生化 第16章 DNA的損傷修復(fù)學(xué)習(xí)課件

DNA的合成及重組

DNABiosynthesisandRecombination第十六章

由自發(fā)的或環(huán)境的因素引起DNA一級結(jié)構(gòu)的任何異常的改變稱為DNA的損傷，也稱為突變（mutation）。一、DNA的損傷（突變）

多種因素通過不同形式可引起DNA損傷堿基開環(huán)和糖苷鍵斷裂引起堿基丟失

輻射或氧化損傷等引起堿基改變

化學(xué)因素可引起核苷酸插入或缺失

輻射和化學(xué)損傷可引起DNA鏈斷裂物理和化學(xué)因素可引起DNA鏈間或鏈內(nèi)交聯(lián)

導(dǎo)致復(fù)制或轉(zhuǎn)錄障礙導(dǎo)致復(fù)制后產(chǎn)生基因突變DNA損傷的結(jié)果:1、突變的意義突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)進(jìn)化過程是突變的不斷發(fā)生所造成的。沒有突變就不會有現(xiàn)今的生物世界，也不會有遺傳學(xué)。但是目前對突變發(fā)生的原因尚未知。

DNA的多態(tài)性（polymorphism）

個(gè)體之間的基因型差別。原因是有些突變沒有可覺察的表型改變，例如在簡并密碼子上第三位堿基的改變，蛋白質(zhì)非功能區(qū)段上編碼序列的改變等。利用核酸雜交原理，可以設(shè)計(jì)各種技術(shù)用于識別個(gè)體差異和種、株間的差異，并用于疾病預(yù)防及診斷。

致死性突變突變發(fā)生在對生命過程至關(guān)重要的基因上，可導(dǎo)致個(gè)體、細(xì)胞的死亡。利用致死性突變的原理可以消滅有害的病原體。突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)有遺傳傾向的代謝綜合癥：高血壓病、糖尿病、潰瘍病和腫瘤等與生活習(xí)慣和環(huán)境有關(guān)，但亦有證據(jù)表明某些基因發(fā)生了變異。人類基因組計(jì)劃(HGP)完成了核苷酸的測序，現(xiàn)在正要啟動的變異基因組測序?qū)橥蛔冊谥卮蠹膊“l(fā)生中的作用及進(jìn)一步預(yù)防和干預(yù)打下基礎(chǔ)。2、誘發(fā)突變的的分子改變類型及因素誘發(fā)突變的分子改變類型點(diǎn)突變?nèi)笔Р迦氲刮徽T發(fā)突變的因素物理因素化學(xué)因素物理因素紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV化學(xué)因素目錄3、突變的分子改變類型錯配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)框移(frame-shift)

DNA分子上的堿基錯配稱點(diǎn)突變(pointmutation)。發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。1.轉(zhuǎn)換發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。

2.顛換3.1錯配鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

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C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

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C肽鏈CTCGAG基因3.2缺失、插入和框移缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。插入：原來沒有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間?？蛞仆蛔兪侵溉?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)生改變。

缺失或插入都可導(dǎo)致框移突變

。谷酪蛋絲5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙纈組纈正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突變3.3重排DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排。

由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型目錄二、DNA損傷的修復(fù)修復(fù)(repairing)

是對已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。光修復(fù)(lightrepairing)切除修復(fù)(excisionrepairing)重組修復(fù)(recombinationrepairing)SOS修復(fù)

修復(fù)的主要類型光修復(fù)光修復(fù)酶(photolyase)

UVUvrA識別DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)變形UvrB負(fù)責(zé)解鏈，募集核酸內(nèi)切酶UvrCUvrC在損傷部位的兩側(cè)切斷DNA鏈UvrD去除這兩個(gè)切點(diǎn)之間的DNA片段DNA聚合酶Ⅰ和連接酶填補(bǔ)缺口核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHP切除修復(fù)是細(xì)胞內(nèi)最重要和有效的修復(fù)機(jī)制，主要由DNA-polⅠ和連接酶完成。DNA連接酶ATPE.coli的切除修復(fù)機(jī)制目錄重組修復(fù)SOS修復(fù)當(dāng)DNA損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時(shí)，由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。在E.coli，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個(gè)稱為調(diào)節(jié)子(regulon)的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。這種修復(fù)特異性低，對堿基的識別、選擇能力差。通過SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而DNA保留的錯誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長期的突變。三、DNA損傷修復(fù)具有重要的生物學(xué)意義修復(fù)系統(tǒng)的存在保證了物種遺傳的穩(wěn)定性，對降低修復(fù)缺陷相關(guān)疾病的發(fā)病率有十分重要的意義。第五節(jié)

DNA重組

DNARecombination

DNA重組的類型同源重組特異位點(diǎn)重組轉(zhuǎn)座重組一、同源重組是最基本的DNA

重組方式同源重組(homologousrecombination，HR)

