分子生物學(xué)損傷與修復(fù)

分子生物學(xué)損傷與修復(fù)第一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五DNA損傷與基因突變損傷VS突變損傷：DNA簡(jiǎn)單的化學(xué)變化

G-C→mG-C突變：DNA堿基對(duì)的改變

G-C→A-T損傷→突變第二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五DNA損傷第三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五（一）DNA分子的自發(fā)性損傷在體外polIII核心酶的出錯(cuò)率約為10-5，在體內(nèi)進(jìn)行DNA復(fù)制時(shí)的出錯(cuò)率約為10-10~10-11。造成錯(cuò)誤的原因分為兩類：互變異構(gòu)移位（tautomericshifts）移碼（frameshift）第四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五互變異構(gòu)移位（tautomericshifts）堿基可以自發(fā)地相互變化，例如烯醇式與酮式堿基間的互變。這種變化就會(huì)使堿基配對(duì)間的氫鍵改變，可使堿基配對(duì)異常。第五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五移碼（frameshift）第六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五脫嘌呤一個(gè)哺乳類細(xì)胞在37℃條件下，20h內(nèi)DNA鏈上自發(fā)脫落的嘌呤約10,000個(gè)；估計(jì)一個(gè)長(zhǎng)壽命不復(fù)制繁殖的哺乳類細(xì)胞（如神經(jīng)細(xì)胞）在整個(gè)生活期間自發(fā)脫嘌呤數(shù)約為108，這占細(xì)胞DNA中總嘌呤數(shù)約3%。無(wú)嘌呤位點(diǎn)會(huì)隨機(jī)的插入一個(gè)堿基，從而導(dǎo)致突變。第七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五脫氨基C·G→T·A5mC·G→T·A第八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五氧化損傷有活性的氧化劑，如過(guò)氧化物原子團(tuán)（O2-）、過(guò)氧化氫（H2O2），羥基（-OH）等需氧代謝的副產(chǎn)物都是有活性的氧化劑，它們可導(dǎo)致DNA的氧化損傷。T氧化后產(chǎn)生T－乙二醇，

G氧化后產(chǎn)生8-氧代鳥(niǎo)嘌呤(8-oxodG)或“GO”，GO可和A錯(cuò)配，導(dǎo)致G→T。第九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）紫外線輻射引起的DNA損傷環(huán)丁烷環(huán)（二）物理因素引起的DNA損傷第十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）γ射線及X射線引起的DNA損傷電離輻射作用于DNA分子的周?chē)橘|(zhì)（主要是水）生成水射解自由基。自由基就是帶有不成對(duì)電子的化學(xué)物質(zhì)，特別是含氧的自由基具有很高的活性，能快速與相鄰分子發(fā)生作用。當(dāng)與DNA分子發(fā)生作用時(shí)，可引起堿基的改變，DNA單鏈或雙鏈的斷裂GO可與A配對(duì)，導(dǎo)致C·G→T·A（二）物理因素引起的DNA損傷第十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五（三）化學(xué)因素引起的DNA損傷堿基類似物：2-氨基嘌呤（2-AP）：一種是正常狀態(tài)，一種是稀有狀態(tài)5-溴尿嘧啶（5-BU）：與T相似，分酮式和烯醇式第十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五堿基修飾物:亞硝酸,羥胺,烷化劑（三）化學(xué)因素引起的DNA損傷黃嘌呤次黃嘌呤羥胺第十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五堿基的烷基化修飾引起的DNA損傷親電試劑負(fù)電中心烷基化不改變堿基配對(duì)，一般無(wú)害產(chǎn)生非編碼堿基：3-甲基腺嘌呤（3mA），不能與其他堿基配對(duì)，從而阻斷DNA復(fù)制，細(xì)胞致死。第十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五環(huán)境中有許多致癌物質(zhì)都是親電試劑，能夠使DNA發(fā)生烷基化修飾。一些修飾會(huì)導(dǎo)致突變發(fā)生，如果控制或影響細(xì)胞分裂的基因發(fā)生突變，就會(huì)使細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榘┘?xì)胞。堿基的烷基化修飾引起的DNA損傷乙基甲烷磺酸第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五DNA插入劑:（三）化學(xué)因素引起的DNA損傷原黃素吖啶橙第十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五DNA插入劑能插在模板鏈或新合成兩個(gè)相鄰堿基中，從而造成堿基的增加或減少。第十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五DNA修復(fù)DNA修復(fù)（DNArepairing）是細(xì)胞對(duì)DNA受損傷后的一種反應(yīng)，這種反應(yīng)可能使DNA結(jié)構(gòu)恢復(fù)原樣，重新能執(zhí)行它原來(lái)的功能；但有時(shí)并非能完全消除DNA的損傷，只是使細(xì)胞能夠耐受這DNA的損傷而能繼續(xù)生存。兩條基本修復(fù)途徑直接去除損傷移去損傷的DNA片段，補(bǔ)上新的DNA第十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五DNA損傷的直接修復(fù)（一）通過(guò)DNA聚合酶校正修復(fù)（二）光復(fù)活反應(yīng)AlbertKelner以鏈霉菌為研究對(duì)象，研究“溫度對(duì)DNA紫外損傷修復(fù)的影響”時(shí)發(fā)現(xiàn)：光復(fù)活（或光修復(fù)）機(jī)制。包括人類在內(nèi)的胎盤(pán)哺乳動(dòng)物沒(méi)有光復(fù)活途徑。第十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五光裂合酶的結(jié)合嘧啶二聚體斷裂，酶被釋放光復(fù)活作用模型第二十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五（三）O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶的作用機(jī)制所有的生命有機(jī)體都存在該修復(fù)機(jī)制O6-甲基鳥(niǎo)嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶是一種自殺性酶在E.coli細(xì)胞中能被烷基化的DNA所誘導(dǎo)。第二十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五切除修復(fù)是修復(fù)DNA損傷最為普遍的方式，對(duì)多種DNA損傷都能起修復(fù)作用。這種修復(fù)方式普遍存在于各種生物細(xì)胞中，也是人體細(xì)胞主要的DNA修復(fù)機(jī)制。修復(fù)過(guò)程需要多種酶的一系列作用。包括：堿基切除修復(fù)（baseexcisionrepair,BER):主要針對(duì)堿基改變輕微的DNA損傷，如細(xì)胞試劑引起的化學(xué)修飾。核苷酸切除修復(fù)（nucleotideexcisionrepair,NER)：主要修復(fù)堿基發(fā)生重大變化的DNA損傷，如細(xì)胞外的誘變劑造成的損傷。第二十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五堿基切除修復(fù)

