DNA損傷、修復(fù)和基因突變

1、DNA損傷、修復(fù)和基因突變第第6 6章章 DNADNA的損傷、修復(fù)和基因突變的損傷、修復(fù)和基因突變 6.1 DNA6.1 DNA損傷的概念損傷的概念 6.2 DNA6.2 DNA的修復(fù)的修復(fù) 6.3 6.3 基因突變基因突變6.1 DNA6.1 DNA損傷的概念損傷的概念是指在生物體生命過程中是指在生物體生命過程中DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生的任何改變。包括：雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生的任何改變。包括：引起引起DNADNA損傷的因素：損傷的因素： （1 1）自發(fā)性損傷）自發(fā)性損傷( (復(fù)制中的損傷、堿基的自發(fā)性化學(xué)改復(fù)制中的損傷、堿基的自發(fā)性化學(xué)改變、自發(fā)脫堿基、細(xì)胞的代謝產(chǎn)物對變、自發(fā)脫堿基、細(xì)胞的代謝產(chǎn)

2、物對DNADNA的損傷的損傷) )； （2 2）物理因素引起的損傷）物理因素引起的損傷( (電離輻射、紫外線電離輻射、紫外線) )； （3 3）化學(xué)因素引起的損傷（烷化劑、堿基類似物）。）化學(xué)因素引起的損傷（烷化劑、堿基類似物）。6.1.1 DNA6.1.1 DNA分子的自發(fā)性損傷分子的自發(fā)性損傷 是指是指DNADNA在復(fù)制過程中堿基配對時(shí)產(chǎn)生的誤差，經(jīng)在復(fù)制過程中堿基配對時(shí)產(chǎn)生的誤差，經(jīng)過過DNADNA聚合酶聚合酶“校正校正”和單鏈結(jié)合蛋白等綜合校對因素作和單鏈結(jié)合蛋白等綜合校對因素作用下仍未被校正的用下仍未被校正的DNADNA的損傷。包括：的損傷。包括： 1. 1. 互變異構(gòu)移位互變異構(gòu)移

3、位 2. 2. 脫氨基作用脫氨基作用 3. DNA3. DNA復(fù)制中的錯(cuò)誤復(fù)制中的錯(cuò)誤 堿基錯(cuò)配堿基錯(cuò)配 DNADNA聚合酶的聚合酶的“打滑打滑” 4. 4. 活性氧引起的誘變活性氧引起的誘變 5. 5. 堿基丟失堿基丟失 1. 1. 互變異構(gòu)移位互變異構(gòu)移位 DNADNA堿基上的酮基或氨基都位于雜環(huán)上堿基上的酮基或氨基都位于雜環(huán)上N N原子鄰位，能形成氨原子鄰位，能形成氨基基- -亞氨基互變異構(gòu)或酮式亞氨基互變異構(gòu)或酮式- -烯醇式互變異構(gòu)。烯醇式互變異構(gòu)。 氨基氨基- -亞氨基互變異構(gòu)亞氨基互變異構(gòu)酮式酮式- -烯醇式互變異構(gòu)烯醇式互變異構(gòu)堿基發(fā)生氨基堿基發(fā)生氨基- -亞氨基互變異構(gòu)時(shí)，發(fā)

4、生亞氨基互變異構(gòu)時(shí)，發(fā)生A-CA-C、G-TG-T錯(cuò)配。錯(cuò)配。堿基發(fā)生酮式與烯醇式結(jié)構(gòu)互變，堿基發(fā)生酮式與烯醇式結(jié)構(gòu)互變， 發(fā)生發(fā)生A-CA-C、T-GT-G錯(cuò)配。錯(cuò)配。每條新生每條新生DNADNA鏈上這種由堿基異構(gòu)化所導(dǎo)致的突變率在鏈上這種由堿基異構(gòu)化所導(dǎo)致的突變率在1010-8-81010-9-9。2. 2. 脫氨基作用脫氨基作用 堿基的環(huán)外堿基的環(huán)外NHNH2 2有時(shí)會自發(fā)脫落，有時(shí)會自發(fā)脫落，使使CUCU、AA次黃嘌呤（次黃嘌呤（H H）、）、GG黃黃嘌呤（嘌呤（X X），），DNADNA復(fù)制時(shí)，復(fù)制時(shí)，U-AU-A、I-CI-C、X-CX-C配對，導(dǎo)致子代配對，導(dǎo)致子代DNADNA序

5、列錯(cuò)誤。序列錯(cuò)誤。 胞嘧啶自發(fā)脫氨基的頻率為每個(gè)細(xì)胞嘧啶自發(fā)脫氨基的頻率為每個(gè)細(xì)胞每天胞每天200200個(gè)左右。個(gè)左右。自發(fā)脫氨基作用自發(fā)脫氨基作用引起的堿基轉(zhuǎn)換引起的堿基轉(zhuǎn)換 3. DNA3. DNA聚合酶的聚合酶的“打滑打滑” DNADNA聚合酶易在模板上有幾個(gè)相同堿基串聯(lián)（微衛(wèi)星）的部位打滑，聚合聚合酶易在模板上有幾個(gè)相同堿基串聯(lián)（微衛(wèi)星）的部位打滑，聚合酶在模板鏈上的滑移易于造成缺失，在生長鏈上的滑移易于造成插入。酶在模板鏈上的滑移易于造成缺失，在生長鏈上的滑移易于造成插入。4. 4. 活性氧引起的誘變活性氧引起的誘變 細(xì)胞代謝副產(chǎn)物細(xì)胞代謝副產(chǎn)物O O2-2-、H H2 2O O2

