DNA的损伤与修复讲义课件.ppt
第二章DNA损伤与修复,第二节DNA 损伤,一、DNA损伤因素,（一）内源性损伤(体内因素)1、DNA复制错误：碱基配对从A-T转换成G-C。2、碱基自身互变异构体：C的异构体与A错误配对。3、自发的化学变化4、氧化损伤（二）外源性损伤（体外因素）1、物理因素2、化学因素（化学试剂）,二、多种化学或物理因素可诱发突变,1、大量的突变属于自发突变，发生频率只不过在10-9左右。但由于生物基因组庞大，细胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。2、实验室用来诱发突变，也是生活环境中导致突变的因素，主要有物理和化学因素。,物理因素：紫外线(ultra violet,UV)、各种辐射,化 学 因 素：,三、突变在生物界普遍存在,（一）突变是进化、分化的分子基础,1、DNA突变具体指个别dNMP残基以至片段DNA在构成、复制或表型功能的异常变化，也称为DNA损伤(DNA damage)。2、从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。,3、从长远的生物史看，进化过程是突变的不 断发生所造成的。4、大量的突变都是属于这种类型，只是目前还未能认识其发生的真正原因，因而名为自发突变或自然突变(spontaneous mutation)。,（二）只有基因型改变的突变形成DNA的多态性,1、这种突变没有可察觉的表型改变，例如在 简并密码子上第三位碱基的改变，蛋白质非 功能区段上编码序列的改变等。这些现象也 相当普遍。2、多态性(polymorphism)一词用来描述个体之 间的基因型差别现象。,（三）致死性的突变可导致个体、细胞的死亡（四）突变是某些疾病的发病基础,四、引起突变的分子改变类型有多种,错配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement),DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。自发突变和不少化学诱变都能引起DNA上某一碱基的置换。点突变发生在基因的编码区，可导致氨基酸改变。,（一）错配可导致编码氨基酸的改变,镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)亚基,正常成人Hb(HbA)亚基,镰形红细胞贫血病人,（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变,1、缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上 消失。2、插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插 入到DNA大分子中间。缺失或插入都可导致框移突变。3、框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造 成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。,缺失引起框移突变：,（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病,1、DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。2、移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置（倒位），也可以在染色体之间发生交换重组。,DNA损伤（突变）可能造成两种结果：其一是导致复制或转录障碍（如胸腺嘧啶二聚体，DNA骨架中产生切口或断裂）；其二是导致复制后基因突变（如胞嘧啶自发脱氨基转变为尿嘧啶），使DNA 序列发生永久性改变。所以，必须通过进化使细胞拥有灵敏的机制，以识别和修复这些损伤，否则细胞无法维持正常代谢。,第三节 DNA 损伤修复,DNA损伤修复(repair)：是对已发生分子改变的补偿措施，使其尽可能回复为原有的天然状态。修复的意义：保证DNA携带的遗传信息能完全地忠实转给子代、维持生物特征的稳定性和完整性。,一、DNA损伤的修复有多种类型,错配修复(mismatch repair)直接修复(direct repair)光修复(light repairing)切除修复(excision repairing)重组修复(recombination repairing)SOS修复,1、嘧啶二聚体的直接修复（light repair）这是一种广泛存在的修复作用，能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。修复过程由光修复酶(photolyase)催化完成。,一、有些DNA损伤可以直接修复,（一）直接修复系统利用酶简单地逆转DNA损伤,光修复酶(photolyase),UV,修复过程：修复酶(photolyase)识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物；在300600nm可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开；光修复酶从DNA上解离。,二、切除修复是最普遍的DNA损伤修复方式,1、碱基切除修复2、核苷酸切除修复3、碱基错配修复,碱基切除修复依赖于生物体内存在的一类特异的DNA糖基化酶。切除修复过程：（1）识别水解（2）切除（3）合成（4）连接,1、碱基切除修复（base excision repair）,（二）核苷酸切除修复系统识别DNA双螺旋变形,这是细胞内最重要和有效的修复方式。其过程包括去除损伤的DNA，填补空隙和连接。主要由DNA-pol和连接酶完成。,这也是一种广泛存在的修复机制，可适用于多种DNA损伤的修复。切除修复机制的基本过程是将受损的DNA片段切除，然后再以对侧链为模板，重新合成新链进行修复。由核苷酸切除修复系统负责进行修复。,切除修复系统步骤 核酸内切酶UvrA、UvrB和UvrC蛋白识别损伤部位 UvrC将受损片段切除 DNA pol 填补缺口 连接酶封口,核苷酸切除修复不仅能够修复整个基因组中的损伤，而且能拯救因转录模板链损伤而暂停转录的RNA聚合酶，即参与转录偶联修复(transcription-coupled repair)。转录偶联修复的意义在于，将修复酶集中于正在转录的DNA，使该区域的损伤尽快得以修复。,错配修复对DNA复制忠实性的贡献力达102-103，DNA子链中的错配几乎完全都被修正，充分反映了母链的重要性。错误的碱基配对可以通过母链中识别标记区分；标记是GATC（回文结构）中A甲基化，E.coli中的3个蛋白质（MutS、MutH和MutL）校正。该修复系统只校正新合成的DNA，因为新合成DNA链的GATC序列中的A（腺苷酸残基）开始未被甲基化。GATC中A甲基化与否常用来区别新合成的链（未甲基化）和模板链（甲基化）。,3、碱基错配修复,错配修复系统作用机制：MutS蛋白识别错配的碱基；并吸引MutL 蛋白到这个位置，新生链的GATC序列未甲基化；MutL 蛋白激活MutH蛋白，在新链的未甲基化的GATC打开缺口；外切核酸酶切除3到5方向错配碱基与GATC序列之间的间隔的DNA序列，聚合酶填补空缺；DNA连接酶封闭缺口，甲基化酶在新链甲基化。,新复制DNA的新旧链区别,E.Coli错配修复系统作用机制,重组修复(recombination repair)这是DNA的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式。修复时，利用重组蛋白RecA的核酸酶活性，将另一股健康亲链与损伤缺口相互交换。,某些DNA修复发生在跨越损伤DNA的复制事件之后（了解）,重组修复步骤：将正常母链上一段与损伤子链缺口同源片 段转移进行重组，使母链上带有缺口；DNA聚合酶填补母链上的缺口；DNA连接酶封口。损伤的DNA经过数代复制可得到稀释，从而对细胞的影响减至最小。,重组修复,SOS 修 复,1、当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱 发出一系列复杂的反应。2、在E.coli，各种与修复有关的基因，组成 一个称为调节子(regulon)的网络式调控系统。3、这种修复特异性低，对碱基识别、选择能力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的。但DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期突变。,五、DNA损伤修复系统与疾病（了解）,
