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1、1第一节DNA的损伤第1页/共94页2 根据受损的部位，DNA损伤可以为两种：n碱基损伤nDNA链的损伤DNA损伤：一切使DNA结构和功能发生改变的DNA变化，都可称为基因的损伤。第2页/共94页3DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，维护存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，维护DNA分子的完整性对细胞至关分子的完整性对细胞至关紧要；紧要；修复修复DNA损伤的能力是生物能保持遗传稳定性所在；损伤的能力是生物能保持遗传稳定性所在；DNA分子的变化并不是全部都能被修复成原样的，因此生物才会有变异、有进化。分子的变化并不是全部都能被修复成原样的，因此生物才会有变异、有进化。DNA损伤修复的重
2、要性：第3页/共94页4 细胞内在的因素和环境中的因素都可能导致DNA损伤，根据损伤的原因可以分为：DNA分子自发性损伤 物理因素导致的DNA损伤 化学因素导致的DNA损伤第4页/共94页5一、DNA分子自发性损伤1.碱基的异构互变碱基的异构互变2.碱基的脱氨基作用碱基的脱氨基作用3.脱嘌呤与脱嘧啶脱嘌呤与脱嘧啶(碱基丢失碱基丢失)4.活性氧引起的碱基修饰与链断裂活性氧引起的碱基修饰与链断裂第5页/共94页61.1.碱基的互变异构 DNA每种碱基有几种形式，称互变异构体，异构体中原子的位置及原子之间的键有所不同。碱基各自的异构体间可以自发发生变化（烯醇式与酮基间互变）;A=C T=G 上述配对
3、发生在DNA复制时，会造成子代DNA序列与亲代DNA不同的错误损伤.第6页/共94页7同型异构体转换同型异构体转换=O -OH第7页/共94页8同型异构体转换同型异构体转换-NH2 -NH第8页/共94页9第9页/共94页10异构互变造成的复制损伤第10页/共94页112.碱基的脱氨基作用 碱基的环外氨基自发脱落，C变为U，A变为次黄嘌呤（I），G变为黄嘌呤（X）。复制时，U与A配对、H和X都与C配对会导致子代DNA序列的错误变化。第11页/共94页12第12页/共94页133.脱嘌呤与脱嘧啶(碱基丢失)自发水解使嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落。哺乳类动物细胞，在30C下，20h内D
4、NA链自发脱落嘌呤约1000个，嘧啶约500个。第13页/共94页144.活性氧引起的碱基修饰与链断裂 细胞呼吸的副产物O2-,H2O2造成DNA损伤，产生一些碱基修饰物（胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等），还可引起DNA单链断裂等损伤;这些损失的积累可导致老化。第14页/共94页15第15页/共94页16二、物理因素引起的DNA损伤1.紫外线（紫外线（UV）引起的）引起的DNA损伤损伤2.电辐射引起的电辐射引起的DNA损伤损伤第16页/共94页171.紫外线（UV）引起的DNA损伤 DNA受到大剂量紫外线（260nm）照射时，同一条链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体；TT,CC,CT之间都可形成
5、二聚体。复制时，此处产生空耗过程，DNA不能复制，细胞不能分裂，导致凋亡。第17页/共94页18紫外线引起的紫外线引起的DNA损伤损伤最易形成胸腺嘧啶二聚体（最易形成胸腺嘧啶二聚体（TT）第18页/共94页192.电辐射引起的DNA损伤 碱基变化碱基变化 细胞中的水经辐射解离后产生大量OH-自由基，使DNA链上的碱基氧化修饰、形成过氧化物的、导致碱基环的破坏和脱落等。脱氧核糖变化脱氧核糖变化 脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的氢都能与OH-反应，导致脱氧核糖分解，最后会引起DNA链断裂。第19页/共94页20 DNADNA链断裂链断裂脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而导致DNA链断裂。一条链断裂称单