6、2等會造成堿基損傷等會造成堿基損傷，產(chǎn)生胸腺嘧啶乙二醇、，產(chǎn)生胸腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等堿基修飾羥甲基尿嘧啶等堿基修飾物，引起堿基配對錯(cuò)誤。物，引起堿基配對錯(cuò)誤。 活性氧造成的堿基損傷活性氧造成的堿基損傷 5. 堿基丟失堿基丟失 自發(fā)的脫嘌呤和脫嘧啶：自發(fā)的脫嘌呤和脫嘧啶：DNA分子在生理?xiàng)l件下可通過自發(fā)性分子在生理?xiàng)l件下可通過自發(fā)性水解，使嘌呤堿和嘧啶堿從磷酸脫氧核糖骨架上脫落下來。據(jù)水解，使嘌呤堿和嘧啶堿從磷酸脫氧核糖骨架上脫落下來。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)哺乳動物細(xì)胞在統(tǒng)計(jì)，一個(gè)哺乳動物細(xì)胞在37，20小時(shí)內(nèi)通過自發(fā)水解可從小時(shí)內(nèi)通過自發(fā)水解可從DNA 鏈上脫落約鏈上脫落約1000個(gè)嘌呤堿和個(gè)嘌

7、呤堿和500個(gè)嘧啶堿。在一個(gè)長壽命的個(gè)嘧啶堿。在一個(gè)長壽命的哺乳動物細(xì)胞（如人神經(jīng)細(xì)胞）的整個(gè)生活周期中自發(fā)性脫落嘌呤數(shù)哺乳動物細(xì)胞（如人神經(jīng)細(xì)胞）的整個(gè)生活周期中自發(fā)性脫落嘌呤數(shù)約為約為108個(gè)嘌呤堿，占細(xì)胞個(gè)嘌呤堿，占細(xì)胞DNA中總嘌呤數(shù)的中總嘌呤數(shù)的30%。每個(gè)細(xì)胞每小。每個(gè)細(xì)胞每小時(shí)脫去的嘌呤堿和嘧啶堿數(shù)分別平均為時(shí)脫去的嘌呤堿和嘧啶堿數(shù)分別平均為580個(gè)和個(gè)和29個(gè)。個(gè)。 堿基脫落形成堿基脫落形成AP位點(diǎn)。位點(diǎn)。 熱和酸等都可使嘌呤和嘧啶從熱和酸等都可使嘌呤和嘧啶從DNA鏈的核糖磷酸骨架上脫落鏈的核糖磷酸骨架上脫落，形成，形成AP位點(diǎn)（位點(diǎn)（Apurinic or Apyrimidi

8、nic site ）。）。6.1.2 6.1.2 物理因素引起的物理因素引起的DNADNA損傷損傷 1 1、紫外線引起的、紫外線引起的DNADNA損傷損傷 DNADNA分子損傷最早就是從研究紫外線分子損傷最早就是從研究紫外線(ultra violet, (ultra violet, UV)UV)的效應(yīng)開始的。當(dāng)?shù)男?yīng)開始的。當(dāng)DNADNA受到最易被其吸收波長（受到最易被其吸收波長（260 nm260 nm）的紫外線照射時(shí)，主要是使同一條）的紫外線照射時(shí)，主要是使同一條DNADNA鏈上相鄰的嘧啶以鏈上相鄰的嘧啶以共價(jià)鍵連成二聚體，其中最容易形成的是共價(jià)鍵連成二聚體，其中最容易形成的是TTTT二聚

9、體。二聚體。 人皮膚因受紫外線照射而形成二聚體的頻率可達(dá)每小時(shí)人皮膚因受紫外線照射而形成二聚體的頻率可達(dá)每小時(shí)5 510104 4個(gè)個(gè)/ /細(xì)胞，但只局限在皮膚中，因?yàn)樽贤饩€不能穿透皮膚。細(xì)胞，但只局限在皮膚中，因?yàn)樽贤饩€不能穿透皮膚。但微生物受紫外線照射后，就會影響其生存。但微生物受紫外線照射后，就會影響其生存。 UV2 2、電離輻射引起的、電離輻射引起的DNADNA損傷損傷 電離輻射損傷電離輻射損傷DNADNA有直接和間接的效有直接和間接的效應(yīng)，直接效應(yīng)是應(yīng)，直接效應(yīng)是DNADNA直接吸收射線能量而遭損傷，間接效應(yīng)是直接吸收射線能量而遭損傷，間接效應(yīng)是指指DNADNA周圍其他分子（主要是水

