生物學(xué)DNA的損傷修復(fù)與基因突變

1、會(huì)計(jì)學(xué)1生物學(xué)生物學(xué)DNA的損傷修復(fù)與基因突變的損傷修復(fù)與基因突變（一）堿（一）堿 基基1.嘧啶堿嘧啶堿2.嘌呤堿嘌呤堿嘧啶胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶嘌呤腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤第一節(jié)第一節(jié) DNA損傷損傷lDNA損傷指在生物體生命過(guò)程中損傷指在生物體生命過(guò)程中DNA雙螺雙螺旋解構(gòu)發(fā)生的任何改變。旋解構(gòu)發(fā)生的任何改變。l單個(gè)堿基的改變：?jiǎn)蝹€(gè)堿基的改變：l雙螺旋結(jié)構(gòu)的異常扭曲：雙螺旋結(jié)構(gòu)的異常扭曲：電離輻射電離輻射氧自氧自由基由基H+烷化劑烷化劑復(fù)制錯(cuò)誤復(fù)制錯(cuò)誤核苷類(lèi)似物核苷類(lèi)似物一、一、DNA分子的自發(fā)性損傷分子的自發(fā)性損傷堿基配對(duì)產(chǎn)生的誤差，經(jīng)過(guò)堿基配對(duì)產(chǎn)生的誤差，經(jīng)過(guò)DNA聚合酶校正和單聚合酶校正和單鏈結(jié)合

2、蛋白等綜合因素作用下仍然出現(xiàn)的損傷。鏈結(jié)合蛋白等綜合因素作用下仍然出現(xiàn)的損傷?；プ儺悩?gòu)互變異構(gòu)脫氨試劑脫氨試劑DNA聚合酶的打滑聚合酶的打滑活性氧引起的誘變活性氧引起的誘變堿基丟失堿基丟失1、互變異構(gòu)、互變異構(gòu)4種堿基各自的異構(gòu)體間都可自發(fā)地互變（烯醇式與種堿基各自的異構(gòu)體間都可自發(fā)地互變（烯醇式與酮式間的互變），這會(huì)使堿基間發(fā)生錯(cuò)配，使酮式間的互變），這會(huì)使堿基間發(fā)生錯(cuò)配，使A-C、T-G等。等。2、脫氨試劑、脫氨試劑堿基的環(huán)外堿基的環(huán)外-NH2有時(shí)會(huì)自發(fā)脫落，使有時(shí)會(huì)自發(fā)脫落，使CU、A次黃次黃嘌呤（嘌呤（I）、）、G黃嘌呤（黃嘌呤（X）等，）等，DNA復(fù)制時(shí)，復(fù)制時(shí)，U-A、I-X、I-

3、C配對(duì)，導(dǎo)致子代配對(duì)，導(dǎo)致子代DNA序列錯(cuò)誤。序列錯(cuò)誤。 5-甲基胞嘧啶脫氨基產(chǎn)生甲基胞嘧啶脫氨基產(chǎn)生T（引起引起C-GT-A），而），而C脫氨脫氨基產(chǎn)生基產(chǎn)生U（它通常被移出或（它通常被移出或被被C代替）。代替）。 3、DNA聚合酶的打滑聚合酶的打滑4、活性氧引起的誘變、活性氧引起的誘變細(xì)胞代謝副產(chǎn)物細(xì)胞代謝副產(chǎn)物O-2-、H2O2等會(huì)造成堿基損傷，產(chǎn)生胸等會(huì)造成堿基損傷，產(chǎn)生胸腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等堿基修飾物，引起堿基腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等堿基修飾物，引起堿基配對(duì)錯(cuò)誤。配對(duì)錯(cuò)誤。 5、堿基丟失、堿基丟失二、物理因素引起的二、物理因素引起的DNA損傷損傷1、紫外線輻射、紫外線輻射

4、NNOOCH3RPNNOOCH3RNNOOCH3RPNNORUVOCH3胸嘧啶二聚體( T T )2、電離輻射、電離輻射 產(chǎn)生產(chǎn)生 OH自由基，導(dǎo)致自由基，導(dǎo)致堿基堿基變化變化 脫氧核糖脫氧核糖分解分解 DNA鏈鏈斷裂斷裂 DNA鏈、蛋白質(zhì)的鏈、蛋白質(zhì)的交聯(lián)交聯(lián)三、化學(xué)因素引起的三、化學(xué)因素引起的DNA損傷損傷1、烷化劑、烷化劑胞嘧啶胞嘧啶(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)腺嘌呤腺嘌呤(A)鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤(G)烷基化烷基化2、堿基類(lèi)似物、堿基類(lèi)似物5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU）、）、5-氟尿嘧啶（氟尿嘧啶（5-FU）、）、2-氨基氨基腺嘌呤（腺嘌呤（2-AP）等。它們的結(jié)構(gòu)與堿基相似，進(jìn)入細(xì)）等。

