第四講 損傷、突變與修復(fù)

DNA的損傷與修復(fù)概述：損傷因素及其類型4.1復(fù)制過程中的錯配修復(fù)4.2損傷修復(fù)4.3限制和修飾4.4突變類型4.5回復(fù)突變(抑制突變)4.6突變劑和突變生成

引起損傷的因素:

?自發(fā)性損傷(復(fù)制中的損傷、堿基的自發(fā)性化學(xué)改變、自發(fā)脫堿基、細(xì)胞的代謝產(chǎn)物對DNA的損傷)?物理因素引起的損傷(電離輻射、紫外線)?化學(xué)因素引起的損傷（烷化劑、堿基類似物）引起損傷的類型：堿基脫落、堿基（或核苷）改變、錯誤堿基（堿基的取代）、堿基的插入或缺失、鏈的斷裂、鏈交聯(lián)（鏈內(nèi)、鏈間）、嘧啶二聚體等等DNA的損傷、修復(fù)和突變

廣義的修復(fù)系統(tǒng)：

?DNA聚合酶的校對功能(復(fù)制的范疇)?尿嘧啶-N-糖苷酶修復(fù)系統(tǒng)（復(fù)制時U的滲入、C脫氨氧化成U）?錯配修復(fù)系統(tǒng)?損傷修復(fù)系統(tǒng)(光復(fù)活、重組修復(fù)、SOS修復(fù)等)

★限制修飾系統(tǒng)-----對付外源DNA的入侵4.1

復(fù)制過程中的錯配的修復(fù)

DNAmismatch+-----A------------C---DNApol(ξ=10-8)經(jīng)第二次校正ξ=10-11錯配修復(fù)系統(tǒng)(MRSMismatchRepairSystem)1、錯配修復(fù)堿基來源：校正活性所漏校的堿基使復(fù)制的保真性提高102～103倍2、錯配修復(fù)系統(tǒng)（Mismatchrepairsystem）DNApolymeraseHelicaseSSB外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ)連接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutH,L,SdamgeneDNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)掃描新生鏈中錯配堿基識別新生鏈中非m6A的GATC序列酶切含錯配堿基的新生DNA區(qū)段

（1）組成★DNA合成過程中的甲基化變化DNA中的GATC(palindromicseq.)為m6A甲基化敏感位點平均每2kb左右有一GATCseq.錯配修復(fù)系統(tǒng)受甲基化的引導(dǎo)

甲基化程度的差異a、MutH/MutS掃描識別錯配堿基和鄰近的GATC序列切點－－甲基化GATC中

G的5’側(cè)DNAhelicaseII,SSB,exonucleaseI去除包括錯配堿基的片段DNApolymeraseIII和

DNAligase填充缺口昂貴的代價用于保證DNA的準(zhǔn)確性（2）修復(fù)過程外切核酸酶Ⅰ切割切點的5’端（錯配堿基在切點的5’端）

---------Ⅶ----------3’端（----------------3’端）3、尿嘧啶-N-糖苷酶系統(tǒng)(ungsystem

)修復(fù)尿嘧啶的來源：dUTP的滲入胞嘧啶的自發(fā)脫氨氧化---TAGC------ATCG------TAGC------ACG---U---TAGC---ung-ase

①GCUAU---TAGC------ACG---AP內(nèi)切酶(Apurinase)②---TAGC------ATCG---DNApolLigase

③4.2DNA損傷的修復(fù)一、嘧啶二聚體的產(chǎn)生

類型：TT二聚體（）、CC二聚體（）、

CT二聚體（）TTCCCT相鄰的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚體CCCCCCCCPR1、光復(fù)活（photoreactivation）----TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA----

復(fù)制前、不容易出錯可見光激活

二、二聚體修復(fù)的機制400nm藍(lán)光、PR酶

(photo-reactivationenzyme)

光敏裂合酶（photolyase）堿基切除修復(fù)2.切除修復(fù)Exision—Repair

復(fù)制前進(jìn)行不易出錯UvrA,B,Cgene

內(nèi)切核酸酶（Endonucleases）外切核酸酶（Exonuclease）

DNApolLigase核苷酸切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)下頁上頁ABABCABCABCAB螺旋酶Pol?

