DNA的损伤与修复-2.ppt

第六章 DNA的损伤与修复 DNA的复制是高保真的，但在有少量错误；理化因素损害。如不纠正，可导 致突变/死亡。 第一节 DNA损伤的来源 （包括碱基脱落、碱基改变、碱基错配、链交联及断裂等） 一、碱基脱落 1、酸和热糖苷键碱基脱落， 2、变异的碱基被DNA糖基化酶切除去，产生无嘌呤/嘧啶的位点（AP位点） ； 3、生理情况碱基会自发性脱落。 二、碱基改变 理化因素导致嘧啶间替换，或嘌呤间替换 1、烷化剂：硫酸二甲酯、甲烷磺酸甲酯等烷化剂与碱基中的亲 核基团作用生成烷基化碱基，使链内或链间的胞嘧啶交联，阻 断复制、转录等过程。 2、亚硝酸： 甲基化的胞嘧啶脱氨T，与A 配 胞嘧啶脱氨U，与A 配 3、碱基类似物：5-溴尿嘧啶（Br-U）的酮式与T相似，可与A配 对；变为醇时则与C相似，也能与G配对，结果使A：TG：C 2-氨基嘌呤为A的类似物，正常时与T配，但也可与C配，使原AT 对转换为GC对 -A- -G- -T- - U- -A- - U- -G- -C- -G- -A- -C- -U- 亚硝酸 亚硝酸 ： GC对 变AT对 : G 5-BrU（B）的醇式，与G配 Br OH H O 5-BrU的酮式，与A配 : A Br H O AGCTBCCTA TCGAGGGAT AGCTTCCTA TCGAAGGAT 1st round of replication AGCTBCCTA TCGAAGGAT AGCTCCCTA TCGAGGGAT 2nd 碱基类似物： AT对变GC对 AGCTTCCTA TCGAAGGAT AGCTBCCTA TCGAAGGAT Base analog incorporation : G 5-BrU的醇式，与G配 Br OH H O 5-BrU的酮式，与A配 : A Br H O 三、碱基的错配：由突变基因编码有缺陷的聚合酶，核酸酶或 其它蛋白质，易导致碱基发生错配。 1、碱基的缺失、插入：吖啶 类、溴乙锭等为扁平分子， 易嵌入DNA的碱基平面间， 致使复制、重组过程中碱基 的缺失或插入。原因：使聚 合酶在复制过程中发生滑移 ，如在模板链滑移（打滑） 易造成缺失，在生长链上易 造成插入。 2、胸腺嘧啶二聚体：紫外线照射使一条链上相邻的嘧啶，尤其 是胸腺嘧啶形成环丁基二聚体，阻碍链间的正常碱基配对。 四、链的断裂 ： 辐射、博莱霉 素等，使单 股或双股 DNA的磷酸 二酯键断裂 、脱氧核糖 裂解； 机体代谢产生 氧自由基， 使链断裂 五、DNA链的交联： 烷化剂、丝裂霉素、光活化补骨脂素等，使DNA链间交联 氮芥使二条链间的鸟嘌呤形成共价键 光敏植物（芹菜、芫 荽、莴苣等）产“呋 喃香亚素”，最有名 的“补骨脂素”。分子 量很小，可穿透皮肤 到达DNA。紫外线照 射后与DNA结合 第二节、DNA的修复系统 一、直接修复: 1、二聚T：几乎所有生物都有光复活酶（DNA光解酶），使嘧啶二 聚体在可见光（300-600nm）存在下分解为单体。 机制：酶先与二聚T结合成复合物，复合物吸收可见光切断胸腺 嘧啶二聚体之间的两个C-C键，使二聚T变为单体，酶释放。 （二聚T） 光复活酶 2、烷基化的碱基：在O6-甲基鸟嘌吟转甲基酶的作用下 将O6-甲基鸟嘌吟上的甲基转移到酶分子上的半胱氨酸 残基而修复。 包括2种： 碱基的切除修复 片段的切除修复 （二）切除修复 Base excision repair DNA glycosylases cleaves N-glycosylic bond AP endonuclease cleaves apurinic or apyrimidinic site DNA polymerase I 53 exonuclease activity & polymerase activity DNA ligase 1、碱基的切除修复 片段的切除修复 步骤多，先切除含错配碱基 在内的片段，再以另一条链 为模板，合成新的DNA 大肠杆菌主要有核酸内切酶 （UvrABC）、Pol I、连接 酶等 步骤：UvrABC：在错配的碱 基（包括二聚T）的两侧各 做一个切口，切下含损伤在 内的12bp单链片段，留下的 缺口由 Pol I修补，由DNA 连接酶连接。 据模板的遗传信息修复错配的碱 基。关键区分模板链和新生 链。大肠杆菌中由错配修复系统 ，识别子代链，依据是甲基化。 E. coli中DNA的GATC序列中A 的N6都是甲基化的（DAM甲基化催 化），复制后短时间内子代链DNA 未来得及甲基化，可区分模板链 和新合成链，并将新生链上错配 的碱基切除。 （三）错配修复 -CH3 N-糖 苷键 包括多种酶：Dam甲化酶，MutH，MutL ，MutS（矫正酶，错配修复酶）,解旋 酶III，SSB，Pol III，核酸外切酶， 连接酶等。 错配修复发生在GATC的邻近处（如 GAmTC 1kb以内）MutH酶于子链GATC中 G的5外侧切，成为待修复的标志， 1）当错配位点于切割点的5-侧时（ 右图），未甲基链按35方向由核 酸外切酶降解直至错配碱基在内，再 由Pol III以模板链为据合成新链； 2）当错配位点于切割点的3-侧时， 由核酸外切酶VII 或RecJ蛋白按 53方向降解未甲基链，直至包含 错配碱基在内。 TGTCTGCGCCCATCGATCCCTTTGTCTATCCTCGACCATGGCG ACAGACGCGGGTAGCTAGGGAAACAGATAGGGGCTGGTACCGC TGTCTGCGCCCATC CATGGCG ACAGACGCGGGTAGCTAGGGAAACAGATAGGGGCTGGTACCGC GATCCCTTTGTCTATCCTCGAC TGTCTGCGCCCATCGATCCCTTTGTCTATCCTCGACCATGGCG ACAGACGCGGGTAGCTAGGGAAACAGATAGGGGCTGGTACCGC DNA复制的模板如有损伤，则复制受抑制。要用重组修复系统。 作用机制： 先复制后修复。当复制到损伤部位时，此时复制跨 越损伤部位，继续在其下游约1Kb重新开始复制。新生子链的缺 少部分，由互补链的相应片段转移到缺口处，损伤部位随后由 切除修复修复。重组修复涉及多种酶，其中最重要的是RecA蛋 白。 创伤 重组 重组的亲代DNA 修复后的亲代DNA 修复 （四）重组修复 此修复为旁路修复系统，错误率很高。有时虽然合成了