DNA的損傷與修復講義課件

第二章DNA損傷與修復DNA的損傷與修復講義課件第二節(jié)DNA損傷DNA的損傷與修復講義課件一、DNA損傷因素（一）內(nèi)源性損傷(體內(nèi)因素)1、DNA復制錯誤：堿基配對從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錯誤配對。3、自發(fā)的化學變化4、氧化損傷（二）外源性損傷（體外因素）1、物理因素2、化學因素（化學試劑）一、DNA損傷因素（一）內(nèi)源性損傷(體內(nèi)因素)二、多種化學或物理因素可誘發(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，細胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。2、實驗室用來誘發(fā)突變，也是生活環(huán)境中導致突變的因素，主要有物理和化學因素。

二、多種化學或物理因素可誘發(fā)突變1、大量的突變屬于自發(fā)突變，物理因素：紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV物理因素：UV化學因素：化學因素：三、突變在生物界普遍存在（一）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)1、DNA突變具體指個別dNMP殘基以至片段DNA在構(gòu)成、復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。三、突變在生物界普遍存在（一）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)1、3、從長遠的生物史看，進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，只是目前還未能認識其發(fā)生的真正原因，因而名為自發(fā)突變或自然突變(spontaneousmutation)。3、從長遠的生物史看，進化過程是突變的不（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)象也相當普遍。2、多態(tài)性(polymorphism)一詞用來描述個體之間的基因型差別現(xiàn)象。

（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（三）致死性的突變可導致個體、細胞的死亡

（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)（三）致死性的突變可導致個體、細胞的死亡四、引起突變的分子改變類型有多種錯配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)

框移(frame-shift)

四、引起突變的分子改變類型有多種錯配(mismatch)框DNA分子上的堿基錯配稱點突變(pointmutation)。自發(fā)突變和不少化學誘變都能引起DNA上某一堿基的置換。點突變發(fā)生在基因的編碼區(qū)，可導致氨基酸改變。

（一）錯配可導致編碼氨基酸的改變DNA分子上的堿基錯配稱點突變(pointmutation鐮形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·

val

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·

glu

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽鏈CTCGAG基因鐮形紅細胞貧血病人鐮形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val·h（二）缺失、插入和框移突變造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變1、缺失：一個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。（二）缺失、插入和框移突變造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變1谷酪蛋絲5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙纈組纈正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突變：谷酪蛋（三）重組或重排常可引起遺傳、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。（三）重組或重排?？梢疬z傳、腫瘤等疾病1、DNA分子內(nèi)較大DNA損傷（突變）可能造成兩種結(jié)果：其一是導致復制或轉(zhuǎn)錄障礙（如胸腺嘧啶二聚體，DNA骨架中產(chǎn)生切口或斷裂）；其二是導致復制后基因突變（如胞嘧啶自發(fā)脫氨基轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏ぃ笵NA序列發(fā)生永久性改變。所以，必須通過進化使細胞擁有靈敏的機制，以識別和修復這些損傷，否則細胞無法維持正常代謝。DNA損傷（突變）可能造成兩種結(jié)果：其一是導致復制或轉(zhuǎn)錄障礙

第三節(jié)DNA損傷修復

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

一、DNA損傷的修復有多種類型錯配修復(mismatchr1、嘧啶二聚體的直接修復（lightrepair）這是一種廣泛存在的修復作用，能夠修復任何嘧啶二聚體的損傷。修復過程由光修復酶(photolyase)催化完成。一、有些DNA損傷可以直接修復1、嘧啶二聚體的直接修復（lightrepair）一、有些（一）直接修復系統(tǒng)利用酶簡單地逆轉(zhuǎn)DNA損傷光修復酶(photolyase)

UV（一）直接修復系統(tǒng)利用酶簡單地逆轉(zhuǎn)DNA損傷光修復酶(pho修復過程：⑴修復酶(photolyase)識別嘧啶二聚體并與之結(jié)合形成復合物；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光修復酶從DNA上解離。修復過程：二、切除修復是最普遍的DNA損傷修復方式1、堿基切除修復2、核苷酸切除修復3、堿基錯配修復二、切除修復是最普遍的DNA損傷修復方式1、堿基切除修復