10、分子）吸收射線能量產(chǎn)生具周圍其他分子（主要是水分子）吸收射線能量產(chǎn)生具有很高反應(yīng)活性的自由基進(jìn)而損傷有很高反應(yīng)活性的自由基進(jìn)而損傷DNADNA。電離輻射可導(dǎo)致。電離輻射可導(dǎo)致DNADNA分子的多種變化：分子的多種變化： 堿基變化堿基變化 主要是由主要是由OHOH- -自由基引起，包括自由基引起，包括DNADNA鏈上的鏈上的堿基氧化修飾、過氧化物的形成、堿基環(huán)的破壞和脫落等。一般堿基氧化修飾、過氧化物的形成、堿基環(huán)的破壞和脫落等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。嘧啶比嘌呤更敏感。 脫氧核糖變化脫氧核糖變化 脫氧核糖上的每個(gè)碳原子和羥基上脫氧核糖上的每個(gè)碳原子和羥基上的氫都能與的氫都能與OHOH- -反應(yīng)，

11、導(dǎo)致脫氧核糖分解，最后會引起反應(yīng)，導(dǎo)致脫氧核糖分解，最后會引起DNADNA鏈鏈斷裂。斷裂。 DNA DNA鏈斷裂鏈斷裂 DNADNA雙鏈中一條鏈斷裂稱單鏈斷裂（雙鏈中一條鏈斷裂稱單鏈斷裂（single strand brokensingle strand broken），），DNADNA雙鏈在同一處或相近處斷裂稱雙鏈在同一處或相近處斷裂稱為雙鏈斷裂（為雙鏈斷裂（double strand brokendouble strand broken）。雖然單斷發(fā)生頻）。雖然單斷發(fā)生頻率為雙斷的率為雙斷的10-2010-20倍，但還比較容易修復(fù)；對單倍體細(xì)胞（倍，但還比較容易修復(fù)；對單倍體細(xì)胞（如細(xì)菌）

12、一次雙斷就是致死事件。如細(xì)菌）一次雙斷就是致死事件。 交聯(lián)交聯(lián) DNADNA分子中一條鏈上堿基與另一條鏈上的堿基以分子中一條鏈上堿基與另一條鏈上的堿基以共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)稱共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)稱DNADNA鏈間交聯(lián)。鏈間交聯(lián)。DNADNA與蛋白質(zhì)以共價(jià)鍵結(jié)合，與蛋白質(zhì)以共價(jià)鍵結(jié)合，稱為稱為DNADNA蛋白質(zhì)交聯(lián)。蛋白質(zhì)交聯(lián)。6.1.3 6.1.3 化學(xué)因素引起的化學(xué)因素引起的DNADNA損傷損傷1. 1. 烷化劑對烷化劑對DNADNA的損傷的損傷 烷化劑有兩類，一類是單功能烷化劑，只能使一個(gè)位點(diǎn)烷基烷化劑有兩類，一類是單功能烷化劑，只能使一個(gè)位點(diǎn)烷基化；另一類為雙功能烷化劑，如氮芥，可同時(shí)使兩處烷基化，如化

13、；另一類為雙功能烷化劑，如氮芥，可同時(shí)使兩處烷基化，如果這兩個(gè)位點(diǎn)在同一條鏈上，則產(chǎn)生鏈內(nèi)交聯(lián)，如果兩個(gè)受作用果這兩個(gè)位點(diǎn)在同一條鏈上，則產(chǎn)生鏈內(nèi)交聯(lián)，如果兩個(gè)受作用堿基位于兩條核苷酸鏈上，則形成鏈間交聯(lián)。堿基位于兩條核苷酸鏈上，則形成鏈間交聯(lián)。 烷化劑的作用可使烷化劑的作用可使DNADNA發(fā)生各種類型的損傷：發(fā)生各種類型的損傷： 堿基烷基化堿基烷基化 烷化劑很容易將烷基加到烷化劑很容易將烷基加到DNADNA鏈中嘌呤鏈中嘌呤或嘧啶的或嘧啶的N N或或O O上，烷基化的嘌呤堿基配對會發(fā)生變化，例上，烷基化的嘌呤堿基配對會發(fā)生變化，例如鳥嘌呤如鳥嘌呤N N7 7被烷化后就不再與胞嘧啶配對、而改與胸

14、腺嘧啶被烷化后就不再與胞嘧啶配對、而改與胸腺嘧啶配對，結(jié)果會使配對，結(jié)果會使G-CG-C轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成A-TA-T。 堿基脫落堿基脫落 烷化堿基的糖苷鍵不穩(wěn)定，容易脫落形烷化堿基的糖苷鍵不穩(wěn)定，容易脫落形成成DNADNA上無堿基的位點(diǎn)，復(fù)制時(shí)可以插入任何核苷酸，造上無堿基的位點(diǎn)，復(fù)制時(shí)可以插入任何核苷酸，造成序列的改變。成序列的改變。 斷鏈斷鏈 DNADNA鏈的磷酸二酯鍵上的氧也容易被烷化，結(jié)果鏈的磷酸二酯鍵上的氧也容易被烷化，結(jié)果形成不穩(wěn)定的磷酸三酯鍵，易在糖與磷酸間發(fā)生水解，使形成不穩(wěn)定的磷酸三酯鍵，易在糖與磷酸間發(fā)生水解，使DNADNA鏈鏈斷裂。斷裂。 交聯(lián)交聯(lián) 雙功能基烷化劑雙功能基烷化

