损伤突变和修复实用教案

1、1突变突变(tbin)的意义的意义（一）突变是进化、分化的分子基础。（二）只有(zhyu)基因型改变，而无可察觉表型改变的 突变（基因多态性：用于描述个体之间的 基因型差别现象）。（三）致死性的突变（利用此特性消灭有害病原 体）。（四）突变是某些疾病的发病基础。P69第1页/共30页第一页，共30页。2第一节第一节多种因素可引起多种因素可引起(ynq)DNA损伤损伤并具有各自的机制并具有各自的机制第2页/共30页第二页，共30页。3一、引起一、引起DNA 损伤损伤(snshng)的因素的因素*紫外线照射紫外线照射*电离辐射电离辐射自发突变自发突变(tbin)： 频率：频率：10-9*5-溴尿嘧

2、啶溴尿嘧啶(5-BU)*羟胺羟胺*亚硝酸盐亚硝酸盐*氮芥类氮芥类物理物理生物生物化学化学诱变诱变(yu bin)因素因素病毒等病毒等P70第3页/共30页第三页，共30页。4（一）（一）DNA 的自发性损伤的自发性损伤(snshng)P701、DNA的复制的复制(fzh)错错误误2、DNA的修复合成的修复合成 修复系统将修复系统将DNA损伤部位损伤部位的一段的一段DNA切除，再以互补链切除，再以互补链为模板重新合成为模板重新合成DNA，又称，又称DNA非程序合成非程序合成。3、碱基的自发突变、碱基的自发突变脱氨基脱氨基:A、G、C环外氨基丢失环外氨基丢失碱基丢失碱基丢失:无碱基位点无碱基位点(

3、AP部位部位)4、正常代谢产物对、正常代谢产物对DNA的损伤的损伤氧自由基氧自由基造成造成DNA链断裂链断裂第4页/共30页第四页，共30页。5（二）环境造成（二）环境造成(zo chn)的的DNA 损伤损伤P701、紫外线引起、紫外线引起(ynq)的的DNA损损伤伤 UVT G A A C CA C T T G G胸腺嘧啶胸腺嘧啶(m dn)二二聚体聚体DNA之间交联之间交联DNA与蛋白质交联与蛋白质交联DNA链断裂链断裂第5页/共30页第五页，共30页。62、电离辐射引起、电离辐射引起(ynq)DNA损伤损伤（1）导致碱基变化）导致碱基变化 主要由主要由OH自由基引起，包括自由基引起，包括

4、DNA链上碱基氧化修饰、过氧化物形成、链上碱基氧化修饰、过氧化物形成、碱基环的破坏和脱落等。碱基环的破坏和脱落等。（2）导致脱氧核糖变化）导致脱氧核糖变化 脱氧核糖上每个碳原子和羟脱氧核糖上每个碳原子和羟基上氢都能与基上氢都能与OH反应反应,导致脱氧导致脱氧核糖分解，最终引起核糖分解，最终引起DNA链断裂链断裂（3）导致）导致DNA链断裂链断裂 可使脱氧核糖破坏或磷酸二酯可使脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而导致键断开而导致DNA链断裂。有单链链断裂。有单链断裂、双链断裂等不同形式。断裂、双链断裂等不同形式。（4）引起）引起DNA链交联链交联 DNA-DNA交联、交联、DNA-蛋白质蛋白质交联。是

5、细胞受电离辐射后在显微交联。是细胞受电离辐射后在显微镜下看到的染色体畸变的分子基础镜下看到的染色体畸变的分子基础第6页/共30页第六页，共30页。73、烷化剂引起、烷化剂引起(ynq)DNA损损伤伤（1）导致碱基烷基化）导致碱基烷基化 G的的N7和和A的的N3最容易烷基化，最容易烷基化，G的的N7被烷基化后改与被烷基化后改与T配对，配对， G-CA-T （2）导致碱基脱落）导致碱基脱落 G烷基化后的糖苷键不稳定，易烷基化后的糖苷键不稳定，易脱落形成脱落形成DNA上无碱基位点，复制时上无碱基位点，复制时可插入任何核苷酸，使序列改变。可插入任何核苷酸，使序列改变。（3）导致）导致DNA链断裂链断裂

