分子生物學損傷與修復

分子生物學損傷與修復第一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五DNA損傷與基因突變損傷VS突變損傷：DNA簡單的化學變化

G-C→mG-C突變：DNA堿基對的改變

G-C→A-T損傷→突變第二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五DNA損傷第三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五（一）DNA分子的自發(fā)性損傷在體外polIII核心酶的出錯率約為10-5，在體內進行DNA復制時的出錯率約為10-10~10-11。造成錯誤的原因分為兩類：互變異構移位（tautomericshifts）移碼（frameshift）第四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五互變異構移位（tautomericshifts）堿基可以自發(fā)地相互變化，例如烯醇式與酮式堿基間的互變。這種變化就會使堿基配對間的氫鍵改變，可使堿基配對異常。第五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五移碼（frameshift）第六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五脫嘌呤一個哺乳類細胞在37℃條件下，20h內DNA鏈上自發(fā)脫落的嘌呤約10,000個；估計一個長壽命不復制繁殖的哺乳類細胞（如神經細胞）在整個生活期間自發(fā)脫嘌呤數約為108，這占細胞DNA中總嘌呤數約3%。無嘌呤位點會隨機的插入一個堿基，從而導致突變。第七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五脫氨基C·G→T·A5mC·G→T·A第八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五氧化損傷有活性的氧化劑，如過氧化物原子團（O2-）、過氧化氫（H2O2），羥基（-OH）等需氧代謝的副產物都是有活性的氧化劑，它們可導致DNA的氧化損傷。T氧化后產生T－乙二醇，

G氧化后產生8-氧代鳥嘌呤(8-oxodG)或“GO”，GO可和A錯配，導致G→T。第九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五（1）紫外線輻射引起的DNA損傷環(huán)丁烷環(huán)（二）物理因素引起的DNA損傷第十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五（2）γ射線及X射線引起的DNA損傷電離輻射作用于DNA分子的周圍介質（主要是水）生成水射解自由基。自由基就是帶有不成對電子的化學物質，特別是含氧的自由基具有很高的活性，能快速與相鄰分子發(fā)生作用。當與DNA分子發(fā)生作用時，可引起堿基的改變，DNA單鏈或雙鏈的斷裂GO可與A配對，導致C·G→T·A（二）物理因素引起的DNA損傷第十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五（三）化學因素引起的DNA損傷堿基類似物：2-氨基嘌呤（2-AP）：一種是正常狀態(tài)，一種是稀有狀態(tài)5-溴尿嘧啶（5-BU）：與T相似，分酮式和烯醇式第十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五堿基修飾物:亞硝酸,羥胺,烷化劑（三）化學因素引起的DNA損傷黃嘌呤次黃嘌呤羥胺第十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五堿基的烷基化修飾引起的DNA損傷親電試劑負電中心烷基化不改變堿基配對，一般無害產生非編碼堿基：3-甲基腺嘌呤（3mA），不能與其他堿基配對，從而阻斷DNA復制，細胞致死。第十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五環(huán)境中有許多致癌物質都是親電試劑，能夠使DNA發(fā)生烷基化修飾。一些修飾會導致突變發(fā)生，如果控制或影響細胞分裂的基因發(fā)生突變，就會使細胞轉變?yōu)榘┘毎?。堿基的烷基化修飾引起的DNA損傷乙基甲烷磺酸第十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五DNA插入劑:（三）化學因素引起的DNA損傷原黃素吖啶橙第十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五DNA插入劑能插在模板鏈或新合成兩個相鄰堿基中，從而造成堿基的增加或減少。第十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五DNA修復DNA修復（DNArepairing）是細胞對DNA受損傷后的一種反應，這種反應可能使DNA結構恢復原樣，重新能執(zhí)行它原來的功能；但有時并非能完全消除DNA的損傷，只是使細胞能夠耐受這DNA的損傷而能繼續(xù)生存。兩條基本修復途徑直接去除損傷移去損傷的DNA片段，補上新的DNA第十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五DNA損傷的直接修復（一）通過DNA聚合酶校正修復（二）光復活反應AlbertKelner以鏈霉菌為研究對象，研究“溫度對DNA紫外損傷修復的影響”時發(fā)現：光復活（或光修復）機制。包括人類在內的胎盤哺乳動物沒有光復活途徑。第十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五光裂合酶的結合嘧啶二聚體斷裂，酶被釋放光復活作用模型第二十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五（三）O6-甲基鳥嘌呤甲基轉移酶的作用機制所有的生命有機體都存在該修復機制O6-甲基鳥嘌呤甲基轉移酶是一種自殺性酶在E.coli細胞中能被烷基化的DNA所誘導。第二十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五切除修復是修復DNA損傷最為普遍的方式，對多種DNA損傷都能起修復作用。這種修復方式普遍存在于各種生物細胞中，也是人體細胞主要的DNA修復機制。修復過程需要多種酶的一系列作用。包括：堿基切除修復（baseexcisionrepair,BER):主要針對堿基改變輕微的DNA損傷，如細胞試劑引起的化學修飾。核苷酸切除修復（nucleotideexcisionrepair,NER)：主要修復堿基發(fā)生重大變化的DNA損傷，如細胞外的誘變劑造成的損傷。第二十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五堿基切除修復

——E.coli的堿基切除修復糖基化酶5’端一側切斷DNA鏈AP-脫氧核糖磷酸第二十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五堿基切除修復

——人類的BER途徑糖基化酶APE1具有3’-5’外切酶活性，其可在DNA聚合酶β發(fā)生錯誤填補核苷酸時提高50~150倍。人類細胞中是APE1真核生物的BER過程沒有磷酸二酯酶參與，磷酸戊糖的切除由DNA聚合酶β完成,并填補空隙。但有1/4000的錯誤概率。第二十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五堿基切除修復

——8-氧代鳥嘌呤的修復（GO系統）第二十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五核苷酸切除修復——

E.coli如果受到損傷的是一個堿基（如烷基化修飾），切除片段長12nt如果是嘧啶二聚體損傷，切除片段長13nt第二十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五核苷酸切除修復——

真核生物兩種途徑：全基因組核苷酸切除修復（全基因組NER或GG-NER）：修復基因組內的所有損傷轉錄偶聯核苷酸切除修復（transcription-coupledNER或TC-NER）：只修復局限于轉錄鏈上的基因組活性區(qū)損傷。第二十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五人類全基因組的核苷酸切除修復24~32nt第二十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五轉錄偶聯核苷酸切除修復TC-NER與GG-NER的機制十分相似，只是由RNA聚合酶發(fā)揮XPC的功能，檢測損傷位點并起始DNA的溶解。XPA識別變性DNA中的損傷位點，并募集其他因子。第二十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期五真核生物的雙鏈斷裂修復是真核生物最嚴重的DNA損傷形式。兩種方式修復DNA的雙鏈斷裂（DSB）損傷：同源重組：細胞分裂的S期和G2期起主要作用非同源