DNA的損傷與修復(fù)

第二章DNA損傷與修復(fù)第二節(jié)DNA損傷一、DNA損傷因素（一）內(nèi)源性損傷(體內(nèi)因素)1、DNA復(fù)制錯(cuò)誤：堿基配對(duì)從A-T轉(zhuǎn)換成G-C。2、堿基自身互變異構(gòu)體：C的異構(gòu)體與A錯(cuò)誤配對(duì)。3、自發(fā)的化學(xué)變化4、氧化損傷（二）外源性損傷（體外因素）1、物理因素2、化學(xué)因素（化學(xué)試劑）二、多種化學(xué)或物理因素可誘發(fā)突變1、大量的突變屬于自發(fā)突變，發(fā)生頻率只不過在10-9左右。但由于生物基因組龐大，細(xì)胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。2、實(shí)驗(yàn)室用來誘發(fā)突變，也是生活環(huán)境中導(dǎo)致突變的因素，主要有物理和化學(xué)因素。

物理因素：紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV化學(xué)因素：三、突變?cè)谏锝缙毡榇嬖冢ㄒ唬┩蛔兪沁M(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)1、DNA突變具體指個(gè)別dNMP殘基以至片段DNA在構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化，也稱為DNA損傷(DNAdamage)。2、從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。3、從長遠(yuǎn)的生物史看，進(jìn)化過程是突變的不斷發(fā)生所造成的。4、大量的突變都是屬于這種類型，只是目前還未能認(rèn)識(shí)其發(fā)生的真正原因，因而名為自發(fā)突變或自然突變(spontaneousmutation)。（二）只有基因型改變的突變形成DNA的多態(tài)性1、這種突變沒有可察覺的表型改變，例如在簡并密碼子上第三位堿基的改變，蛋白質(zhì)非功能區(qū)段上編碼序列的改變等。這些現(xiàn)象也相當(dāng)普遍。2、多態(tài)性(polymorphism)一詞用來描述個(gè)體之間的基因型差別現(xiàn)象。

（三）致死性的突變可導(dǎo)致個(gè)體、細(xì)胞的死亡

（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)四、引起突變的分子改變類型有多種錯(cuò)配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)

框移(frame-shift)

DNA分子上的堿基錯(cuò)配稱點(diǎn)突變(pointmutation)。自發(fā)突變和不少化學(xué)誘變都能引起DNA上某一堿基的置換。點(diǎn)突變發(fā)生在基因的編碼區(qū)，可導(dǎo)致氨基酸改變。

（一）錯(cuò)配可導(dǎo)致編碼氨基酸的改變鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

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C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

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C肽鏈CTCGAG基因鐮形紅細(xì)胞貧血病人（二）缺失、插入和框移突變?cè)斐傻鞍踪|(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變1、缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。2、插入：原來沒有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。缺失或插入都可導(dǎo)致框移突變。3、框移突變是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。谷酪蛋絲5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙纈組纈正常5’……GAG

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AUG

UC……缺失C缺失引起框移突變：（三）重組或重排?？梢疬z傳、腫瘤等疾病1、DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排。2、移位的DNA可以在新位點(diǎn)上顛倒方向反置（倒位），也可以在染色體之間發(fā)生交換重組。DNA損傷（突變）可能造成兩種結(jié)果：其一是導(dǎo)致復(fù)制或轉(zhuǎn)錄障礙（如胸腺嘧啶二聚體，DNA骨架中產(chǎn)生切口或斷裂）；其二是導(dǎo)致復(fù)制后基因突變（如胞嘧啶自發(fā)脫氨基轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏ぃ?，使DNA序列發(fā)生永久性改變。所以，必須通過進(jìn)化使細(xì)胞擁有靈敏的機(jī)制，以識(shí)別和修復(fù)這些損傷，否則細(xì)胞無法維持正常代謝。

第三節(jié)DNA損傷修復(fù)

DNA損傷修復(fù)(repair)：是對(duì)已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其盡可能回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。修復(fù)的意義：保證DNA攜帶的遺傳信息能完全地忠實(shí)轉(zhuǎn)給子代、維持生物特征的穩(wěn)定性和完整性。一、DNA損傷的修復(fù)有多種類型錯(cuò)配修復(fù)(mismatchrepair)直接修復(fù)(directrepair)光修復(fù)(lightrepairing)切除修復(fù)(excisionrepairing)重組修復(fù)(recombinationrepairing)SOS修復(fù)

1、嘧啶二聚體的直接修復(fù)（lightrepair）這是一種廣泛存在的修復(fù)作用，能夠修復(fù)任何嘧啶二聚體的損傷。修復(fù)過程由光修復(fù)酶(photolyase)催化完成。一、有些DNA損傷可以直接修復(fù)（一）直接修復(fù)系統(tǒng)利用酶簡單地逆轉(zhuǎn)DNA損傷光修復(fù)酶(photolyase)

