第三十四章 DNA的損傷、修復(fù)和突變

第三十四章DNA的損傷、修復(fù)和突變提綱DNA的損傷DNA的修復(fù)直接修復(fù)切除修復(fù)雙鏈斷裂修復(fù)損傷跨越DNA的突變突變的類(lèi)型與后果突變的原因回復(fù)突變與突變的校正突變?cè)c致癌物之間的關(guān)系及致癌物的檢測(cè)哪些因素能影響到DNA的完整性？細(xì)胞內(nèi)源的因素環(huán)境因素

-例如化學(xué)試劑、污染物和UV線細(xì)胞內(nèi)源因素復(fù)制錯(cuò)誤例如四種dNTP量的不平衡導(dǎo)致錯(cuò)配DNA本身的不穩(wěn)定堿基的自發(fā)脫氨基DNA的脫嘌呤/脫嘧啶導(dǎo)致堿基脫落活性氧的作用DNA,蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化DNA分子上的自發(fā)脫嘌呤作用和自發(fā)脫氨基作用環(huán)境（外源）因素化學(xué)試劑

(1)

天然化合物黃曲霉素

(2)

人造化合物苯并芘-香煙順鉑-化療藥物物理因素

(1)UV

(2)

離子輻射

γ-射線x-射線DNA損傷的因素和損傷的主要類(lèi)型損傷類(lèi)型實(shí)例/原因堿基丟失自發(fā)脫堿基（熱、酸），脫嘌呤>脫嘧啶，104嘌呤脫落/天/細(xì)胞（恒溫動(dòng)物）堿基修飾形成堿基加合物，例如，8-羥基脫氧鳥(niǎo)嘌呤（離子輻射或活性氧），6-烷基鳥(niǎo)嘌呤（烷基化試劑）堿基交聯(lián)嘧啶二聚體和6-4光產(chǎn)物（UV）堿基轉(zhuǎn)換C→U，A→I（自發(fā)脫氨基），100堿基脫氨基/天/細(xì)胞堿基錯(cuò)配GT（4種dNTP濃度不平衡、堿基的互變異構(gòu)或堿基之間的差別不足）DNA鏈斷裂因磷酸二酯鍵被破壞引起單鏈斷裂或雙鏈斷裂（離子輻射或特殊的化學(xué)試劑），因脫氧核糖環(huán)3號(hào)位發(fā)生斷裂引起的DNA鏈斷裂（博來(lái)霉素）DNA鏈間交聯(lián)互補(bǔ)雙鏈之間產(chǎn)生交聯(lián)（雙功能試劑的作用）DNA與蛋白質(zhì)的交聯(lián)UVDNA損傷的因素和損傷的主要類(lèi)型損傷類(lèi)型實(shí)例/原因堿基丟失自發(fā)脫堿基（熱、酸），脫嘌呤>脫嘧啶，104嘌呤脫落/天/細(xì)胞（恒溫動(dòng)物）堿基修飾形成堿基加合物，例如，8-羥基脫氧鳥(niǎo)嘌呤（離子輻射或活性氧），6-烷基鳥(niǎo)嘌呤（烷基化試劑）堿基交聯(lián)嘧啶二聚體和6-4光產(chǎn)物（UV）堿基轉(zhuǎn)換C→U，A→I（自發(fā)脫氨基），100堿基脫氨基/天/細(xì)胞堿基錯(cuò)配GT（4種dNTP濃度不平衡、堿基的互變異構(gòu)或堿基之間的差別不足）DNA鏈斷裂因磷酸二酯鍵被破壞引起單鏈斷裂或雙鏈斷裂（離子輻射或特殊的化學(xué)試劑），因脫氧核糖環(huán)3號(hào)位發(fā)生斷裂引起的DNA鏈斷裂（博來(lái)霉素）DNA鏈間交聯(lián)互補(bǔ)雙鏈之間產(chǎn)生交聯(lián)（雙功能試劑的作用）DNA與蛋白質(zhì)的交聯(lián)UV活性氧的堿基修飾作用