6、链断裂（single strand broken）；DNA双链在同一处或相近处断裂称为双链断裂（double strand broken）。第20页/共94页21交联交联（bindingbinding）同一条DNA链上或两条DNA链上的碱基间以共价键结合；DNA与蛋白质之间也以共价键相连；组蛋白、染色质中的非组蛋白、调控蛋白、与复制和转录有关的酶都会与DNA以共价键连接。胶联是细胞受电离辐射后在显微镜下看到的染色体畸变的分子基础，会影响细胞的功能和DNA复制。第21页/共94页22辐射引起DNA分子结构的多种变化第22页/共94页231.碱基类似物、修饰剂对碱基类似物、修饰剂对DNA的损伤；的
7、损伤；2.烷化剂对烷化剂对DNA的损伤；的损伤；3.嵌合剂对嵌合剂对DNA的损伤。的损伤。三、化学因素引起的DNA损伤第23页/共94页241.碱基类似物对DNA的损伤 某些化学物质和正常的碱基在结构上类似，有时会替代正常碱基而掺入DNA分子，一旦这些碱基类似物进人DNA后，由于它们的配对能力不同于正常碱基，便引起DNA复制过程中其对应位置上插入不正确碱基。第24页/共94页25例如 5-溴尿嘧啶（BU）和 5-溴脱氧尿嘧啶（BrdU）是T结构类似物。细菌在含BU的培养基中培养时，部分DNA中的T被BU取代，BU有两种互变异构体，一种是酮式结构（第6位上有一个酮基），它可以代替T而掺入DNA，
8、并与A配对；当BU发生互变异构成为烯醇式（第6位上是一个羟基）后，就容易和G配对。通常以酮式存在，有时也以烯醇式存在。当BU先以酮式掺入DNA，继而又变成烯醇式时，进一步复制使DNA中 A-T对变成 G-C对。同样道理也引起 G-C向 A-T的转换，BU可以使细菌的突变率提高近万倍。第25页/共94页26 除BU外，还有5-溴脱氧尿苷、5-氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶及它们的脱氧核苷。另一种被广泛应用的碱基类似物是2-氨基嘌呤（2-AP），是一种腺嘌呤A类似物，可和胸腺嘧啶T配对。可再和胞嘧啶C 配对，产生A-T、G-C的转换，或2-AP以和胞嘧啶C 配对形式进入DNA后再和胸腺嘧啶T 配对后产生G
9、-C、A-T的转换。第26页/共94页272.烷化剂引起的DNA损伤（特异性错配）某些诱变剂不掺入DNA，而通过改变碱基的结构从而引起特异性错配，如烷化剂（是一类亲电子的化合物，具有一个或多个活性烷基）。它们的诱变作用是使DNA中的碱基烷化。活性烷基不稳定，能转移到其他分子的电子密度较高的位置上，并置换其中的氢原子，使其成为不稳定的物质。烷化剂的种类很多，常见的有甲磺酸乙酯（EMS）、亚硝基胍（NG）和芥子气等。第27页/共94页28 EMS能使鸟嘌呤的 N位置上有乙基，成为7一乙基鸟嘌呤。与胸腺嘧啶配对，故能使G-C转换成A-T。烷化剂的另一作用是脱嘌呤。例如烷基在鸟嘌呤N位上活化糖苷键引起
10、断裂，使嘌呤从DNA链上脱掉，产生缺口。复制时，与缺口对应的位点上可能配上任一碱基，从而引起转换或颠换；而且去嘌呤后的DNA容易发生断裂，引起缺失或其他突变。第28页/共94页293.嵌合剂的致突变作用 嵌合染料是另一类重要的DNA修饰剂。包括吖啶橙（acridine orange）、原黄素（proflavin）、溴化乙锭（EB）等染料。这些试剂为平面分子，其分子大小与碱基对大小差不多，可以嵌入到DNA双链碱基对之间，在嵌入位置上引起单个碱基对的插入或缺失突变。嵌合染料也能嵌入单链DNA的碱基之间，这些突变都会引起阅读框的改变，造成移码突变。第29页/共94页30荧光显微镜下（选用蓝色激发滤片
11、），可见含DNA的细胞核显示黄绿色荧光，含RNA的细胞质及核仁显示橘红色荧光。体外培养的肝癌细胞吖啶橙荧光染色第30页/共94页31第二节DNA的突变第31页/共94页32 如果DNA的损伤得不到有效的修复，就会造成DNA分子上可遗传的永久性结构变化，称为突变（mutation）。少数突变甚至有可能对细胞是有利的。有利突变的累积可以使生物进化，使其能更好地适合于其生存的环境。但绝大部分突变是有害的，对于单细胞生物，不少有害突变是致死的，对于多细胞的高等生物，有害突变会造成病变，如代谢病和肿瘤。第32页/共94页33导致DNA分子结构变化（亦即发生突变）；生物体在表型上突变。第33页/共94页3
