1、第二章DNA損傷與修復第二節DNA 損傷一、DNA損傷因素（一）內源性損傷(體內因素)1、DNA復制錯誤：堿基配對從A-T轉換成G-C。2、堿基自身互變異構體：C的異構體與A錯誤配對。3、自發的化學變化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）二、多種化學或物理因素可誘發突變1、大量的突變屬于自發突變，發生頻率只不過在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、實驗室用來誘發突變，也是生活環境中導致突變的因素，主要有物理和化學因素。 物理因素： 紫外線(ultra violet, UV)、各種輻射 UV三、突變在生物界普遍

2、存在（一）突變是進化、分化的分子基礎1、DNA突變具體指個別dNMP殘基以至片段DNA在構成、復制或表型功能的異常變化，也稱為DNA損傷(DNA damage)。2、從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。 3、從長遠的生物史看，進化過程是突變的不 斷發生所造成的。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生的真正原因，因而名為自發突變或自然突變(spontaneous mutation)。（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病基礎四、引起突變的分子改變類型有多種錯配 (mismatch)缺失 (deletion)插入 (insertion)重

3、排 (rearrangement) 框移(frame-shift) DNA分子上的堿基錯配稱點突變(point mutation)。自發突變和不少化學誘變都能引起DNA上某一堿基的置換。點突變發生在基因的編碼區，可導致氨基酸改變。 （一）錯配可導致編碼氨基酸的改變（二）缺失、插入和框移突變造成蛋白質氨基酸排列順序發生改變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、框移突變是指三聯體密碼的閱讀方式改變，造 成蛋白質氨基酸排列順序發生改變。 谷 酪 蛋 絲5 G C A G U A

4、C A U G U C 丙 纈 組 纈正常5 G A G U A C A U G U C 缺失C缺失引起框移突變：DNA損傷（突變）可能造成兩種結果：其一是導致復制或轉錄障礙（如胸腺嘧啶二聚體，DNA骨架中產生切口或斷裂）；其二是導致復制后基因突變（如胞嘧啶自發脫氨基轉變為尿嘧啶），使DNA 序列發生永久性改變。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。 第三節 DNA 損傷修復 DNA損傷修復(repair) ： 是對已發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。修復的意義： 保證DNA攜帶的遺傳信息能完全地忠實轉給子代、維持生物特征

5、的穩定性和完整性。一、DNA損傷的修復有多種類型錯配修復(mismatch repair)直接修復(direct repair)光修復(light repairing)切除修復(excision repairing)重組修復(recombination repairing)SOS修復 1、嘧啶二聚體的直接修復（light repair） 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（一）直接修復系統利用酶簡單地逆轉DNA損傷光修復酶(photolyase) UV二、切除修復是最普遍的DNA損傷修復方

6、式1、堿基切除修復2、核苷酸切除修復3、堿基錯配修復 堿基切除修復依賴于生物體內存在的一類特異的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（base excision repair）（二）核苷酸切除修復系統識別DNA雙螺旋變形這是細胞內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-pol和連接酶完成。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，然后再以對側鏈為模板，重新合成新鏈進行修復。由核苷酸切除修復系統負責進行修復。切除修復系統步驟 核

7、酸內切酶UvrA、UvrB和UvrC蛋白識別損傷部位 UvrC將受損片段切除 DNA pol 填補缺口 連接酶封口UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶OHPDNA連接酶ATP堿基丟失堿基缺陷或錯配結構缺陷切開核酸內切酶核酸外切酶切除DNA聚合酶DNA連接酶AP核酸內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 核苷酸切除修復不僅能夠修復整個基因組中的損傷，而且能拯救因轉錄模板鏈損傷而暫停轉錄的RNA聚合酶，即參與轉錄偶聯修復(transcription-coupled repair)。 轉錄偶聯修復的意義在于，將修復酶集中于正在轉錄的DNA，使該區域的損傷盡快得以修復。 錯配修復對

8、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分；標記是GATC（回文結構）中A甲基化，E.coli中的3個蛋白質（MutS、MutH和MutL）校正。該修復系統只校正新合成的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系統作用機制：MutS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； MutL 蛋白激活MutH蛋白，在新鏈的未甲基化的

9、GATC打開缺口；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；DNA連接酶封閉缺口，甲基化酶在新鏈甲基化。新復制DNA的新舊鏈區別E.Coli錯配修復系統作用機制重組修復(recombination repair)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修復發生在跨越損傷DNA的復制事件之后（了解）重組修復步驟：將正常母鏈上一段與損傷子鏈缺口同源片 段轉移進行重組，使母鏈上帶有缺口；DNA聚合酶填補母鏈上的缺口；DNA連接酶封口。損傷的DNA經過數代復制可得到稀釋，從而對細胞的影響減至最小。重組修復SOS 修 復1、當DNA損傷廣泛難以繼續復制時，由此而誘 發出一系列復雜的反應。2、在E. coli，各種與修復有關的基因，組成 一個稱為調節子(regulon)的網絡式調控系統。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，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反應的機制（大腸桿菌應急修復系統）