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1、Chapter5DNAdamageandrepair1 .主要內(nèi)容1)誘變2 )DNA損傷3 )DNA修復(fù)4 .教學(xué)要求:1)熟悉DNA損傷的原因、類型2)掌握DNA修復(fù)的方式5.1 Mutagenesis5.2 DNAdamage5.3 DNARepair5.1 Mutagenesis例變)?5.1.1Thereasonsofmutation?5.1.2Typesofmutations?5.1.3Mutagens傍變劑)?5.1.4mutagenesis誘變)5.1 Mutagenesis(誘變)?Mutation(突變)=Permanent,heritablealterationsinth
2、ebasesequenceofaDNAmolecule(是DNA堿基序列水平上永久性的、可遺傳的變化)5.1.1 Thereasonsofmutation?Spontaneouserrors自發(fā)性錯(cuò)誤):inDNAreplicationormeioticrecombination?Mutagen(誘變物):AconsequenceofthedamagingeffectsofphysicalorchemicalmutagensonDNA?Mutagen=mutationcausingagent?Essentiallyallmutagensarecarcinogen斂癌物)?Mostcarcino
3、gensaremutagens5.1.2 Typesofmutations?Multisite(多位點(diǎn)):- Causegross(重的)chromosomeabnormalities(奇形);-InvolvelargeregionsofDNA;-Ariseduringmeiosis(在減數(shù)分裂期發(fā)生)?Pointmutations(點(diǎn)突變)-Involveonlyoneorafewnucleotides;- AriseduringDNAreplication- Requiretwoerrors:1)AnerrorduringDNAreplication;2)Failuretocorrectt
4、haterrorTypesofpointmutationsInversions:ACBDEFDuplicationsABCDEEFDeletions:ABCD-FInsertions:ABCDSEFSubstitutions:ATCDEFTypesofpointmutationsThephenotypiceffectofpointmutation(點(diǎn)突變的表型效應(yīng))?Missensemutation(昔義突變):堿基序列的改變引起了產(chǎn)物氨基酸序列的改變。?Nonsensemutation(無(wú)義突變):某個(gè)堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍踪|(zhì)合成的終止密碼子(stopcodon,TAG,
5、TAA,TGA)。?Samesensemutation(同義突變):是指未改變產(chǎn)物氨基酸序列的密碼子變化。Noeffect(silentmutation沉默突變)Readingframe(閱讀框)isoneofthethreepossiblewaysinwhichanmRNAsequenceofnucleotidescanbereadasaseriesofbasetriplets三個(gè)一組tospecifytheaminoacidsinaproteinchain.ORF(openreadingfram/放性I閱讀框):fromstartcodontostopcodonWhatisthefirst
6、defenseagainstmutations?Ontheonehand,theactualerrorrateofthepolymerase,beforeediting,isoftheorderof0.1%to1.0%.However,theoverallerrorrateforDNAreplicationis1errorin109to1010basepairs.Thisphenomenalfidelityisachievedinthreeways.Replicationfidelity(復(fù)制的保真度)First,Watson-CrickbasepairingtoSecond,DNApolym
7、eraseshavetheabilitytoedit("proofread")theirwork(3exonucleaseactivityofthepolymerases).Third,post-replicationrepairofDNA(mismatchrepair).5.1.3 Mutagens例變劑)Physicalmutagens(物理誘變齊J)?High-energyionizingradiation(電離輻射):X-raysand-raysstrandbreaks斷鏈),base/sugardestruction(堿基/核糖損傷)?Nonionizingrad
