第6章 DNA的损伤、修复和基因突变.ppt

第十章 DNA的损伤、修复和基因突变 2005.9 《Cell》 122卷第5期  DNA的损伤: 基本概念、引起损伤的因素、损伤机理 DNA修复： 概念与原理、几种修复系统（切除、错配、直接、 重组、SOS） 基因突变： 突变类型、诱变剂作用与检测、突变的生物学功能 DNA损伤 DNA损伤是生物体生命过程中的DNA双链结构发生的任何改变。 （1）单个碱基的改变——序列改变 （2）双链结构的异常扭曲——影响复制和转录 损伤原因 （1）复制过程中发生自发性损伤 （2）细胞内各种代谢物导致 （3）外界物理、化学因素引起 1.DNA分子自发性损伤 (1) 互变异构移位：碱基发生“酮式—烯醇式”或“氨基—亚氨基”结构互变时，使碱基配对发生改变，复制子链上可能出错。 (2)碱基的脱氨作用 A、G、C分子中的环外氨基自发脱落，使 C ?U、A ?I(次黄嘌呤)、G ?X(黄嘌呤)，DNA复制时子链产生错误而损伤。 A?IC—G 使AT变成GC C ?UA—T 使GC 变成AT G ?XC 无变化 羟胺、亚硫酸盐（ C ?U ）——体外诱变剂 (3)DNA聚合酶的“打滑” DNA复制时模板或新生链常发生碱基的环出(looping out)——DNA聚合酶的“打滑（slippage）”引起一个或数个碱基的插入或缺失。 (4)活性氧引起的突变: 细胞内的活性氧使嘌呤和嘧啶分子发生氧化损伤。 (5)碱基丢失: 在生理条件下DNA分子自发性水解,使碱基从磷酸脱氧核糖骨架上脱落。 2. 物理因素引起的DNA损伤 UV照射——引起DNA形成嘧叮二聚体（TT、CC、TC）。 电离辐射——分直接效应和间接效应。 (1)辐射使DNA分子直接积聚能量，改变理化性质——直接效应 (2)辐射使DNA存在环境中的其它成分（水）积聚能量，活性氧引起DNA变化——间接效应 3. 化学因素引起的DNA损伤 (1)烷化剂对DNA损伤 将烷基加到DNA的碱基上去(亲核位点,N O) (2)碱基类似物对DNA的损伤 5-溴尿嘧啶(5-BU) DNA的修复 缺除修复：切除受损的碱基或DNA片段。 错配修复：利用细胞错配修复系统修复。 直接修复：把损伤的碱基回复到原来状态。 重组修复：对复制时尚未修复的DNA损伤 部位进行先复制再修复。 易错修复：SOS反应能诱导允许错配的复 制，属于易错修复,出现高突变率。 1.切除修复系统 (1)单碱基切除修复 （1）特异性的酶识别损伤部位 （2）DNA糖苷酶切除并释放碱基 （3）DNA聚合酶和连接酶修复损伤。 切除修复过程总结 2.错配修复系统 Mut S能识别DNA的错配位点,并导致其本身和与链结合的变化 问题 1 How does the E. coli mismatch repair system know which of the two mismatched nucleotide to replace? 问题 2 Which exonucleases are used to remove ssDNA between the nick created by MutH and the mismatch? Eukaryotic cells also repair mismatches and do so using homologs to MutS (MSH) and MutL (MLH). 李国民博士是利用纯化后的人源蛋白在体外对5’方向存在缺口的错配DNA进行了修复。将真核系统错配修复系统中MutLα的作用机理进行了进一步的阐明。 3.直接修复系统 (1)光复活作用 4.重组修复 重组修复的主要步骤有：1．复制???? 含有TT或其他结构损伤的DNA仍然可以正常的进行复制，但当复制到损伤部位时，子代DNA链中与损伤部位相对应的位置出现切口，新合成的子链比未损伤的DNA链要短。2．重组???? 完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。3．再合成??? 重组后母链中的缺口通过DNA多聚酶的作用合成核酸片段，然后由连接酶将新片段与旧链连接，至此重组修复完成。 5.易错修复——SOS 反应 指DNA损伤时，应急而诱导产生的修复作用，称为SOS修复。 在正常情况下，修复蛋白的合成是处于低水平状态的，这是由于它们的mRNA合成受到阻遏蛋白LexA的抑制。 当DNA受到严重损伤时，recA以其蛋白酶的功能水解破坏Lex