5、它們的結(jié)構(gòu)與堿基相似，進(jìn)入細(xì)胞能替代正常的堿基參入到胞能替代正常的堿基參入到DNA鏈中而干擾鏈中而干擾DNA復(fù)制復(fù)制合成。合成。3、黃曲霉素等、黃曲霉素等黃曲霉素黃曲霉素B吖啶結(jié)構(gòu)骨架吖啶結(jié)構(gòu)骨架溴化乙錠溴化乙錠(Ethidium bromide ,EB)4、亞硝酸鹽、亞硝酸鹽DNADNA損傷的后果損傷的后果信號(hào)傳導(dǎo)異常信號(hào)傳導(dǎo)異常老化老化腫瘤腫瘤疾病疾病異常增生和代謝異常增生和代謝生理功能紊亂生理功能紊亂細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡細(xì)胞增殖減少細(xì)胞增殖減少基因表達(dá)異?；虮磉_(dá)異?；蚪M不穩(wěn)定基因組不穩(wěn)定第二節(jié)第二節(jié) DNA的修復(fù)的修復(fù)1 光修復(fù)光修復(fù) 2、O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤甲基鳥(niǎo)嘌呤-DN甲基轉(zhuǎn)移酶修復(fù)甲

6、基轉(zhuǎn)移酶修復(fù)O6-methylguanine-DNA methyltransferase，MGMT O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤甲基鳥(niǎo)嘌呤3、切除修復(fù)、切除修復(fù)(excision repair)對(duì)多種對(duì)多種DNA損傷包括堿基脫落形成的無(wú)堿基位點(diǎn)、嘧損傷包括堿基脫落形成的無(wú)堿基位點(diǎn)、嘧啶二聚體、堿基烷基化、單鏈斷裂等都能起修復(fù)作用啶二聚體、堿基烷基化、單鏈斷裂等都能起修復(fù)作用。 切除切除(Excision)：一種：一種53外外切核酸酶除去一段損傷的鏈。切核酸酶除去一段損傷的鏈。切割切割(Incision)：一種內(nèi)切核：一種內(nèi)切核酸酶識(shí)別損傷結(jié)構(gòu)并在損傷的酸酶識(shí)別損傷結(jié)構(gòu)并在損傷的兩端切割兩端切割DNA鏈。鏈

7、。DNA連接酶把新鏈的連接酶把新鏈的3端和端和舊鏈連接起來(lái)。舊鏈連接起來(lái)。合成合成(Synthesis):產(chǎn)生的單鏈作產(chǎn)生的單鏈作為一種為一種DNA聚合酶的模板合成被聚合酶的模板合成被切除序列的替代鏈。切除序列的替代鏈。長(zhǎng)程修復(fù)長(zhǎng)程修復(fù)(long-patch repair) 極短程修復(fù)極短程修復(fù)(Very short patch repair, VSP)短程修復(fù)短程修復(fù)(Short-patch repair)Uvr系統(tǒng)參與的長(zhǎng)片段切除修復(fù)系統(tǒng)參與的長(zhǎng)片段切除修復(fù)4 、錯(cuò)配修復(fù)、錯(cuò)配修復(fù) 錯(cuò)配修復(fù)是以模板鏈的信息來(lái)糾正錯(cuò)配修復(fù)是以模板鏈的信息來(lái)糾正新合成鏈錯(cuò)配堿基的一種修復(fù)方式。新合成鏈錯(cuò)配堿基

8、的一種修復(fù)方式。N6-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤5、重組修復(fù)、重組修復(fù)在沒(méi)有互補(bǔ)鏈可直接利用時(shí)，如在在沒(méi)有互補(bǔ)鏈可直接利用時(shí)，如在DNA復(fù)制進(jìn)行時(shí)復(fù)制進(jìn)行時(shí)發(fā)生發(fā)生DNA損傷，此時(shí)損傷，此時(shí)DNA兩條鏈已經(jīng)分開(kāi)，修復(fù)可兩條鏈已經(jīng)分開(kāi)，修復(fù)可用用DNA重組方式。重組方式。 6、SOS修復(fù)修復(fù) SOS修復(fù)是修復(fù)是DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)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)果只是能維修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，但留下的錯(cuò)誤較多，又稱(chēng)為錯(cuò)持基因組的完整性，但留下的錯(cuò)誤較多，又稱(chēng)為錯(cuò)誤傾向修復(fù)（誤傾向修復(fù)（error-prone repa

