DNA的損傷和修復(fù)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1DNA的損傷和修復(fù)的損傷和修復(fù)DNA 的損傷和修復(fù)的損傷和修復(fù)Mutagen (誘變劑）誘變劑）完全修復(fù)完全修復(fù)DNA 損傷損傷堿基的化學(xué)反應(yīng)堿基的化學(xué)反應(yīng)損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)不能有效修復(fù)不能有效修復(fù)不完全修復(fù)不完全修復(fù)凋亡畸變回復(fù)正常2第1頁(yè)/共53頁(yè)3第2頁(yè)/共53頁(yè)一、DNA損傷的因素及其機(jī)制4第3頁(yè)/共53頁(yè)返回目錄返回目錄返回主頁(yè)返回主頁(yè)5第4頁(yè)/共53頁(yè)6第5頁(yè)/共53頁(yè)7第6頁(yè)/共53頁(yè)8第7頁(yè)/共53頁(yè)1、堿基類似物（堿基類似物（Base analog）2-氨基嘌呤氨基嘌呤2-Amino purine5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶5-Bromine Uracil OO BrNH2

2、是指與DNA正常堿基結(jié)構(gòu)類似的化合物,在DNA復(fù)制時(shí)摻入并與互補(bǔ)鏈上堿基配對(duì),從而引起堿基對(duì)的置換.9第8頁(yè)/共53頁(yè)5-BrU: G: A 烯醇式烯醇式enolenolBrOHHOBr 酮式酮式KetoKetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU的滲入AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二輪復(fù)制ATGC 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT第一輪復(fù)制酮式到稀醇式的轉(zhuǎn)變烯醇式滲入為烯醇式滲入為 GCAT 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變10第9頁(yè)/共53頁(yè) 2、 堿基的化學(xué)修飾劑堿基

3、的化學(xué)修飾劑又稱化學(xué)突變劑：指對(duì)又稱化學(xué)突變劑：指對(duì)DNADNA鏈中的堿基的修飾鏈中的堿基的修飾, ,改變其配對(duì)性改變其配對(duì)性質(zhì)質(zhì), ,進(jìn)而改變進(jìn)而改變DNADNA結(jié)構(gòu)的化合物結(jié)構(gòu)的化合物. . 亞硝酸（亞硝酸（nitrous acid HNOnitrous acid HNO2 2） 羥氨（羥氨（hydroxylamine HAhydroxylamine HA） 甲磺酸乙酯（甲磺酸乙酯（ethyl mathanesulfonate EMSethyl mathanesulfonate EMS） N-N-甲基甲基-N-N- -硝基硝基-N-N-亞硝基胍亞硝基胍 （N-mathyl-NN-mathy

4、l-N-nitro-N-nitrosoguanidion NNG-nitro-N-nitrosoguanidion NNG）11第10頁(yè)/共53頁(yè) （a）亞硝酸修飾G、C、A；（b）羥基修飾C；（c）甲基磺酸乙酯修飾T（引自Russell,1992）. 12第11頁(yè)/共53頁(yè)3 3、嵌入染料對(duì)、嵌入染料對(duì)DNADNA的損傷作用的損傷作用吖啶橙吖啶橙 (Acridine Orange (Acridine Orange AO) ) 扁平染料分子扁平染料分子溴化乙錠溴化乙錠 (Ethidium Bromide (Ethidium Bromide EB ) )-ATTTTTCG -TAAAAAGC-A

5、 TTTCG -T AAAGC-TAO T-AT EB TTTTCG-TA分子插入分子插入AOEB-ATTTCG -TAAAGC-ATXTTTTCG-TAX AAAAGC-XAAAAGC-結(jié)果產(chǎn)生移框突變結(jié)果產(chǎn)生移框突變13第12頁(yè)/共53頁(yè)14第13頁(yè)/共53頁(yè)15第14頁(yè)/共53頁(yè)16第15頁(yè)/共53頁(yè) DNA分子上的堿基錯(cuò)配稱點(diǎn)突變(point mutation)。發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 1. 轉(zhuǎn)換發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。 2. 顛換（二）錯(cuò)配（二）錯(cuò)配17第16頁(yè)/共53頁(yè)鐮形紅細(xì)胞貧血病人鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb (HbS)