螺旋酶連接酶切補切封3.重組修復(fù)（Recombinative—Repair）后復(fù)制修復(fù)、E.coli的挽回系統(tǒng)E.coli

存活%U.V計量w.t.UvrA+RecA+

uvra-reca-該系統(tǒng)存在的實驗證據(jù)★Rec-A.gene

以某種方式參與DNA損傷修復(fù)?Rec修復(fù)系統(tǒng)比切除修復(fù)系統(tǒng)更有效

目前知道

?Uvr系統(tǒng)負(fù)責(zé)切除二聚體?Rec系統(tǒng)負(fù)責(zé)消除沒有被切除的二聚體可能造成的后果●與Rec-A蛋白引起的重組(strandtransfer)有關(guān)●TTdimer未被修復(fù)，僅表現(xiàn)在后代群體中TTdimer

濃度的稀釋●鏈的非準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致突變機率的增加修復(fù)相關(guān)機制:

重組修復(fù)

(鏈轉(zhuǎn)移修復(fù))

復(fù)制后修復(fù)容易出錯RecA,DNApolymeraeligase二聚體后起始RecA

聚合酶、連接酶重組修復(fù)后的損傷位點可由其它機制進(jìn)一步修復(fù)4.易錯修復(fù)（SOS修復(fù)SOSrepair）E.coliE.coliE.coliλ8010100mut.100%50%10%

損壞的噬菌體DNA在E.coliA被修復(fù)

E.coli

的SOS修復(fù)能被U.V.誘導(dǎo)(A&B)SOS修復(fù)過程有非常高的突變頻率(易出錯)ABCUV復(fù)活或W復(fù)活（JeanWeigh）（1）實驗證據(jù)（2）SOS修復(fù)機制SOS修復(fù)－－無模板指導(dǎo)的DNA復(fù)制

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)，錯誤潛伏的復(fù)制超越二聚體而進(jìn)行錯誤堿基

SOS修復(fù)只是SOS反應(yīng)的一部分RecA在SOS反應(yīng)反應(yīng)中起核心作用RecA與LexA組成調(diào)控環(huán)路DNA損傷

SOSRecA受LexA的部分抑制RecA-P;三種功能a、DNA重組活性b、與S.S.DNA結(jié)合活性c、少數(shù)蛋白的proteinase活性當(dāng)DNA正常復(fù)制時（無復(fù)制受阻，無DNA損傷，無TTdimer）RecA-p不表現(xiàn)proteinase活性當(dāng)DNA復(fù)制受阻/DNAdamaged細(xì)胞內(nèi)原少量表達(dá)的RecA-p與S.S,DNA結(jié)合激活RecA-p的proteinase活性修復(fù)損傷LexA-p降解RecA-p高效表達(dá)SOSopen當(dāng)DNA復(fù)制度過難關(guān)后SOSrepair是一種錯誤傾向性極強的修復(fù)機制是進(jìn)化中形成的“竭盡全力，治病救人”的措施（正常狀態(tài)下，SOS是關(guān)閉的）RecA-p很快消失LexAgeneonSOSoff1、限制－修飾現(xiàn)象(restrictionandmodificaion)50年代初Luria（T偶數(shù)噬菌體）Bertani（λ）

Weigle（P2噬菌體）4.3

限制和修飾結(jié)論：?菌體限制修飾系統(tǒng)中的限制性內(nèi)切酶能將外來DNA切斷?菌體本身的DNA可受甲基化酶的保護(hù)

兩者稱為限制-修飾作用

*E.coliK菌株和B菌株各有自己的限制修飾系統(tǒng)*E.coliC菌株沒有細(xì)菌借助于限制-修飾系統(tǒng)來區(qū)別自己DNA和外源DNA

自己DNA:限制模式相同的DNA

同株系的不同個體DNA、寄生于其中的質(zhì)粒和噬菌體居民DNA(residentDNA)：同一個細(xì)胞內(nèi)的不同類型的DNA，包括細(xì)胞DNA，質(zhì)粒DNA，噬菌體DNA等2、限制－修飾系統(tǒng)