8、iation(非電離輻射):UVlightpyrimidinedimers(示呢二聚體)Chemicalmutagens(化學(xué)誘變劑)?Baseanalogs(堿基類彳以物):mispair,directmutagenesis?Nitrousacid(亞硝酸):deaminatesCtoproduceU(脫氨基作用)?Alkylatingagents(烷化劑)?Arylatingagents(芳基化劑)5.1.4 Mutagenesis例變)?Directmutagenesis直接誘變):resultsfromthepresenceofstable,unrepairedbasewithalte
9、redbasepairingpropertiesintheDNA.Indirectmutagenesis(同接誘變):Themutationisintroducedasaresultofanerror-pronerepair(傾向差錯(cuò)的修復(fù)).一Translesion的越損傷)DNAsynthesis:Insertionofbasesoppositetheunrepairedlesionregardlessoftheoriginalsequence(不顧原始序列如何,在未修復(fù)的損傷序列對(duì)面插入堿基)-tomaintaintheDNAintegritybutnotthesequenceaccur
10、acy(只彳於證DNA序列的完整性,不保證序列的精確性)5.2 DNAdamageDNAlesions損傷:oxidativedamages化性損傷Alkylation烷基化bulkyadducts聚化力口合物5.2.1 DNAlesions(DNA損傷)?DNAlesions(DNA損傷):AnalterationtothenormalchemicalorphysicalstructureoftheDNA(DNA正常的化學(xué)或物理結(jié)構(gòu)的改變)5.2.3 Alkylation(烷基化作用)5.2.4 Bulkyadducts(聚化加合物)Bulkylesionssuchaspyrimidined
11、imersandarylating芳基化agentadductsdistortthedoublehelixandcauselocalized局部denaturation.ThisdisruptsthenormalfunctioningoftheDNA.口密噬二聚體的形成喀呢二聚體是如何造成DNA損傷的??由于相鄰的胸腺喀呢產(chǎn)生二聚體,兩個(gè)堿基平面被環(huán)丁基所扭轉(zhuǎn),引起雙螺旋構(gòu)型的局部變化,同時(shí)氫鍵結(jié)合力也顯著減弱。這樣,當(dāng)有胸腺喀呢二聚體的DNA作為模板進(jìn)行復(fù)制時(shí),Polin將兩個(gè)腺喋吟核甘酸加上去,但由于不能很好地形成氫鍵,然后,又由3'-5'校對(duì)功能而將之水解。如此反復(fù)發(fā)生,
12、而產(chǎn)生了一個(gè)空耗的過程,即大量的dATP被分解,而DNA復(fù)制卻毫無(wú)進(jìn)展。喀呢二聚體是如何造成DNA損傷的??由于蛋白質(zhì)仍在不斷合成,而DNA不能復(fù)制,細(xì)胞也就不能分裂,結(jié)果出現(xiàn)細(xì)絲狀的所謂蛇形細(xì)胞,最后導(dǎo)致細(xì)胞死亡。5.3 DNARepair(DNA修復(fù))?DirectRepair:-Photoreactivation(光復(fù)活)-Alkyltransferase(烷基轉(zhuǎn)移酶)?Exisionrepair(切除修復(fù))?Mismatchrepair(錯(cuò)配彳復(fù))?Post-ReplicationRepair(復(fù)制后修復(fù))-recombinationalrepair(重組修復(fù))-SOSrepair5.
13、3.1 Photoreactivation洸復(fù)活)在可見光的存在下,DNA光解酶(photolyase,光復(fù)活酶)可將環(huán)丁烷二聚體再分解為單體。這些酶含有可吸收藍(lán)光并將能量轉(zhuǎn)移到待切環(huán)丁烷環(huán)中的輔基。E.coli的光解酶含有2個(gè)色素分子,N5,N10-次甲基四氫葉酸和還原性的黃素腺喋吟二核甘酸(FAD)0光復(fù)活對(duì)喀呢二聚體是專一性的。是損傷被直接修復(fù)”的一種例子,是無(wú)差錯(cuò)的。PhotoreactivationofThymineDimers?Processiscatalyzed®化inaprocesssimilartophotosynthesis-harvestingenergyfro
14、mlight?Humancellsdonotcontainphotolyase5.3.2 Alkyltransferase皖基轉(zhuǎn)移酶)?AlkylationofDNABases:?Canblock®礙DNAreplicationbecauseofmodifiedbasesthatareformed?Sometimeusedinchemotherapy(化學(xué)療法)toblockcelldivision?Usuallypurinesarealtered-spectrurtt譜ofproductsvariesMosthighlymutagenicoftheseproducts:Guanin
