生物化學(xué)-生化下課件34章-dna

華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物物理與生物化學(xué)研究所陸婕 生物化學(xué)第34章

DNA的復(fù)制和修復(fù)生物多樣性生物穩(wěn)定性DNA：生命的控制器.rm反中心法則中心法則DNAdependentDNApolymerase——DDDPDNAdependentRNApolymerase——DDRPRNAdependentRNApolymerase——RDRPRNAdependentDNApolymerase——RDDP第一節(jié)DNA復(fù)制的特點(diǎn)

DNA在復(fù)制時(shí)，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相同的兩個(gè)雙鏈子代DNA，每個(gè)子代DNA中都含有一股親代DNA鏈，這種現(xiàn)象稱為DNA的半保留復(fù)制(semi-conservativereplication)。

一、半保留復(fù)制

1958年Meselson和Stahl的實(shí)驗(yàn)首次有力地支持了半保留復(fù)制方式。實(shí)驗(yàn)步驟：１.大腸桿菌放在15NH4C1培養(yǎng)基中生長(zhǎng)15代２.再將細(xì)菌移到只含有14NH4C1的培養(yǎng)基中培養(yǎng)３.裂解細(xì)胞４.將裂解液放在CsC1溶液中進(jìn)行密度梯度離心５.在紫外光下可以看到形成的區(qū)帶Bacterialculture15NH4Cl(SoleNsource)GrowforseveralgenerationsBacterialculturewithdenseDNAThisisthestartingmaterialfortheexperimentHarvestcellsandresuspendinmediawith14NH4Cl

asthesoleNsourceBacterialculturewithdenseDNAGrowfor1generationHarvestsomecells“1stgeneration”GrowforanothergenerationHarvestsomecells“2ndgeneration”GrowforanothergenerationetcBacterialculture“0generation”14NH4ClMeselsonandStahlOriginalData意義：遺傳穩(wěn)定性遺傳過(guò)程相對(duì)保守性復(fù)制起點(diǎn):

DNA復(fù)制在生物細(xì)胞中要從DNA分子上特定位置開(kāi)始。這個(gè)特定的位置就稱為復(fù)制起點(diǎn)(Originofreplication)，用ori表示。

復(fù)制子:

DNA復(fù)制從起點(diǎn)開(kāi)始雙向進(jìn)行直到終點(diǎn)為止，每一個(gè)這樣的DNA單位稱為復(fù)制子或復(fù)制單元(replicon)。復(fù)制叉:

DNA復(fù)制的生長(zhǎng)點(diǎn)形狀如同分叉故稱為復(fù)制叉。二、有一定的復(fù)制起始點(diǎn)用遺傳學(xué)和生物化學(xué)的方法可以確定大腸桿菌染色體DNA的復(fù)制起點(diǎn)在基因圖譜上的位置。*復(fù)制起點(diǎn)oriC*復(fù)制終點(diǎn)trpＣ、Ｂ、Ｆ允許反時(shí)針復(fù)制而阻止順時(shí)針復(fù)制,復(fù)制終點(diǎn)、Ａ、Ｄ、Ｅ則正相反參與DNA復(fù)制的DNA聚合酶，必須以一段具有3’端自由羥基（3’-OH）的RNA作為引物(primer)，才能開(kāi)始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為50～100個(gè)核苷酸，而在真核生物中約為10個(gè)核苷酸。RNA引物的堿基順序，與其模板DNA的堿基順序相配對(duì)。三、需要引物

1、DNA聚合酶不能催化兩個(gè)游離的dNTP聚合，而RNA聚合酶可以催化游離的NTP聚合。2、RNA引物可供dNTP延長(zhǎng)之用。3、RNA引物以后被降解，減少?gòu)?fù)制初始的錯(cuò)誤率。問(wèn)題：為什么以RNA為引物？

DNA復(fù)制時(shí)，以復(fù)制起始點(diǎn)為中心，向兩個(gè)方向進(jìn)行復(fù)制。在低等生物中，也可進(jìn)行單向復(fù)制（如滾環(huán)復(fù)制）。

