分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)

分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第1頁Wheredoesthemutationcomefrom?DNAreplicationChemicaldamagetothegenematerialInsertionscausedbyDNAelementsLifeandbiodiversitydependonahappybalancebetweenmutationanditsrepair.分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第2頁

突變體(mutant)：攜帶突變生物個體或群體或株系

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

基因型arg+arg-

野生型正性狀分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第3頁

●Chromosomemutation

chromosomenumber

chromosomestructure

●核苷酸突變（pointmutation）

突變(mutation)：能夠經(jīng)過復(fù)制而遺傳DNA結(jié)構(gòu)任何永久性改變分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第4頁Pointmutation－－－堿基替換、堿基插入、堿基缺失轉(zhuǎn)換(transition)PyPy

Pu

Pu

顛換(transvertion)

Py

Pu

PointmutationsT-CandA-GT-G/AandA–C/T分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第5頁Replicationerrorsandtheirrepair分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第6頁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）.source：校正活性所漏校堿基

thefidelityofthereplicationcanimprove102～103times1.Mismatchrepairremoveserrorsthatescapeproofreading分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第7頁DNApolymeraseHelicaseSSB外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ)ligaseMCE(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m6AGATC序列酶切含錯配堿基新生DNA區(qū)段

2).Components分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第8頁Mismatchrepairpathwayfortherepairofreplicationerrors分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第9頁★thetransienthemimethylationintheDNAreplicationDammethylasemethylatesAresiduesonbothstrandsofthesequenceGATC(palindromicseq.)平均每2kb左右有一GATCseq.分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第10頁a、DNA/MutS

complexrecruitsMutLDNAhelicaseII,SSB,exonucleaseI去除包含錯配堿基片段DNApolymeraseIII和

DNAligasefillthegap昂貴代價用于確保DNA準(zhǔn)確性3）.

TheprocessofrepairMutLactivatesMutH,whichcausesanickonthestrandnearthesiteofthemismatch

分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第11頁外切核酸酶Ⅰ切割切點5’端（錯配堿基在切點5’端）

----------------Ⅶ----------------3’端（--------------------------3’端）分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第12頁分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第13頁HowtorepairDNAdamage?Wheredoesthedamagecomefrom?mutagen分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第14頁1.Alkylation(烷化劑)亞硝酸（nitrousacidHNO2）羥氨（hydroxylamineHA）甲磺酸乙酯（ethylmethanesulfonateEMS）

N-甲基-N’-硝基-N-亞硝基胍（N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidionNNG）分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第15頁NH2OH(Hydroxylamine

HA羥胺)C(i)A(a)HNHHOC(a)HAHNHHHOHNHHOHNHHOHNHHONH能使胞嘧啶（C）先變成羥氨基胞嘧啶，再經(jīng)互變異構(gòu)反應(yīng)變成能與腺嘌呤配正確羥氨基胞嘧啶分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第16頁2.RadiationUltravioletlight,γradiation,x-ray

---嘧啶二聚體(TTdimer)∧U.V.…CTTA…分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第17頁

脫氨氧化

U.V.CUA(a)U.V.U.V.H2OH++OH-C(a)

C(i)A(a)

脫嘌呤造成突變：堿基替換、缺失、重復(fù)、移框分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第18頁3、BaseanalogAbaseanalogisachemicalthatcansubstituteforanormalnucleobaseinnucleicacids.分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第19頁5-溴尿嘧啶5-BromineUracil分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第20頁5-BrU:G:A

烯醇式enolBrOHHOBr

酮式KetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU滲透AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二輪復(fù)制A·T

G·C

轉(zhuǎn)變AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT第一輪復(fù)制酮式到稀醇式轉(zhuǎn)變烯醇式滲透為G·C

A·T

轉(zhuǎn)變分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第21頁吖啶橙(AcridineOrangeAO)扁平染料分子溴化乙錠(EthidiumBromideEB)-ATTTTTCG--TAAAAAGC--ATTTCG--TAAAGC-TAOT-ATEBTTTTCG--TA分子插入AOEB-ATTTCG--TAAAGC--ATX’TTTTCG--TAXAAAAGC-XAAAAGC-結(jié)果產(chǎn)生－－－移框突變分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第22頁ThesystemsrepairingdamagetoDNAExcisionrepairsystemsRecombinantionalrepair分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第23頁1.DirectrepairofDNA是經(jīng)過一個可連續(xù)掃描DNA，識別出損傷部位蛋白質(zhì)，將損傷部位直接修復(fù)方法。該修復(fù)方法不用切斷DNA或切除堿基。比如：在全部原核和真核生物中都存在一個光激活酶。在可見光下，這種酶能夠結(jié)合在胸腺嘧啶二聚體引發(fā)扭曲雙螺旋部位，催化兩個胸腺嘧啶堿基再生，正常A-T堿基對重新形成。分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第24頁photoreactivation分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第25頁2.MethylgroupremovalThemethyltransferaseisnotcatalytic;havingonceacceptedamethylgroup,itcannotbeusedagain.分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第26頁甲基轉(zhuǎn)移酶Cys-SHCys-S-CH3分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第27頁3.核苷酸切除修復(fù)UvrABC核酸切割酶原核生物