15、劑化學(xué)武器如氮芥、硫芥等化學(xué)武器如氮芥、硫芥等、一些抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、絲裂霉素等、一些抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、絲裂霉素等、某些致癌物如二乙基亞硝胺等均屬此類，其兩個(gè)功能基可某些致癌物如二乙基亞硝胺等均屬此類，其兩個(gè)功能基可同時(shí)使兩處烷基化，結(jié)果就能造成同時(shí)使兩處烷基化，結(jié)果就能造成DNADNA鏈內(nèi)、鏈內(nèi)、DNADNA鏈間、以鏈間、以及及DNADNA與蛋白質(zhì)間的交聯(lián)。與蛋白質(zhì)間的交聯(lián)。 2. 2. 堿基類似物對堿基類似物對DNADNA的損傷的損傷 堿基類似物是一類結(jié)構(gòu)與堿基相似的堿基類似物是一類結(jié)構(gòu)與堿基相似的人工合成的化合物，由于其結(jié)構(gòu)與正常的人工合成的化合物，由于其結(jié)構(gòu)

16、與正常的堿基相似，進(jìn)入細(xì)胞后能替代正常的堿基堿基相似，進(jìn)入細(xì)胞后能替代正常的堿基參入到參入到DNADNA鏈中而干擾鏈中而干擾DNADNA復(fù)制合成。復(fù)制合成。ATABU酮酮BU烯醇烯醇GGCAT2-AP氨基氨基TC2-AP亞氨基亞氨基GC6.2 DNA6.2 DNA的修復(fù)的修復(fù) 修復(fù)是指在修復(fù)是指在DNADNA損傷時(shí)，細(xì)胞對損傷的反應(yīng)。損傷時(shí)，細(xì)胞對損傷的反應(yīng)。 目前已知有五種目前已知有五種DNADNA修復(fù)系統(tǒng)：修復(fù)系統(tǒng)： 1 1、切除修復(fù)、切除修復(fù) 2 2、直接修復(fù)、直接修復(fù) 3 3、錯(cuò)配修復(fù)、錯(cuò)配修復(fù) 4 4、重組修復(fù)、重組修復(fù) 5 5、易錯(cuò)修復(fù)（、易錯(cuò)修復(fù)（SOSSOS修復(fù)）修復(fù)）6.2.

17、1 6.2.1 切除修復(fù)（切除修復(fù)（excision repairingexcision repairing） 也叫復(fù)制前修復(fù)、暗修復(fù)，該修復(fù)過程發(fā)生在也叫復(fù)制前修復(fù)、暗修復(fù)，該修復(fù)過程發(fā)生在DNADNA復(fù)制復(fù)制之前，在一系列酶的作用下，將之前，在一系列酶的作用下，將DNADNA分子中受損傷的部分切除分子中受損傷的部分切除后，以另一條完整的鏈為模板，合成出切除部分，從而恢復(fù)后，以另一條完整的鏈為模板，合成出切除部分，從而恢復(fù)DNADNA正常結(jié)構(gòu)的過程。正常結(jié)構(gòu)的過程。 切除修復(fù)又包括：切除修復(fù)又包括： 1 1、堿基的切除修復(fù)（、堿基的切除修復(fù)（BERBER） 2 2、核苷酸的切除修復(fù)（、核苷酸

18、的切除修復(fù)（NERNER） 1. 1. 堿基切除修復(fù)堿基切除修復(fù)(Base (Base excision repairexcision repair、BER)BER) 主要修復(fù)單個(gè)堿基缺陷的損傷主要修復(fù)單個(gè)堿基缺陷的損傷。 包括包括4 4步反應(yīng)：步反應(yīng)： 識別切除堿基：識別切除堿基： DNADNA糖苷酶識別糖苷酶識別切除改變的堿基，產(chǎn)生無堿基的切除改變的堿基，產(chǎn)生無堿基的位點(diǎn)；位點(diǎn)； 酶切：酶切：APAP內(nèi)切核酸酶在損傷部內(nèi)切核酸酶在損傷部位旁邊切一個(gè)缺口；位旁邊切一個(gè)缺口； 修補(bǔ)：修補(bǔ)：DNADNA聚合酶聚合酶填補(bǔ)；填補(bǔ)； 連接：連接：DNA連接酶連接。連接酶連接。 堿基切除修復(fù)（堿基切除修

19、復(fù)（BERBER）途徑中的重要糖苷酶：）途徑中的重要糖苷酶： (1) (1) 尿嘧啶尿嘧啶- -N N- -糖苷酶，從糖苷酶，從DNADNA中除去尿嘧啶堿基；中除去尿嘧啶堿基； (2) (2) 次黃嘌呤次黃嘌呤- -N N- -糖苷酶，從糖苷酶，從DNADNA中除去腺嘌呤脫氨后中除去腺嘌呤脫氨后形成的次黃嘌呤；形成的次黃嘌呤； (3) 3(3) 3甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤DNADNA糖苷酶，可修復(fù)烷化劑產(chǎn)生糖苷酶，可修復(fù)烷化劑產(chǎn)生的損傷。的損傷。2. 2. 核苷酸片段切除修復(fù)核苷酸片段切除修復(fù)(Nucleotide excision repair(Nucleotide excision repai