四、雙向復(fù)制

DNA復(fù)制的不同方式：*直線雙向*多起點(diǎn)雙向*θ型雙向*θ型單向*

滾環(huán)復(fù)制

（rollingcirclereplication）簡(jiǎn)單低等生物或染色體以外的DNA采取的特殊復(fù)制形式*Ｄ環(huán)(D-loop)復(fù)制由于DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA鏈，即模板DNA鏈的方向必須為3'→5'。因此，分別以兩條親代DNA鏈作為模板聚合子代DNA鏈時(shí)的方式是不同的。

五、半不連續(xù)復(fù)制以3‘→5’方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)基本上是連續(xù)進(jìn)行的，其子代鏈的聚合方向?yàn)?‘→3’，這一條鏈被稱為領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)。而以5‘→3’方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)則是不連續(xù)的，其鏈的聚合方向也是5‘→3’，這條鏈被稱為滯后鏈(laggingstrand)。由于親代DNA雙鏈在復(fù)制時(shí)是逐步解開(kāi)的，因此，隨從鏈的合成也是一段一段的。DNA在復(fù)制時(shí)，由滯后鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱為岡崎片段(Okazakifragment)。

岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個(gè)核苷酸，而在真核生物中約為100個(gè)核苷酸。

第二節(jié)DNA復(fù)制的條件

一、底物(Substrate)

以四種脫氧核糖核酸(deoxynucleotidetriphosphate)為底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。

(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi

DNA復(fù)制是模板依賴性的，必須要以親代DNA鏈作為模板。親代DNA的兩股鏈解開(kāi)后，可分別作為模板進(jìn)行復(fù)制。

二、模板(template)

引發(fā)體(primosome)由引發(fā)前體與引物酶（primase）組裝而成。引發(fā)前體是由若干蛋白因子聚合而成的復(fù)合體。在原核生物中，引發(fā)前體至少由六種蛋白因子構(gòu)成。三、引發(fā)體和引物酶引物酶，催化引物合成的一種RNA聚合酶，本質(zhì)上是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP），該酶以DNA為模板，聚合一段RNA短鏈引物(primer)，以提供自由的3'-OH，使子代DNA鏈能夠開(kāi)始聚合。

1956年，Kornbereg在大腸桿菌提取液中發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶，以后陸續(xù)在其他原核生物及微生物中找到。DNA聚合酶的反應(yīng)特點(diǎn)：※以四種脫氧核苷酸三磷酸(dNTP)為底物;※反應(yīng)需要模板的指導(dǎo);※反應(yīng)需要有引物3'-OH存在;※DNA鏈的生長(zhǎng)方向是5'→3'※產(chǎn)物DNA的性質(zhì)與模板相同。四、DNA聚合酶

(DDDP)DNA聚合酶催化的反應(yīng)復(fù)制中的堿基配對(duì)（一）理化性質(zhì)：純化的DNApolⅠ由一條單一多肽鏈組成，多肽鏈中含有一個(gè)鋅原子。酶分子空間結(jié)構(gòu)近似球體。DNApolⅠ約含1000個(gè)氨基酸殘基，MW為109KD。經(jīng)蛋白酶處理后，酶分子分裂成兩個(gè)片段：大片段（Klenow片段）有聚合酶和3'→5'外切酶活性，小片段有5'→3'外切酶活性。（A）、DNA聚合酶Ⅰ(DNApolymeraseⅠ，DNApolⅠ)（二）功能：

1．聚合功能:通過(guò)核苷酸聚合反應(yīng)使DNA鏈沿5‘→3’方向延長(zhǎng)（ＤＮＡ聚合酶）在引物RNA-OH末端，以dNTP為底物，按模板DNA上的指令由DNApolⅠ逐個(gè)將核苷酸加上去，就是DNApolⅠ的聚合作用。酶的專一性主要表現(xiàn)為新進(jìn)入的脫氧核苷酸必須與模板DNA配對(duì)時(shí)才有催化作用。2．3'→5'外切酶活性──校對(duì)作用:這種酶活性的主要功能是從3'→5'方向識(shí)別和切除不配對(duì)的DNA生長(zhǎng)鏈末端的核苷酸（對(duì)單鏈作用）。3．5'→3'外切酶活性──切除修復(fù)作用:5‘→3’外切酶活性就是從5‘→3’方向水解DNA生長(zhǎng)鏈前方的DNA鏈，主要產(chǎn)生5‘-脫氧核苷酸。這種酶活性只對(duì)DNA上配對(duì)部份(雙鏈)磷酸二酯鍵有切割活力作用，方向是5‘→3’。每次能切除10個(gè)核苷酸。這種酶活性在DNA損傷的修復(fù)中可能起著重要作用（切除由紫外線照射而形成的嘧啶二聚體）。對(duì)岡崎片段5'末端DNA引物的去除依賴此種外切酶活性。4．焦磷酸解作用:DNApolⅠ的這種活性可以催化3‘末端焦磷酸解DNA分子。5．焦磷酸交換作用:催化dNTP末端的PPi同無(wú)機(jī)焦磷酸的交換反應(yīng)。