12、41.突变类型(1)点突变（point mutation）也称为简单突变或单一位点突变。其最主要的形式为碱基对置换，专指DNA分子单一位点上所发生的碱基对改变，分为转换（transitions）和颠换（transversions）两种形式。第34页/共94页35转换（transition）：两种嘧啶碱基（T和G）或两种嘌呤碱基（A和G）之间的相互转变。颠换（transvertion）：嘧啶碱基和嘌呤碱基之间的互变。第35页/共94页36点突变带来的后果取决于其发生的位置和具点突变带来的后果取决于其发生的位置和具体的突变方式。体的突变方式。如果是发生在基因组的垃圾如果是发生在基因组的垃圾DNA上
13、，就可能不产上，就可能不产生任何后果，引物其上的碱基序列缺乏编码和调生任何后果，引物其上的碱基序列缺乏编码和调节基因表达的功能；节基因表达的功能；如果发生在一个基因的启动子或其他调节基因表如果发生在一个基因的启动子或其他调节基因表达的区域，则可能会影响到基因表达的效率；达的区域，则可能会影响到基因表达的效率；如果发生在一个基因的内部，就有多种可能性，如果发生在一个基因的内部，就有多种可能性，这一方面取决于突变基因的终产物是蛋白质还是这一方面取决于突变基因的终产物是蛋白质还是RNA，即是蛋白质基因还是，即是蛋白质基因还是RNA基因，另一方面基因，另一方面如果是蛋白质基因，还取决于究竟发生在它的编
14、如果是蛋白质基因，还取决于究竟发生在它的编码区，还是非编码区，是内含子，还是外显子。码区，还是非编码区，是内含子，还是外显子。第36页/共94页37发生在蛋白质基因编码区的点突变有三种不同的结果：发生在蛋白质基因编码区的点突变有三种不同的结果：突变的密码子编码同样的氨基酸，这样的突变对突变的密码子编码同样的氨基酸，这样的突变对蛋白质的结构和功能不会产生任何影响，因此被蛋白质的结构和功能不会产生任何影响，因此被称为沉默突变或同义突变。称为沉默突变或同义突变。突变的密码子编码不同的氨基酸，导致一种氨基突变的密码子编码不同的氨基酸，导致一种氨基酸残基取代另一种氨基酸残基，这样的突变可能酸残基取代另一
15、种氨基酸残基，这样的突变可能对蛋白质的功能不产生任何影响或影响微乎其微，对蛋白质的功能不产生任何影响或影响微乎其微，也可能产生灾难性的影响而带来分子病。也可能产生灾难性的影响而带来分子病。突变的密码子变为终止密码子或相反。突变的密码子变为终止密码子或相反。第37页/共94页38(2)移码突变（frame-shift mutationframe-shift mutation）又称移框突变，是指一个蛋白质基因的编码区发生的一个或多个核苷酸（非3的整数倍）的缺失和插入。由于遗传密码是由3个核苷酸构成的三联体密码，因此，这样的突变将会导致翻译的阅读框架发生改变，致使插入点或缺失点下游的氨基酸序列发生根
16、本性的变化，但也可能会提前引入终止密码子而使多肽链被裁短。移码突变对蛋白质功能的影响取决于插入点或缺失点于起始密码子的距离。第38页/共94页39a.a.缺失（缺失（deletiondeletion）/插入插入（insertioninsertion）DNA链上一个或一段核苷酸的消失或加入。第39页/共94页40移码突变：移码突变：例如在 E.coli的lacl基因中发现一种 4个碱基序列(CTGG)在野生型中连续重复了 3次。J.Miller等人研究了这个基因突变热点（hot Spots）产生的原因。发现某些热点是由重复序列引起的。所谓热点即一个基因中比其他位点更容易发生突变的位点。由于插入或
17、缺失突变引起DNA的阅读框（ORF）发生改变，从而产生不同蛋白质的过程。第40页/共94页41b.b.倒位倒位 (inversioninversion)或转位或转位（translocationtranslocation）DNA重组使其中一段核苷酸倒置，或从一处迁移到另一处。c.c.双链断裂双链断裂第41页/共94页422.突变后果（1）致死性:突变发生在对生命至关重要的基因上，可导致个体或细胞的死亡。第42页/共94页43致死突变：严重影响生物体生活力，导致个体死亡的突变。可分为显性致死突变（杂合态即可致死）和隐性致死突变（纯合态才致死）。第43页/共94页44（2）基因功能的改变 突变是某些