6、 磷酸二酯键上的磷酸二酯键上的O易烷基化，形易烷基化，形成不稳定的磷酸三酯键，糖与磷酸间成不稳定的磷酸三酯键，糖与磷酸间发生水解，发生水解，DNA链断裂。链断裂。（4）引起）引起DNA链交联链交联单功能基烷化剂：甲基甲烷碘酸单功能基烷化剂：甲基甲烷碘酸双功能基烷化剂：双功能基烷化剂：DNA链内、链间、链内、链间、 以及与蛋白质的交联以及与蛋白质的交联 氮芥、硫芥；环磷酰胺；二乙基氮芥、硫芥；环磷酰胺；二乙基亚硝酸亚硝酸第7页/共30页第七页，共30页。84、碱基类似物、修饰、碱基类似物、修饰(xish)剂引起碱基对的改剂引起碱基对的改变变（1）碱基类似物用作促突变）碱基类似物用作促突变(tbi

7、n)剂或抗癌剂或抗癌药物药物 5-氟尿嘧啶（氟尿嘧啶（5-FU）、）、5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU）、）、2-氨基氨基(nj)腺嘌呤（腺嘌呤（2-AP）。）。（2）某些化学物质能专一修饰）某些化学物质能专一修饰DNA链上碱基链上碱基亚硝酸盐：使亚硝酸盐：使C脱氨变成脱氨变成U，经复制使，经复制使G-CA-T羟胺：使羟胺：使T脱甲基变成脱甲基变成C，结果，结果A-T G-C黄曲霉素黄曲霉素B：专一攻击：专一攻击DNA上碱基，导致序列变化上碱基，导致序列变化这些均为诱发突变的化学诱变剂或致癌剂这些均为诱发突变的化学诱变剂或致癌剂第8页/共30页第八页，共30页。9二、二、DNA 损伤损伤(sn

8、shng)的类型的类型单点突变单点突变(tbin)、多点、多点突变突变(tbin)转换、颠换转换、颠换链内共价链内共价(n ji)交联交联链间共价链间共价(n ji)交联交联电离辐射、某些化学试剂电离辐射、某些化学试剂使链内磷酸二酯键断裂使链内磷酸二酯键断裂DNA重组重组DNA损伤损伤碱基突变碱基突变DNA链断裂链断裂DNA链交联链交联插入或缺失插入或缺失单个碱基、多个碱基、单个碱基、多个碱基、一段序列的插入或缺失一段序列的插入或缺失DNA分子内发生较大片分子内发生较大片段的交换。段的交换。P69第9页/共30页第九页，共30页。10第二节第二节DNA损伤损伤(snshng)修复修复机制是遗传

9、保守性机制是遗传保守性的重要保障的重要保障第10页/共30页第十页，共30页。11 DNA损伤修复：对已发生分子改变(gibin)的DNA进行补偿措 施，使其回复为原有的天然状态。 DNA损伤损伤(snshng)修复的主要机制修复的主要机制（一）光修复（一）光修复(xif)（二）切除修复（二）切除修复(xif)（三）重组修复（三）重组修复(xif)（四）（四）SOS修复修复(xif)第11页/共30页第十一页，共30页。12一、某些一、某些DNA 损伤可以直接损伤可以直接(zhji)修复修复1、二聚体可被光复活酶直接、二聚体可被光复活酶直接(zhji)修复（光修复）修复（光修复） UV 紫外线

10、照射可引起(ynq)核酸链上相邻的两个胸腺嘧啶形成二聚体TT。 光修复过程是通过光复活酶催化而完成的，需 300 600 nm波长照射激活。嘧啶二聚体的形成与解聚嘧啶二聚体的形成与解聚光修复酶光修复酶P71第12页/共30页第十二页，共30页。132、DNA断裂口可以直接断裂口可以直接(zhji)修复修复 在在5 -P端和端和3 -OH端未受损伤情况下，连接酶能直接端未受损伤情况下，连接酶能直接(zhji)修复因电离辐射等因素造成的修复因电离辐射等因素造成的DNA断裂口断裂口 。3、烷基化碱基可以、烷基化碱基可以(ky)直接修直接修复复 大肠杆菌中有一种大肠杆菌中有一种Ada酶，能将烷基不可逆