４和５兩種作用，都要求有較高濃度的PPi，因此，在體內(nèi)由于沒(méi)有足夠高的PPi而無(wú)重要意義。

（B）、DNA聚合酶Ⅱ

DNA聚合酶Ⅰ缺陷的突變株仍能生存，這表明DNApolⅠ不是DNA復(fù)制的主要聚合酶。1970年發(fā)現(xiàn)了DNApolⅡ。此酶MW為88KD，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)約有100個(gè)酶分子，活性比DNApolⅠ高。大腸桿菌DNA聚合酶Ⅱ的催化特性如下：5’→3’聚合酶活力:該酶催化DNA的聚合，但是對(duì)模板有特殊的要求。該酶的最適模板是雙鏈DNA而中間有空隙(gap)的單鏈DNA部份，而且該單鏈空隙部份不長(zhǎng)于100個(gè)核苷酸。有3’→5’外切酶活性，但無(wú)5’→3’外切酶活性。以四種脫氧核糖核苷酸為底物。該酶不是復(fù)制的主要聚合酶，因?yàn)榇嗣溉毕莸拇竽c桿菌突變株的DNA復(fù)制都正常。（C）、DNA聚合酶Ⅲ（一）、組成

DNApolⅢ全酶是由多種亞基組成的蛋白質(zhì)，而且容易分解。現(xiàn)在認(rèn)為它是大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)真正負(fù)責(zé)從新合成DNA的復(fù)制酶。

α、ε和θ三種亞基組成全酶的核心酶，稱為polⅢ。α亞基具有5’→3’聚合DNA的酶活性，ε亞基具有校對(duì)功能，可提高聚合酶Ⅲ復(fù)制DNA的保真性。核心酶的活力較低，只作用于帶缺口的雙鏈DNA；加上τ亞基后就成為polⅢ’，它可以利用帶有引物的長(zhǎng)單鏈DNA。再加上延長(zhǎng)因子γ和δ成為polⅢ*，也即是“天然的”聚合酶Ⅲ。β亞基與對(duì)引物的識(shí)別和結(jié)合有關(guān)，一旦全酶結(jié)合到DNA復(fù)制的起始部位，它即被釋放出來(lái)，這一亞基又稱為共聚酶Ⅲ。組成（二）、功能1．聚合:以模板作指導(dǎo)，以四種脫氧核糖核苷酸作為底物，并且需要有3’－ＯＨ的引物鏈存在，通過(guò)核苷酸聚合反應(yīng)使DNA鏈沿5’→3’方向延長(zhǎng)。催化脫氧核苷酸摻入DNA鏈的速率分別是DNA聚合酶Ⅱ的15倍和30倍。與DNA聚合酶Ⅱ相同，最適模板也是雙鏈DNA中間有小段缺口（＜100個(gè)核苷酸）的單鏈DNA。2．3‘→5’外切酶活性和DNA聚合酶Ⅱ一樣，其3‘→5’外切酶活性的最適底物是帶有小段缺口（小于100個(gè)核苷酸）的雙鏈DNA。（ε亞基具有3‘→5’外切酶的活性，因而與DNA復(fù)制的校正功能有關(guān)）3．無(wú)5'→3'外切酶活性Nucleotide_Polymerization大腸桿菌DNA聚合酶原核生物中的三種DNA聚合酶