6、亞基亞基N-val his leu thr pro val glu C 肽鏈肽鏈CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA)亞基亞基N-val his leu thr pro glu glu C 肽鏈肽鏈CTC GAG基因基因18第17頁(yè)/共53頁(yè)19第18頁(yè)/共53頁(yè)20第19頁(yè)/共53頁(yè)21第20頁(yè)/共53頁(yè)22第21頁(yè)/共53頁(yè)1）、酶學(xué)光復(fù)活（）、酶學(xué)光復(fù)活（photo reactivation ）-TT-AA- PR PR-TT-AA-TT-AA-可見(jiàn)光激活可見(jiàn)光激活識(shí)別-TT-AA-釋放23第22頁(yè)/共53頁(yè)烷基化堿基可以直接修復(fù)24第23頁(yè)/共53頁(yè)嘌呤插入酶嘌呤插入酶

7、K+25第24頁(yè)/共53頁(yè)26第25頁(yè)/共53頁(yè)27第26頁(yè)/共53頁(yè)酶和蛋白質(zhì)酶和蛋白質(zhì)DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA連接酶連接酶(二)、切除修復(fù)按照產(chǎn)物的不同可以分：堿基切除修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)28第27頁(yè)/共53頁(yè)29第28頁(yè)/共53頁(yè)30第29頁(yè)/共53頁(yè)31第30頁(yè)/共53頁(yè)32第31頁(yè)/共53頁(yè)2）. 核苷酸切除33第32頁(yè)/共53頁(yè)34第33頁(yè)/共53頁(yè)35第34頁(yè)/共53頁(yè)（三） 重組修復(fù)36第35頁(yè)/共53頁(yè) 重組修復(fù)重組修復(fù) ( (鏈轉(zhuǎn)移修復(fù)鏈轉(zhuǎn)移修復(fù)) ) 復(fù)制后修復(fù)復(fù)制后修復(fù) 容易出錯(cuò)容易出錯(cuò) RecA, DNApolymerae ligase二聚體后起始二聚體后

8、起始 RecA 聚合酶、連接酶聚合酶、連接酶重組修復(fù)后的損傷位點(diǎn)可重組修復(fù)后的損傷位點(diǎn)可由其它機(jī)制進(jìn)一步修復(fù)由其它機(jī)制進(jìn)一步修復(fù)37第36頁(yè)/共53頁(yè)DNA mismatch+ - A- -C-DNApol (= 10-8)經(jīng)第二次校正經(jīng)第二次校正= 10-11錯(cuò)配修復(fù)系錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)統(tǒng)(MRSMismatch RepairSystem)錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù):堿基切除修復(fù)的一種特殊形式堿基切除修復(fù)的一種特殊形式. 使復(fù)制的保真性提高使復(fù)制的保真性提高102103倍倍（四）、錯(cuò)配修復(fù)38第37頁(yè)/共53頁(yè)錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)（錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)（Mismatch repair system）DNA polymera

9、seHelicase SSB 外切核酸酶外切核酸酶 (和和) 連接酶連接酶MCE (mismatch correct enzyme) 3 subunits mutH, L, S 掃描新生鏈中錯(cuò)配堿基掃描新生鏈中錯(cuò)配堿基識(shí)別新生鏈中非識(shí)別新生鏈中非 m6A 的的GATC序列序列酶切含錯(cuò)配堿基的新生酶切含錯(cuò)配堿基的新生DNA區(qū)段區(qū)段 （1 1）組成）組成39第38頁(yè)/共53頁(yè) DNADNA合成過(guò)程中的甲基化變化合成過(guò)程中的甲基化變化DNA中的中的GATC(palindromic seq.)為為m6A甲基化敏感位點(diǎn)甲基化敏感位點(diǎn)平均每平均每2kb左右有一左右有一GATC seq.錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)受甲基化

