損傷和修復(fù)演示文稿

損傷和修復(fù)演示文稿12022/10/27第一頁，共六十二頁。優(yōu)選損傷和修復(fù)第二頁，共六十二頁。第一節(jié)DNA損傷

一、DNA損傷因素及機制二、DNA損傷類型第三頁，共六十二頁。42022/10/27第四頁，共六十二頁。52022/10/27第五頁，共六十二頁。一、DNA損傷因素及機制（一）輻射致DNA損傷

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電離輻射

能直接或間接引起被穿透物質(zhì)產(chǎn)生電離的粒子或射線（α粒子、β粒子、γ射線、X射線）●非電離輻射

紫外線和能量低于紫外線的所有電磁輻射

第六頁，共六十二頁。72022/10/27第七頁，共六十二頁。電離輻射對機體的作用方式

●直接

指射線將能量直接傳遞給生物大分子，使物質(zhì)的原子或分子激發(fā)和電離，導(dǎo)致物質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞●

間接

指輻射先作用于溶劑分子進而產(chǎn)生活性物導(dǎo)致細(xì)胞損傷第八頁，共六十二頁。電離輻射對DNA的直接和間接損傷第九頁，共六十二頁。輻射引起的DNA損傷類型

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堿基脫落

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堿基破壞

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嘧啶二聚體形成

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單鏈和雙鏈斷裂

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DNA交聯(lián)等第十頁，共六十二頁。胸腺嘧啶堿基間形成二聚體第十一頁，共六十二頁。第十二頁，共六十二頁。（二）自由基致DNA損傷

自由基是指能夠獨立存在，核外帶有未配對電子的原子或分子表示方式：在原有原子或分子符號的左上角標(biāo)記一個圓點“

·

”

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自由基的來源1.電離輻射通過電離和激發(fā)產(chǎn)生

2.代謝產(chǎn)生活性氧第十三頁，共六十二頁?！褡杂苫淖饔脵C制自由基與DNA之間發(fā)生化合反應(yīng)、抽氫作用和加成反應(yīng)等●自由基的危害

損傷堿基、核糖、磷酸二酯鍵。第十四頁，共六十二頁。（三）化學(xué)毒物致DNA損傷

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堿基類似物與正常堿基類似，導(dǎo)致堿基置換

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堿基修飾物修飾堿基某些基團，改變配對性質(zhì)或阻斷配對

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嵌入染料插入堿基對中，使DNA兩條鏈錯位→缺失、移碼、插入?

化學(xué)毒物第十五頁，共六十二頁?；瘜W(xué)因素目錄第十六頁，共六十二頁。物理化學(xué)因素對DNA的損傷第十七頁，共六十二頁。胞嘧啶脫氨基生成尿嘧啶第十八頁，共六十二頁。如果復(fù)制發(fā)生就會產(chǎn)生一個突變第十九頁，共六十二頁。二、DNA損傷類型1.堿基和糖基破壞●損傷因素酸、熱去嘌呤作用、堿基修飾劑、自由基、活性氧、紫外線●損傷類型堿基丟失/插入、堿基置換、DNA片段缺失/插入第二十頁，共六十二頁。2.錯配●損傷因素

堿基類似物、堿基修飾劑、自發(fā)脫氨基●常見錯配類型U→T第二十一頁，共六十二頁。3.DNA鏈斷裂

●損傷因素

電離輻射、化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)

●損傷類型單鏈斷裂、雙鏈斷裂（最嚴(yán)重?fù)p傷，不能原位修復(fù)，易致畸)第二十二頁，共六十二頁。4.DNA交聯(lián)

化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)(如絲裂霉素)●損傷因素●損傷類型

鏈內(nèi)交聯(lián)同一DNA鏈上堿基共價結(jié)合嘧啶二聚體DNA鏈上相鄰的兩個嘧啶堿基之間共價結(jié)合，形式有TT、CT、CC鏈間交聯(lián)

不同DNA鏈之間的堿基共價結(jié)合DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)DNA與蛋白質(zhì)以共價鍵結(jié)合第二十三頁，共六十二頁。DNA交聯(lián)示意圖第二十四頁，共六十二頁。第二節(jié)DNA損傷的修復(fù)一、DNA損傷的修復(fù)的機制二、參與修復(fù)的主要基因第二十五頁，共六十二頁。修復(fù)(repairing)是對已發(fā)生分子改變的補償措施，使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。光修復(fù)(lightrepairing)切除修復(fù)(excisionrepairing)重組修復(fù)(recombinationrepairing)SOS修復(fù)