UV修復(fù)過程：⑴修復(fù)酶(photolyase)識(shí)別嘧啶二聚體并與之結(jié)合形成復(fù)合物；⑵在300～600nm可見光照射下，酶獲得能量，將嘧啶二聚體的丁酰環(huán)打開；⑶光修復(fù)酶從DNA上解離。二、切除修復(fù)是最普遍的DNA損傷修復(fù)方式1、堿基切除修復(fù)2、核苷酸切除修復(fù)3、堿基錯(cuò)配修復(fù)

堿基切除修復(fù)依賴于生物體內(nèi)存在的一類特異的DNA糖基化酶。切除修復(fù)過程：（1）識(shí)別水解（2）切除（3）合成（4）連接1、堿基切除修復(fù)（baseexcisionrepair）（二）核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)識(shí)別DNA雙螺旋變形這是細(xì)胞內(nèi)最重要和有效的修復(fù)方式。其過程包括去除損傷的DNA，填補(bǔ)空隙和連接。主要由DNA-polⅠ和連接酶完成。這也是一種廣泛存在的修復(fù)機(jī)制，可適用于多種DNA損傷的修復(fù)。切除修復(fù)機(jī)制的基本過程是將受損的DNA片段切除，然后再以對(duì)側(cè)鏈為模板，重新合成新鏈進(jìn)行修復(fù)。由核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)進(jìn)行修復(fù)。切除修復(fù)系統(tǒng)步驟⑴核酸內(nèi)切酶UvrA、UvrB和UvrC蛋白識(shí)別損傷部位⑵UvrC將受損片段切除⑶DNApolⅠ填補(bǔ)缺口⑷連接酶封口UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA連接酶ATP堿基丟失堿基缺陷或錯(cuò)配結(jié)構(gòu)缺陷切開核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切除DNA聚合酶DNA連接酶AP核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切開切除修復(fù)連接糖苷酶插入酶堿基取代

核苷酸切除修復(fù)不僅能夠修復(fù)整個(gè)基因組中的損傷，而且能拯救因轉(zhuǎn)錄模板鏈損傷而暫停轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶，即參與轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)(transcription-coupledrepair)。轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)的意義在于，將修復(fù)酶集中于正在轉(zhuǎn)錄的DNA，使該區(qū)域的損傷盡快得以修復(fù)。錯(cuò)配修復(fù)對(duì)DNA復(fù)制忠實(shí)性的貢獻(xiàn)力達(dá)102-103，DNA子鏈中的錯(cuò)配幾乎完全都被修正，充分反映了母鏈的重要性。錯(cuò)誤的堿基配對(duì)可以通過母鏈中識(shí)別標(biāo)記區(qū)分；標(biāo)記是GATC（回文結(jié)構(gòu)）中A甲基化，E.coli中的3個(gè)蛋白質(zhì)（MutS、MutH和MutL）校正。該修復(fù)系統(tǒng)只校正新合成的DNA，因?yàn)樾潞铣蒁NA鏈的GATC序列中的A（腺苷酸殘基）開始未被甲基化。GATC中A甲基化與否常用來區(qū)別新合成的鏈（未甲基化）和模板鏈（甲基化）。3、堿基錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)作用機(jī)制：⑴MutS蛋白識(shí)別錯(cuò)配的堿基；并吸引MutL蛋白到這個(gè)位置，新生鏈的GATC序列未甲基化；⑵MutL蛋白激活MutH蛋白，在新鏈的未甲基化的GATC打開缺口；⑶外切核酸酶切除3’到5’方向錯(cuò)配堿基與GATC序列之間的間隔的DNA序列，聚合酶填補(bǔ)空缺；⑷DNA連接酶封閉缺口，甲基化酶在新鏈甲基化。新復(fù)制DNA的新舊鏈區(qū)別E.Coli錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)作用機(jī)制重組修復(fù)(recombinationrepair)這是DNA的復(fù)制過程中所采用的一種有差錯(cuò)的修復(fù)方式。修復(fù)時(shí)，利用重組蛋白R(shí)ecA的核酸酶活性，將另一股健康親鏈與損傷缺口相互交換。某些DNA修復(fù)發(fā)生在跨越損傷DNA的復(fù)制事件之后（了解）重組修復(fù)步驟：⑴將正常母鏈上一段與損傷子鏈缺口同源片段轉(zhuǎn)移進(jìn)行重組，使母鏈上帶有缺口；⑵DNA聚合酶填補(bǔ)母鏈上的缺口；⑶DNA連接酶封口。損傷的DNA經(jīng)過數(shù)代復(fù)制可得到稀釋，從而對(duì)細(xì)胞的影響減至最小。重組修復(fù)SOS修復(fù)1、當(dāng)DNA損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時(shí)，由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。2、在E.coli，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個(gè)稱為調(diào)節(jié)子(regulon)的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。3、這種修復(fù)特異性低，對(duì)堿基識(shí)別、選擇能力差。通過SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是可存活的。但DNA保留的錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長