是指發(fā)生在同源序列間的重組，它通過鏈的斷裂和再連接，在兩個(gè)DNA分子同源序列間進(jìn)行單鏈或雙鏈片段的交換。又稱基本重組(generalrecombination)。同源重組不需要特異DNA序列，而是依賴兩分子之間序列的相同或類似性。

以E.coli的同源重組為例，了解同源重組機(jī)制的Holliday模型：

Holliday模型中，同源重組主要4個(gè)關(guān)鍵步驟

兩個(gè)同源染色體DNA排列整齊一個(gè)DNA的一條鏈斷裂、并與另一個(gè)DNA對應(yīng)的鏈連接，形成Holliday中間體通過分支移動產(chǎn)生異源雙鏈DNAHolliday中間體切開并修復(fù)，形成兩個(gè)雙鏈重組體DNA，分別為：片段重組體(patchrecombinant)拼接重組體(splicerecombinant)

片段重組體（見模型圖左邊產(chǎn)物）：切開的鏈與原來斷裂的是同一條鏈，重組體含有一段異源雙鏈區(qū)，其兩側(cè)來自同一親本DNA。拼接重組體（見模型圖右邊產(chǎn)物）：切開的鏈并非原來斷裂的鏈，重組體異源雙鏈區(qū)的兩側(cè)來自不同親本DNA。

內(nèi)切酶

(recBCD)DNA侵?jǐn)_(recA)分支遷移

(recA)

內(nèi)切酶(recBCD)

DNA

連接酶5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′3′3′5′3′5′3′3′5′5′3′5′3′5′3′Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′Holiday中間體5′3′5′3′5′3′5′3′5′3′5′5′5′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′5′5′5′5′3′3′3′3′內(nèi)切酶(ruvC)內(nèi)切酶(ruvC)

DNA連接酶

DNA連接酶片段重組體拼接重組體二、特異位點(diǎn)重組是特異位點(diǎn)間的遺傳信息整合由整合酶催化，在兩個(gè)DNA序列的特異位點(diǎn)間發(fā)生的整合稱位點(diǎn)特異的重組(sitespecificrecombination)。例如，λ噬菌體DNA的整合、細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組、免疫球蛋白基因的重排以及轉(zhuǎn)座重組等。作用：某些基因表達(dá)的調(diào)節(jié)，發(fā)育過程中程序性DNA重排，以及有些病毒和質(zhì)粒DNA復(fù)制循環(huán)過程中發(fā)生的整合與切除等。

（一）λ噬菌體DNA的整合

（二）細(xì)菌的特異位點(diǎn)重組沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變hix為反向重復(fù)序列，它們之間的H片段可在Hin控制下進(jìn)行特異位點(diǎn)重組(倒位)。H片段上有兩個(gè)啟動子P，其一驅(qū)動hin基因表達(dá)，另一正向時(shí)驅(qū)動H2和rH1基因表達(dá)，反向(倒位)時(shí)H2和rH1不表達(dá)。rH1為H1的阻遏蛋白基因。

H2鞭毛素

阻遏蛋白Hin重組酶轉(zhuǎn)位片段hinH2IH1

H1鞭毛素hinH2IDNA啟動序列H1啟動序列沙門氏菌H片段倒位決定鞭毛相轉(zhuǎn)變（三）免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白(Ig)，由兩條輕鏈(L鏈)和兩條重鏈(H鏈)組成，分別由三個(gè)獨(dú)立的基因族編碼，其中兩個(gè)編碼輕鏈(

和

)，一個(gè)編碼重鏈。

輕鏈的基因片段：重鏈的基因片段：LVJCLVDJC重鏈(IgH)基因的V-D-J重排和輕鏈(IgL)基因的V-J重排均發(fā)生在特異位點(diǎn)上。在V片段的下游，J片段的上游以及D片段的兩側(cè)均存在保守的重組信號序列(recombinationsignalsequence,RSS)。此重排的重組酶基因rag(recombinationactivatinggene)共有兩個(gè)，分別產(chǎn)生蛋白質(zhì)RAG1和RAG2。

CACAGTG(12/23)ACAAAAACCGTGTCCACTGTTTTTGG重組信號序列基因片段V片段J片段RSSRSS間插DNAOHOHVJ單鏈切開RAG1RAG2分子內(nèi)轉(zhuǎn)酯反應(yīng)單鏈切開轉(zhuǎn)移核苷酸修復(fù)、連接免疫球蛋白基因重排過程三、轉(zhuǎn)座重組是插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的DNA移位大多數(shù)基因在基因組內(nèi)的位置是固定的，但有些基因可以從一個(gè)位置移動到另一位置。這些可移動的DNA序列包括插入序列和轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）。由插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因移位或重排稱為轉(zhuǎn)座(transposition)，又稱轉(zhuǎn)座重組(transpositionalrecombination)。插入序列(insertionsequences,IS)組成：二個(gè)分離的反向重復(fù)(invertedrepeats,IR)序列特有的正向重復(fù)序列一個(gè)轉(zhuǎn)座酶（transposase)編碼基因

IRTransposaseGeneIR發(fā)生形式：

保守性轉(zhuǎn)座(conservativ