錯配修復(fù)修復(fù)的主要類型一、DNA損傷的修復(fù)的機制第二十六頁，共六十二頁。一、DNA損傷的修復(fù)的機制光復(fù)活酶與DNA鏈上嘧啶二聚體部位結(jié)合↓受波長為260-380nm的近紫外線作用激活使二聚體解聚↓酶從DNA鏈上解離，DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)

（一）回復(fù)修復(fù)●酶學(xué)光復(fù)活第二十七頁，共六十二頁。光修復(fù)酶(photolyase)

UV第二十八頁，共六十二頁。第二十九頁，共六十二頁?！襦堰手苯硬迦搿馩6-甲基鳥嘌呤-DNA的甲基轉(zhuǎn)移●單鏈重接（單鏈斷裂修復(fù)）第三十頁，共六十二頁。312022/10/27第三十一頁，共六十二頁。（二）切除修復(fù)

●定義

在多種酶的作用下，先將損傷區(qū)域切除，然后利用互補鏈為模板，合成一段正確配對的堿基順序來修補●切除過程

●切除方式堿基切除修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)識別并切除→修復(fù)合成并連接第三十二頁，共六十二頁。2.1堿基切除修復(fù)（base-excisionrepair,BER）

所有細(xì)胞中都帶有能識別受損核酸位點的糖苷水解酶，它能特異性切除受損核苷酸上的N-β－糖苷鍵，在DNA鏈上形成去嘌呤或去嘧啶位點（AP位點）。第三十三頁，共六十二頁。DNA分子中一旦產(chǎn)生了AP位點，AP核酸內(nèi)切酶就會把受損核苷酸的糖苷-磷酸鍵切開，并移去包括AP位點核苷酸在內(nèi)的小片段DNA，由DNA聚合酶I合成新的片段，最終由DNA連接酶把兩者連成新的被修復(fù)的DNA鏈→堿基切除修復(fù)(base-excisionrepair)。第三十四頁，共六十二頁。.糖甘水解酶識別改變了的堿基，把堿基從N-β-糖苷鍵處切下來，在DNA鏈上形成去嘌呤或去嘧啶位點，統(tǒng)稱為AP位點。第三十五頁，共六十二頁。由AP磷酸內(nèi)切酶將受損核甘酸的糖苷-磷酸鍵切開5‘3‘第三十六頁，共六十二頁。DNA連接酶連接利用DNA聚合酶I在切除損傷部位，補上核苷酸第三十七頁，共六十二頁。382022/10/27第三十八頁，共六十二頁。2.2核苷酸切除修復(fù)（Nucleotideexcisionrepair,NER）

是機體正常細(xì)胞針對DNA鏈上較大損傷的修復(fù)過程，它由多種DNA修復(fù)酶組成。

第三十九頁，共六十二頁。2.2核苷酸切除修復(fù)（Nucleotideexcisionrepair,NER）

損傷發(fā)生后，首先由DNA切割酶(excinuclease)在己損傷的核苷酸5’和3’位分別切開磷酸二酯鍵，產(chǎn)生一個由12～13個核苷酸(原核生物)或27～29個核苷酸(人類或其他高等真核生物)的小片段，移去小片段后由DNA聚合酶Ⅰ(原核)或ε（真核)合成新的片段，并由DNA連接酶完成修復(fù)中的最后一道工序。第四十頁，共六十二頁。識別損傷部位損傷的兩邊切除幾個核苷酸DNA聚合酶以母鏈為模板復(fù)制合成新子鏈DNA連接酶將切口補平第四十一頁，共六十二頁?！?/p>

核苷酸切除被切除的不是單個堿基，而是一段寡核苷酸。是細(xì)胞內(nèi)更為重要的一種修復(fù)方式

●切除修復(fù)的特點是DNA修復(fù)的一種普遍形式第四十二頁，共六十二頁。（三）重組修復(fù)●定義重組酶系將未受損傷的DNA

片段移到損傷部位，提供正確的模板，進行修復(fù)●分類

●同源性重組兩段雙鏈DNA同源性大于200bp，大腸桿菌及酵母中RecA蛋白、人細(xì)胞中Rad51是關(guān)鍵●非同源性重組同源性低，DNA雙鏈斷裂的主要修復(fù)方式，關(guān)鍵分子是DNA-PK及XRCC4，非精確修復(fù)第四十三頁，共六十二頁。442022/10/27第四十四頁，共六十二頁。復(fù)制中出現(xiàn)損傷重組修復(fù)DNA聚合酶填補缺損第四十五頁，共六十二頁。462022/10/27第四十六頁，共六十二頁。3、錯配修復(fù)（mismatchrepair，MMR）

