第二章

電離輻射的分子生物學效應第四節

DNA輻射損傷的修復及其

遺傳學控制亞致死損傷修復（sublethaldamagerepair,SLDR）：將預定的照射劑量分次給予，生物效應明顯減輕，表明在兩次照射間隔中細胞有所修復，這種修復稱作SLDR潛在致死性損傷修復（potentiallylethaldamagerepair,

PLDR)：照射后改變細胞所處的狀態和環境，如延長接種或給予不良的營養和環境條件，均能提高存活率。一、不同類型DNA損傷的修復1、DNA單鏈斷裂的修復

絕大多數正常細胞都能修復單鏈斷裂DNA修復與時間呈指數關系，修復速率依賴于溫度與SLDR有關CHO細胞DNA單鏈斷裂重接修復曲線2、DNA雙鏈斷裂的修復斷裂后即刻，細胞內酶修復系統啟動。修復速率的快慢與水平的高低直接決定損傷的殘留以及細胞的轉歸。（部分修復：早期修復快，隨后修復的慢）與PLDR有關X線(20Gy)照射后三株細胞的DNA雙鏈斷裂修復○人成纖維細胞，▲CHO,●人腎癌細胞TO253、堿基損傷的修復種類多，分析較困難以嘧啶二聚體為模型，能修復但只能部分修復。DNA修復合成

DNA期外合成或程序外DNA合成（unscheduledDNAsynthesis,UDS）：DNA合成適于損傷后即刻，隨時間延長而增加，但與細胞周期沒有關系，是一種修復合成。二、DNA的損傷修復機制1、回復修復細胞對DNA的某些損傷可以用很簡單的方式加以修復在單一基因產物的催化下，一步反應就可以完成。這種修復方式叫回復。1）酶學光復活光復活酶或DNA光解酶

它的作用分成三個步驟：①酶與DNA中的二聚體部位相結合；②吸收波長為260～380nm的近紫外光，酶被激活，使二聚體解聚；③酶從DNA鏈上釋放，DNA恢復正常結構。2）DNA單鏈斷裂重接

DNA單鏈斷裂中有一部分是通過簡單的重接而修復的，只需要一種酶——DNA連接酶(ligase)參加，因此也屬于直接回復。DNA連接酶能催化DNA雙螺旋結構中一條鏈缺口處的5’磷酸根與相鄰的一個3’羥基形成磷酸二酯健。連接所需的能量ATP(如動物細胞)。3）嘌呤的直接插入嘌呤插入酶受損嘌呤→APS

→插入嘌呤（糖苷鍵）糖基化酶嘌呤插入酶K+2、切除修復

將損傷的部位（或連同其附近的一定部位）切除，然后用正確配對的、完好的堿基替代修復。有多種酶和基因參與過程：識別（損傷位點）→切除→修復（補）→連接酶和蛋白質DNA聚合酶DNA連接酶1)堿基切除：

特點是切除受損傷的堿基。主要過程是水解受損傷的堿基與脫氧核糖磷酸鏈之間的N—糖苷鍵。反應由一類糖基化酶催化。也即：糖基化酶→APS→內、外切酶去除殘基。整個修復過程可分以下幾步。2）核甘酸切成（一段寡核苷酸）首先由一個酶系統識別損傷；然后在損傷兩側各水解一個磷酸二酯鍵；釋放出一段寡核苷酸；填補缺損區連接酶重新完成連接。E．coli的核苷酸切除修復機理。在E．coli中，UvrA，UvrB，UvrC三種蛋白是必需的。而且必須同時存在才能發揮作用，所以也叫UvrABC切除核酸酶。UvrA是一種腺苷三磷酸酶，是損傷識別蛋白。它與UvrB結合成A2B1復合物，結合在損傷區，使DNA解旋、扭曲，并引起UvrB構象改變，與損傷部位形成緊密的結合。然后UvrA與UvrB—DNA復合物解離，后者成為UvrC特異結合靶。UvrB在損傷的3’側作一內切，隨而復合物構象改變，UvrC得以在5’側作第二個切口。解旋酶Ⅱ(UvrD)使寡聚核苷酸片段及UvrC從DNA鏈上釋放，然后DNA聚合酶Ⅰ取代UvrB。修補缺損區；最后由連接酶連接補片。3、損傷的“耐受”