12-13個核苷酸真核生物

27-29個核苷酸

UvrD(DNAhelicase)DNApolΙLigase(NucleotideExcisionRepairNER)分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第28頁分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第29頁★Rec-A.gene

以某種方式參加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

當(dāng)前知道

?Uvr系統(tǒng)負(fù)責(zé)切除二聚體?Rec系統(tǒng)負(fù)責(zé)消除沒有被切除二聚體可能造成后果4.Recombinative—Repair復(fù)制后修復(fù)、E.coli挽回系統(tǒng)分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第30頁TTTTAAAATTTTTTTTAAAATTTT變性

E.coli(Rec-A,uvr-a-)D.S.DNAS.S.DNAU.V.復(fù)制提取變性復(fù)制過程越過二聚體而在對應(yīng)新鏈上留下缺口★二聚體后起始★修復(fù)時期證實分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第31頁●與Rec-A蛋白引發(fā)重組(strandtransfer)相關(guān)●TTdimer未被修復(fù)，僅表現(xiàn)在后代群體中TTdimer

濃度稀釋●鏈非準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移，造成突變機率增加修復(fù)相關(guān)機制:分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第32頁

重組修復(fù)

(鏈轉(zhuǎn)移修復(fù))

復(fù)制后修復(fù)輕易犯錯RecA,DNApolymeraeligase二聚體后起始RecA

聚合酶、連接酶重組修復(fù)后損傷位點可由其它機制深入修復(fù)分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第33頁RecA蛋白首先與單鏈DNA結(jié)合（需消耗ATP）。于是RecA蛋白即被活化而可將雙螺旋解旋和分離，同時企圖將它結(jié)合單鏈與被解旋區(qū)域退火，如此繼續(xù)下去，直到找到互補次序。只要一旦有一小部份被真正“退火”，ATP供給能量就會繼續(xù)驅(qū)使配對反應(yīng)趨于完成。當(dāng)新雜交雙鏈形成時，RecA蛋白即從原來單鏈掉下來。分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第34頁Repairdouble-strandbreakNonhomologousendjoining:isabackupsysteminyeast,butinhighercellsitistheprinciplepathwaybywhichbreaksarerepaired分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第35頁分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第36頁分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第37頁5.SOS

respones(SOS修復(fù))TheSOSresponseisaglobalresponsetoDNAdamageinwhichthecellcycleisarrestedandDNArepairandmutagenesisareinduced.TheSOSusestheRecAprotein(Rad51ineukaryotes).TheRecAprotein,stimulatedbysingle-strandedDNA,isinvolvedintheinactivationoftheLexArepressortherebyinducingtheresponse.Itisanerror-pronerepairsystem.分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第38頁FunctionofRecAproteina、DNA重組活性b、與S.S.DNA結(jié)合活性c、少數(shù)蛋白proteinase活性分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第39頁mechanismofSOSresponseSOS修復(fù)－－無模板指導(dǎo)DNA復(fù)制

大劑量紫外線照射，大量二聚體產(chǎn)生SOS系統(tǒng)誘導(dǎo)，錯誤潛伏復(fù)制超越二聚體而進行錯誤堿基分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第40頁SOS修復(fù)只是SOS反應(yīng)一個別RecA在SOS反應(yīng)反應(yīng)中起關(guān)鍵作用RecA與LexA組成調(diào)控環(huán)路DNA損傷

SOSRecA受LexA個別抑制分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第41頁當(dāng)DNA復(fù)制受阻/DNAdamaged細胞內(nèi)原少許表示RecA-p與S.S,DNA結(jié)合激活RecA-pproteinase活性修復(fù)損傷LexA-p降解RecA-p高效表示SOSopen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活性分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第42頁當(dāng)DNA復(fù)制度過難關(guān)后SOSrepair是一個錯誤傾向性極強修復(fù)機制是進化中形成“竭盡全力，治病救人”辦法（正常狀態(tài)下，SOS是關(guān)閉）RecA-p很快消失LexAgeneonSOSoff分子生物學(xué)dna的變性和修復(fù)第43