堿基切除修復依賴于生物體內(nèi)存在的一類特異的DNA糖基化酶。切除修復過程：（1）識別水解（2）切除（3）合成（4）連接1、堿基切除修復（baseexcisionrepair）堿基切除修復依賴于生物體內(nèi)存在的一類特異的DNADNA的損傷與修復講義課件（二）核苷酸切除修復系統(tǒng)識別DNA雙螺旋變形這是細胞內(nèi)最重要和有效的修復方式。其過程包括去除損傷的DNA，填補空隙和連接。主要由DNA-polⅠ和連接酶完成。（二）核苷酸切除修復系統(tǒng)識別DNA雙螺旋變形這是細胞內(nèi)最重要這也是一種廣泛存在的修復機制，可適用于多種DNA損傷的修復。切除修復機制的基本過程是將受損的DNA片段切除，然后再以對側(cè)鏈為模板，重新合成新鏈進行修復。由核苷酸切除修復系統(tǒng)負責進行修復。這也是一種廣泛存在的修復機制，可適用于多種DNA損傷的修復。切除修復系統(tǒng)步驟⑴核酸內(nèi)切酶UvrA、UvrB和UvrC蛋白識別損傷部位⑵UvrC將受損片段切除⑶DNApolⅠ填補缺口⑷連接酶封口UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA連接酶ATP切除修復系統(tǒng)步驟UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶Ⅰ堿基丟失堿基缺陷或錯配結(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連接糖苷酶插入酶堿基取代堿基丟失堿基缺陷或錯配結(jié)構(gòu)缺陷切開核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切除D

核苷酸切除修復不僅能夠修復整個基因組中的損傷，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(transcription-coupledrepair)。轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復的意義在于，將修復酶集中于正在轉(zhuǎn)錄的DNA，使該區(qū)域的損傷盡快得以修復。核苷酸切除修復不僅能夠修復整個基因組中的損傷，錯配修復對DNA復制忠實性的貢獻力達102-103，DNA子鏈中的錯配幾乎完全都被修正，充分反映了母鏈的重要性。錯誤的堿基配對可以通過母鏈中識別標記區(qū)分；標記是GATC（回文結(jié)構(gòu)）中A甲基化，E.coli中的3個蛋白質(zhì)（MutS、MutH和MutL）校正。該修復系統(tǒng)只校正新合成的DNA，因為新合成DNA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、堿基錯配修復錯配修復對DNA復制忠實性的貢獻力達102-103，DNA子錯配修復系統(tǒng)作用機制：⑴MutS蛋白識別錯配的堿基；并吸引MutL蛋白到這個位置，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’方向錯配堿基與GATC序列之間的間隔的DNA序列，聚合酶填補空缺；⑷DNA連接酶封閉缺口，甲基化酶在新鏈甲基化。錯配修復系統(tǒng)作用機制：新復制DNA的新舊鏈區(qū)別新復制DNA的新舊鏈區(qū)別E.Coli錯配修復系統(tǒng)作用機制E.ColiDNA的損傷與修復講義課件重組修復(recombinationrepair)這是DNA的復制過程中所采用的一種有差錯的修復方式。修復時，利用重組蛋白RecA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修復發(fā)生在跨越損傷DNA的復制事件之后（了解）重組修復(recombinationrepair)某些DN重組修復步驟：⑴將正常母鏈上一段與損傷子鏈缺口同源片段轉(zhuǎn)移進行重組，使母鏈上帶有缺口；⑵DNA聚合酶填補母鏈上的缺口；⑶DNA連接酶封口。損傷的DNA經(jīng)過數(shù)代復制可得到稀釋，從而對細胞的影響減至最小。重組修復步驟：重組修復重組修復DNA的損傷與修復講義課件DNA的損傷與修復講義課件SOS修復1、當DNA損傷廣泛難以繼續(xù)復制時，由此而誘發(fā)出一系列復雜的反應。2、在E.coli，各種與修復有關(guān)的基因，組成一個稱為調(diào)節(jié)子(regulon)的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。3、這種修復特異性低，對堿基識別、選擇能力差。通過SOS修復，復制如能繼續(xù)，細胞是可存活的。但DNA保留的錯誤較多，導致較廣泛、長期突變。SOS修復1、當DNA損傷廣泛難以繼續(xù)復制時，由此而誘

SOS反應的機制（大腸桿菌應急修復