——E.coli的堿基切除修復(fù)糖基化酶5’端一側(cè)切斷DNA鏈AP-脫氧核糖磷酸第二十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五堿基切除修復(fù)

——人類的BER途徑糖基化酶APE1具有3’-5’外切酶活性，其可在DNA聚合酶β發(fā)生錯(cuò)誤填補(bǔ)核苷酸時(shí)提高50~150倍。人類細(xì)胞中是APE1真核生物的BER過(guò)程沒(méi)有磷酸二酯酶參與，磷酸戊糖的切除由DNA聚合酶β完成,并填補(bǔ)空隙。但有1/4000的錯(cuò)誤概率。第二十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五堿基切除修復(fù)

——8-氧代鳥(niǎo)嘌呤的修復(fù)（GO系統(tǒng)）第二十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五核苷酸切除修復(fù)——

E.coli如果受到損傷的是一個(gè)堿基（如烷基化修飾），切除片段長(zhǎng)12nt如果是嘧啶二聚體損傷，切除片段長(zhǎng)13nt第二十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五核苷酸切除修復(fù)——

真核生物兩種途徑：全基因組核苷酸切除修復(fù)（全基因組NER或GG-NER）：修復(fù)基因組內(nèi)的所有損傷轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)核苷酸切除修復(fù)（transcription-coupledNER或TC-NER）：只修復(fù)局限于轉(zhuǎn)錄鏈上的基因組活性區(qū)損傷。第二十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五人類全基因組的核苷酸切除修復(fù)24~32nt第二十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)核苷酸切除修復(fù)TC-NER與GG-NER的機(jī)制十分相似，只是由RNA聚合酶發(fā)揮XPC的功能，檢測(cè)損傷位點(diǎn)并起始DNA的溶解。XPA識(shí)別變性DNA中的損傷位點(diǎn)，并募集其他因子。第二十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期五真核生物的雙鏈斷裂修復(fù)是真核生物最嚴(yán)重的DNA損傷形式。兩種方式修復(fù)DNA的雙鏈斷裂（DSB）損傷：同源重組：細(xì)胞分裂的S期和G2期起主要作用非同源