18、疾病的发病基础，包括遗传病、肿瘤及有遗传倾向的病。有些已知其遗传缺陷所在。但大多数尚在研究中。突变影响生物的代谢过程，导致一个特定生化功能的改变或丧失。第44页/共94页45 突变导致生物体外观上可见的形态结构的改变。例如果蝇的红眼白眼突变：第45页/共94页46例例:UVB所致的基因突变所致的基因突变UVB:290-320nm由于修复系统的缺陷或偶发的错误修复，由于修复系统的缺陷或偶发的错误修复，则会导致某些基因突变，使得角质形成细胞的细则会导致某些基因突变，使得角质形成细胞的细胞周期的调控出现异常，进一步发生胞周期的调控出现异常，进一步发生克隆性增生克隆性增生和和永生化生长永生化生长而导致
19、皮肤癌的发生。而导致皮肤癌的发生。第46页/共94页47管理基因管理基因(caretakergenes):执行执行DNA的损伤修的损伤修复，维持基因组的完整性。如着色性干皮病的修复，维持基因组的完整性。如着色性干皮病的修复基因复基因XPAXPF。看门基因看门基因(gatekeepergenes):控制细胞信号传控制细胞信号传导，调控细胞的增殖、分化和凋亡。如导，调控细胞的增殖、分化和凋亡。如p53、patched基因和基因和ras等。皮肤癌的发生与看门基因等。皮肤癌的发生与看门基因突变关系密切。突变关系密切。第47页/共94页48 着色性干皮病（着色性干皮病（xerodermapigmento
20、sis，XP）是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。在研究其发病机制时，发现一些相关的基在研究其发病机制时，发现一些相关的基因，称因，称为为XPA、XPB、XPC等。这些基因的表达产物起等。这些基因的表达产物起辨认和切除损伤辨认和切除损伤DNA作用的。作用的。XP病人是由于病人是由于XP基因有缺陷，不能修复基因有缺陷，不能修复紫外线照射引起的紫外线照射引起的DNA损伤，因此易发生皮肤癌。损伤，因此易发生皮肤癌。第48页/共94页49p53当当UVB损伤损伤DNA造成造成p53突变后，突变型突变后，突变型p53因因失去了对细胞周期的正常调控，使得损伤的失去了对细胞周
21、期的正常调控，使得损伤的DNA继续复制，从而提高了染色体畸变的偶发继续复制，从而提高了染色体畸变的偶发率和遗传的不稳定性，角质形成细胞极易发生克率和遗传的不稳定性，角质形成细胞极易发生克隆增生和恶性转化。隆增生和恶性转化。第49页/共94页50（3）突变导致基因型改变:这种突变只有基因型的改变，而没有可察觉的表型改变。多态性(polymorphism)：是用来描述个体之间的基因型差别现象。利用DNA多态性分析技术，可识别个体差异和种、株间差异。控制一些次要性状基因即使发生突变，也不会影响生物的正常生理活动，仍能保持其正常的生活力和繁殖力，为自然选择保留下来。第50页/共94页51 对生物个体而
22、言，基因突变的影响不外乎以下四种：对生物个体而言，基因突变的影响不外乎以下四种：产生轻微的、不易被察觉的有害或有利的生物产生轻微的、不易被察觉的有害或有利的生物学效应，或者形成生物群体的遗传多态性；学效应，或者形成生物群体的遗传多态性；产生不利于个体生存或发育，但可遗传的生物产生不利于个体生存或发育，但可遗传的生物学效应，导致遗传学疾病；学效应，导致遗传学疾病；产生有利于个体生存和发育，且可遗传的生物产生有利于个体生存和发育，且可遗传的生物学效应，促使生物进化；学效应，促使生物进化；产生致死性突变，导致生物个体在发育过程中产生致死性突变，导致生物个体在发育过程中死亡，因而不将突变传递给后代死亡
23、，因而不将突变传递给后代。第51页/共94页52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。没有突变就没有今天的五彩缤纷的世界。遗传学家认为：没有突变就不会有遗传学。大量的突变都属于由遗传过程自然发生的，叫自发突变或自然突变（spontaneous mutation）。第52页/共94页533.突变的原因突变的原因（1）自发突变（spontaneous mutations）由内在因素引起的突变称为自发突变。自发点突变自发移码突变第53页/共94页54 由外在因素引发的突变。主要有碱基类似物、烷基化试剂、脱氨基试剂、羟胺等各种诱变剂。每一种诱变剂有其对应的特异性（如对G-C，A