DNA分子的損傷有時不能立即修復。特別是在復制已經開始，而損傷又在復制叉附近時，細胞會通過另一些機制，使復制能進行下去，待復制完成后，再通過某種機制修復殘留的損傷。復制時損傷并未消除，故稱“耐受”包括重組修復（復制后修復）、SOS修復1）、重組修復當DNA雙鏈發生嚴重損傷時需要另一種機理來完成正確的修復。一種情況是兩條鏈同時受到損傷；另一種情況是單鏈損傷尚未修復時發生了復制，造成對應于損傷位置的新鏈缺乏正確模板；此時需要重組酶系將另一段未受損傷的雙鏈DNA移到損傷位置附近，提供正確的模板，進行重組。這便是重組修復。3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’5’3’DNA損傷后重組修復2）SOS修復

細胞DNA受到損傷或復制系統受到抑制，產生一種調控信號，解除對許多基因的抑制，這些基因的產物參與修復過程。SOS修復過程是在損傷信號誘導下發生的，又稱可誘導的DNA修復修復過程容易發生錯誤，故又稱易錯修復SOS修復4、錯配修復錯配修復是生物維持生命、保持物種穩定的—種重要功能。從細菌、酵母直至哺乳動物都普遍具有此修復機理。在修復、重組的過程中或外界損傷因子的作用下都有可能發生錯配。在修復過程中首先要識別錯配堿基對。然后需要分辨錯配的哪一側屬于母鏈，哪一側屬于新合成的錯誤鏈。最后修復。錯配糾正過程是很復雜的，至少需要10種活性因子參加。損傷DNA的切除修復

三、基因組修復的不均一性特點1）轉錄活性DNA修復優于靜止的基因2）轉錄鏈優于非轉錄鏈－修復與轉錄偶聯1、重復序列中的DNA修復靈長類細胞基因組中存在一種高度重復順序，在非洲綠猴細胞中此順序占總DNA的15％一20％，堿基組成與總DNA相近，長度為172bP，沒有轉錄功能。

綠猴細胞經損傷因子處理后αDNA與主體DNA修復合成的比值損傷因子αDNA/主體DNAUV2540.84NA-AAF0.59AMT0.27異補骨脂內酯0.29NA-AAF:N-乙氧基－2－乙酰氨基芴AMT：4’－氨基甲基三甲呋苯吡喃酮2、活性基因中的修復CHO細胞基因組中不同部位的DNA切除修復照射劑量，修復時間探測片段ESS清除率（J/m2）（h）（％）524總DNA16108DHFR基因58208DHFR基因472026DHFR基因722085’上游順序10*ESS代表酶敏感位點，實際上間接反映嘧啶二聚體的存在二氫葉酸還原酶（DHFR）的基因代表活性基因5’端上游順序代表無轉錄活性片段。四、DNA修復基因1、原核細胞的修復基因占基因組總量1％。2、酵母有三組RAD基因（radiationsensitive的前三個字母）3、人類基因：1）XRCC（X-rayrepaircrosscomplementing）基因；2）ERCC第五節輻射所致RNA結構與功能的變化RNA的種類1、核糖體RNA(ribosomalRNA，rRNA)2、信使RNA（messengerRNA,mRNA)3、轉運RNA(transferRNA,tRNA)*真核細胞轉錄產物，一類分子大小不均一的核RNA－不均一核RNA(hn-RNA)輻射對RNA生物合成的總趨勢：

RNA合成抑制程度<DNA合成抑制程度不同的RNA合成敏感性不同，核內RNA敏感性>胞漿內RNA一、輻射對總RNA生物合成的影響RNA合成過程體外照射細胞照射整體照射RNA聚合物＋增多核內>胞漿減弱DNA特異部位導入RNA鏈上增多相似第一個核甘酸鏈延伸阻止相似釋放出新的RNA鏈和減少相似RNA聚合酶二、輻射對幾種主要RNA的影響1、不均一核RNA（hnRNA)和mRNA

hnRNA：分子大小不均一90％核內代謝10％轉變為mRNA輻射效應對基因組中等重復和單一順序區最為明顯單一順序區含大部分蛋白質基因中等重復順序區含組蛋白、tRNA和rRNA基因hnRNA及其產物mRNA堿基順序改變后果嚴重2、tRNAtRNA前體由RNA聚合酶Ⅲ合成聚合酶對射線敏感tRNA對射線不敏感3、rRNA沉降系數越大對射線約敏感第六節蛋白質和酶的輻射生物效應一、輻射對蛋白質和酶的結構和功能的影響1、蛋白質的一級結構（primarystucture)肽鍵1、多肽鏈的氨基酸殘基的排列順序2、基因上遺傳密碼的排列順序決定的3、通過肽鍵連接

即：每一種蛋白質分子都有自己特有的氨基酸的組成和排列順序即一級結構，由這種氨基酸排列順序決定它的特定的空間結構，也就是蛋白質的一級結構決定了蛋白質的二級三級等高級結構，這就是榮獲諾貝爾獎的著名的Anfinsen