9、ir），使細(xì)胞有較高），使細(xì)胞有較高的突變率的突變率 。RecA 的三種功能的三種功能a、 DNA 重組活性重組活性b、 與與ssDNA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不表現(xiàn)不表現(xiàn)proteinase活性活性當(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與與SSDNA結(jié)合結(jié)合修復(fù)損傷修復(fù)損傷LexA降解降解RecA高效表達(dá)高效表達(dá) SOS open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RecA很

10、快消失很快消失LexA gene onSOS off第三節(jié)第三節(jié) 基因突變基因突變 (一一)點(diǎn)突變點(diǎn)突變 (point mutation)指指DNA分子上一個(gè)堿基的變異（置換）分子上一個(gè)堿基的變異（置換）1. 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 (transition)：發(fā)生在同型堿基之間的置換發(fā)生在同型堿基之間的置換 2. 顛換顛換 (transversion)：發(fā)生在異型堿基之間的置換發(fā)生在異型堿基之間的置換AGTC轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換顛換顛換 HbSHbA 基因模板鏈基因模板鏈CACCTC mRNA mRNAGUGGAG 肽鏈第肽鏈第6 6位氨基酸位氨基酸ValGlu鐮形紅細(xì)胞貧血病人的鐮形紅細(xì)胞貧血病人的Hb (HbS)H

11、b (HbS)與正常成人的與正常成人的Hb (HbA)Hb (HbA)比較比較 (二二)缺失缺失(deletion)和插入和插入(insertion)1. 缺失：缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從 DNA大分子上消失大分子上消失2. 插入：插入： DNA大分子上多了一個(gè)堿大分子上多了一個(gè)堿 基或一段核苷酸鏈基或一段核苷酸鏈 (三三)框移突變框移突變 (frame-shift mutation):缺失和插入引起的三聯(lián)體密碼的閱讀方缺失和插入引起的三聯(lián)體密碼的閱讀方 式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改 變。變。正常正常5 GCA GUA

12、 CAU GUC 丙丙 纈纈 組組 纈纈 缺失缺失C 5 GAG UAC AUG UC 谷谷 酪酪 蛋蛋 絲絲DNA TAC TAA, AAG TAC TAT TAC TCCRNA UAC UAA UAG UAC UAU UAC UCCAA Tyr Och Amb Tyr Tyr Tyr Ser無(wú)義突變無(wú)義突變錯(cuò)義突變錯(cuò)義突變同義突變同義突變（一）堿（一）堿 基基1.嘧啶堿嘧啶堿2.嘌呤堿嘌呤堿嘧啶胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶嘌呤腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤第一節(jié)第一節(jié) DNA損傷損傷lDNA損傷指在生物體生命過(guò)程中損傷指在生物體生命過(guò)程中DNA雙螺雙螺旋解構(gòu)發(fā)生的任何改變。旋解構(gòu)發(fā)生的任何改變。l單個(gè)堿基的改變：?jiǎn)?/p>

13、個(gè)堿基的改變：l雙螺旋結(jié)構(gòu)的異常扭曲：雙螺旋結(jié)構(gòu)的異常扭曲：1、互變異構(gòu)、互變異構(gòu)4種堿基各自的異構(gòu)體間都可自發(fā)地互變（烯醇式與種堿基各自的異構(gòu)體間都可自發(fā)地互變（烯醇式與酮式間的互變），這會(huì)使堿基間發(fā)生錯(cuò)配，使酮式間的互變），這會(huì)使堿基間發(fā)生錯(cuò)配，使A-C、T-G等。等。2、脫氨試劑、脫氨試劑堿基的環(huán)外堿基的環(huán)外-NH2有時(shí)會(huì)自發(fā)脫落，使有時(shí)會(huì)自發(fā)脫落，使CU、A次黃次黃嘌呤（嘌呤（I）、）、G黃嘌呤（黃嘌呤（X）等，）等，DNA復(fù)制時(shí)，復(fù)制時(shí)，U-A、I-X、I-C配對(duì)，導(dǎo)致子代配對(duì)，導(dǎo)致子代DNA序列錯(cuò)誤。序列錯(cuò)誤。 2、堿基類(lèi)似物、堿基類(lèi)似物5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU）、）、5-氟尿嘧啶（氟尿嘧啶（5-FU）、）、2-氨基氨基腺嘌呤（腺嘌呤（2-AP）等。它們的結(jié)構(gòu)與堿基相似，進(jìn)入細(xì)）等。它們