第04章DNA损伤与修复.ppt

1、第四章DNA损伤和修复，DNA损伤的因素和反应历程DNA损伤的类型DNA损伤的修复DNA损伤和修复的意义，第一节DNA损伤DNA损伤是机体生命过程中发生DNA双螺旋结构的任何变化。 DNA损伤可大致分为盐化学基变化和结构扭曲两大类。 DNA损伤因素和反应历程、生物体内因素造成的DNA损伤(自发损伤)环境因素造成的DNA损伤、一、自发损伤、一.复制中的损伤/错误复制中的损伤是指，复制中盐化学基被情侣对戒时产生的误差，由于DNA多聚酶“校阅”和单链结合蛋白质等综合因素而依然存在的DNA损伤在正常情况下，大肠菌群复制中的失配率为1010左右。 影响复制过程的各种因素中存在问题时，DNA自身的功能和基

2、质的变化、二价阳络离子的变化等错配率变高。 2. DNA自身不稳定性(盐化学基的自发化学变化)等损伤包括互变异构化、盐化学基的脱氨基作用、自发脱嘌呤和脱嘧啶、细胞球代谢产物对DNA的损伤。 例如，腺嘌呤的互变异构化体(a )与胞嘧啶配对，而模板链上存在这些个的同分异构体时，就有可能使子链发生错误，形成损伤。 细胞氧化的副产品O2和H2O2会引起DNA的氧化损伤。 盐化学基部位，3 .生物代谢过程中发生的氧化活性物质、氧化损伤，二、环境因素、物理因素化学因素生物因素，1 .物理因素损伤，紫外辐射(UV )照射损伤主要形成嘧啶二聚体。 也引起DNA的交联、DNA与蛋白质的交联。 电离放射性射线包括

3、电磁辐射(x射线和射线)和特殊辐射(-粒子、-粒子、原子、中子)。 电离放射性射线是自然环境的一部分，是一种广泛的致癌物质，几乎可以诱导什么年龄，什么类型的组织致癌。 与紫外放射不同，仅通过电磁放射形成肿瘤是一盏茶。 电离放射性射线对DNA的损伤，直接效应是指放射性射线直接在DNA上沉积能量，引起理化变化的间接效应是指电离放射性射线在DNA周围环境其他成分中积累能量，引起DNA分子的变化。 电离放射性射线导致DNA的盐化学基损伤、链断裂、DNA交联。2 .化学因素造成的DNA损伤、自由基盐化学基修饰物：烷基化试剂盐化学基类似物：嵌入剂：吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等、自由基、概念：可独立存在、核外

4、具有无配对电子的原子或分子。 如O2-、OH-、H2O2等的由来：电离放射性射线通过电离和激发产生体内的氧化活性物质环境污染，如汽车尾气、烟等危害：损伤盐化学基、核糖、磷酸二酯类化合物键，烷基化试剂损伤DNA的烷基化试剂是一种亲电子化合物，可与生物体内有机物大分子的亲核部位和烷基化试剂的核DNA反应DNA链上的磷酸二酯类化合物键被烷基化后形成不稳定的磷酸三酯类化合物键，糖和磷酸之间发生水解作用作用，DNA链有被切断的可能性。 常见的烷基化试剂：甲磺酸乙酯(EMS )、亚硝基胍(NG )等。 通过改变盐化学基结构使盐化学基不匹配。 g烷基化与t配对，引起盐化学基转换。 克里斯蒂安。 甲基化、盐化

5、学基类似物损伤DNA的盐化学基类似物是合成结构类似盐化学基的人造的的化合物，进入细胞球后取代正常盐化学基进入DNA链，阻碍DNA的正常合成。 最常见的盐化学基类似物是5-溴尿嘧啶(5-BU )。 5-BU是胸腺嘧啶(t )的结构类似物，酮式结构容易与a配对，烯醇式结构容易与g配对。A-TA- 5-BU (酮式) G-5-BU (烯醇式) G-C A-5-BU、溴化物、吖啶橙、阿克里弗拉宾、原黄素等向DNA的埋入剂的损伤容易引起查询密码的变异。 3 .生物因素，曲霉(B1 )产生的黄曲霉毒素b使鸟蛋白g脱落，SOS修复、导入a，引起G-CA-T。 DNA和核糖核酸病毒通过整合宿主细胞球DNA发挥

6、作用。盐化学基插入，重排架突然变异，常见DNA肿瘤细小病毒： EBV，乳头瘤细小病毒(HPV )和乙型肝炎病毒。 常见核糖核酸病毒：人t细胞球白血病细小病毒和人免疫缺陷病毒。 EBV主要与Burkitt淋巴瘤和鼻咽癌的发生有关。 对98%的非洲人Burkitt淋巴瘤有EBV感染史。 鼻咽癌的100%中有EBV DNA。 DNA损伤(突变型基因)的类型，从化学的本质，从突然变异的表型，从遗传信息的变化，从其发生原因，DNA损伤(突变型基因)的类型，盐化学基和糖破坏失配DNA链断裂DNA交联：共价键，从化学的本质来看，DNA交联示意图，突然变异的表型： 1 ) 2 )生化突然变异：突然变异影响生物

