第六章 DNA损伤与修复.pptVIP

一、DNA分子的自发性损伤 (一)DNA复制产生误差 如大肠杆菌 碱基配对的错误率为10-1-10-2 DNA聚合酶校正后错误率为10-5-10-6 复制后经校正系统校正，错配率为10-9左右 （二）DNA的自发性化学变化 1. 碱基的异构互变 DNA分子中的4种碱基各自的异构体间都可以自发地相互变化（如酮式-烯醇式或氨基-亚氨基之间的结构互变)，使配对碱基间的氢键改变。 2. 碱基的脱氨基作用 碱基的环外氨基有时会自发脱落，从而胞嘧啶(C)变成尿嘧啶(U)，腺嘌呤(A)变成次黄嘌呤(H)、鸟嘌呤（G）变成黄嘌呤(X)等。复制时,U与A配对、H和X都与C配对就会导致子代DNA序列的错误变化。 3．脱嘌呤与脱嘧啶 即碱基脱落，是指从DNA上丢失了嘌呤或嘧啶，形成无碱基位点，称为AP部位（apurine,apyrimidine site, AP）。 复制时可以插入任何核苷酸。 脱落碱基后的脱氧核糖3’端的磷酸二酯键易被水解，造成DNA链断裂。 在哺乳动物细胞基因组中，每天每个细胞因N-糖苷键自发水解约丢失10 000个嘌呤碱基和200个嘧啶碱基。 4．碱基修饰与链断裂 细胞在正常生理活动中产生的活性氧会造成DNA损伤，产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物，还可引起DNA单链断裂等损伤。每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率约为五万次。 二、物理因素引起的DNA损伤 (二)电离辐射引起的DNA损伤 直接效应：DNA直接吸收射线能量而 遭损伤； 间接效应：DNA周围其他分子(主要是 水分子)吸收射线能量而产 生具有很高反应活性的自由 基，进而损伤DNA。 三、化学因素引起的DNA损伤 (一)烷化剂对DNA的损伤 烷化剂是一类亲电子的化合物，很容易与生物大分子的亲核位点起反应，使DNA发生各种类型的损伤： 1．碱基烷基化 2. 碱基脱落 3． 断链 4. 交联 2.碱基脱落 烷化鸟嘌呤的糖苷键不稳定，容易脱落形成DNA上的无碱基位点，复制时可以插入任何核苷酸，造成序列的改变。 3．断链 DNA链的磷酸二酯键上的氧也容易被烷基化，结果形成不稳定的磷酸三酯键，易在糖与磷酸间发生水解，使DNA链断裂。 4. 交联 烷化剂有两类，一类是单功能基烷化剂，如甲基甲烷碘酸，只能使一个位点烷基化；另一类是双功能基烷化剂，如化学武器氮芥、硫芥等，一些抗癌药物如环磷酰胺、苯丁酸氮芥、丝裂霉素等，某些致癌物如二乙基亚硝胺等均属此类，其两个功能基可同时使两个位点烷基化，结果就能造成DNA链内、DNA链间或DNA与蛋白质间的交联。 (二)碱基类似物、修饰剂对DNA的损伤 人工合成的碱基类似物如5-溴尿嘧啶、5-氟尿嘧啶、2-氨基腺嘌呤等，其结构与正常碱基相似，进入细胞后能替代正常碱基掺入到DNA链中而干扰DNA复制合成，例如5-溴尿嘧啶的结构与胸腺嘧啶十分相近，在酮式结构时与A配对，但更容易成为烯醇式结构而与G配对，在DNA复制时导致A-T转换为G-C， 四、DNA损伤的后果 错配修复 错配修复 错配修复(大肠杆菌) 4．直接插入嘌呤 DNA链上嘌呤的脱落造成无嘌呤位点，能被DNA嘌呤插入酶(insertase)识别结合，催化游离的嘌呤碱基与DNA无嘌呤部位形成糖苷键。且催化插入的碱基有高度专一性、与另一条链上的碱基严格配对，使DNA完全恢复。 GGR 和TCR的共同修复通路 五、重组修复 同源重组修复DNA双链断裂（人） 非同源末端连接修复DSB 六、 SOS修复 跨损伤修复：正在复制的DNA聚合酶可能遇到尚未修复的DNA损伤，例如胸腺嘧啶二聚体或无嘌呤位点，复制体必须设法跨越损伤进行复制，或者被迫暂停复制。也称为跨损伤DNA合成。 即使细胞不能修复这些损伤，自动防故障系统能够使复制体绕过损伤部位。 这一机制目前仅在大肠杆菌中发现。 SOS 修复 DNA复制不很严格，新合成的DNA容易造成错误产生突变。 七、 线粒体DNA损伤和修复 哺乳动物的每个细胞中含有2—100 个线粒体，每个线粒体有5—13 mtDNA 分子，mtDNA 只占细胞中DNA 总量的10%。人mtDNA 是独立于细胞核染色体外的基因组，为环状双链DNA 结构，全长为16569bp。 一般认为线粒体基因组DNA突变与人类的衰老、进化、神经退行性病变、糖尿病和恶性肿瘤等有关。 mtDNA自身的特点决定了它比核DNA对氧化损伤更敏感 （1）mtDN