延長(zhǎng)隨從鏈

備用，只在其他聚合酶無(wú)活性時(shí)才發(fā)揮作用線粒體DNA復(fù)制延長(zhǎng)領(lǐng)頭鏈校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口主要功能真核生物DNA聚合酶DNA聚合酶αDNA聚合酶βDNA聚合酶γDNA聚合酶δDNA聚合酶ε名稱為了保證遺傳的穩(wěn)定，DNA的復(fù)制必須具有高保真性。DNA復(fù)制時(shí)的保真性主要與下列因素有關(guān)：

1．遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；

2．DNA聚合酶在復(fù)制時(shí)對(duì)堿基的正確選擇；

3．對(duì)復(fù)制過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及時(shí)進(jìn)行校正。

DNA復(fù)制的保真性：DNA連接酶(DNAligase)可催化兩段DNA片段之間磷酸二酯鍵的形成，而使兩段DNA連接起來(lái)。五、DNA連接酶

DNA連接酶催化的條件是：①需一段DNA片段具有3‘-OH，而另一段DNA片段具有5’-Pi基；②未封閉的缺口位于雙鏈DNA中，即其中有一條鏈?zhǔn)峭暾?；③需要消耗能量ATP。

酶－AMP復(fù)合物AMP－DNAATP（動(dòng)物中）（細(xì)菌中）磷酰胺鍵單鏈DNA結(jié)合蛋白（singlestrandbindingprotein,SSB）又稱螺旋反穩(wěn)蛋白（HDP）。這是一些能夠與單鏈DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)因子。其作用為：①使解開(kāi)雙螺旋后的DNA單鏈能夠穩(wěn)定存在，即穩(wěn)定單鏈DNA，便于以其為模板復(fù)制子代DNA；②保護(hù)單鏈DNA，避免核酸酶的降解。

六、單鏈DNA結(jié)合蛋白

解螺旋酶（unwindingenzyme）

，又稱解鏈酶或rep蛋白，是用于解開(kāi)DNA雙鏈的酶蛋白，每解開(kāi)一對(duì)堿基，需消耗兩分子ATP。目前發(fā)現(xiàn)存在至少存在兩種解螺旋酶。

七、解螺旋酶

核酸的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指核酸分子的空間結(jié)構(gòu)。兩條互相纏繞的雙螺旋核酸分子表現(xiàn)出許多拓?fù)鋵W(xué)的關(guān)系。DNA的復(fù)制、重組、轉(zhuǎn)錄和組裝等過(guò)程牽涉到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。八、拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase)

當(dāng)將線性過(guò)旋或欠旋的雙螺旋DNA連接形成一個(gè)環(huán)時(shí)，都會(huì)自動(dòng)形成額外的超螺旋(supercoil)來(lái)抵消過(guò)旋或欠旋造成的應(yīng)力，目的是維持B構(gòu)象。過(guò)旋DNA會(huì)自動(dòng)形成額外左手螺旋，這樣的超螺旋稱為正超螺旋(positivesupereoil)；而欠旋形成額外右手螺旋，稱為負(fù)超螺旋(negativesupereoil）。正超螺旋：盤(pán)繞過(guò)分負(fù)超螺旋：盤(pán)繞不足通過(guò)切斷分子中的一條鏈或兩條鏈中的磷酸二酯鍵后，消除或增加扭轉(zhuǎn)張力，然后重新纏繞，再縫合切口，可以改變一個(gè)ＤＮＡ分子的連環(huán)數(shù)。催化這一過(guò)程的酶由于能夠改變DNA的拓?fù)洚悩?gòu)特性，稱為拓?fù)洚悩?gòu)酶。DNA拓?fù)涿复呋籇NA分子不同超螺旋狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ通過(guò)切斷DNA的一條鏈，減少負(fù)超螺旋，增加連環(huán)數(shù)，每作用一次使連環(huán)數(shù)增加一個(gè)。反應(yīng)無(wú)需供給能量。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ可切斷DNA雙鏈，引入負(fù)超螺旋，使連環(huán)數(shù)減少，每作用一次使連環(huán)數(shù)減少兩個(gè)。反應(yīng)需要由ATP供給能量。兩種拓?fù)洚悩?gòu)酶協(xié)同作用控制著DNA的負(fù)超螺旋水平，從而影響其功能。DNA雙鏈穿過(guò)DNA雙鏈重新連接DNA的釋放重復(fù)起始DNA雙鏈斷裂拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ的作用機(jī)制第三節(jié)DNA生物合成過(guò)程DNA合成期（S期）有絲分裂期：（前、中、后、末期）間期：兩次分裂之間的一段時(shí)期（靜止期）DNA合成后期（G2）DNA合成前期（G1）Life_Cycle_of_a_Cell1．解旋解鏈，形成復(fù)制叉：

