6、DNA损伤、修复和突变.ppt

一个哺乳动物细胞在37℃条件下，20h内自发脱落嘌呤约1000个、嘧啶约500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30%。 脱氨基产物的配对性质与原来的碱基不同，从而在DNA复制时，将会在子链中产生错误，造成损伤。 形成二聚体的反应可逆，较长的波长(280 nm)有利于二聚体的形成，较短波长(240 nm)利于其解聚。 光裂合酶修复的三步反应 当DNA链上的嘌呤碱基受到损伤时，常会被糖基化酶水解脱落生成无嘌呤位点（apurinic-site,AP位点）。 近年来人们发现一种酶能对这种损伤进行直接修复，这种酶被称为DNA嘌呤插入酶（insertase）。 此酶首先与无嘌呤位点相结合，在K+存在的条件下催化游离的嘌呤碱基与DNA无嘌呤部位形成糖苷键，而且插入具有专一性。 在DNA中与C相对应的AP位点，插入酶只催化G的插入；而在与T相对应的AP位点上，插入酶只催化A的插入。 在原核生物中受损核苷酸3’端的第5位，5’端的第8位磷酸糖苷分别被DNA切割酶切开。 在人类细胞中，受损伤核苷酸3’端第6位，5’端的第23位磷酸糖苷键分别被DNA切割酶切开。 该系统识别母链的依据来自Dam甲基化酶，它能使位于5’GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会在开始DNA合成前的几秒种至几分钟内被甲基化。 只要两条DNA链上碱基配对出问题，错配修复系统就会根据“保存母链，修正子链”的原则，找出错误碱基所在的DNA链，并在对应于母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的5’位置切开子链，再启动特定的修复途径，合成新的子链片段。 切除修复一般发生在下一轮DNA复制之前，又称为复制前修复。 机体细胞对在复制起始时尚未修复的DNA损伤部位可以先复制再修复，这种方式称为重组修复。这个过程发生在复制之后，故称复制后修复。 参与重组修复的酶系统包括与重组和修复两个过程有关的酶类。 重组蛋白RecA：交换DNA链的活性 RecBCD：解螺旋酶、核酸酶、ATP酶活性 重组修复机制的缺陷，可导致肿瘤的发生。 已发现，妇女Brca1和Brca2两个基因如果有缺陷，发生乳腺癌的概率为80％。实验表明，它们是参与重组修复过程的蛋白质。 当细菌DNA遭到严重破坏时，细菌细胞内会启动一个被称为SOS的诱导型DNA修复系统。 研究发现，参与SOS DNA修复系统的许多基因分散在染色体的各个部位，但都同时受LexA阻遏蛋白的抑制，平时表达量很低。 SOS体系的诱导表达过程其实就是把LexA阻遏蛋白从这些基因上游调控区移开的过程。 一般情况下，recA基因表达并不完全受LexA阻遏，每个细胞中可由1000个recA蛋白单体分散在细胞质中 。 当DNA严重受损时，DNA复制被中断，单链DNA缺口增加， recA蛋白与这些缺口处单链DNA相结合，被激活成为蛋白酶。 此蛋白酶将Lex阻遏蛋白切割成两个片段，其中一个失去阻遏作用，另一个可与操纵区DNA结合，激活SOS体系，导致多种修复酶高效表达，DNA得到修复。 当修复完成后，RecA又回到非蛋白水解酶的形式，LexA逐步累积，重新建立阻遏，SOS系统关闭。 （1）突变的重演性 同一突变可以在同种生物的不同个体间多次发生。 （3）突变的有害性和有利性 突变的有害性：大多数基因的突变，对生物的生长与发育往往是有害的。 生物的野生型基因都是正常有功能的，生物细胞内现有的基因是通过长期自然选择进化而来，并且基因间达到某种相对平衡与协调状态。 因此，基因突变可能会导致基因原有功能丧失、基因间及相关代谢的协调关系被破坏、生物个体性状变异、个体发育异常、生存竞争与生殖能力下降甚至死亡（致死突变）。 （4）突变的平行性 亲缘关系相近的物种因遗传基础比较近似，往往发生相似的基因突变。 如：小麦有早熟、晚熟的变异类型，属于禾本科的其它物种如大麦、黑麦、燕麦、水稻、玉米、冰草等同样存在这些变异类型。在籽粒的若干性状方面，这些物种也具有相似的变异类型。 根据这一特性，当了解到一个物种或属内具有哪些突变类型，即可预见近缘的其它物种或属也同样存在相似的变异类型。 根据母链甲基化原则找出错配碱基的示意图。 a. Mut S发现并结合错配碱基。 b. 在水解ATP的作用下，MutS, MutL与碱基错配位点的DNA双链相结合。 c. MutS-MutL在DNA双链上移动，发现甲基化DNA后由MutH切开非甲基化的子链。 碱基错配修复过程示意图 当错配碱基位于切口3’下游端时，在MutL-MutS、解链酶II、DNA外切酶VII或RecJ核酸酶的作用下，从错配碱基3’下