20、r，NER) NER) DNA DNA螺旋結(jié)構(gòu)有較大損傷變形時(shí)，則以核苷酸切螺旋結(jié)構(gòu)有較大損傷變形時(shí)，則以核苷酸切除修復(fù)方式進(jìn)行修復(fù)。除修復(fù)方式進(jìn)行修復(fù)。暗修復(fù)（暗修復(fù)（dark repairdark repair）。）。 短短- -補(bǔ)丁修復(fù)（補(bǔ)丁修復(fù)（short-patch repairshort-patch repair） 長長- -補(bǔ)丁修復(fù)（補(bǔ)丁修復(fù)（long-patch repairlong-patch repair）原核生物原核生物DNADNA損傷切除修復(fù)：損傷切除修復(fù)： 識別：識別：UvrAUvrA，UvrBUvrB辨認(rèn)及結(jié)合辨認(rèn)及結(jié)合DNADNA損傷部位。損傷部位。 UvrAUv

21、rA釋放，釋放， UvrCUvrC結(jié)合上來。結(jié)合上來。 切除：切除： UvrBUvrB、UvrCUvrC在損傷在損傷部位的兩側(cè)切開。部位的兩側(cè)切開。 UvrDUvrD使被切開的部分解旋，使被切開的部分解旋，釋放被損傷的鏈。釋放被損傷的鏈。 修補(bǔ)和連接：修補(bǔ)和連接：DNA-polDNA-pol和連和連接酶填補(bǔ)空隙和連接。接酶填補(bǔ)空隙和連接。原核細(xì)胞原核細(xì)胞NER系統(tǒng)蛋白質(zhì)和酶的功能系統(tǒng)蛋白質(zhì)和酶的功能 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)功能功能UvrA識別損傷并充當(dāng)分子接頭識別損傷并充當(dāng)分子接頭UvrB識別損傷并在識別損傷并在3-端切開端切開DNA鏈鏈UvrC在損傷部位的在損傷部位的5-端切開端切開DNA鏈鏈UvrD

22、解鏈酶解鏈酶DNA polI/II填補(bǔ)缺口填補(bǔ)缺口DNA連接酶連接酶連接切口連接切口著色性干皮?。ㄖ愿善げ。╔eroderma Xeroderma pigmentosumpigmentosum）是一種切除修復(fù)）是一種切除修復(fù)酶的缺陷。酶的缺陷?；颊邔θ展饣蜃贤饣颊邔θ展饣蜃贤饩€特別敏感，對紫外線引起的線特別敏感，對紫外線引起的DNADNA損傷不能修復(fù)，容易誘發(fā)皮損傷不能修復(fù)，容易誘發(fā)皮膚癌。膚癌。6.2.2 6.2.2 錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù)(Mismatch repair(Mismatch repair，MMR) MMR) 負(fù)責(zé)修復(fù)負(fù)責(zé)修復(fù)DNADNA復(fù)制過程中由于錯(cuò)誤摻入而產(chǎn)生的錯(cuò)配。是復(fù)制

23、過程中由于錯(cuò)誤摻入而產(chǎn)生的錯(cuò)配。是一種復(fù)制后修復(fù)。一種復(fù)制后修復(fù)。(1) (1) 識別錯(cuò)配的堿基對。識別錯(cuò)配的堿基對。(2) (2) 對錯(cuò)配的一對堿基要能準(zhǔn)確區(qū)別哪一個(gè)是錯(cuò)的，哪一個(gè)對錯(cuò)配的一對堿基要能準(zhǔn)確區(qū)別哪一個(gè)是錯(cuò)的，哪一個(gè)是對的。錯(cuò)配修復(fù)能區(qū)分新鏈及模板鏈。區(qū)分方式是用是對的。錯(cuò)配修復(fù)能區(qū)分新鏈及模板鏈。區(qū)分方式是用DamDam甲基化酶在模板鏈甲基化酶在模板鏈GATCGATC中的中的A A（N-6N-6）上甲基化修飾。因）上甲基化修飾。因此錯(cuò)配修復(fù)也稱甲基指導(dǎo)的錯(cuò)配修復(fù)。此錯(cuò)配修復(fù)也稱甲基指導(dǎo)的錯(cuò)配修復(fù)。(3) (3) 切除錯(cuò)誤的堿基，并進(jìn)行修復(fù)合成。原則是保存母鏈切除錯(cuò)誤的堿基，并進(jìn)