DNA錯配修復(fù)是細(xì)胞復(fù)制后的一種修復(fù)機制,具有維持DNA復(fù)制保真度,控制基因變異的作用。錯配修復(fù)實際上是一種特殊的核苷酸切除修復(fù)，它專門用來修復(fù)在DNA復(fù)制中出現(xiàn)的新合成DNA鏈上的錯配的堿基。但如何避免將DNA鏈上正確的堿基切除呢？這就需要將oldstrand和newstrand區(qū)分開來。第四十七頁，共六十二頁。原核生物利用甲基化區(qū)分oldstrand和newstrand，因此原核細(xì)胞中的錯配修復(fù)也稱甲基化指導(dǎo)的錯配修復(fù)（methyl-directedmismatchrepair）。第四十八頁，共六十二頁。錯配修復(fù)系統(tǒng)識別母鏈靠Dam甲基化酶（Dammethylase），它能使位于5’GATC序列中A的N6位甲基化。一旦復(fù)制叉通過復(fù)制起始位點，母鏈就會在開始DNA合成前的一小點時間（幾秒鐘至幾分鐘）內(nèi)被甲基化。剛合成的DNA新鏈上的GATC序列還沒有來得及甲基化，而作為模板的oldstrand早已被甲基化了，利用這種差別區(qū)分oldstrand和newstrand。

第四十九頁，共六十二頁。此后，一旦發(fā)現(xiàn)錯配堿基，錯配修復(fù)系統(tǒng)就會根據(jù)“保存母鏈，修正子鏈”的原則，找出錯誤堿基所在的DNA鏈即將未甲基化的鏈切除，并以甲基化的鏈為模板進行修復(fù)合成。GATC中A甲基化與否常用來區(qū)別新合成的鏈（未甲基化）和模板鏈（甲基化）。這一區(qū)別很重要第五十頁，共六十二頁。錯配修復(fù)（mismatchrepair）●Dam甲基化酶使母鏈位于5’GATC序列中腺苷酸甲基化●甲基化緊隨在DNA復(fù)制之后進行●根據(jù)復(fù)制叉上DNA甲基化程度，切除尚未甲基化的子鏈上的錯配堿基通過3個蛋白質(zhì)（MutS、MutH和MutL）校正第五十一頁，共六十二頁。

根據(jù)母鏈甲基化原則找出錯配堿基的示意圖1.MutS發(fā)現(xiàn)錯配堿基2.在水解ATP的作用下，MutS，MutL與堿基錯配點的DNA雙鏈結(jié)合3.MutS-MutL在DNA雙鏈上移動，發(fā)現(xiàn)甲基化DNA后由MutH切開非甲基化的子鏈第五十二頁，共六十二頁。

甲基化指導(dǎo)的錯配修復(fù)示意圖錯配堿基位于切口3’下游端，錯配堿基位于切口5’上游端，第五十三頁，共六十二頁。（五）SOS修復(fù)

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定義DNA損傷時應(yīng)急產(chǎn)生的修復(fù)作用，解除修復(fù)系統(tǒng)抑制，使其產(chǎn)物(多種修復(fù)蛋白)參與修復(fù)第五十四頁，共六十二頁。SOS修復(fù)中LexA-RecA操縱子的作用機理第五十五頁，共六十二頁。當(dāng)細(xì)菌DNA遭到破壞時，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)會啟動一個被稱為SOS的誘導(dǎo)型DNA修復(fù)系統(tǒng)。在正常情況下，DNA損傷的修復(fù)基因的操縱子被LexA蛋白所阻遏。SOS修復(fù)系統(tǒng)受到LexA阻遏蛋白的抑制，平時該蛋白表達水平很低。SOS體系的誘導(dǎo)表達過程其實就是LexA阻遏蛋白從這個基因的上游調(diào)控區(qū)移開的過程。阻遏蛋白LexA的降解與細(xì)菌中的SOS應(yīng)答第五十六頁，共六十二頁。當(dāng)有紫外線照射時，細(xì)菌體內(nèi)的RecA蛋白水解酶被激活，催化LexA阻遏蛋白裂解失活，從而導(dǎo)致與DNA損傷修復(fù)有關(guān)的基因表達。RecA蛋白：是SOS反應(yīng)的最初的發(fā)動因子。在單鏈DNA和ATP存在時，RecA蛋白被激活，表現(xiàn)出水解酶活性，分解LexA阻遏物。第五十七頁，共六十二頁。表達RecA蛋白與這些缺口處單鏈DNA相結(jié)合，被激活成蛋白酶。具有蛋白酶活性的RecA蛋白將LexA蛋白切割成沒有阻遏作用的和具有與操縱區(qū)DNA結(jié)合活性的兩個片段，導(dǎo)致SOS體系的高效表達，使DNA得以修復(fù)。第五十八頁，共六十二頁。SOS反應(yīng)

SOS基因紫外線激活RecALexA阻遏蛋白