分子生物学第五六章的损伤修复基因突变重组与转座.ppt

优选）分子生物学第五六章的损伤修复基因突变重组与转座1页，共88页，星期二nDNA损伤是指在生物体生命过程中损伤是指在生物体生命过程中DNA双螺旋结构发双螺旋结构发生的任何改变生的任何改变 主要分为两种：主要分为两种：n单个碱基改变单个碱基改变n双螺旋结构的异常扭曲（链内双螺旋结构的异常扭曲（链内T二聚体、单链缺口、凸起等）二聚体、单链缺口、凸起等）2页，共88页，星期二引起DNA损伤的因素很多，包括：nDNA分子自发性损伤n物理因素损伤n化学因素损伤3页，共88页，星期二 DNA复制过程中的损伤指碱基配对时产生的误差经过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聚合酶等综合校对因素作用后仍未被校正的DNA的的损伤 如：大肠杆菌如：大肠杆菌DNA复制无复制无DNA聚合酶校正时错配率为聚合酶校正时错配率为10-1 10-2，识别校正后校正后为10-5 10-6，再，再经过其他因素，其他因素，错配率达到配率达到10-10 这类损伤主要包括主要包括5种因素种因素5.1.1 DNA分子自发性损伤分子自发性损伤4页，共88页，星期二 指碱基发生烯醇式指碱基发生烯醇式-酮式结构互变时，氢原子位置的可逆变化，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。

误 如：如：A、C 或或G、T错配错配 互变异构移位互变异构移位5页，共88页，星期二 主要指胞嘧啶主要指胞嘧啶C、A和和G分子结构中都含有环外氨基，氨基分子结构中都含有环外氨基，氨基有时会自动脱落，使得有时会自动脱落，使得C变为变为U，A变为变为I，G变为变为X，当，当DNA复制时，会在链中产生错误导致损伤复制时，会在链中产生错误导致损伤 AIC(非非T) 下一轮下一轮CG 导致导致ATGC 引起突变引起突变 CU A(非非G) 下一轮下一轮AT 导致导致GCAT 引起突变引起突变 亚硝酸盐、羟胺诱变剂亚硝酸盐、羟胺诱变剂脱氨试剂脱氨试剂6页，共88页，星期二 DNA复制时，复制时， 无论模板还是新生链都会发生碱无论模板还是新生链都会发生碱基的环出现象，即基的环出现象，即DNA聚合酶发生聚合酶发生“打滑打滑”，引起，引起一个或数个碱基的插入或缺失尤其是模板上有几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个相同的碱基情况DNA聚合酶的聚合酶的“打滑打滑”7页，共88页，星期二 细胞的氧化代谢产生的氧自由基活性很高，细胞的氧化代谢产生的氧自由基活性很高，DNA碱基至碱基至少会遭受到少会遭受到20种氧化损伤。

种氧化损伤 活性氧为氧分子电子数大于活性氧为氧分子电子数大于O2的的O2 - 可与可与 C、A配对，配对，DNA聚合酶不能矫正其错误，造成聚合酶不能矫正其错误，造成GCTA颠换，这种损颠换，这种损伤可以积累伤可以积累 活性氧引起的诱变活性氧引起的诱变8页，共88页，星期二 DNA分子在生理条件下可通过自发性水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骨架上脱落下来哺乳动物每个细胞每20 h脱去的嘌呤碱和嘧啶碱数分别平均脱去的嘌呤碱和嘧啶碱数分别平均为为1000个和个和500个碱基丢失碱基丢失9页，共88页，星期二 紫外线紫外线(UV)照射引起的照射引起的DNA损伤主要是损伤主要是同一条链内相邻同一条链内相邻2个嘧啶形成嘧啶二聚体，个嘧啶形成嘧啶二聚体，阻碍阻碍DNA的复制和转录的复制和转录 A T T C G A G T T A G C T A A G C T C A A T C G 因此人皮肤照射紫外线，伤害很大，致癌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物理因素引起的损伤10页，共88页，星期二。

电离辐射引起电离辐射引起DNA损伤损伤n直接引起DNA理化性质改变n细胞水分解离，产生氧自由基诱变碱基改变n最终能引起DNA链断裂及DNA链间交联，DNA-蛋白交联等11页，共88页，星期二 烷化剂对烷化剂对DNA的损伤的损伤 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心作用当烷化剂和DNA作用时，可以将烷基加到核酸的碱作用时，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结果是形成链内或链间交联 6.1.3 化学因素引起的损伤化学因素引起的损伤12页，共88页，星期二n碱基类似物对碱基类似物对DNA 的损伤的损伤 是一类结构与碱基相似的人工化合物，是一类结构与碱基相似的人工化合物，5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU）与）与U结构类似，酮式能与结构类似，酮式能与A配对，烯醇式能与配对，烯醇式能与G配配对结果引起对结果引起A-T-G-C转变13页，共88页，星期二 DNA修复是生物体细胞在长期进化中形成的一种保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护功能，在遗传信息传递的稳定性方面具有重要作用。