7、代谢过程，导致特定生化功能改变或丧失。 3 )致死突然变异：突然变异影响生物个体的生活力。 可分为显性致死和隐性致死。 4 )条件致死突然变异：一种条件下死亡，另一种条件下生存的突然变异。 对遗传信息的修饰：1 )同义变异：盐化学基序列的修饰不引起产生氨基酸排列顺序的修饰，与密码子的简并性性有关。 2 )由于无意义突然变异：中某一盐化学基的变化导致某一氨基酸的密码子转化为琥珀突变，使蛋白质合成提前终止，所以蛋白质产物一般缺乏活性。 3 )错义突然变异：盐化学基序列的改变引起了产物氨基酸排列顺序的改变。 一些错误意义的突然变异严重影响了蛋白质的活性，完全失去活性，影响了显性性状。 这个遗传因子如

8、果是必需基因的话，就叫做致死突然变异。 一些错误的突然变异产物还具有部分活性，使表型介于野生型和突然地突变型之间，称为渗漏突然变异。 一些错误意义的突然变异对蛋白质活性没有影响或几乎没有影响，无明显性状变化，被称为中性突然变异。 其发生原因：1 )自发突然变异(spontaneous mutation ) :自然情况下发生的突然变异。 2 )诱发突然变异(induced mutation ) :有意识地利用物理性、化学性变异诱发因素的突然变异。 正常人约有1014个细胞球，人一生进行约1016次细胞分裂，人体的自发突然变异频率约1.410-10，加上实际放射性射线和自然段普遍存在的突然变异剂影

9、响，突然变异频率远远高于这一数值。 单一的突然变异有致癌性的时候，如果只从自然突变频率计算的话，人类一生当中大约2.8的细胞球就有致癌性的时候，癌症就变成了日常事件。 第二节DNA修复，生物细胞球在进化过程中形成了一系列多阶段修复反应历程，以保证遗传信息的高度稳定性。 目前对DNA损伤和修复的研究还不多，仅限于放射性射线生物反应。 常见的DNA损伤及其修复反应历程，回到片形计程仪，回到主页，修复方式，切除修复错误匹配修复重组修复SOS修复交联修复双链断裂修复复制与修复，一、直接修复， 将损伤的盐化学基简单地恢复到原来的状态修复1 .光复活修复2. O6-甲基胍-DNA甲基转移酶直接修复3 .单

10、链断裂修复，1 .光复活修复酶催化剂学光复活过程可分为用UV修复环丁烷嘧啶二聚体的直接反应历程，这种修复具有很高的特异性。 2. O6-甲基鸟氨酸-DNA甲基转移酶通过将甲基化学基从O6-甲基鸟氨酸直接转移到酶催化剂的半胱氨酸残馀化学基而直接恢复DNA的损伤。 3、单链断裂修复DNA单链断裂是损伤的一般形式，可以通过DNA连接酶催化剂的重组修复。 4 .无嘌呤位点(AP位点)的直接修复，是DNA嘌呤插入酶催化剂直接催化糖苷键的形成。 二、切除修复、最普遍的DNA损伤修复方式。 在多个酶催化剂的作用下，首先切除损伤区，以互补链为铸造模型，合成正确的盐化学基序列进行填补。根据认识损伤的反应历程，1

11、 .盐化学基切除修复(base excise repair，BER) 2.核苷酸切除修复(nucleotide excise repair，NER )，1 .盐化学基切除修复BER包括脱氨基化学基和盐化学基的丧失、无氧放射性射线和内因性物质导致的环氮类甲基化等BER是维持DNA稳定的重要修复方式，其步骤是水解作用n葡萄糖苷结合，切除变化的盐化学基。 盐化学基释放过程是由DNA葡萄糖苷酶催化的。 核苷酸切除修复(nucleotide excise repair，NER) NER除了可去除UV照射形成的嘧啶二聚体外，还可去除体内发生的各种嘌呤和嘧啶的附加物。 NER的重要特征是切断损伤的DNA链的

12、两端。 NER在已研究的真核生物中类似，表明在进化过程中是保守的。 DNA损伤的切除修复、盐化学基缺陷和错配、三、错配修复、错配修复可以纠正大部分的错配。 另外，对插入和删除引起的DNA遗传信息的变化也有效果。 因为失配修复是以底物链上的信息为数字键来进行的，所以该系统有区分底物链和新合成的链的反应历程，并且细胞球可以通过识别DNA链的甲基化状态来区分底物链和新合成的链。 整个修复过程被分成诸如识别、切除、修复等的步骤。 校正失去活性的盐化学基，提高复制的保真度，第二次校正=10-11错配修复系统(MRS )、DNApol (=10-8 )， 1、1 .一种由失配修复系统构成的DNA腺嘌呤甲基

