生鏈中非識別新生鏈中非 m6A 的的GATC序列序列酶切含錯配堿基的新生酶切含錯配堿基的新生DNA區(qū)段區(qū)段 （1 1）組成）組成39第38頁/共53頁 DNADNA合成過程中的甲基化變化合成過程中的甲基化變化DNA中的中的GATC(palindromic seq.)為為m6A甲基化敏感位點(diǎn)甲基化敏感位點(diǎn)平均每平均每2kb左右有一左右有一GATC seq.錯配修復(fù)系統(tǒng)受甲基化

10、的引導(dǎo)錯配修復(fù)系統(tǒng)受甲基化的引導(dǎo)40第39頁/共53頁 甲基化程度的差異甲基化程度的差異a、MutH/MutS 掃描識別錯配掃描識別錯配 堿基和鄰近的堿基和鄰近的GATC序列序列 切點(diǎn)甲基化切點(diǎn)甲基化GATC中中 G的的5側(cè)側(cè) DNA helicase II, SSB, exonuclease I去除包括錯去除包括錯 配堿基的片段配堿基的片段 DNA polymerase III 和和 DNA ligase 填充缺口填充缺口昂貴的代價用于保證昂貴的代價用于保證DNADNA的準(zhǔn)確性的準(zhǔn)確性（2 2） 修復(fù)過程修復(fù)過程 41第40頁/共53頁（五）（五）. . 易錯修復(fù)（易錯修復(fù)（SOSSOS修復(fù)

11、修復(fù) SOS repairSOS repair） “SOS”是國際上通用的緊急呼救信號。SOS修復(fù)是指DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯誤較多，故又稱為錯誤傾向修復(fù)(errorprone repair)，使細(xì)胞有較高的突變率。 此系統(tǒng)由十幾個修復(fù)蛋白組成。調(diào)控蛋白LexA參與此系統(tǒng)的啟動。42第41頁/共53頁（2） SOS 修復(fù)機(jī)制修復(fù)機(jī)制 SOS 修復(fù)無模板指導(dǎo)的修復(fù)無模板指導(dǎo)的DNA復(fù)制復(fù)制 大劑量的紫外線照射，大量的二聚體產(chǎn)生大劑量的紫外線照射，大量的二聚體產(chǎn)生 SOS系統(tǒng)誘導(dǎo)，錯誤潛伏的復(fù)系

12、統(tǒng)誘導(dǎo)，錯誤潛伏的復(fù)制超越二聚體而進(jìn)行制超越二聚體而進(jìn)行錯誤堿基錯誤堿基43第42頁/共53頁 SOS 修復(fù)只是修復(fù)只是SOS反應(yīng)的一部分反應(yīng)的一部分 RecA在在SOS反應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)中起核心作用反應(yīng)中起核心作用 RecA與與LexA組成調(diào)組成調(diào)控環(huán)路控環(huán)路DNA 損傷損傷 SOS RecA RecA受受LexALexA的的部分抑制部分抑制44第43頁/共53頁RecA-P; 三種功能三種功能a、 DNA 重組活性重組活性b、 與與S.S. DNA結(jié)合活性結(jié)合活性c、 少數(shù)蛋白的少數(shù)蛋白的proteinase活性活性當(dāng)當(dāng)DNA正常復(fù)制時正常復(fù)制時（無復(fù)制受阻，無（無復(fù)制受阻，無DNA損傷，損傷， 無無TT dimer） RecA-p不表現(xiàn)不表現(xiàn)proteinase活性活性45第44頁/共53頁當(dāng)當(dāng)DNA復(fù)制受阻復(fù)制受阻/ DNA damaged細(xì)胞內(nèi)原少量表達(dá)的細(xì)胞內(nèi)原少量表達(dá)的RecA-p與與S.S, DNA結(jié)合結(jié)合激活激活RecA-p的的proteinase活性活性修復(fù)損修復(fù)損傷傷LexA-p降解降解RecA-p高效表達(dá)高效表達(dá) SOS open46第45頁/共53頁當(dāng)當(dāng)DNA復(fù)制度過難關(guān)后復(fù)制度過難關(guān)后SOS repair 是一種錯誤傾向性極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制是一種錯誤傾向性極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制是進(jìn)化中形成的是進(jìn)化中形成的“ 竭盡全力，治病救人竭盡全力