1、第六章的损伤修复和基因突变6.1 DNA6.1 DNA损伤的概念损伤的概念是指在生物体生命过程是指在生物体生命过程中中DNADNA双螺旋结构发生的任何改变。包括：双螺旋结构发生的任何改变。包括：引起引起DNADNA损伤的因素：损伤的因素：（1 1）自发性损伤）自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、自发脱碱基、细胞的代谢产物对性化学改变、自发脱碱基、细胞的代谢产物对DNADNA的的损伤损伤)；（2 2）物理因素引起的损伤）物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线电离辐射、紫外线)；（3 3）化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似）化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物
2、）。物）。分子的自发性损伤分子的自发性损伤 是指是指DNADNA在复制过程中碱基配对时产生的误在复制过程中碱基配对时产生的误差，经过差，经过DNADNA聚合酶聚合酶“校正校正”和单链结合蛋白等综和单链结合蛋白等综合校对因素作用下仍未被校正的合校对因素作用下仍未被校正的DNADNA的损伤。包括：的损伤。包括：1.1.互变异构移位互变异构移位 2.2.脱氨基作用脱氨基作用 3.DNA3.DNA复制中的错误复制中的错误 碱基错配碱基错配 DNADNA聚合酶的聚合酶的“打滑打滑”4.4.活性氧引起的诱变活性氧引起的诱变 5.5.碱基丢失碱基丢失 1.1.互变异构移位互变异构移位 DNADNA碱基上的酮
3、基或氨基都位于杂环上碱基上的酮基或氨基都位于杂环上N N原子邻位，能原子邻位，能形成氨基形成氨基-亚氨基互变异构或酮式亚氨基互变异构或酮式-烯醇式互变异构。烯醇式互变异构。氨基氨基-亚氨基互变异构亚氨基互变异构酮式酮式-烯醇式互变异构烯醇式互变异构碱基发生氨基碱基发生氨基-亚氨基互变异构时，发生亚氨基互变异构时，发生A-CA-C、G-TG-T错配。错配。碱基发生酮式与烯醇式结构互变，碱基发生酮式与烯醇式结构互变，发生发生A-CA-C、T-GT-G错配。错配。每条新生每条新生DNADNA链上这种由碱基异构化所导致的突变率在链上这种由碱基异构化所导致的突变率在1010-8-81010-9-9。烷化
4、剂的作用可使DNA发生各种类型的损伤：（3）化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）。（一）点突变（碱基替换）（2）物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线)；复制：受损伤的DNA链复制时，产生的子代DNA在损伤的对应部位出现缺口。直接修复（direct repair）是把被损伤的碱基回复到原来状态的一种修复。点突变(point mutation)是指DNA分子上发生了单个碱基的改变。识别：UvrA，UvrB辨认及结合DNA损伤部位。交联 DNA分子中一条链上碱基与另一条链上的碱基以共价键结合时称DNA链间交联。DNA损伤(DNA damage)：是指在生物体生命过程中DNA双螺旋结构发生的任何改
5、变。MGMT能防止DNA链烷基化导致的死亡和突变效应。5、易错修复（SOS修复）化学因素引起的DNA损伤缺失或插入都可导致移码突变。直接修复（direct repair）是把被损伤的碱基回复到原来状态的一种修复。回复突变:使突变体在表型上回复到野生型状态的突变。UvrA释放，UvrC结合上来。（正常状态下，SOS是关闭的）重组修复不能完全去除损伤，损伤的DNA片段仍然保留在亲代DNA链上，只是重组修复后合成的DNA分子是不带有损伤的。2.2.脱氨基作用脱氨基作用 碱基的环外碱基的环外NHNH2 2有时会自发有时会自发脱落，使脱落，使CUCU、AA次黄嘌呤次黄嘌呤（H H）、）、GG黄嘌呤（黄嘌
