《DNA的修复》PPT课件.ppt

DNA的修复,由于染色体DNA在生命过程中占有至高无上的地位，DNA的复制的准确性以及DNA日常保养中的损伤修复就有着特别重要的意义。下表是大肠杆菌中的DNA修复系统：,2019/8/4,1,重点内容：DNA损伤修复方式；DNA突变类型 难点内容：基因间校正 教学目的：了解DNA损伤的原因及修复方式；突变的产生及校正。,引起损伤的因素: 自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、 脱氨基、碱基丢失、 细胞的代谢产物对DNA的损伤) 物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线) 化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物） 引起损伤的类型： 碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取 代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链 间）、嘧啶二聚体等等,4.1 Gene Mutations,Causes of Mutations Spontaneous Replication Errors Spontaneous Chemical Changes Chemically Induced Mutations Radiation,化学因素：,DNA的修复,2019/8/4,11,DNA修复系统 直接修复 错配修复 切除修复 重组修复 SOS修复,DNA直接修复（direct repair）,生物体内存在多种DNA损伤以后而并不需要切除碱基或核苷酸的机制，这种修复方式称为DNA的直接修复。,相邻的胸腺嘧啶,光复活(photoreactivation),可见光存在的条件下，在光复活酶作用下将UV引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。,过程 光复活酶与T=T结合形成复合物; 复合物吸收可见光切断T=T之间的C-C共价键,使二聚体变成单体; 光复活酶从DNA链解离。,DNA紫外线损伤的光复合酶直接修复,光复活（photo reactivation ） 直接修复,-TT- -AA-,复制前、不容易出错,400 nm 蓝光、PR 酶 (photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶（photolyase）,烷基化碱基的直接修复,在 大肠杆菌中O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（Ada），通过从O6-甲基鸟嘌呤上把甲基直接转移到酶的半胱氨酸残基上来直接回复DNA的损伤可修复甲基化的碱基和甲基化的磷酸二酯键。（自杀性酶）,DNA断裂口直接修复：,在 DNA 5 -P 端和 3 -OH端未受损害的情况下，连接酶能够直接修复DNA的断裂口。,切除修复,1、内切酶识别损伤部位，并在5 端切开；2、外切酶作用下连同受损伤的部位，从5 端到3 端切除；3、合成新链填补缺口；4、连接酶连接。,碱基切除修复： BER可以去除因脱氨基或碱基丢失及其它因素产生的DNA损伤。,形成去AP位点 AP核酸内切酶切除受损片段 DNA聚合酶I和DNA连接酶修复DNA链,DNA糖苷酶(glycosylase)能识别DNA受损核酸位点，特异性切开受损核苷酸上的糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，称为AP位点。 DNA分子中一旦产生了AP位点，AP核酸内切酶就会切开Ap位点附近的磷酸二酯键，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA。,Base Excision Repair,-TAGC- -ATCG-,-TAGC- -A CG-,U,G,C,U,A,-TAGC- -A CG-,-TAGC- -ATCG-,核苷酸切除修复 DNA切割酶切割移去12-13个核苷酸（原核）或27-29个核苷酸（真核）的单链DNA，再由DNA聚合酶和DNA连接酶修复DNA链,二聚体,错配修复系统(MRS Mismatch Repair System),错配修复碱基来源：校正活性所漏校的碱基,+ - A- - -T-,错配修复（Mismatch repair),错配修复（Mismatch repair),原核细胞内存在Dam甲基化酶，能使位于5GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。 复制后DNA在短期内（数分钟）为半甲基化的GATC序列，一旦发现错配碱基，即将未甲基化链切除一段包含错误碱基的序列，并以甲基化的链为模板进行修复。