11、地转移酶，能将烷基不可逆地转移到自身，从而修复甲基化碱基和甲基化的磷酸二酯键，到自身，从而修复甲基化碱基和甲基化的磷酸二酯键，同时其自身失活同时其自身失活 。第13页/共30页第十三页，共30页。14二、切除修复二、切除修复(xif)(excision repair)是是常见的修复常见的修复(xif)方式方式定义 在有关酶和蛋白质的作用下，去除DNA链的损伤部分(b fen)，用执行修复功能的DNA聚合酶催化dNTP聚合而填补缺口，最后用连接酶将修复过的链与无损伤的链两端连接起来。是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-pol和连接酶完成。过程过程识别、切除、合成、连接识别、切除、合成、

12、连接P71第14页/共30页第十四页，共30页。151、单个核苷酸的切除、单个核苷酸的切除(qich)修复修复 特定的特定的DNA糖苷酶识别并切除受损碱基糖苷酶识别并切除受损碱基 AP核酸内切酶识别裸露脱氧核糖上的核酸内切酶识别裸露脱氧核糖上的AP位点位点（apurinic and apyrimidinic sites,无嘌呤和无嘧啶位无嘌呤和无嘧啶位点）点）,在该位点在该位点5 端切开，核酸外切酶从端切开，核酸外切酶从5 3 方向方向(fngxing)切除脱氧核糖残基。切除脱氧核糖残基。 由由DNA聚合酶和连接酶修复缺口聚合酶和连接酶修复缺口第15页/共30页第十五页，共30页。162、核苷

13、酸片段切除、核苷酸片段切除(qich)修复修复原核生物参与原核生物参与(cny)切除修切除修复的酶及蛋白复的酶及蛋白质质 UvrA 、UvrB(辨认辨认(binrn)和结合和结合DNA损伤部位损伤部位)UvrC(去除损伤链去除损伤链)pol(填补空隙填补空隙)DNA连接酶连接酶(连接缺口连接缺口)真核生物除去损伤链：真核生物除去损伤链：XP蛋白蛋白第16页/共30页第十六页，共30页。175533 UvrA、UvrB辨认及结合DNA 损伤部位 UvrBUvrAE.coli切除切除(qich)修修复方式复方式 UvrC置换UvrA 5 5 3 3 UvrC切除损伤部位POH切除(qich)修复过

14、程（E.coli）： DNA-pol填补空隙 dNTP 5 5 3 3 POHOHDNA ligase 连接缺口 ATP ADP 第17页/共30页第十七页，共30页。18三、重组三、重组(zhn z)修复修复(recombination repairing) 当DNA分子的损伤面较大时，来不及修复完善就进行复制，损伤部位因无模板指引，复制的新子链会出现缺口。 重组蛋白RecA将另一股健康的母链与缺口部分(b fen)进行交换，以填补缺口。 健康的母链产生的缺口由pol I和连接酶复原。 原有的损伤仍存在，但随着多次复制，损伤的比例越占越少。P71第18页/共30页第十八页，共30页。19切下

15、正常母链的切下正常母链的DNA片段并插入片段并插入因损伤而未被复因损伤而未被复制的子链缺口上；制的子链缺口上；正常母链带缺口正常母链带缺口 RecA重组后，一重组后，一个子代个子代DNA双链中，母双链中，母链仍有缺陷，链仍有缺陷，但子链正常；但子链正常；而另一个正而另一个正常子链复制常子链复制复原复原 pol IDNA损伤部位重组(zhn z)修复第19页/共30页第十九页，共30页。20四、四、SOS修复修复(xif) SOS是国际海难信号，在此用以表示应急性的复制方式。 除了需要复制、修复的酶系统外，还需重组蛋白RecA及调控蛋白LexA（抑制与SOS修复有关的基因表达）。 机制(jzh)