15、eO6-alkylguanine錯(cuò)配的O6-methylguanin琲口thymine一起造成GC替換為AT。無(wú)差錯(cuò)直接修復(fù)?烷基轉(zhuǎn)移酶特異性地轉(zhuǎn)移O6耳基鳥口S吟或O6-乙基鳥喋吟上的甲基或乙基基團(tuán)到酶分子的半胱氨酸上,從而保護(hù)DNA免受烷基化誘變。5.3.3 Exisionrepair(切除彳復(fù))?Including一NucleotideExcisionRepair(NER,核甘酸切除修復(fù))E.coliUvrABCendonuclease系統(tǒng)一Baseexcisionrepair(BER堿基切除修復(fù))-Uracil-DNANglycosylasesystem(糖基化酶系統(tǒng))?Isaubiq
16、uitousmechanismrepairingavarietyoflesions是修復(fù)多種損傷的普遍性機(jī)制?Error-freerepai吮差錯(cuò)修復(fù)核甘酸切除修復(fù)ExcisionrepairsystemsinE.colil.uvrA和uvrB蛋白識(shí)別損傷部位。2 .發(fā)現(xiàn)二聚體后,uvrA解離,uvrC加入。3 .uvrB和uvrC復(fù)合體在損傷部位的兩端造成單鏈缺口。4 .損傷部位的DNA被DNA螺旋酶(uvrD)移走。5 .DNA上的缺口由DNA聚合酶I和連接酶填補(bǔ))。核甘酸切除修復(fù)ExcisionrepairsystemsineukaryotesNucleotideexcisionrepa
17、irxerodermapigmentosum(XP,著色性干皮?。┦且环N常染色體隱性紊亂,在表型上表現(xiàn)為對(duì)陽(yáng)光極為敏感,極易產(chǎn)生皮膚癌。XP患者缺乏對(duì)包括由紫外線引起的大塊DNA損傷的核甘酸切除功能,至少有7種不同基因的缺陷可導(dǎo)致XP。Baseexcisionrepair(BER,堿基切除修復(fù))5.3.4 Mismatchrepair仔音配彳修復(fù))?用于修復(fù)在復(fù)制中錯(cuò)配并漏過校正檢驗(yàn)的任何堿基。可使復(fù)制的保真性提高102-103倍。?occursjustafterreplication?mustdistinguishtheparentfromthedaughterstrand5.3.5 Rec
18、ombinationalRepair(重組修復(fù))?Presentinprokaryoticandeukaryoticcells?Onlypoorlyunderstood?WeknowitexistsbecauseUvrA-andRecA-cellsaremuchmoresensitivetoUVthancellscontainingonlyonemutation.RecombinationalRepair?子鏈在母鏈損傷處形成缺口?DependsonRecAproteinimportantforrecombinationandrepair;itcatalyzesstrandpairing.?以
19、子鏈為模板填補(bǔ)母鏈的缺口?復(fù)制重新開始,損傷位點(diǎn)被切除修復(fù)5.3.6 SOSrepair(SOS修復(fù))?UVreactivation(紫外激活反應(yīng))或Wreactivation(W激活反應(yīng)):-50年代J.Weigle發(fā)現(xiàn),用經(jīng)紫外線照射后的噬菌體感染用低劑量UV照射過的大腸桿菌時(shí),噬菌體的存活率比感染未用低劑量UV照射的大腸桿菌明顯增加,突變率也隨之增加,這一效應(yīng)稱為UVreactivation(紫外激活反應(yīng))或Wreactivation(W激活反應(yīng))。?TheincreasedsurvivalintheUVirradiatedhostisduetotheinductionoftheSOS-
20、repairsysteminthehost.(存活率上升是由于紫外線照射引起了寄主SOS修復(fù)系統(tǒng)的感應(yīng))?SOSt復(fù)是一種旁路系統(tǒng),它允許新生的DNA鏈越過胸腺喀呢二聚體而生長(zhǎng),其代價(jià)是保真度的極大降低,這是一種易錯(cuò)修復(fù)系統(tǒng)。SOS反應(yīng)機(jī)制?Metabolicsystemthathelpsthecellsurviveinperiodsofpotentiallylethalstresse的潛在的致死壓力下,細(xì)胞的新陳代謝系統(tǒng)幫助細(xì)胞存活)-Inducedby(誘導(dǎo)因素):?UVirradiation(紫外照射)?Thyminestarvation(胸腺喀呢饑餓)?TreatmentwithDNAmodifyingenzymes(DNA修飾酶處理)?Inactivationofgenesessentialtoreplication(DNA復(fù)制必須的基因失活)TheSOSgenesSOSrepairDiseasescausedbydefectsinRecQhelicasegenesWernersyndrome?prematureagin(gi衰老,beginningin20's;lifeexp.45?Predisposition患病白體質(zhì)tomalignanciesDiseasescausedbydefectsinRecQhelicasegen
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