1、Chapter 4DNA damage and repair,一、DNA损伤的原因(一)自发性损伤（spontaneous mutations） 1、DNA复制错误 校正后的错配率仍约在10-10左右 2、自发性的化学变化 脱嘌呤和脱嘧啶 脱氨（基）(deamination)作用,第一节 DNA损伤,（1）脱嘌呤和脱嘧啶,糖苷键断裂, 嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落,（2）脱氨基作用（deamination） CU; A H（次黄嘌呤), H-C; G X（黄嘌呤），X-C,（二）物理因素引起的DNA损伤,放射线 1、X-射线、射线、宇宙射线 失去电子/打断双链，破坏了碱基和糖基 2
2、、紫外线 同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连成 嘧啶二聚体,（三）化学物质引起的DNA损伤 1、碱基类似物 5-溴尿嘧啶（5-bromouracil,5-BU） 氨基嘌呤（2-aminopurine 2-AP） 迭氮胸苷（AZT, azidothymidine） (1)5-溴尿嘧啶 和 T 很相似，仅在第5个碳元子上由Br取代 了甲基，5-BU有酮式、烯醇式两种异构体， 可分别与A及G配对结合,G,C,5-溴尿嘧啶引起的突变,酮式,烯醇式,（2）2-氨基嘌呤(2-AP) 也是碱基的类似物，有正常状态和稀有状 态两种异构体，可分别与T和C配对结合。当2- AP掺入到 DNA复制中时，由于其异构
3、体的变换 而导致AT G C,2、亚硝酸（introus acid, NA） 有氧化脱氨作用 CU，与A配对，GC AT AH（次黄嘌呤），与C配对，ATGC GX（黄嘌呤），仍与C配对，不引起突变3、烷化剂：它们的作用是使碱基烷基化 甲基黄酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基黄酸甲脂（MMS）,亚硝基胍（NG）等,4、嵌入剂 吖啶橙、原黄素、吖黄素等吖啶类染料 嵌合到DNA碱基对之间 导致单个碱基对的插入或缺失，引起移码突变,二、DNA损伤与突变,（一）突变（mutation） 1、广义：发生在遗传物质中的可遗传的改变 （1） 染色体畸变：发生在染色体水平的突变 （2）基因突变：发生在基因水
4、平的突变 2、分子生物学定义： DNA序列改变引起的可遗传的变化 突变是进化的分子基础 （二）突变发生（mutagenesis） 1、自发突变（spontaneous mutation） 自然发生的突变 2、诱发突变（induced mutation） 诱变剂处理所诱发的突变,（三）DNA损伤与突变的关系,DNA复制错误,自发的化学变化,自发损伤,自发突变,物理因素,化学因素,DNA损伤,诱发突变,第二节 DNA修复（DNA repair）,错配修复（mismatch repair）切除修复（excision repair）直接修复 光复活（photoreactivation） 烷基转移酶修复
5、（alkyltransferase） 重组修复（recombinational repair） SOS修复（SOS response）,一、错配修复（mismatch repair） 在含有错配碱基的DNA分子中，使正常核苷酸序列恢复的修复方式。1、大致环节 （1）识别错配的碱基对；（2）对错配的一对碱基要能准确区别哪一个是 错的，哪一个是对的 （母链的甲基化GA * TC）（3）切除错误的碱基，并进行修复合成。 （保存母链，修正子链）,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,CH3,mutL, mutS, mutH, ATP,Exonuclea
6、se, mutL, mutS, Helicase, ATP,DNA polymerase III, SSB, DNA ligase,Methyl transferase,错配修复（mismatch repair）,2、具体过程（1）发现碱基错配（2）MutS、MutL与碱基错配位点的DNA双链结合（3）MutH切开非甲基化的子链（4）DNA外切酶切除一段DNA（包括错误碱基）（5）DNA聚合酶III、DNA连接酶补齐缺口（6）新合成链甲基化,二、切除修复（excision repair） 在一系列酶的作用下，细胞可将DNA分子中受损伤的部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成切去的部分，然后
7、使DNA结构恢复正常。（一）简介1、切除DNA的损伤：紫外线、电离辐射、化学诱变剂（甲基磺酸甲酯，可使G的7位氮原子烷基化，造成脱嘌呤作用）、 DNA复制中碱基错误掺入等。2、参与的酶：特异性核酸内切酶、外切酶、聚合酶和 连接酶。,3、类型：（1）核苷酸切除修复 （nucleotide excision repair, NER） -UvrABC修复 （2）碱基切除修复（base excision repair, BER） -由糖基化酶起始作用的切除修复,5,5,3,3,5,3,5,3,5,3,UvrABC,Pol I (或和）,DNA连接酶,1、核苷酸切除修复（NER）,5,5,3,3,（二）
8、切除修复的机制,1、核苷酸切除修复（NER） -UvrABC修复（1）UvrA识别损伤位点并与UvrB结合（2）UvrA释放，UvrB与UvrC结合（3）UvrB、UvrC复合物在损伤位点两侧切割（4）UvrD将此区解旋（5）DNA聚合酶、DNA连接酶填充缺口,A human DNA repair defect: Xeroderma pigmentosum (着色性干皮病),Multiple skin cancers due to unrepaired UV damage to DNA,碱基切除修复（BER） -糖基化酶修复（1）糖基化酶切断糖苷键， 释放出损伤碱基， 产生AP位点（2）AP内
9、切酶在AP位点切 开磷酸二酯键（3）外切酶进一步切割（4）DNA聚合酶、DNA连接 酶填充缺口,5,3,B,*,5,3,AP site,DNA glycosylase,5,3,AP内切核酸酶,5,3,5,5,3,3,进一步酶切,Pol ,2、碱基切除修复（BER）,三、直接修复（一）光复活（photoreactivation） 可见光（300600nm）/光解酶（PR酶） 机理：可见光激活光复活酶，分解因紫外 线导致DNA分子上形成的嘧啶二聚体。,T-T,（二）烷基转移酶修复（alkyltransferase） O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶 特点： （1）去除 O6-甲基鸟嘌呤的甲基 （2）只能
10、用一次,四、重组修复（Recombination repairing） 通过从另一双链中获得同源单链来修补双链DNA一条链上缺口的模式。,复制时遇到一个未修复的DNA 损伤（DNA分子的损伤 面较大，还来不及修复完善就进行复制 ） 跳过该损伤并重新起始复制 留下一个子链缺口,Recombination repairing,RecA,DNA pol、ligase,(重组修复),A,B,A,B,过程受损伤的DNA链复制时，产生的子代DNA在损伤的对应部位出现缺口。完整的另一条母链DNA与有缺口的子链DNA进行重组交换，将母链DNA上相应的片段填补子链缺口处，而母链DNA出现缺口。以另一条子链DNA
11、为模板，经DNA聚合酶催化合成一新DNA片段填补母链DNA的缺口，最后由DNA连接酶连接，完成修补。使损伤限制在原来的链上，不至影响新合成的DNA,五、SOS修复（SOS response）五 一种能够引起误差的紧急修复，是在无模板 DNA情况下诱导产生的修复作用。 特点：1、DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种 DNA修复方式2、修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，故又称为错误倾向修复（error-prone repair），使细胞有较高的突变率。,名词解释：自发突变、诱发突变、光复活、重组修复、SOS修复简答题：1、简述错配修复的机制2、简述切除修复的机制,Question,
