分子生物学： DNA损伤与修复PPT课件.ppt

第二章染色体与DNA,遗传物质的分子结构和性质基因组和染色体DNA的复制DNA损伤与修复重组和转座,1,DNA损伤与基因突变,损伤VS突变损伤：DNA简单的化学变化G-CmG-C突变：DNA碱基对的改变G-CA-T损伤突变,2,DNA损伤,3,（一）DNA分子的自发性损伤,在体外polIII核心酶的出错率约为10-5，在体内进行DNA复制时的出错率约为10-1010-11。造成错误的原因分为两类：互变异构移位（tautomericshifts）移码（frameshift）,4,互变异构移位（tautomericshifts）,碱基可以自发地相互变化，例如烯醇式与酮式碱基间的互变。这种变化就会使碱基配对间的氢键改变，可使碱基配对异常。,5,移码（frameshift）,6,脱嘌呤,一个哺乳类细胞在37条件下，20h内DNA链上自发脱落的嘌呤约10,000个；估计一个长寿命不复制繁殖的哺乳类细胞（如神经细胞）在整个生活期间自发脱嘌呤数约为108，这占细胞DNA中总嘌呤数约3%。无嘌呤位点会随机的插入一个碱基，从而导致突变。,7,脱氨基,CGTA,5mCGTA,8,氧化损伤,有活性的氧化剂，如过氧化物原子团（O2-）、过氧化氢（H2O2），羟基（-OH）等需氧代谢的副产物都是有活性的氧化剂，它们可导致DNA的氧化损伤。,T氧化后产生T乙二醇，G氧化后产生8-氧代鸟嘌呤(8-oxodG)或“GO”，GO可和A错配，导致GT。,9,（1）紫外线辐射引起的DNA损伤,环丁烷环,（二）物理因素引起的DNA损伤,10,（2）射线及X射线引起的DNA损伤,电离辐射作用于DNA分子的周围介质（主要是水）生成水射解自由基。自由基就是带有不成对电子的化学物质，特别是含氧的自由基具有很高的活性，能快速与相邻分子发生作用。当与DNA分子发生作用时，可引起碱基的改变，DNA单链或双链的断裂,GO可与A配对，导致CGTA,（二）物理因素引起的DNA损伤,11,（三）化学因素引起的DNA损伤,碱基类似物：,2-氨基嘌呤（2-AP）：一种是正常状态，一种是稀有状态,5-溴尿嘧啶（5-BU）：与T相似，分酮式和烯醇式,12,碱基修饰物:亚硝酸,羟胺,烷化剂,（三）化学因素引起的DNA损伤,黄嘌呤,次黄嘌呤,羟胺,13,碱基的烷基化修饰引起的DNA损伤,亲电试剂负电中心烷基化,不改变碱基配对，一般无害,产生非编码碱基：3-甲基腺嘌呤（3mA），不能与其他碱基配对，从而阻断DNA复制，细胞致死。,14,环境中有许多致癌物质都是亲电试剂，能够使DNA发生烷基化修饰。一些修饰会导致突变发生，如果控制或影响细胞分裂的基因发生突变，就会使细胞转变为癌细胞。,碱基的烷基化修饰引起的DNA损伤,乙基甲烷磺酸,15,DNA插入剂:,（三）化学因素引起的DNA损伤,原黄素,吖啶橙,16,DNA插入剂能插在模板链或新合成两个相邻碱基中，从而造成碱基的增加或减少。,17,DNA修复,DNA修复（DNArepairing）是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可能使DNA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能；但有时并非能完全消除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这DNA的损伤而能继续生存。两条基本修复途径直接去除损伤移去损伤的DNA片段，补上新的DNA,18,2019/12/12,19,DNA损伤的直接修复,（一）通过DNA聚合酶校正修复（二）光复活反应AlbertKelner以链霉菌为研究对象，研究“温度对DNA紫外损伤修复的影响”时发现：光复活（或光修复）机制。包括人类在内的胎盘哺乳动物没有光复活途径。,20,光裂合酶的结合,嘧啶二聚体断裂，酶被释放,光复活作用模型,21,（三）O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶的作用机制,所有的生命有机体都存在该修复机制O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶是一种自杀性酶在E.coli细胞中能被烷基化的DNA所诱导。,22,切除修复,是修复DNA损伤最为普遍的方式，对多种DNA损伤都能起修复作用。这种修复方式普遍存在于各种生物细胞中，也是人体细胞主要的DNA修复机制。修复过程需要多种酶的一系列作用。包括：碱基切除修复（baseexcisionrepair,BER):主要针对碱基改变轻微的DNA损伤，如细胞试剂引起的化学修饰。核苷酸切除修复（nucleotideexcisionrepair,NER)：主要修复碱基发生重大变化的DNA损伤，如细胞外的诱变剂造成的损伤。,23,碱基切除修复E.coli的碱基切除修复,糖基化酶,5端一侧切断DNA链,AP-脱氧核糖磷酸,24,碱基切除修复人类的BER途径,糖基化酶,APE1具有3-5外切酶活性，其可在DNA聚合酶发生错误填补核苷酸时提高50150倍。,人类细胞中是APE1,真核生物的BER过程没有磷酸二酯酶参与，磷酸戊糖的切除由DNA聚合酶完成,并填补空隙。但有1/4000的错误概率。,25,碱基切除修复8-氧代鸟嘌呤的修复（GO系统）,26,核苷酸切除修复E.coli,如果受到损伤的是一个碱基（如烷基化修饰），切除片段长12nt如果是嘧啶二聚体损伤，切除片段长13nt,27,核苷酸切除修复真核生物,两种途径：全基因组核苷酸切除修复（全基因组NER或GG-NER）：修复基因组内的所有损伤转录偶联核苷酸切除修复（transcription-coupledNER或TC-NER）：只修复局限于转录链上的基因组活性区损伤。,28,人类全基因组的核苷酸切除修复,2432nt,29,转录偶联核苷酸切除修复,TC-NER与GG-NER的机制十分相似，只是由RNA聚合酶发挥XPC的功能，检测损伤位点并起始DNA的溶解。XPA识别变性DNA中的损伤位点，并募集其他因子。,30,真核生物的双链断裂修复,是真核生物最严重的DNA损伤形式。两种方式修复DNA的双链断裂（DSB）损伤：同源重组：细胞分裂的S期和G2期起主要作用非同源末端连接（nonhomologousend-joining,NHEJ）：G1期的哺乳细胞,31,非同源末端连接模型,32,错配修复,33,34,未修复DNA损伤的处理旁路修复机制,重组修复,易错旁路（SOS修复）,35,作业,人类遗传性疾病已发现4000多种，其中不少与DNA修复缺陷有关，这些DNA修复缺陷的细胞表现出对辐射和致癌剂的敏感性增加。例如着色性干皮病（xerodermapigmentosum，XP）就是第一个发现的DNA修复缺陷性遗传病，患者皮肤和眼睛对太阳光特别是紫外线十分敏感，身体暴光部位的皮肤干燥脱屑、色素沉着、容易发