鳥(niǎo)嘌呤的甲基化導(dǎo)致堿基錯(cuò)配

DNA損傷的因素和損傷的主要類(lèi)型損傷類(lèi)型實(shí)例/原因堿基丟失自發(fā)脫堿基（熱、酸），脫嘌呤>脫嘧啶，104嘌呤脫落/天/細(xì)胞（恒溫動(dòng)物）堿基修飾形成堿基加合物，例如，8-羥基脫氧鳥(niǎo)嘌呤（離子輻射或活性氧），6-烷基鳥(niǎo)嘌呤（烷基化試劑）堿基交聯(lián)嘧啶二聚體和6-4光產(chǎn)物（UV）堿基轉(zhuǎn)換C→U，A→I（自發(fā)脫氨基），100堿基脫氨基/天/細(xì)胞堿基錯(cuò)配GT（4種dNTP濃度不平衡、堿基的互變異構(gòu)或堿基之間的差別不足）DNA鏈斷裂因磷酸二酯鍵被破壞引起單鏈斷裂或雙鏈斷裂（離子輻射或特殊的化學(xué)試劑），因脫氧核糖環(huán)3號(hào)位發(fā)生斷裂引起的DNA鏈斷裂（博來(lái)霉素）DNA鏈間交聯(lián)互補(bǔ)雙鏈之間產(chǎn)生交聯(lián)（雙功能試劑的作用）DNA與蛋白質(zhì)的交聯(lián)UV紫外線引起的堿基損傷

DNA損傷的因素和損傷的主要類(lèi)型損傷類(lèi)型實(shí)例/原因堿基丟失自發(fā)脫堿基（熱、酸），脫嘌呤>脫嘧啶，104嘌呤脫落/天/細(xì)胞（恒溫動(dòng)物）堿基修飾形成堿基加合物，例如，8-羥基脫氧鳥(niǎo)嘌呤（離子輻射或活性氧），6-烷基鳥(niǎo)嘌呤（烷基化試劑）堿基交聯(lián)嘧啶二聚體和6-4光產(chǎn)物（UV）堿基轉(zhuǎn)換C→U，A→I（自發(fā)脫氨基），100堿基脫氨基/天/細(xì)胞堿基錯(cuò)配GT（4種dNTP濃度不平衡、堿基的互變異構(gòu)或堿基之間的差別不足）DNA鏈斷裂因磷酸二酯鍵被破壞引起單鏈斷裂或雙鏈斷裂（離子輻射或特殊的化學(xué)試劑），因脫氧核糖環(huán)3號(hào)位發(fā)生斷裂引起的DNA鏈斷裂（博來(lái)霉素）DNA鏈間交聯(lián)互補(bǔ)雙鏈之間產(chǎn)生交聯(lián)（雙功能試劑的作用）DNA與蛋白質(zhì)的交聯(lián)UV離子輻射引起的DNA鏈斷裂

DNA修復(fù)DNA是唯一一種在發(fā)生損傷以后可以被完全修復(fù)的分子，而其他生物大分子在受到損傷以后要么被降解，要么被取代。當(dāng)然，并不是發(fā)生在DNA分子上的所有損傷都能修復(fù)。如果受到的損傷不能及時(shí)被修復(fù)，可導(dǎo)致細(xì)胞的癌變和早衰。細(xì)胞之所以在DNA受到損傷以后，選擇的處理方法是盡量將其修復(fù)而不是將其降解，這一是因?yàn)樽鳛檫z傳物質(zhì)的DNA分子在細(xì)胞內(nèi)只有一個(gè)拷貝，如果將其水解的話，細(xì)胞也就失去了存在的根基；二是DNA的互補(bǔ)雙螺旋結(jié)構(gòu)使得修復(fù)一個(gè)受損傷的DNA分子變得很容易。DNA修復(fù)機(jī)制直接修復(fù)：嘧啶二聚體直接修復(fù)、烷基化直接修復(fù)切除修復(fù)：堿基切除修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)、錯(cuò)配修復(fù)雙鏈斷裂修復(fù)：損傷跨越：重組跨越、跨越合成直接修復(fù)嘧啶二聚體的直接修復(fù)——由DNA光裂合酶催化。此酶直接識(shí)別和結(jié)合嘧啶二聚體。然后，利用輔基捕捉到的光能，將嘧啶二聚體打開(kāi)，最后再與DNA解離。但是胎盤(pán)類(lèi)哺乳動(dòng)物卻沒(méi)有這種酶。烷基化堿基的直接修復(fù)——由特定的烷基轉(zhuǎn)移酶催化DNA鏈斷裂的直接修復(fù)——由DNA連接酶催化。光裂合酶的三維結(jié)構(gòu)嘧啶二聚體的直接修復(fù)