6、呤（X X），），DNADNA复复制时，制时，U-AU-A、I-CI-C、X-CX-C配对，导配对，导致子代致子代DNADNA序列错误。序列错误。胞嘧啶自发脱氨基的频率为胞嘧啶自发脱氨基的频率为每个细胞每天每个细胞每天200200个左右。个左右。自发脱氨基作用自发脱氨基作用引起的碱基转换引起的碱基转换 长-补丁修复（long-patch repair）切除修复（excision repairing）(3)3甲基腺嘌呤DNA糖苷酶，可修复烷化剂产生的损伤。以防止形成G T 配对。DNA损伤(DNA damage)：是指在生物体生命过程中DNA双螺旋结构发生的任何改变。DNA聚合酶易在模板上有几个
7、相同碱基串联（微卫星）的部位打滑，聚合酶在模板链上的滑移易于造成缺失，在生长链上的滑移易于造成插入。1、避免差错的修复（error free repair）：错配修复、直接修复、切除修复和重组修复。碱基切除修复（BER）途径中的重要糖苷酶：是指DNA在复制过程中碱基配对时产生的误差，经过DNA聚合酶“校正”和单链结合蛋白等综合校对因素作用下仍未被校正的DNA的损伤。是进化中形成的“竭尽全力，治病救人”的措施（3）化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）。复制：受损伤的DNA链复制时，产生的子代DNA在损伤的对应部位出现缺口。交联 DNA分子中一条链上碱基与另一条链上的碱基以共价键结合时称DNA
8、链间交联。插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。（3）插入(insertion)MutL 二聚体与MutS二聚体结合，形成四聚体。当DNA受到最易被其吸收波长（260 nm）的紫外线照射时，主要是使同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体，其中最容易形成的是TT二聚体。如果MutH的切点在错配碱基的5端，则由外切核酸酶VII 或核酸酶RecJ来降解含有错配碱基的片段。SOS反应诱导的修复系统包括：DNA分子内较大片段的颠倒、重复、交换，称为重排或重组。（2）双螺旋结构的异常扭曲胞嘧啶自发脱氨基的频率为每个细胞每天200个左右。患者对日光或紫外线特别敏感，对紫外线引起
9、的DNA损伤不能修复，容易诱发皮肤癌。点突变(point mutation)是指DNA分子上发生了单个碱基的改变。对单倍体细胞（如细菌）一次双断就是致死事件。（一）点突变（碱基替换）DNA螺旋结构有较大损伤变形时，则以核苷酸切除修复方式进行修复。5、易错修复（SOS修复）修补：DNA聚合酶填补；交联 双功能基烷化剂化学武器如氮芥、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处烷基化，结果就能造成DNA链内、DNA链间、以及DNA与蛋白质间的交联。如果MutH的切点在错配碱基的3端，将由外切核酸酶I或X从35方向水解含有错配碱
10、基的片段。是指DNA在复制过程中碱基配对时产生的误差，经过DNA聚合酶“校正”和单链结合蛋白等综合校对因素作用下仍未被校正的DNA的损伤。回复突变:使突变体在表型上回复到野生型状态的突变。碱基类似物是一类结构与碱基相似的人工合成的化合物，由于其结构与正常的碱基相似，进入细胞后能替代正常的碱基参入到DNA链中而干扰DNA复制合成。DNA链断裂 DNA双链中一条链断裂称单链断裂（single strand broken），DNA双链在同一处或相近处断裂称为双链断裂（double strand broken）。烷化剂对DNA的损伤碱基脱落形成AP位点。原则是保存母链，修正子链。3.DNA3.DNA聚
11、合酶的聚合酶的“打滑打滑”DNADNA聚合酶易在模板上有几个相同碱基串联（微卫星）的部位聚合酶易在模板上有几个相同碱基串联（微卫星）的部位打滑，聚合酶在模板链上的滑移易于造成缺失，在生长链上的滑移打滑，聚合酶在模板链上的滑移易于造成缺失，在生长链上的滑移易于造成插入。易于造成插入。4.4.活性氧引起的诱活性氧引起的诱变变 细胞代谢副产物细胞代谢副产物O O2-2-、H H2 2O O2 2等会造成碱基等会造成碱基损伤，产生胸腺嘧啶乙损伤，产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物，引起碱基碱基修饰物，引起碱基配对错误。配对错误。活性氧造成的碱基损伤活性氧造成的碱基损伤 缺