DNA復(fù)制時(shí)，局部雙螺旋解開(kāi)形成兩條單鏈，這種叉狀結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉。由拓?fù)洚悩?gòu)酶和解鏈酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結(jié)構(gòu)解開(kāi)，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復(fù)制叉。

一、復(fù)制的起始

DNA復(fù)制的起始階段，由下列兩步構(gòu)成。

（一）預(yù)引發(fā)：

2．引發(fā)體組裝：

由蛋白因子（如dnaB等）識(shí)別復(fù)制起始點(diǎn)，并與其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成引發(fā)體。

DnaA蛋白辨認(rèn)E.coli上的復(fù)制起點(diǎn)并結(jié)合于重復(fù)序列的位點(diǎn)上DNA蛋白質(zhì)復(fù)合體促使鄰近的DNA進(jìn)行解鏈DnaB蛋白在DnaC蛋白的協(xié)同下結(jié)合于初步打開(kāi)的雙鏈，并用解螺旋酶活性開(kāi)鏈SSB參與作用（二）引發(fā)：

在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3'端自由羥基（3'-OH）。

二、復(fù)制的延長(zhǎng)

（一）聚合子代DNA：

由DNA聚合酶催化，以3‘→5’方向的親代DNA鏈為模板，從5’→3’方向聚合子代DNA鏈。在原核生物中，參與DNA復(fù)制延長(zhǎng)的是DNA聚合酶Ⅲ；而在真核生物中，是DNA聚合酶α(延長(zhǎng)隨從鏈)和δ（延長(zhǎng)領(lǐng)頭鏈）。

引發(fā)體向前移動(dòng)，解開(kāi)新的局部雙螺旋，形成新的復(fù)制叉，隨從鏈重新合成RNA引物，繼續(xù)進(jìn)行鏈的延長(zhǎng)。

（二）引發(fā)體移動(dòng)：三、復(fù)制的終止

在原核生物中，由DNA聚合酶Ⅰ來(lái)水解去除RNA引物，并由該酶催化延長(zhǎng)引物缺口處的DNA，直到剩下最后一個(gè)磷酸酯鍵的缺口。而在真核生物中，RNA引物的去除，由一種特殊的核酸酶來(lái)水解，而岡崎片段仍由DNA聚合酶來(lái)延長(zhǎng)。

（一）去除引物，填補(bǔ)缺口：DNA聚合酶Ⅰ水解去除RNA引物，并由該酶催化延長(zhǎng)引物缺口處的DNA在DNA連接酶的催化下，形成最后一個(gè)磷酸酯鍵，將岡崎片段連接起來(lái)，形成完整的DNA長(zhǎng)鏈。（二）連接岡崎片段：Bidirectional_Replication拓?fù)洚悩?gòu)酶rep蛋白DNA結(jié)合蛋白(SSB）引發(fā)體隨從鏈領(lǐng)頭鏈DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅢDNA連接酶RNA引物5’3’5’3’DNA復(fù)制體上的活動(dòng)（1）雙鏈的解開(kāi)（2）RNA引物的合成（3）DNA鏈的延長(zhǎng)（4）切除RNA引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的DNA片段（5）切除和修復(fù)摻入DNA鏈的脫氧尿苷酸和錯(cuò)配堿基線性DNA在復(fù)制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出現(xiàn)縮短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下，進(jìn)行延長(zhǎng)反應(yīng)。端粒（telomere）是指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)部分，通常膨大成粒狀。其共同的結(jié)構(gòu)特征是由一些富含G、C的短重復(fù)序列構(gòu)成，可重復(fù)數(shù)十次至數(shù)百次。

（三）真核生物端粒的形成：

端粒酶是一種RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，它可以其RNA為模板，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程對(duì)末端DNA鏈進(jìn)行延長(zhǎng)。

