分子生物学第五.六章DNA的损伤.修复.基因突变.重组与转座.ppt

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1、第5章DNA损伤、修复、基因突变5.1DNA的损伤由于染色体DNA在生命过程中占有至高无上的地位，DNA复制的准确性以及DNA日常保养中的损伤修复有着特别重要的意义。DNA损伤是指在生物体生命过程中DNA双螺旋结构发生的任何改变。主要分为两种：单个碱基改变双螺旋结构的异常扭曲（链内T二聚体、单链缺口、凸起等）引起DNA损伤的因素很多，包括：DNA分子自发性损伤物理因素损伤化学因素损伤DNA复制过程中的损伤指碱基配对时产生的误差经过DNA聚合酶等综合校对因素作用后仍未被校正的DNA的损伤。如：大肠杆菌DNA复制无DNA聚合酶校正时错配率为10-1~10-2，识别校正后为10-5

2、~10-6，再经过其他因素，错配率达到10-10这类损伤主要包括5种因素5.1.1DNA分子自发性损伤指碱基发生烯醇式-酮式结构互变时，氢原子位置的可逆变化，使碱基配对发生改变，这样在复制后的子链上就可能出现错误。如：A、C或G、T错配互变异构移位主要指胞嘧啶C、A和G分子结构中都含有环外氨基，氨基有时会自动脱落，使得C变为U，A变为I，G变为X，当DNA复制时，会在链中产生错误导致损伤。A—I—C(非T)下一轮C—G导致AT—GC引起突变C—U–A(非G)下一轮A—T导致GC—AT引起突变亚硝酸盐、羟胺诱变剂脱氨试剂DNA复制时，无论模板还是新生链都会发生碱基的环出现象，即

3、DNA聚合酶发生“打滑”，引起一个或数个碱基的插入或缺失。尤其是模板上有几个相同的碱基情况。DNA聚合酶的“打滑”细胞的氧化代谢产生的氧自由基活性很高，DNA碱基至少会遭受到20种氧化损伤。活性氧为氧分子电子数大于O2的O2-可与C、A配对，DNA聚合酶不能矫正其错误，造成GC—TA颠换，这种损伤可以积累。活性氧引起的诱变DNA分子在生理条件下可通过自发性水解，使嘌呤碱和嘧啶碱从磷酸脱氧核糖骨架上脱落下来。哺乳动物每个细胞每20h脱去的嘌呤碱和嘧啶碱数分别平均为1000个和500个。碱基丢失紫外线(UV)照射引起的DNA损伤主要是同一条链内相邻2个嘧啶形成嘧啶二聚体，阻碍DN

4、A的复制和转录。ATTCGAGTTAGCTAAGCTCAATCG因此人皮肤照射紫外线，伤害很大，致癌5.1.2物理因素引起的损伤电离辐射引起DNA损伤直接引起DNA理化性质改变细胞水分解离，产生氧自由基诱变碱基改变最终能引起DNA链断裂及DNA链间交联，DNA-蛋白交联等。烷化剂对DNA的损伤烷化剂是一类亲电子化合物，很容易与体内大分子负电中心作用。当烷化剂和DNA作用时，可以将烷基加到核酸的碱基上去。结果是形成链内或链间交联。6.1.3化学因素引起的损伤碱基类似物对DNA的损伤是一类结构与碱基相似的人工化合物，5-溴尿嘧啶（5-BU）与U结构类似，酮式能与A配对，烯醇式能与

5、G配对。结果引起A-T----G-C转变。DNA修复是生物体细胞在长期进化中形成的一种保护功能，在遗传信息传递的稳定性方面具有重要作用。5.2DNA的修复直接修复切除修复错配修复重组修复易错修复和SOS应急反应细胞DNA损伤的修复系统主要有：直接修复包括光复活修复、06-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶修复、单链断裂修复在DNA光解酶(Photolyase)的作用下把在光下或经紫外光照射形成的环丁烷胸腺嘧啶二体及6-4光化物(6-4photoproduct)还原成为单体的过程。生物体内还广泛存在着使06-甲基鸟嘌呤脱甲基化的甲基转移酶，以防止形成G-T配对。DNA单链断裂可以通过

6、重接（DNA连接酶），直接修复。切除修复包括碱基切除修复和核苷酸片段切除修复碱基切除修复：所有细胞中都带有能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能特异性切除受损核苷酸上的N-β－糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（AP位点）。DNA分子中一旦产生了AP位点，AP核酸内切酶就会把受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA，由DNA聚合酶I合成新的片段，最终由DNA连接酶把两者连成新的被修复的DNA链。核苷酸片段切除修复当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，则由核苷酸切除修复(nucleotide-excisionrep

7、air)系统负责修复。损伤发生后，首先由DNA切割酶(exci-nuclease)在已损伤的核苷酸5’和3’位分别切开磷酸糖苷键，产生一个由12～13个核苷酸(原核生物)或27～29个核苷酸(人类或其他高等真核生物)的小片段，移去小片段后由DNA聚合酶Ⅰ(原核)或ε(真核)合成新的片段，并由DNA连接酶完成修复中的最后一道工序。错配修复错配修复可以将DNA子链中的错配几乎完全能被修复。该系统识别母链靠Dam甲基化酶，它能使位于5’GATC序列中A的N6位甲基化。一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会在开始