24、行修復(fù)合成。原則是保存母鏈，修正子鏈。，修正子鏈。 ：在水解：在水解ATPATP的作用下，的作用下， MutSMutS、 MutLMutL在在DNADNA雙鏈上移動，發(fā)現(xiàn)甲基雙鏈上移動，發(fā)現(xiàn)甲基化化DNADNA，DNADNA由此形成突環(huán)。由此形成突環(huán)。 MutS MutS 二聚體識別并結(jié)合到二聚體識別并結(jié)合到DNADNA錯(cuò)錯(cuò)配堿基部位；配堿基部位；MutL MutL 二聚體與二聚體與MutSMutS二聚體結(jié)二聚體結(jié)合，形成四聚體。合，形成四聚體。 MutHMutH內(nèi)切核酸酶結(jié)合到內(nèi)切核酸酶結(jié)合到MutSLMutSL上，由上，由MutHMutH切開非甲基化的子鏈。切開非甲基化的子鏈。DNA he

25、licase DNA helicase II, SSB, exonuclease III, SSB, exonuclease I去除包括錯(cuò)配堿去除包括錯(cuò)配堿基的基的10001000個(gè)核苷酸片段。個(gè)核苷酸片段。 DNA polymerase IIIDNA polymerase III和和DNA DNA ligase ligase 填充缺口。填充缺口。昂貴的代價(jià)用于保證昂貴的代價(jià)用于保證DNADNA的準(zhǔn)確性。的準(zhǔn)確性。錯(cuò)配修復(fù)過程：錯(cuò)配修復(fù)過程： 如果如果MutHMutH的切點(diǎn)在錯(cuò)配的切點(diǎn)在錯(cuò)配堿基的堿基的5 5端，則由外切核酸酶端，則由外切核酸酶VII VII 或核酸酶或核酸酶RecJRecJ來

26、降解含來降解含有錯(cuò)配堿基的片段。有錯(cuò)配堿基的片段。 如果如果MutHMutH的切點(diǎn)在錯(cuò)配的切點(diǎn)在錯(cuò)配堿基的堿基的33端，將由外切核酸端，將由外切核酸酶酶I I或或X X從從3 355方向水解含有方向水解含有錯(cuò)配堿基的片段。錯(cuò)配堿基的片段。 最后由最后由DNA pol IIIDNA pol III和連和連接酶分別填補(bǔ)缺口和連接接酶分別填補(bǔ)缺口和連接切口。切口。6.2.3 6.2.3 直接修復(fù)（損傷逆轉(zhuǎn)）直接修復(fù)（損傷逆轉(zhuǎn)） 直接修復(fù)（直接修復(fù)（direct repairdirect repair）是把被損傷的堿基回復(fù)到原來狀態(tài)的一種修）是把被損傷的堿基回復(fù)到原來狀態(tài)的一種修復(fù)。有以下三種方式：復(fù)

27、。有以下三種方式：（1 1）光復(fù)活作用）光復(fù)活作用 在可見光在可見光（400 nm400 nm）存在的條件下，在光復(fù)活酶作用下存在的條件下，在光復(fù)活酶作用下將將UVUV引起嘧啶二聚體分解為單體的過程。光復(fù)活是原核生物中的一種主引起嘧啶二聚體分解為單體的過程。光復(fù)活是原核生物中的一種主要修復(fù)形式（單細(xì)胞生物到鳥類均有此酶，這種修復(fù)方式對植物體特別要修復(fù)形式（單細(xì)胞生物到鳥類均有此酶，這種修復(fù)方式對植物體特別重要，重要，而哺乳動物無此酶）而哺乳動物無此酶）。(2) O(2) O6 6- -甲基鳥嘌呤甲基鳥嘌呤-DNA-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶(MGMT)(MGMT)直接修復(fù)直接修復(fù) 以防止形成以

28、防止形成G T G T 配對。配對。 MGMTMGMT能防止能防止DNADNA鏈烷基化導(dǎo)致的死亡和突變效應(yīng)。鏈烷基化導(dǎo)致的死亡和突變效應(yīng)。 MGMTMGMT存在于酵母和人類細(xì)胞中。存在于酵母和人類細(xì)胞中。(3) (3) 單鏈斷裂修復(fù)單鏈斷裂修復(fù) 只需要只需要DNADNA連接酶參與，屬于直接修復(fù)。連接酶參與，屬于直接修復(fù)。 DNADNA連接酶催化連接酶催化DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中雙鏈之一的缺口處的雙螺旋結(jié)構(gòu)中雙鏈之一的缺口處的55磷酸與相鄰的磷酸與相鄰的33羥基形成磷酸二酯鍵。羥基形成磷酸二酯鍵。6.2.4 6.2.4 重組修復(fù)重組修復(fù)(recombination repair)(recombi