24、-T转换）和对特定的突变位点的偏好，例如：甲磺酸乙酯（EMS）和紫外线（UV）“偏好”G-C，A-T转换，黄曲霉素B1（AFB1）则偏好于C-G，A-T颠换。诱变机制：诱变剂通过3种机制诱发突变：取代DNA中的一个碱基；改变一个碱基使之发生错配；破坏一个碱基使之在正常情况下无法配对。（2）诱发突变（induced mutations）第54页/共94页55诱发突变与人类的癌症 黄曲霉素（AFB）引起肝癌，紫外线（UV）照射会导致皮肤癌。肿瘤抑制基因是一种编码抑制肿瘤形成的蛋白质基因。如果发生突变则会致癌。对南非和东亚肝癌病人的P53基因的分析发现，AFB特异性诱导G-T颠换，引起P53发生突变
25、，而在同一地区的肺癌、肠癌和乳腺癌的病人中未发现此现象。第55页/共94页56黄曲霉素B1（aflatoxin B1，AFB1）一种很强的致癌剂。在鸟嘌呤 N-7位置上形成一加成复合物后产生无嘌呤位点。修复要求SOS系统参与。SOS越过无嘌呤位点并在这些位点对应处选择性插入腺嘌呤，使鸟嘌呤残基脱嘌呤的试剂偏向于产生G-C，T-A颠换。第56页/共94页57 现代生活环境使人可能接触各种各样药品、化妆品、食物防腐剂、杀虫剂、工业用试剂、污染物等，其中很多化合物已被证明具有致癌性质。研究表明在175种已知的致癌剂中，有157种是诱变剂。这些物质是通过诱导体细胞突变而致癌的。例如食物防腐剂AF-2。
26、食物熏蒸剂二溴乙烯、抗血吸虫药物、多种染发添加剂以及工业化合物氯乙烯等都具致癌性。第57页/共94页58有害物质富集有害物质富集例例:DDT在水环境中存在量仅为在水环境中存在量仅为310-6ppm(mg/L)的时候，的时候，当它进入浮游动物体内就被富集为当它进入浮游动物体内就被富集为0.04ppm；浮游动物被小鱼吃了，小鱼体内浮游动物被小鱼吃了，小鱼体内DDT富集量就变为富集量就变为0.5ppm；当小鱼被大鱼吃了，大鱼体内当小鱼被大鱼吃了，大鱼体内DDT富集量就升高为富集量就升高为2ppm；当大鱼被鹰吃了，鹰体内当大鱼被鹰吃了，鹰体内DDT富集量就变为富集量就变为25ppm，DDT浓度整整富集
27、了浓度整整富集了1000万倍。万倍。如果人吃了鱼或鹰，那么人体内如果人吃了鱼或鹰，那么人体内DDT富集量更是高得可怕。富集量更是高得可怕。会引起突变会引起突变“低剂量、长期暴露的蓄积作用低剂量、长期暴露的蓄积作用”第58页/共94页59第59页/共94页60野生型等位基因：将自然界中普遍出现或指定实验用的某一品系的性状作为“野生型”或“正常”的性状，与这种性状相关的等位基因称为野生型等位基因。突变型等位基因：任何不同于野生型等位基因的相同座位的基因称为突变型等位基因。正向突变：从野生型等位基因变为突变型等位基因。回复突变：从突变型等位基因变为野生型等位基因。第60页/共94页61突变的多方向性
28、和复等位基因突变的多方向性和复等位基因 一个基因内有很多突变位点，所以，一个基因的突变也有多方向性，从而导致一个基因可以有两个以上的等位形式复等位基因。第61页/共94页62第三节DNA的修复第62页/共94页63为了保证遗传信息的高度稳定性，生物细胞在为了保证遗传信息的高度稳定性，生物细胞在进化过程中形成了一系列多步骤的修复机制。进化过程中形成了一系列多步骤的修复机制。目前对目前对DNA损伤和修复的研究还不多，仅限于损伤和修复的研究还不多，仅限于辐射生物反应方面。辐射生物反应方面。第63页/共94页64一一.错配修复错配修复一旦在一旦在DNA复制过程中发生错配，细胞能够通过准确的错配修复系统
29、识别复制过程中发生错配，细胞能够通过准确的错配修复系统识别新合成链中的错配并加以校正，新合成链中的错配并加以校正，DNA子链中的错配几乎完全能被修正，充分反子链中的错配几乎完全能被修正，充分反映了母链序列的重要性。因此，错配修复系统对映了母链序列的重要性。因此，错配修复系统对DNA复制忠实性有很大的贡献。复制忠实性有很大的贡献。第64页/共94页65错配修复可以纠正几乎所有的错配错配修复可以纠正几乎所有的错配。此外对于。此外对于对于插入或删除引起的对于插入或删除引起的DNA遗传信息的改变也遗传信息的改变也有作用。有作用。错配修复是以底物链上的信息为模板进行的，错配修复是以底物链上的信息为模板进