根據(jù)其特征分為兩大組(三大類)

●

染色體突變（Chromosomemutation

）chromosomenumber

chromosomestructure

●核苷酸突變（dNtpointmutation）

突變(mutation)：可以通過復(fù)制而遺傳的DNA結(jié)構(gòu)的任何永久性改變遺傳狀態(tài)4.4

突變類型

突變體(mutant)：攜帶突變的生物個體或群體或株系

突變基因(mutantgene):存在突變位點的基因野生型基因（wildtypegene）：表示方法表現(xiàn)型Arg+Arg-

基因型arg+arg-

野生型正性狀1、從突變作用來源上定義自發(fā)突變－－自然界的突變劑或偶然復(fù)制錯誤誘變－－人為使用突變劑★

堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制過程的錯誤-----自發(fā)突變

堿基異構(gòu)式

A(amino氨基)A(imino亞氨基)

C(a)C(i)

G(keto酮式)G(enol烯醇式)

G(k)

G(e,i)

T(keto)

T(enol-2’)orT(enol-4’)

堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯配

G(k)C(a)

正確配對A(a)

T(k)

錯誤配對G(k)

T(e)

A(a)

C(i)

A(i,anti)A(a,syn)A(i,anti)G(k,syn)

G(e,i,anti)G(k,syn)G(e,i,anti)A(a,syn)

A(i)

C(a)

G(e)

T(k)

A(a)

T(k)

A(a,anti)

T(k,anti)

C(i)

C(a,anti)

A(a)

A(i,anti)

堿基異構(gòu)式引起DNA的錯配突變

C(i)

C(a)G(k,syn)

G(k,syn)

G(k,anti)G(k)2、從序列改變多少上定義單點突變(pointmutation)(點突變)

多點突變(multiplemutation)點突變－－－堿基替代、堿基插入、堿基缺失●堿基替代（conversion）轉(zhuǎn)換(transition)PyPy

PuPu

顛換(transvertion)

PyPu

●核苷酸缺失或插入（dNtdeletionorinsertion

）=3xdNt

±nxAminoacid

=3xdNt

移框（Framshift

）

移框突變（frameshiftmutation）:一個或兩個堿基的插入或缺失，或扁平堿性染料分子插入，又叫移碼突變3、從對閱讀框的影響上定義Examplesofdeletionmutations

4、從對遺傳信息的改變上定義（點突變）同義突變：沒有改變產(chǎn)物氨基酸序列的密碼子錯義突變：堿基序列的改變引起了氨基酸序列的改變（中性突變、滲漏突變）無義突變：堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍缀铣傻慕K止密碼子●堿基替代對遺傳信息的改變

---同義突變

GAA→GAGGlu---錯義突變

GAA→AAALys---無義突變

GAA→TAA(stop)

無義突變類型UAA（Oc）赭石型（Ocher）UAG（Am）琥珀型（amber）UGA（Opal）乳石型（Opal）5、從突變的表達(dá)類型上定義---非條件型突變:

---條件型突變:

突變的表現(xiàn)=突變基因型+誘導(dǎo)條件

（光，溫敏感不育）

6、從突變效應(yīng)上定義正向突變回復(fù)突變:使突變體所失去的野生型性狀得到恢復(fù)的第二次突變真正的原位回復(fù)突變很少大部分為第二點的回復(fù)突變－－－－抑制突變7、突變位點存在于負(fù)責(zé)基因調(diào)控的序列中

*

在啟動子區(qū)域時:

啟動子上升突變:增強啟動子對轉(zhuǎn)錄的發(fā)動作用的突變啟動子下降突變:*在操作子上或調(diào)節(jié)基因上組成型突變:產(chǎn)生組成型表達(dá)方式的操作子突變或調(diào)節(jié)基因的突變突變的操作子不能被阻遏蛋白所識別調(diào)節(jié)基因突變不能產(chǎn)生有活性的阻遏蛋白

兩者之一都使結(jié)構(gòu)基因失去了負(fù)向控制

1、抑制突變發(fā)生的部位基因內(nèi)抑制突變：抑制