16、：DNA严重受损时，RecA作为蛋白水解酶使LexA蛋白水解，从而解除与SOS修复有关的基因的抑制，修复酶系大量表达。P71第20页/共30页第二十页，共30页。21 SOS修复系统对碱基的识别、选择能力差，是以牺牲复制的准确性而换取细胞(xbo)的生存，使DNA保留的错误会较多，从而引起广泛、长期的突变。这是SOS修复的主要特点。人类细胞(xbo)中尚未发现这种修复系统。P71第21页/共30页第二十一页，共30页。22五、细胞周期检查点控制五、细胞周期检查点控制(kngzh)是真是真核生物核生物 诱导修复的主要机制诱导修复的主要机制 真核细胞有复杂真核细胞有复杂(fz)的控制体系，的控制体

17、系，DNA受损时，往往无法依靠单纯的修复机制进行受损时，往往无法依靠单纯的修复机制进行修 复 ， 需 要 通 过 细 胞 周 期 检 查 点 控 制修 复 ， 需 要 通 过 细 胞 周 期 检 查 点 控 制(checkpoint control,又称关卡控制）来对又称关卡控制）来对DNA损伤作出应答。损伤作出应答。细胞周期检查点控制机制最早在酵母细胞周期检查点控制机制最早在酵母(jiom)细胞中发现细胞中发现第22页/共30页第二十二页，共30页。23第三节第三节DNA损伤、修损伤、修复复(xif)与人类疾病与人类疾病P72第23页/共30页第二十三页，共30页。24一、核苷酸切除一、核苷

18、酸切除(qich)修复与着色修复与着色性干皮病性干皮病P72着色性干皮病（着色性干皮病（xeroderma pigmentosum，XP） 无法无法(wf)修复紫外线造成的损伤修复紫外线造成的损伤核苷酸切除修复相关基因：核苷酸切除修复相关基因： XPA、B、C、D、E、F、G 其中其中(qzhng)任何一个基因突变都可以引起任何一个基因突变都可以引起XP病。病。细胞融合实验发现：来自于不同患者的皮肤成纤维细细胞融合实验发现：来自于不同患者的皮肤成纤维细胞对紫外线损伤的修复有互补作用，甚至可以使核苷胞对紫外线损伤的修复有互补作用，甚至可以使核苷酸切除修复能力恢复正常。酸切除修复能力恢复正常。第2

19、4页/共30页第二十四页，共30页。25二、错配修复与遗传性非息肉二、错配修复与遗传性非息肉(xru)型结型结肠癌肠癌P72 HNPCC是最常见的遗传性肿瘤之一，是常染色是最常见的遗传性肿瘤之一，是常染色体显性遗传疾病，其癌瘤细胞常表现出微卫星体显性遗传疾病，其癌瘤细胞常表现出微卫星DNA的不稳定性，长度较正常细胞或长或短。的不稳定性，长度较正常细胞或长或短。 微卫星微卫星DNA的不稳定性在多个位点存在，可以的不稳定性在多个位点存在，可以作为错配修复作为错配修复(xif)功能缺陷的标志。功能缺陷的标志。 HNPCC家族中表型正常者，其错配修复家族中表型正常者，其错配修复(xif)基因只有一个拷

20、贝失活，有较高肿瘤易发性。当基基因只有一个拷贝失活，有较高肿瘤易发性。当基因的第二个拷贝失活时，错配修复因的第二个拷贝失活时，错配修复(xif)能力丧失，能力丧失，导致高突变表型出现。修复导致高突变表型出现。修复(xif)能力的降低使其能力的降低使其无法修复无法修复(xif)癌基因、抑癌基因关键部位的突变，癌基因、抑癌基因关键部位的突变，有利于细胞恶性生长。有利于细胞恶性生长。第25页/共30页第二十五页，共30页。26三、转录三、转录(zhun l)偶联修复与偶联修复与Cockayne综合征（综合征（CS）P72转录偶联修复（转录偶联修复（transcription-coupled repair,TCR） 1982年提出。转录过程有利于年提出。转录过程有利于DNA损伤修复的进行，损伤修复的进行，基本转录因子基本转录因子(ynz)(TFH)是转录启动所必需的，也是是转录启动所必需的，也是参加核苷酸切除修复不可缺少的蛋白质因子参加核苷酸切除修复不可缺少的蛋白质因子(ynz)。修复。修复与 转 录 过 程 的 偶 联 通 过 转 录 修 复 偶 联 因 子与 转 录 过 程 的 偶 联 通 过 转 录 修 复 偶 联 因 子(ynz)(transcrip