生物化学-DNA的损伤与修复

目录CONTENTS二DNA损伤的修复一DNA损伤的因素DNA的损伤与修复2一、DNA损伤的因素

某些理化因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，作用于DNA，造成其结构和功能的破坏，从而引起生物突变和致死的效应，称为DNA的损伤。3

DNA复制中的错误以DNA为模板按碱基配对进行DNA复制是一个严格而精确的事件，但也不是完全不发生错误的。复制过程中如有错误的核苷酸掺入，DNA聚合酶还会暂停催化作用，以其3′－5′外切核酸酶的活性切除错误接上的核苷酸，然后再继续正确的复制，这种校正作用广泛存在于原核和真核的DNA聚合酶中，可以说是对DNA复制错误的修复形式，从而保证了复制的准确性。但校正后的错配率仍约在10－10左右，即每复制1010个核苷酸大概会有一个碱基的错误。（一）自发因素

由紫外线、电离辐射、X射线等引起的DNA损伤。其中，X射线和电离辐射常常引起DNA链的断裂，而紫外线常常引起嘧啶二聚体的形成，如TT，TC，CC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。

（二）物理因素相邻的胸腺嘧啶紫外线照射环丁烷胸腺嘧啶二聚体

1、脱氨剂：如亚硝酸与亚硝酸盐，可加速C脱氨基生成U，A脱氨基生成H。（三）化学因素2、烷基化剂：这是一类带有活性烷基的化合物，可提供甲基或其他烷基，引起碱基或磷酸基的烷基化，甚至可引起邻近碱基的交联。3、DNA加合剂：如苯并芘，在体内代谢后生成四羟苯并芘，与嘌呤共价结合引起损伤。4、碱基类似物：如5-FU、6-巯基嘌呤（6-MP）等，可掺入到DNA分子中引起损伤或突变。5、断链剂：如过氧化物，含巯基化合物等，可引起DNA链的断裂。

二、DNA损伤的修复细胞内具有一系列修复系统，可以除去DNA上的损伤，恢复DNA的正常双螺旋结构。目前已经知道大肠杆菌有光裂合酶修复、切除修复、重组修复、错配修复和SOS修复等几种修复系统，其中第一种修复作用需要光照，也称为光修复。其余机制不需要光，又称为暗修复。

这是一种广泛存在的修复作用，能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。修复过程由光修复酶(photolyase)催化完成。其修复过程为：此酶能特异性识别紫外线造成的核酸链上相邻嘧啶共价结合的二聚体，并与其结合，这步反应不需要光；结合后如受400nm波长的光照射，则此酶就被激活，将二聚体分解为两个正常的嘧啶单体，然后酶从DNA链上释放，DNA恢复正常结构。（一）光修复（二）切除修复是细胞内最重要和有效的修复机制，由DNA聚合酶1切除DNA的损伤序列，并以另一条正常链为模板，重新合成新的该段DNA序列，最后由连接酶将DNA链连接起来。复制核酸酶及重组蛋白修复复制胸腺嘧啶二聚体DNA聚合酶DNA连接酶重组（三）重组修复在进行DNA修复之前，受损坏的DNA链常常会跨过受损碱基进行复制，在新合成的子链DNA中形成缺口。这时，由第二个子代分子中正常的姊妹链的相应片段插入子代DNA分子中的缺口部位，姊妹链中的缺口可以正常链为模板重新合成。这种修复实际是将受损的DNA链在子代DNA中通过扩大繁殖进行稀释。13

重组修复不能完全去除损伤，损伤的DNA段落仍然保留在亲代DNA链上，只是重组修复后合成的DNA分子是不带损伤的，但经多次复制后，损伤就被“冲淡”了。DNA在复制过程中，DNA聚合酶有时将不正确的碱基掺入DNA子代链中，新合成的DNA链需经过一段时间才能完成甲基化，错配修复系统发现错配碱基对后，可根据已甲基化的DNA链来修复为甲基化的新链碱基序列。（四）错配修复大肠杆菌DNA错配修复示意图

MutS（错配修复蛋白S）蛋白识别错误配对的碱基并与其结合；MutL和MutH蛋白按顺序加入，

与MutS协同作用解链酶、外切核酸酶、DNA聚合酶、连接酶等参加

这是一种特殊的有差错修复机制,当DNA受到较大范围损伤,复制难以进行,细胞处于危机状态。此时,DNA复制短暂抑制，细胞可诱导产生新的缺乏校对功能的聚合酶,它能在DNA损伤部位进行复制而避免死亡,是变异率较高过程中所采用的方式。

（五）SOS修复17SOS修复由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的。在单链DNA和ATP存在时，RecA蛋白被激活，从而促进LexA自身的蛋白水解酶活性。LexA自我分解，使一系列与修复有关的酶表达，完成空缺部位DNA的合成。这时补上去的核苷酸几乎是随机的，但仍然保持了DNA双链的完整性，使细胞得以生存。LexA蛋白具有潜在的蛋白水解酶活性，而RecA蛋白能够激活LexA自我蛋白酶解，这样LexA的阻遏功能失去了活性，并且同时诱导至少15个参与SOS修复蛋白基因解除阻遏状态而表达。