10、的引導(dǎo)錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)受甲基化的引導(dǎo)40第39頁(yè)/共53頁(yè) 甲基化程度的差異甲基化程度的差異a、MutH/MutS 掃描識(shí)別錯(cuò)配掃描識(shí)別錯(cuò)配 堿基和鄰近的堿基和鄰近的GATC序列序列 切點(diǎn)甲基化切點(diǎn)甲基化GATC中中 G的的5側(cè)側(cè) DNA helicase II, SSB, exonuclease I去除包括錯(cuò)去除包括錯(cuò) 配堿基的片段配堿基的片段 DNA polymerase III 和和 DNA ligase 填充缺口填充缺口昂貴的代價(jià)用于保證昂貴的代價(jià)用于保證DNADNA的準(zhǔn)確性的準(zhǔn)確性（2 2） 修復(fù)過(guò)程修復(fù)過(guò)程 41第40頁(yè)/共53頁(yè)（五）（五）. . 易錯(cuò)修復(fù)（易錯(cuò)修復(fù)（SOSSOS修復(fù)

11、修復(fù) SOS repairSOS repair） “SOS”是國(guó)際上通用的緊急呼救信號(hào)。SOS修復(fù)是指DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯(cuò)誤較多，故又稱為錯(cuò)誤傾向修復(fù)(errorprone repair)，使細(xì)胞有較高的突變率。 此系統(tǒng)由十幾個(gè)修復(fù)蛋白組成。調(diào)控蛋白LexA參與此系統(tǒng)的啟動(dòng)。42第41頁(yè)/共53頁(yè)（2） SOS 修復(fù)機(jī)制修復(fù)機(jī)制 SOS 修復(fù)無(wú)模板指導(dǎo)的修復(fù)無(wú)模板指導(dǎo)的DNA復(fù)制復(fù)制 大劑量的紫外線照射，大量的二聚體產(chǎn)生大劑量的紫外線照射，大量的二聚體產(chǎn)生 SOS系統(tǒng)誘導(dǎo)，錯(cuò)誤潛伏的復(fù)系

12、統(tǒng)誘導(dǎo)，錯(cuò)誤潛伏的復(fù)制超越二聚體而進(jìn)行制超越二聚體而進(jìn)行錯(cuò)誤堿基錯(cuò)誤堿基43第42頁(yè)/共53頁(yè) SOS 修復(fù)只是修復(fù)只是SOS反應(yīng)的一部分反應(yīng)的一部分 RecA在在SOS反應(yīng)反應(yīng)反應(yīng)中起核心作用反應(yīng)中起核心作用 RecA與與LexA組成調(diào)組成調(diào)控環(huán)路控環(huán)路DNA 損傷損傷 SOS RecA RecA受受LexALexA的的部分抑制部分抑制44第43頁(yè)/共53頁(yè)RecA-P; 三種功能三種功能a、 DNA 重組活性重組活性b、 與與S.S. DNA結(jié)合活性結(jié)合活性c、 少數(shù)蛋白的少數(shù)蛋白的proteinase活性活性當(dāng)當(dāng)DNA正常復(fù)制時(shí)正常復(fù)制時(shí)（無(wú)復(fù)制受阻，無(wú)（無(wú)復(fù)制受阻，無(wú)DNA損傷，損傷， 無(wú)無(wú)TT dimer） RecA-p不表現(xiàn)不表現(xiàn)proteinase活性活性45第44頁(yè)/共53頁(yè)當(dāng)當(dāng)DNA復(fù)制受阻復(fù)制受阻/ DNA damaged細(xì)胞內(nèi)原少量表達(dá)的細(xì)胞內(nèi)原少量表達(dá)的RecA-p與與S.S, DNA結(jié)合結(jié)合激活激活RecA-p的的proteinase活性活性修復(fù)損修復(fù)損傷傷LexA-p降解降解RecA-p高效表達(dá)高效表達(dá) SOS open46第45頁(yè)/共53頁(yè)當(dāng)當(dāng)DNA復(fù)制度過(guò)難關(guān)后復(fù)制度過(guò)難關(guān)后SOS repair 是一種錯(cuò)誤傾向性極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制是一種錯(cuò)誤傾向性極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制是進(jìn)化中形成的是進(jìn)化中形成的“ 竭盡全力，治病救人竭盡全力