30、行的，因此因此这个系统有区分底物链和新合成链的机制，这个系统有区分底物链和新合成链的机制，细胞通过识别细胞通过识别DNA链的甲基化状态来区分底物链的甲基化状态来区分底物链和新合成的链链和新合成的链。整个修复过程可以分为识别、。整个修复过程可以分为识别、切除和修补等步骤。切除和修补等步骤。第65页/共94页66Dam甲基化酶使母链位于甲基化酶使母链位于5GATC序列中腺甘酸序列中腺甘酸的的N6位甲基化；位甲基化；一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会再开始一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会再开始DNA合成前的几秒至几分钟内被甲基化；合成前的几秒至几分钟内被甲基化；此后，只要两条此后，只要两条DN
31、A链上碱基配对出现错误，错链上碱基配对出现错误，错配修复系统就会根据配修复系统就会根据“保存母链，修正子链保存母链，修正子链”的的原则，找出错误碱基所在的原则，找出错误碱基所在的DNA链，并在对应链，并在对应于母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的于母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的5位置切口子位置切口子链，再根据错配碱基相对于链，再根据错配碱基相对于DNA切口的方位启切口的方位启动修复途径，合成新的子链动修复途径，合成新的子链DNA片段。片段。第66页/共94页67DNA的半甲基化修复机制：错配修复系统GATC sequences are targets for the Dam methylase afte
32、r replication.During the period before this methylation occurs,the nonmethylated strand is the target for repair of mismatched bases.第67页/共94页681.碱基切除修复碱基切除修复（base-exciserepair，BER）一些碱基在自发或诱变下会发生脱酰胺，一些碱基在自发或诱变下会发生脱酰胺，然后改变配对性质，造成氨基转换突变。然后改变配对性质，造成氨基转换突变。腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对；腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对；鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对；
33、鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对；胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对；胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对；二二.切除修复切除修复第68页/共94页69BER可以去除因脱氨基或碱基丢失，无氧射可以去除因脱氨基或碱基丢失，无氧射线辐射或内源性物质引起的环氮类的甲基化线辐射或内源性物质引起的环氮类的甲基化等因素产生的等因素产生的DNA损伤。损伤。BER是维持是维持DNA稳定的重要修复方式稳定的重要修复方式，其步，其步骤是骤是N-糖苷键水解，从而切除发生变化的碱糖苷键水解，从而切除发生变化的碱基。碱基释放过程是由基。碱基释放过程是由DNA糖苷酶糖苷酶催化的。催化的。第69页/共94页70胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶胞嘧啶去