原理。胰島素的一級結構及不同動物胰島素在A鏈中的差異蛋白質二級結構（secondarystructure）

多肽鏈借助于氫鍵沿一維方向排列成具有周期性結構的構象，是多肽鏈局部的空間結構（構象），主要有α－螺旋、β－折疊、β－轉角等幾種形式，它們是構成蛋白質高級結構的基本要素。

RNase的某些二級結構

三級結構（tertiarystructure）

主要針對球狀蛋白質而言是指整條多肽鏈由二級結構元件構建成的總三維結構，包括一級結構中相距遠的肽段之間的幾何相互關系,骨架和側鏈在內的所有原子的空間排列。球狀蛋白質，側鏈基團的定位是根據它們的極性安排的蛋白質特定的空間構象是由氫鍵、離子鍵、偶極與偶極間的相互作用、疏水作用等作用力維持的，疏水作用是主要的作用力。有些蛋白質還涉及到二硫鍵。胰島素的三級結構

溶菌酶分子的三級結構

四級結構（quaternarystructure）

四級結構是指在亞基和亞基之間通過疏水作用等次級鍵結合成為有序排列的特定的空間結構。亞基通常由一條多肽鏈組成，有時含兩條以上的多肽鏈，單獨存在時一般沒有生物活性。血紅蛋白的四級結構1、輻射對蛋白質結構和功能的影響

一級結構主要是肽鍵斷裂，其次巰基氧化、二硫鍵還原、旁側羥基被氧化等。高級結構主要是肽鍵氫鍵、側鏈氫鍵、離子鍵和疏水鍵的改變。一級結構的改變必然影響高級結構，導致蛋白質的功能改變，酶活性改變。二、輻射對蛋白質和酶生物合成的影響

DNA→→→mRNA→→→Protein輻射對DNA復制和轉錄的影響均可不同程度的影響蛋白質合成，對其翻譯過程產生效應。抑制與激活并存

三、輻射對蛋白質分解代謝的影響分解代謝增強：IR→細胞溶酶體破壞→組織蛋白酶釋放→Pr降解↑蛋白質代謝產物↑如：尿中肌酸、牛黃酸、尿素等↑第九節輻射致癌的分子基礎目前明確認識到：1、DNA是主要的靶分子（致癌過程）2、腫瘤的發生起源于單細胞突變3、腫瘤的發生過程伴有遺傳學的變化(Ph1）4、腫瘤的發生是多階段過程：包括：啟動→促進→發展5、輻射致癌和化學致癌的機理不同：前者誘發細胞突變或惡性轉變；后者損傷DNA.一、DNA損傷修復和突變

在各種損傷修復中，DSB引起的修復，易導致基因突變。二、癌基因和腫瘤抑制基因1、癌基因＝病毒癌基因＋原癌基因原癌基因（proto-oncogene）：在正常細胞內，調控細胞增殖和分化的重要基因，當受到物理、化學、病毒等生物因素作用被活化而失調時，才會導致正常細胞的惡性轉化。原癌基因發生異常，使細胞發生惡性轉化→細胞癌基因（c-onc）原癌基因的激活：原癌基因轉變為細胞癌基因的過程。原癌基因的激活方式：①插入激活；②點突變（piontmutation)；③基因擴增；④染色體易位；⑤兩種以上癌基因聯合作用原癌基因激活的可能途徑

原癌基因的產物

2、腫瘤抑制基因（tumorsuppressorgene)

又稱抗癌基因正常情況下，調控細胞生長與增殖，這些基因的產物限制細胞生長，功能喪失可導致細胞發生轉化。腫瘤抑制基因的兩個等位基因都發生突變或丟失（純合型丟失），其功能喪失。如：Rb基因p53基因復習題一、請寫出下列專業名詞的英文縮寫及全稱1、單鏈斷裂2、雙鏈斷裂3、酶敏感位點4、DNA－蛋白質交聯5、空斑形成能力6、亞致死損傷修復7、潛在致死損傷修復二、名詞解釋1、轉化2、亞致死損傷修復3、潛在致死損傷修復4、程序外DNA合成（UDS）5、回復修復6、重組修復7、SOS修復8、原癌基因9、腫瘤抑制基因10、DNA變性三、簡答題1、試述輻射引起DNA鏈斷裂的特點。2、影響DNA－蛋白質交聯的因素有哪些？3、試述輻射引起DNA損傷的生物學意義。4、輻射誘導DNA生物合成抑制的機理有哪些？5、請寫出核小體連接區的輻射敏感性重要的原因。6、試述回復修復的種類及機理。7、目前在輻射致癌的分子機制中，初步認識到的有哪幾點？q!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYu*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZu(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F