, DNA合成过程中的甲基化变化,DNA中的GATC (palindromic seq.) 为m6A甲基化敏感位点,平均每2kb左右有一GATC seq.,错配修复系统受甲基化的引导,2019/8/4,29,错配修复 一旦在DNA复制过程中发生错配，通过该系统几乎能完全修正。该系统对DNA复制忠实性贡献很大。 修复过程： 识别错配， 复合物的形成，甲基化及非甲基化链的切开， 切除含错配的部分DNA链， 合成新链 新链再度甲基化,错配修复系统组成（Mismatch repair system）,DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶),DNA polymerase 填补单链 DNA 缺口,Helicase SSB 外切核酸酶 (和) 连接酶,MCE (mismatch correct enzyme),3 subunits mut H, L, S,错配修复,大肠杆菌 DNA 甲基化位点 新合成的DNA,Mis-paired bases,DNA突变,突变（Mutation） ：DNA碱基序列水平发生永久的可遗传的改变称为突变。 突变体：携带突变的个体，群体或株系叫突变体。 突变型： 突变类型 点突变(point mutation)： 移码突变(frame shift mutation)：,突变的类型,1、碱基对的置换（substitution） 转换(Transition)： 最普通的一种点突变，指一种嘧啶被另一种嘧啶代替，一种嘌呤被另一种嘌呤代替。使GC对被AT对替换，或者相反。 颠换(Transversion)： 另一种不常见的点突变，嘌呤被嘧啶代替或者相反，如AT对变成了TA、CG对。 2、移码突变（frameshift mutation） 由碱基的缺失或插入造成。,A G T C,DNA突变的类型,野生型基因,-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-,碱基对的置换(substitution),移码突变 (framesshift mutation),编码区突变类型,突变,同义突变,错义突变,无义突变,同义突变 Synonymous mutation,虽然，DNA上碱基发生了变化，但仅仅是改变了某种氨基酸的同义密码子，基因表达的氨基酸序列不变，生物活性不变。 属于“无声突变”。,38,e.g. 亮aa CUU CUA UUA 对应的DNA CTT CTA TTA e.g. 亮aa CUC CUG UUG 对应的DNA CTC CTG TTG,错义突变(Missense mutation ）： 密码子的第一、二位碱基改变导致对应的aa改变,G,A,A,G,T,A,中性突变 Neutral mutation,虽然，DNA的碱基发生了改变，但突变体的性状几乎不变，蛋白质的活性几乎不变。 属于“错义突变”中的一种形式 也属于“无声突变 ” Silent mutation。,41,无义突变 Nonsense mutation,因DNA上碱基的改变，或者碱基插入、缺失造成移码现象，使原氨基酸密码子变为终止密码子的过程。这种突变会使得翻译过早的中断，表达的蛋白质失去了活性。,42,移码突变 Frameshift mutation,当DNA中插入或缺失核苷酸，或加入嵌合剂时，造成阅读框的移动，使基因转录的mRNA三联密码改变，表达的氨基酸序列面目全非，或部分改变，或不表达,甚至造成生物致死（Lethal）的现象。,回复突变,回复突变： 基因第二次突变时，在第一次突变位点上恢复成原来碱基的现象。这种几率在自然界很小。 A-a a-A 习惯上说的“回复突变”，确切地说是 “校正突变”。,基因校正,基因的第二个位点突变，来抑制第一个位点突变的表现型效应。使第二次表现型恢复为野生型、或成为有活性的突变体。,47,校正方式：,基因内校正 （两次突变位点，在同一条染色体上。） 基因间校正 （两次突变位点，在不同染色体上。）,48,基因内校正,5 -CAGGACAACACTGCATGCCCAAATACTTTGGGTGA-3 3 -GTCCTGTTGTGACGTACGGGTTTATGAAACCCACT-5 ,5 -CAGGACAACACTGCATGCCCAAATAGTTTGGGTGA-3 3 -GTCCTGTTGTGACGTACGGGTTTATCAAACCCACT-5 ,5 -CAGGACAACACTGCATGCCCAAACAGTTTGGGTGA-3 3 -GTCCTGTTGTGACGTACGGGTTTGTCAAACCCACT-5 ,野生型,+,-,第一次突变,第二次突变 有几种情况,1.回复突变,-,2.同点抑制突变,-,3.异点抑制突变,有活性的突变体,+,+,+,+,失活,50,基因内抑制突变,Lys,Glu,Lys,Glu,第二次突变并不恢复已突变的蛋白质结构，而是改变另一个蛋白质，来补偿原来突变造成的缺陷。使第二次表现型恢复为