34、氨基生成尿嘧啶第70页/共94页71如果复制发生就会产生一个突变如果复制发生就会产生一个突变第71页/共94页72糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从N-糖苷键处切下来，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为AP位点。第72页/共94页73由AP磷酸内切酶将受损核甘酸的糖甘-磷酸键切开第73页/共94页74DNA连接酶连接利用DNA聚合酶I切除损伤部位，补上核苷酸第74页/共94页752.核苷酸切除修复核苷酸切除修复（nucleotideexciserepair,NER）当当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，则由无法形成
35、氢键，则由NER负责修复。负责修复。NER的关键特征是对损伤的的关键特征是对损伤的DNA链的两端进行切割链的两端进行切割。NER可以修复可以修复UV照射形成的嘧啶二聚体以外，还能消除照射形成的嘧啶二聚体以外，还能消除体内产生的各种嘌呤和嘧啶加合物。体内产生的各种嘌呤和嘧啶加合物。NER在已研究过的真核生物中都很相似，说明其在进化在已研究过的真核生物中都很相似，说明其在进化过程中高度保守。过程中高度保守。第75页/共94页761）通过特异的核酸内切酶识别损伤部位；）通过特异的核酸内切酶识别损伤部位；2）由酶的复合物在损伤的两边切除几个核苷酸；）由酶的复合物在损伤的两边切除几个核苷酸；3）DNA聚
36、合酶以母链为模板复制合成新子链；聚合酶以母链为模板复制合成新子链；4）DNA连接酶将切口补平。连接酶将切口补平。第76页/共94页77识别损伤部位识别损伤部位损伤的两边切除几个核苷酸损伤的两边切除几个核苷酸（核酸外切酶）（核酸外切酶）DNA 聚合酶以母链为模板复聚合酶以母链为模板复制合成新子链制合成新子链DNA连接酶将切口补平连接酶将切口补平第77页/共94页78切除修复(excision repair)“切补切封”第78页/共94页79 切除修复（excision repair）系统在几种酶的协同作用下，先在损伤的任一端打开磷酸二酯键，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修复性合成来填补，再
37、由连接酶连接。由于这些酶的作用不需可见光激活，也叫暗修复。切除修复不仅能消除由紫外线引起的损伤，也能消除由电离辐射和化学诱变剂引起的其他损伤。切除修复一般发生在下一轮DNA复制之前，又称复制前复制。第79页/共94页80三三.直接（回复）修复直接（回复）修复直接修复只指不需要移去任何碱基或核苷直接修复只指不需要移去任何碱基或核苷酸就可以将损伤逆转到正常状态的修复。酸就可以将损伤逆转到正常状态的修复。可可分为以下几种：分为以下几种：1）光复活）光复活酶学光复活过程酶学光复活过程是修复是修复UV导致的环丁烷嘧导致的环丁烷嘧啶二聚体的直接机制，这种修复具有高度的啶二聚体的直接机制，这种修复具有高度的
38、专一性。专一性。第80页/共94页81光修复（光修复（photoreactivation）（主要对胸腺嘧啶二聚体而言）（主要对胸腺嘧啶二聚体而言）修复机制：在可见光（300 600nm）活化之下，由光复活酶（photo reactivating enzyme，PR）催化胸腺嘧啶二聚体分解为单体。参与的酶：光复活酶（PR）第81页/共94页82光复活酶修复：波长光复活酶修复：波长400400nmnm可见光激活可见光激活第82页/共94页83 光复活是针对紫外线引起DNA损伤而形成的胸腺嘧啶二聚体，在损伤部位进行修复的修复途径。光复活作用在可见光的活化下，由光复活酶（PR)，又称光解酶催化胸腺嘧啶
39、二聚体分解成为单体。PR酶先与DNA链上的胸腺嘧啶二聚体结合成复合物；复合物以某种方式吸收可见光，并利用光能切断二聚体之间的两个C-C键，使胸腺嘧啶二聚体变为两个单体，恢复正常，而后PR酶就从DNA上解离下来。第83页/共94页84过去认为，光复活酶存在于细菌和低等真核生物体内。研究发现在鸟类和有袋类中也有存在。BMSutherland（1974）报道，在人类白细胞中发现光复活酶。随后发现存在于人类的成纤维细胞和淋巴细胞中。说明这种酶在生物界分布广泛，这一修复机制在哺乳动物中也起重要作用。在Ecoli中，光复活酶（471aa）是由Phr基因编码，酶在暗处不能起作用，还需要其他的酶来修复 UV损