端粒酶的作用機(jī)制Telomere_Replication總結(jié)生物細(xì)胞DNA復(fù)制的分子機(jī)制的基本特點(diǎn)：1．復(fù)制是半保留的。2．復(fù)制起始于細(xì)菌或病毒的特定位置，真核生物有多個(gè)起始點(diǎn)。3．復(fù)制可以朝一個(gè)方向，也可以向兩個(gè)方向進(jìn)行，后者更為常見(jiàn)。4．復(fù)制時(shí)，DNA的兩條鏈都從5’端向3’端延伸。5．復(fù)制是半不連續(xù)的。6．岡崎片段的合成始于一小段RNA引物，這一小段RNA以后被酶切除，缺口由脫氧核苷酸補(bǔ)滿后再與新生DNA鏈連在一起。7．復(fù)制有多種機(jī)制，即使在同一個(gè)細(xì)胞里，也可因環(huán)境——酶的豐富程度、溫度、營(yíng)養(yǎng)條件等的不同而具有不同的起始機(jī)制和鏈延長(zhǎng)的方式。Sanger提出的DNA核苷酸順序測(cè)定法：雙脫氧末端終止法突變的意義

第四節(jié)DNA的損傷(突變)與修復(fù)

1、突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)由于DNA堿基順序的改變引起生物遺傳性狀顯著變化的現(xiàn)象，稱為基因“突變”。一切生物的變異和進(jìn)化都可以認(rèn)為是由于DNA結(jié)構(gòu)的改變而引起蛋白質(zhì)組成和性質(zhì)變化的結(jié)果。2、只有基因型改變的突變

DNA多態(tài)性分析技術(shù)3、致死性的突變4、突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)血友病、地中海貧血病等一、DNA的損傷（突變）

由自發(fā)的或環(huán)境的因素引起DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的任何異常的改變稱為DNA的損傷，也稱為突變（mutation）。常見(jiàn)的DNA的損傷包括堿基脫落、堿基修飾、交聯(lián)，鏈的斷裂，重組等。

（一）引起突變的因素：

1．自發(fā)因素：

(1)自發(fā)脫堿基：由于N-糖苷鍵的自發(fā)斷裂，引起嘌呤或嘧啶堿基的脫落。每日可達(dá)近萬(wàn)個(gè)核苷酸殘基。

(2)自發(fā)脫氨基：胞嘧啶自發(fā)脫氨基可生成尿嘧啶，腺嘌呤自發(fā)脫氨基可生成次黃嘌呤。每日可達(dá)幾十到幾百個(gè)核苷酸殘基。

(3)復(fù)制錯(cuò)配：由于復(fù)制時(shí)堿基配對(duì)錯(cuò)誤引起的損傷，發(fā)生頻率較低。

2．物理因素：

能夠引起基因突變的物理因素主要包括：紫外線（UV）、高能射線和電離輻射等。當(dāng)DNA受到大劑量紫外線（波長(zhǎng)260nm附近）照射時(shí)，可引起DNA鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶堿基共價(jià)聚合，形成二聚體，例如TT二聚體。X-射線以及放射性物質(zhì)產(chǎn)生的輻射具有很高的能量，能直接引起DNA物理或化學(xué)性質(zhì)的改變。另外，電離輻射將也能使DNA周?chē)h(huán)繞的其它分子（主要是水）產(chǎn)生具有很高活性的自由基，這些自由基能夠進(jìn)一步與DNA分子反應(yīng)，導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。3.化學(xué)因素化學(xué)因素是引起DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的最常見(jiàn)因素，主要包括：烷基化試劑，亞硝酸鹽以及堿基類似物等。烷基化試劑能夠與DNA分子中的氨基或氧作用，生成烷基化DNA。除了堿基上有多個(gè)位置可被烷基化外，DNA鏈上磷酸二酯鍵中的氧也容易被烷基化，從而導(dǎo)致DNA鏈的斷裂。亞硝酸鹽能夠與堿基環(huán)外氨基作用，引起堿基的改變。例如A經(jīng)亞硝酸鹽作用后變成次黃嘌呤（I），C經(jīng)亞硝酸鹽作用后，則轉(zhuǎn)變成U。堿基類似物是一類結(jié)構(gòu)與核酸堿基相似的人工合成或天然化合物，由于它們的結(jié)構(gòu)與核酸的堿基相似，當(dāng)這些物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后能夠摻入到DNA鏈中，干擾DNA的正常復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。常見(jiàn)的有堿基衍生物及稠環(huán)、稠雜環(huán)類化合物。例如5-溴尿嘧啶（5-BU），它與胸腺嘧啶堿基的結(jié)構(gòu)相似，能取代T與A配對(duì)。又如一種稱為二惡英的含氯芳香雜三環(huán)化合物（2,3,7,8-四氯-二苯-二惡英，簡(jiǎn)稱TCDD），是一種具有強(qiáng)烈致癌和致畸物質(zhì)。它能夠進(jìn)入細(xì)胞并與DNA結(jié)合，導(dǎo)致DNA復(fù)制發(fā)生錯(cuò)誤，從而可能誘發(fā)癌變。（二）DNA突變的類型：