13、化酶催化剂(m6A甲基化酶催化剂)，DNA polymerase用于填补单链DNA缺陷的Helicase SSB外切激酶(和)连接酶催化剂， 扫描MCE (mismatchcorrectenzyme )3subunits muth，l，s，扫描新生链中的错配盐化学基的酶催化剂包括错配盐化学基的DNA段、大肠菌群、2 .错配修复机制、4、重组修复、重组酶体系受到损伤根据DNA末端连接所需的同源性，非同源重组同源重组、非同源重组： DNA分子间不需要广泛的同源性，主要在免疫球蛋白重编时连接DNA双链，在细胞球有丝分裂G1/G0期发挥主要作用。 同源重组：多种蛋白质参与DNA复制的错误也得到了修复，

14、在减数分裂、细胞球有丝分裂后期S/G2期发挥了主要作用。 1 .重组修复分类，2 .重组修复机制，3 .重组修复特征，DNA复制时跨损伤区复制，经重组修复，损伤的DNA还存在于子代的一个细胞球中。 重组修复可以使受损的DNA在细胞球内分裂，而不会浪费时间。 五、如果通过SOS修复、DNA损伤复制修复DNA损伤的部位失去数字键台的作用而中止复制，则细胞球可引导一条或多条紧急途径，越过损伤部位先复制，企图进行修复。 SOS修复诱导胞内酶和蛋白的表达：通过RecA蛋白和LexA阻碍物的相互作用。 1 .查询密码1.lexa(DNA结合抑制蛋白)、umuC和umud:DNA多聚酶活性，允许跨损伤部位，

15、经常插入a盐化学基。 2、2. RecA-P有三种功能，DNA复制受阻/DNA damaged，DNA复制渡过难关后，SOS修复的反应历程、SOS修复的特点、DNA复制不太严格，新合成的DNA容易发生错误突然变异。 六、交联修复链间的交联起因于多种多样的致癌剂和化疗药物等。 在大肠菌群和哺乳动物的细胞球中，存在着这种修复机制，具体情况尚不清楚。 七、双链断裂修复双链断裂(DSB )发生在体细胞球重组和易位的大姨妈条件下，也是电离放射性射线和氧化应激的主要损伤形态。 依赖于DNA的酪氨酸蛋白激酶是哺乳动物细胞球中双链断裂重组所必需的。 八、从目前的研究来看，转录和修复与修复转录中发生的整个过程有

16、关，如激活、启动和扩张等。 在转录激活过程中，主要有AP-1和NF-KB两种转录因子参与转录偶联修复。 在转录开始过程中，转录辅助因子TFII H也是修复因子。在转印延长过程中，将转印序列比未转印序列更快地修复。 第三节DNA损伤和修复的意义是所有生物染色体组中的DNA不稳定，容易发生各种遗传变化，即基因变异。 以突然变异的形式，可以将突然变异分为碱基置换、丢失、插入等。等等。等等。 一、DNA损伤的结果(重叠作用)功能丧失可能是部分或全部。 功能获得的很多反应历程产生功能获得的显性显性性状。 癌的发生并不是所有的突然变异都能引起疾病，一个正常的细胞球罹患癌症的条件是多种特异性突然变异发生在云

17、同步上。 意义：在进化疾病、DNA损伤修复的各个层面，回到片假名计程仪、回到主页、家族性结肠息肉病，如果父母方有此病，小盆友就有得5.0人病的机会，该病容易发生癌变大肠癌。 必须注意预防。 着色性干皮病患者缺乏某种DNA切除修复酶催化剂，暴露于日光下容易发生皮肤癌。 着色性干皮病、xerodermapigmentosum、着色性干皮病(XP )为常染色体隐性遗传病。 患者皮肤对日光敏感，暴露部位皮肤容易发生色素沉着、萎缩、角化过度和癌变等。 其病因是患者DNA切除修复或降低酶催化剂系统功能缺陷。 超过5.0的XP患者，性发育不良，伴有生长迟缓、智力残疾的神经异常，小头和感觉神经性聋，神经异常与

18、在尸体解剖中发现的中枢和周围神经系统的过早神经元死亡有关。 主要特征是皮肤光敏和早发性肉瘤，早期表现为皮肤病症状如光敏、雀斑、角化、毛细血管扩张、皮肤癌(黑色素瘤、扁平上皮细胞球瘤)。 神经系统症状有精神发育迟缓、痴呆、神经末梢障碍、互助失调、舞蹈动作迟缓、癫痫发作、痉挛性四肢麻痹症、耳聋、头矮小、性腺发育不足等。 皮损出现于婴儿期，神经系统症状到3.0岁逐渐发展，患者1120岁以转移性肿瘤领便当。 病检缺少脑、小脑、脑干的神经元变性。 病检基因XP分为7个互补组(A-G )，6个已经被爱沙尼亚克朗定，即XPA、ERCC-3、XPC、ERCC-2、ERCC-4、ERCC-5。 病原反应历程、紫外辐射主要作用于DNA，用波长260nm的紫外辐射照射细菌时，杀菌率和诱变率最强，该波长正好是DNA的吸收峰。 对紫外辐射照射后的DNA进行分析发现了一些