直接修復(fù)嘧啶二聚體的直接修復(fù)——由DNA光裂合酶催化。此酶直接識(shí)別和結(jié)合嘧啶二聚體。然后，利用輔基捕捉到的光能，將嘧啶二聚體打開(kāi)，最后再與DNA解離。但是胎盤(pán)類(lèi)哺乳動(dòng)物卻沒(méi)有這種酶。烷基化堿基的直接修復(fù)——由特定的烷基轉(zhuǎn)移酶催化DNA鏈斷裂的直接修復(fù)——由DNA連接酶催化。烷基化堿基的直接修復(fù)切除修復(fù)切除修復(fù)先切除損傷的堿基或核苷酸，然后，重新合成正常的核苷酸，最后，再經(jīng)連接酶重新連接，將原來(lái)的切口縫合。整個(gè)切除修復(fù)過(guò)程包括識(shí)別、切除、重新合成和重新連接。切除修復(fù)又分為堿基切除修復(fù)（BER）和核苷酸切除修復(fù)（NER），兩者的主要差別在于識(shí)別損傷的機(jī)制上，前者是直接識(shí)別具體的受損傷的堿基，而后者并不識(shí)別具體的損傷，而是識(shí)別損傷對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)造成的扭曲。錯(cuò)配修復(fù)（MMR）堿基切除修復(fù)DNA糖苷酶切除受損傷的堿基短修補(bǔ)——是主要途徑，約占80%~90%，只需合成屬于AP位點(diǎn)的1個(gè)正常的核苷酸長(zhǎng)修補(bǔ)——是次要途徑，約占10%~20%，為短修補(bǔ)途徑的備用途徑，要合成1小段寡聚核苷酸尿嘧啶的切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)NER最初的切點(diǎn)是損傷部位附近的3′,5′-磷酸二酯鍵，主要用來(lái)修復(fù)因UV、絲裂霉素C和順鉑等因素造成的比較大的損傷，如嘧啶二聚體、體積較大的堿基加合物以及鏈間交聯(lián)等導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲并影響到DNA復(fù)制的損傷，此外，約20%堿基的氧化性損傷也由它修復(fù)。在修復(fù)過(guò)程中，損傷以寡聚核苷酸的形式被切除。由于NER識(shí)別損傷的機(jī)制并非針對(duì)損傷本身，而是損傷對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)造成的扭曲，因此，NER能夠使用相同的機(jī)制和幾乎同一套修復(fù)蛋白去修復(fù)一系列性質(zhì)并不相同的損傷。NER在所有的生物具有相同的步驟：識(shí)別損傷—由特殊的蛋白質(zhì)完成，并由此引發(fā)一系列的蛋白質(zhì)與受損傷DNA的有序結(jié)合；切除損傷—特殊的內(nèi)切酶在損傷部位的兩側(cè)切開(kāi)DNA鏈，隨后兩個(gè)切口之間帶有損傷的DNA片段被去除；修復(fù)合成—DNA聚合酶以另外一條鏈為模板，合成已被切除的序列；縫合切口—由DNA連接酶催化。損傷跨越

重組跨越使用同源重組的方法將DNA模板進(jìn)行交換以避免損傷對(duì)復(fù)制的抑制，從而使復(fù)制能夠繼續(xù)下