40、伤。在植物和果蝇中也发现能逆转6-4光生成物的光解酶。光复活的修复功能虽然普遍存在，但主要是原核生物中的一种修复方式。第84页/共94页852）单链断裂修复）单链断裂修复DNA单链断裂单链断裂是损伤的一种常见形式，其是损伤的一种常见形式，其中有一部分单链断裂是通过中有一部分单链断裂是通过DNA连接酶的简单连接酶的简单重接而修复的。重接而修复的。DNA连接酶能催化连接酶能催化DNA双螺旋结构中的一双螺旋结构中的一条链上缺口处的条链上缺口处的5磷酸末端与相邻的磷酸末端与相邻的3羟基末端羟基末端形成形成3，5-磷酸二酯键，连接需要的能量来自磷酸二酯键，连接需要的能量来自NAD+（E.coil）或）或
41、ATP（动物细胞），（动物细胞），DNA连连接酶在各类生物的各种细胞中普遍存在，而且接酶在各类生物的各种细胞中普遍存在，而且修复反应很容易进行。修复反应很容易进行。第85页/共94页863）烷基转移修复）烷基转移修复烷化剂所引起的最常见的烷化剂所引起的最常见的DNA损伤是使鸟嘌呤损伤是使鸟嘌呤O6位甲基化，从位甲基化，从而改变它的碱基配对性质，使而改变它的碱基配对性质，使C与与T配对而不再与配对而不再与G配对。配对。O6-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶甲基转移酶直接修复。直接修复。通过从通过从O6-甲基鸟嘌呤上把甲基直接转移到酶的半胱氨酸残基上甲基鸟嘌呤上把甲基直接转移到酶的半胱氨酸残
42、基上来直接回复来直接回复DNA的损伤。的损伤。第86页/共94页87四四.大肠杆菌的挽回系统大肠杆菌的挽回系统挽回系统（挽回系统（retrievalsystem）也称）也称“复制后修复制后修复复”（post-replicationrepair）因为它们在复制）因为它们在复制后起作用。也称为后起作用。也称为“重组修复重组修复”（recombination-repair）。此系统在处理复制）。此系统在处理复制含有损伤碱基模板后产生的子代二倍体的缺陷中含有损伤碱基模板后产生的子代二倍体的缺陷中起作用。起作用。第87页/共94页88复制后修复复制后修复是一种越过损伤部位进行修复的途径。是一种越过损伤部
43、位进行修复的途径。重组修复（重组修复（recombinationalrepair）是对尚未修复）是对尚未修复的损伤的损伤DNA先复制再修复。先复制再修复。以胸腺嘧啶二聚体为例，含有二聚体的以胸腺嘧啶二聚体为例，含有二聚体的DNA仍仍可进行复制，但复制到二聚体时要暂停一下，然后可进行复制，但复制到二聚体时要暂停一下，然后越过此处障碍，在二聚体的后面又以未知的机制开越过此处障碍，在二聚体的后面又以未知的机制开始复制，这种起始复制可能不需引发。始复制，这种起始复制可能不需引发。这样在合成的子链上留下一个大缺口，而其互这样在合成的子链上留下一个大缺口，而其互补链则复制成完整的双链。然后由完整双链中的母
44、补链则复制成完整的双链。然后由完整双链中的母链与带缺口的子链发生重组。链与带缺口的子链发生重组。第88页/共94页89重组修复第89页/共94页90 重组修复中最重要的一步是重组。大肠杆菌中，当DNA受到损伤（形成嘧啶二聚体时）能诱导产生一种重组蛋白，重组修复中的重组是在这种蛋白的参与下进行的。它的精确性较低，所以重组修复易产生差错，从而引起突变,所以又叫突变型修复。前面所说的光复活修复和切除修复则被认为是无误差的修复过程。第90页/共94页91五.SOS修复（应急反应）特点：一种旁路系统，允许新生特点：一种旁路系统，允许新生DNA链越过胸腺嘧链越过胸腺嘧啶二聚体而生长；保真度降低；啶二聚体而
45、生长；保真度降低；SOS系统只在细胞受到严重损伤或复制系统受到抑制时才出现。参与的酶：recA酶 LexA酶第91页/共94页92 这个系统是在DNA分子受到大范围的损伤情况下防止细胞死亡而诱导出的一种应急措施，是使细胞通过一定水平的变异来换取最后幸存手段。借用国际通用的紧急呼救信号（save our souls）“SOS”命名，表示细胞受到危急状态时的修复方式。第92页/共94页93 由于SOS修复是一种错误修复，SOS系统可造成很高的突变率，在哺乳动物中也有类似机制，可能与癌变有关，因此受到高度重视，对于其修复的机制还有许多问题有待于进一步研究。第93页/共94页94感谢您的观看。第94页/共94页