29、nation repair) 也稱復(fù)制后修復(fù)、鏈轉(zhuǎn)移修復(fù)、同源重組修也稱復(fù)制后修復(fù)、鏈轉(zhuǎn)移修復(fù)、同源重組修復(fù)復(fù) 復(fù)制：受損傷的復(fù)制：受損傷的DNADNA鏈復(fù)制時(shí)，產(chǎn)生的子鏈復(fù)制時(shí)，產(chǎn)生的子代代DNADNA在損傷的對應(yīng)部位出現(xiàn)缺口。在損傷的對應(yīng)部位出現(xiàn)缺口。 重組：在重組：在RecARecA酶的作用下，完整母鏈酶的作用下，完整母鏈DNADNA與與有缺口子鏈有缺口子鏈DNADNA進(jìn)行重組交換，將母鏈上相應(yīng)片段進(jìn)行重組交換，將母鏈上相應(yīng)片段填補(bǔ)子鏈缺口處，而母鏈出現(xiàn)缺口。填補(bǔ)子鏈缺口處，而母鏈出現(xiàn)缺口。 再合成：以另一條子鏈再合成：以另一條子鏈DNADNA為模板，經(jīng)為模板，經(jīng)DNA polDNA p

30、ol合成一新合成一新DNADNA片段填補(bǔ)母鏈片段填補(bǔ)母鏈DNADNA缺口，缺口，最后由最后由DNA ligaseDNA ligase連接完成修補(bǔ)。連接完成修補(bǔ)。 重組修復(fù)不能完全去除損傷，損傷的重組修復(fù)不能完全去除損傷，損傷的DNADNA片段仍然保留在片段仍然保留在親代親代DNADNA鏈上，只是重組修復(fù)后合成的鏈上，只是重組修復(fù)后合成的DNADNA分子是不帶有損傷分子是不帶有損傷的。的。 但經(jīng)多次復(fù)制后，損傷就被但經(jīng)多次復(fù)制后，損傷就被“稀釋稀釋”了，在子代細(xì)胞中只了，在子代細(xì)胞中只有一個(gè)細(xì)胞是帶有損傷有一個(gè)細(xì)胞是帶有損傷DNADNA的。的。 重組修復(fù)機(jī)制的缺陷重組修復(fù)機(jī)制的缺陷, ,有可能導(dǎo)

31、致腫瘤發(fā)生。有可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。6.2.5 6.2.5 易錯(cuò)修復(fù)和易錯(cuò)修復(fù)和SOSSOS反應(yīng)反應(yīng) SOS SOS反應(yīng)反應(yīng)( SOS response)( SOS response)是細(xì)胞是細(xì)胞DNADNA受到損傷或復(fù)制系統(tǒng)受到損傷或復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的緊急情況下，細(xì)胞為求生存而產(chǎn)生的一種應(yīng)急反應(yīng)受到抑制的緊急情況下，細(xì)胞為求生存而產(chǎn)生的一種應(yīng)急反應(yīng)。SOSSOS反應(yīng)誘導(dǎo)的修復(fù)系統(tǒng)包括：反應(yīng)誘導(dǎo)的修復(fù)系統(tǒng)包括： 1 1、避免差錯(cuò)的修復(fù)（、避免差錯(cuò)的修復(fù)（error free repairerror free repair）：錯(cuò)配修復(fù)）：錯(cuò)配修復(fù)、直接修復(fù)、切除修復(fù)和重組修復(fù)。、直接修復(fù)、切除修復(fù)和

32、重組修復(fù)。 2 2、易產(chǎn)生差錯(cuò)的修復(fù)（、易產(chǎn)生差錯(cuò)的修復(fù)（error prone repairerror prone repair）：易錯(cuò)修）：易錯(cuò)修復(fù)（復(fù)（SOSSOS修復(fù)）。修復(fù)）。SOSSOS反應(yīng)可誘導(dǎo)產(chǎn)生反應(yīng)可誘導(dǎo)產(chǎn)生DNADNA聚合酶聚合酶和和，它們，它們不具有不具有33核酸外切酶校正功能，但在核酸外切酶校正功能，但在DNADNA鏈的損傷部位即使出鏈的損傷部位即使出現(xiàn)不配對的堿基，仍然能催化核苷酸的聚合，使復(fù)制繼續(xù)進(jìn)行?，F(xiàn)不配對的堿基，仍然能催化核苷酸的聚合，使復(fù)制繼續(xù)進(jìn)行。這種情況下允許錯(cuò)配可增加細(xì)胞存活的機(jī)會。這種情況下允許錯(cuò)配可增加細(xì)胞存活的機(jī)會。SOSSOS反應(yīng)：反應(yīng)：0 0

33、期：還沒有出現(xiàn)期：還沒有出現(xiàn)SOSSOS應(yīng)答，應(yīng)答，MMRMMR（錯(cuò)配修復(fù)）。（錯(cuò)配修復(fù)）。1 1期：期：NERNER（核苷酸片段切除修復(fù)）。（核苷酸片段切除修復(fù)）。2 2期：重組修復(fù)，主要是針對期：重組修復(fù)，主要是針對DNADNA雙鏈斷裂的修復(fù)。雙鏈斷裂的修復(fù)。3 3期：期：SOSSOS修復(fù)（易錯(cuò)修復(fù)）。修復(fù)（易錯(cuò)修復(fù)）。4 4期：凋亡。期：凋亡。RecARecA與與LexALexA組成組成調(diào)控環(huán)路調(diào)控環(huán)路RecARecA在在SOSSOS反應(yīng)反應(yīng)中起核心中起核心作用作用未誘導(dǎo)的細(xì)胞未誘導(dǎo)的細(xì)胞 誘導(dǎo)的細(xì)胞誘導(dǎo)的細(xì)胞當(dāng)當(dāng)DNADNA復(fù)制度過難關(guān)后復(fù)制度過難關(guān)后SOS repair 是一種錯(cuò)誤傾