堿基的轉(zhuǎn)換AC次黃嘌呤H1．同義突變：基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子第三位堿基的改變但不引起密碼子意義的改變，其翻譯產(chǎn)物中的氨基酸殘基順序不變，但有時(shí)可引起翻譯效率降低。

2．誤義突變：基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子堿基被置換，其意義發(fā)生改變，翻譯產(chǎn)物中的氨基酸殘基順序發(fā)生改變。

（三）DNA突變的效應(yīng)：

3．無(wú)義突變：基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子堿基被置換而改變成終止密碼子，引起多肽鏈合成的終止。

4．移碼突變：基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子堿基被置換，引起突變點(diǎn)之后的氨基酸殘基順序全部發(fā)生改變。

二、DNA損傷的修復(fù)

DNA損傷的修復(fù)方式可分為直接修復(fù)和取代修復(fù)兩大類。

這是一種廣泛存在的修復(fù)作用。光復(fù)活能夠修復(fù)任何嘧啶二聚體的損傷。（一）直接修復(fù)：

1．光復(fù)活（lightrepairing）：

光修復(fù)過(guò)程：光復(fù)活酶（photo-lyase)識(shí)別嘧啶二聚體并與之結(jié)合形成復(fù)合物在300～600nm可見(jiàn)光照射下，酶獲得能量，將嘧啶二聚體的丁酰環(huán)打開(kāi)，使之完全修復(fù)光復(fù)活酶從DNA上解離。

2．轉(zhuǎn)甲基作用：

在轉(zhuǎn)甲基酶的催化下，將DNA上的被修飾的甲基去除。此時(shí)，轉(zhuǎn)甲基酶自身被甲基化而失活。

3．直接連接：

DNA斷裂形成的缺口，可以在DNA連接酶的催化下，直接進(jìn)行連接而封閉缺口。

這也是一種廣泛存在的修復(fù)機(jī)制，可適用于多種DNA損傷的修復(fù)。該修復(fù)機(jī)制可以分別由兩種不同的酶來(lái)發(fā)動(dòng)，一種是核酸內(nèi)切酶，另一種是DNA糖苷酶。

（二）取代修復(fù)：

1．切除修復(fù)(excisionrepairing)：

結(jié)構(gòu)缺陷切開(kāi)切除修復(fù)連接堿基缺陷或錯(cuò)配堿基丟失切開(kāi)切除堿基取代N－糖苷酶DNA損傷的切除修復(fù)過(guò)程2．重組修復(fù)(binationrepairing)：這是DNA的復(fù)制過(guò)程中所采用的一種有差錯(cuò)的修復(fù)方式。許多能造成DNA損傷或抑制的處理均能引起一系列復(fù)雜的誘導(dǎo)效應(yīng)，稱為應(yīng)急反應(yīng)（SOSresponse）。這是一種在DNA分子受到較大范圍損傷并且使復(fù)制受到抑制時(shí)出現(xiàn)的修復(fù)機(jī)制，以SOS借喻細(xì)胞處于危急狀態(tài)。3．SOS修復(fù)：DNA分子受到長(zhǎng)片段高密度損傷，使DNA復(fù)制過(guò)程在損傷部位受到抑制。損傷誘導(dǎo)一種特異性較低的新的DNA聚合酶，以及重組酶等的產(chǎn)生。由這些特異性較低的酶繼續(xù)催化損傷部位DNA的復(fù)制，復(fù)制完成后，保留許多錯(cuò)誤的堿基，從而造成突變。（1）SOS反應(yīng)誘導(dǎo)的