用5.2 DNA 的修复的修复14页，共88页，星期二n直接修复直接修复n切除修复切除修复n错配修复错配修复n重组修复重组修复n易错修复和易错修复和SOS应急反应应急反应细胞细胞DNA损伤的修复系统主要有：损伤的修复系统主要有：15页，共88页，星期二直接修复直接修复n包括光复活修复、包括光复活修复、 06-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶修甲基转移酶修复、单链断裂修复复、单链断裂修复n在在DNA光解酶光解酶(Photolyase)的作用下把在光下或经紫外光照射形成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的环丁烷胸腺嘧啶二体及6-4光化物光化物(6-4photoproduct)还原成为还原成为单体的过程单体的过程n生物体内还广泛存在着使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，甲基鸟嘌呤脱甲基化的甲基转移酶，以防止形成以防止形成G-T配对nDNA单链断裂可以通过重接（单链断裂可以通过重接（DNA连接酶），直接修复连接酶），直接修复16页，共88页，星期二17页，共88页，星期二18页，共88页，星期二切除修复切除修复 包括碱基切除修复和核苷酸片段切除修复 碱基切除修复：碱基切除修复：n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-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（AP位点）。

nDNA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19页，共88页，星期二20页，共88页，星期二 核苷酸片段切除修复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(nucleo tide-excision repair)系统负责修复21页，共88页，星期二n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1213个核苷酸(原核生物)或2729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(原核)或(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22页，共88页，星期二23页，共88页，星期二错配修复错配修复n错配修复可以将错配修复可以将DNA子链中的错配几乎完全能被修复子链中的错配几乎完全能被修复n该系统识别母链靠该系统识别母链靠Dam甲基化酶，它能使位于甲基化酶，它能使位于5GATC序列中序列中A的的N6位甲基化。

一旦复制叉通过复制起始位点，位甲基化一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会在开始母链就会在开始DNA合成前的一小点时间（几秒钟至几分合成前的一小点时间（几秒钟至几分钟）内被甲基化钟）内被甲基化24页，共88页，星期二n此后，只要两条此后，只要两条DNA链上碱基配对出现错误，错链上碱基配对出现错误，错配修复系统就会根据配修复系统就会根据“保存母链，修正子链保存母链，修正子链”的原的原则，找出错误碱基所在的则，找出错误碱基所在的DNA链，并在对应于母链，并在对应于母链甲基化腺苷酸上游链甲基化腺苷酸上游G的的5位置切开子链位置切开子链25页，共88页，星期二26页，共88页，星期二27页，共88页，星期二 切除修复发生在下一轮DNA修复前，又称复制前修复机体细胞对在复制起始时尚未修复的DNA损伤部位可以先复制再修复，这种方式称为重组修复这个过程发生在复制后，又称复制后修复重组修复重组修复28页，共88页，星期二复制复制重组重组再合成再合成29页，共88页，星期二n重组修复机制的缺陷，有可能导致肿瘤发重组修复机制的缺陷，有可能导致肿瘤发生已经发现，妇女生已经发现，妇女Brca 1和和Brca 2两个两个基因如果有缺陷，发生乳腺癌的概率为基因如果有缺陷，发生乳腺癌的概率为80%。

这两个蛋白质参与重组修复这两个蛋白质参与重组修复 30页，共88页，星期二n错配修复、直接修复、切除修复和重组修复错配修复、直接修复、切除修复和重组修复都能够识别都能够识别DNA的损伤部位或错配碱基而加的损伤部位或错配碱基而加以消除，在这些修复过程中不引入错误碱基，以消除，在这些修复过程中不引入错误碱基，属于属于避免差错的修复避免差错的修复易错修复和易错修复和SOS应急反应应急反应31页，共88页，星期二n当无法为修复提供正确模板时，如模板链损伤、双链断裂、双链交联等，正常复制受阻，导致易错修复n许多能造成DNA损伤或抑制DNA复制的过程能引起一系列复杂的诱导效应，这种效应称为应急反应(SOS response)SOS包括诱导DNA损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶源性细菌释放噬菌体等，细胞癌变也与SOS反应有关32页，共88页，星期二nSOS反应是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施nSOS反应诱导的修复系统包括：避免差错的修复（error free repair）和易产生差错的修复（error prone repair）两类33页，共88页，星期二。

n由于SOS反应还能诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，所以在DNA链的损伤部位即使出现不配对碱基，复制也能继续进行，以保证细胞的存活，叫易产差错的修复34页，共88页，星期二nSOS反应广泛存在于原核和真核生物，它是生物体在不利环境中求得生存的一种基本功能nSOS反应意义： DNA的修复； 导致变异35页，共88页，星期二作为遗传物质的作为遗传物质的DNA有三个主要功能：有三个主要功能：通过复制将遗传物质由亲代传给子代；通过复制将遗传物质由亲代传给子代；通过转录使遗传信息在子代得以表达；通过转录使遗传信息在子代得以表达；通过变异在自然过程中获得新的遗传信息通过变异在自然过程中获得新的遗传信息n5.3 基因突变基因突变36页，共88页，星期二n基因突变(mutation)：是在基因发生可遗传的结构和数量的变化，通常产生一定的表型n广义的突变包括染色体畸变和基因突变遗传重组也导致可遗传的变异，因此，染色体畸变、基因突变、遗传重组是可遗传变异的基础37页，共88页，星期二1、碱基对置换：指DNA错配对碱基在复制后被固定下来，由原来的一个碱基对被另一个碱基对所取代，又称为点突变碱基对置换有转换和颠换两种。

2、插入突变：指在基因的序列中插入了一个碱基或一段外来DNA导致的突变包括同义突变、错义突变和无义突变基因突变的类型基因突变的类型。