34、向性極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制是一種錯(cuò)誤傾向性極強(qiáng)的修復(fù)機(jī)制是進(jìn)化中形成的是進(jìn)化中形成的“ 竭盡全力，治病救人竭盡全力，治病救人” 的措施的措施（正常狀態(tài)下，（正常狀態(tài)下，SOS是關(guān)閉的）是關(guān)閉的）RecA-p很快消失很快消失LexA gene onSOS off1、DNA的修復(fù)；的修復(fù)；2、導(dǎo)致變異。許多細(xì)胞的死亡只是為一些細(xì)胞的存活所、導(dǎo)致變異。許多細(xì)胞的死亡只是為一些細(xì)胞的存活所付的代價(jià)。付的代價(jià)。6.3 6.3 基因突變基因突變突變：是指遺傳物質(zhì)發(fā)生可遺傳的變異。突變：是指遺傳物質(zhì)發(fā)生可遺傳的變異?；蛲蛔儯ɑ蛲蛔儯?Gene mutation Gene mutation ）：基因的核苷酸順序或

35、數(shù)目發(fā)）：基因的核苷酸順序或數(shù)目發(fā)生改變。生改變。：染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)的改變。：染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)的改變。6.3.1 6.3.1 基因突變的類型基因突變的類型（1）點(diǎn)突變）點(diǎn)突變(point mutation)（2）缺失）缺失 (deletion)（3）插入）插入 (insertion)（4）重排）重排 (rearrangement)：倒位或移位：倒位或移位（一）點(diǎn)突變（堿基替換）（一）點(diǎn)突變（堿基替換）點(diǎn)突變點(diǎn)突變(point mutation) (point mutation) 是指是指DNADNA分子上發(fā)生了單個(gè)堿基的改分子上發(fā)生了單個(gè)堿基的改變。變。點(diǎn)突變的特征是它具有很高的回復(fù)率。點(diǎn)突變

36、的特征是它具有很高的回復(fù)率。1 1. . 轉(zhuǎn)換：發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧轉(zhuǎn)換：發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。啶代替另一嘧啶。Purine Pu或者或者 Pyrimidine Py 2. 2. 顛換：發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。顛換：發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。Pu Py或者或者PyPu從對遺傳信息的改變上定義從對遺傳信息的改變上定義 同義突變（無聲突變、中性突變，沉默突變）：沒同義突變（無聲突變、中性突變，沉默突變）：沒有改變產(chǎn)物氨基酸序列的密碼子。有改變產(chǎn)物氨基酸序列的密碼子。 錯(cuò)義突變：堿基序列的改變引起

37、了氨基酸序列的改錯(cuò)義突變：堿基序列的改變引起了氨基酸序列的改變。變。 滲漏突變：是突變基因的產(chǎn)物尚有部分活性的錯(cuò)義滲漏突變：是突變基因的產(chǎn)物尚有部分活性的錯(cuò)義突變，是表型界于野生型與完全突變型之間的某種狀態(tài)突變，是表型界于野生型與完全突變型之間的某種狀態(tài)。 回復(fù)突變回復(fù)突變: :使突變體在表型上回復(fù)到野生型狀態(tài)的突變使突變體在表型上回復(fù)到野生型狀態(tài)的突變。 無義突變：堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子變無義突變：堿基的改變使代表某種氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍缀铣傻慕K止密碼子。為蛋白合成的終止密碼子。 突變熱點(diǎn)（突變熱點(diǎn)（Mutation HotpointMutation Hotpoint）：基因自

38、發(fā)突變的頻）：基因自發(fā)突變的頻率是一定的，率是一定的，DNADNA分子上某些位點(diǎn)的突變頻率大于平均數(shù)，分子上某些位點(diǎn)的突變頻率大于平均數(shù)，這樣的位點(diǎn)稱為突變熱點(diǎn)。這樣的位點(diǎn)稱為突變熱點(diǎn)。（二）缺失（二）缺失缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上丟失。大分子上丟失。特點(diǎn)：回復(fù)突變率極低。特點(diǎn)：回復(fù)突變率極低。插入：原來沒有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到插入：原來沒有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。特點(diǎn)：回復(fù)突變率極低。大分子中間。特點(diǎn)：回復(fù)突變率極低。 移碼突變（框移突變）是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，移碼突變（框移突變）是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。 缺失或插入都可導(dǎo)致移碼突變?nèi)笔Щ虿迦攵伎蓪?dǎo)致移碼突變 。（三）插入（三）插入（四）重排（四）重排 DNADNA分子內(nèi)較大片段的顛倒、重復(fù)、交換，分子內(nèi)較大片段的顛倒、重復(fù)、交換，稱為重排或重組。稱為重排或重組。5.3.2 5.3.2 誘變劑的作用誘變劑的作用1 1、堿基類似物（、堿