12、失或插入都可导致移码突变。（2）缺失(deletion)：染色体数目和结构的改变。DNA链断裂 DNA双链中一条链断裂称单链断裂（single strand broken），DNA双链在同一处或相近处断裂称为双链断裂（double strand broken）。（2）双螺旋结构的异常扭曲SOS反应可诱导产生DNA聚合酶和，它们不具有3核酸外切酶校正功能，但在DNA链的损伤部位即使出现不配对的碱基，仍然能催化核苷酸的聚合，使复制继续进行。是指DNA在复制过程中碱基配对时产生的误差，经过DNA聚合酶“校正”和单链结合蛋白等综合校对因素作用下仍未被校正的DNA的损伤。点突变的特征是它具有很高的回复率
13、。再合成：以另一条子链DNA为模板，经DNA pol合成一新DNA片段填补母链DNA缺口，最后由DNA ligase连接完成修补。修补：DNA聚合酶填补；通过复制过程改变子代的遗传信息。直接修复（direct repair）是把被损伤的碱基回复到原来状态的一种修复。（1）自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、自发脱碱基、细胞的代谢产物对DNA的损伤)；烷化剂对DNA的损伤主要修复单个碱基缺陷的损伤。识别切除碱基：DNA糖苷酶识别切除改变的碱基，产生无碱基的位点；碱基的环外NH2有时会自发脱落，使CU、A次黄嘌呤（H）、G黄嘌呤（X），DNA复制时，U-A、I-C、X-C配对，导致子代
14、DNA序列错误。RecA与LexA组成调控环路点突变(point mutation)是指DNA分子上发生了单个碱基的改变。优选第六章的损伤修复和基因突变DNA与蛋白质以共价键结合，称为DNA蛋白质交联。直接修复（direct repair）是把被损伤的碱基回复到原来状态的一种修复。(3)切除错误的碱基，并进行修复合成。5.碱基丢失碱基丢失 自发的脱嘌呤和脱嘧啶：自发的脱嘌呤和脱嘧啶：DNA分子在生理条件下可通分子在生理条件下可通过自发性水解，使嘌呤碱和嘧啶碱从磷酸脱氧核糖骨架上过自发性水解，使嘌呤碱和嘧啶碱从磷酸脱氧核糖骨架上脱落下来。据统计，一个哺乳动物细胞在脱落下来。据统计，一个哺乳动物细
15、胞在37，20小时内小时内通过自发水解可从通过自发水解可从DNA 链上脱落约链上脱落约1000个嘌呤碱和个嘌呤碱和500个个嘧啶碱。在一个长寿命的哺乳动物细胞（如人神经细胞）嘧啶碱。在一个长寿命的哺乳动物细胞（如人神经细胞）的整个生活周期中自发性脱落嘌呤数约为的整个生活周期中自发性脱落嘌呤数约为108个嘌呤碱，个嘌呤碱，占细胞占细胞DNA中总嘌呤数的中总嘌呤数的30%。每个细胞每小时脱去的嘌。每个细胞每小时脱去的嘌呤碱和嘧啶碱数分别平均为呤碱和嘧啶碱数分别平均为580个和个和29个。个。碱基脱落形成碱基脱落形成AP位点。位点。热和酸等都可使嘌呤和嘧啶从热和酸等都可使嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷
16、酸骨架链的核糖磷酸骨架上脱落，形成上脱落，形成AP位点（位点（Apurinic or Apyrimidinic site）。）。物理因素引起的物理因素引起的DNADNA损伤损伤 1 1、紫外线引起的、紫外线引起的DNADNA损伤损伤 DNADNA分子损伤最早就是从研究紫外线分子损伤最早就是从研究紫外线(ultra(ultra violet,UV)violet,UV)的效应开始的。当的效应开始的。当DNADNA受到最易被其吸收受到最易被其吸收波长（波长（260 nm260 nm）的紫外线照射时，主要是使同一条）的紫外线照射时，主要是使同一条DNADNA链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体，其中最容链
17、上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体，其中最容易形成的是易形成的是TTTT二聚体。二聚体。人皮肤因受紫外线照射而形成二聚体的频率可达每小人皮肤因受紫外线照射而形成二聚体的频率可达每小时时5 510104 4个个/细胞，但只局限在皮肤中，因为紫外线不能细胞，但只局限在皮肤中，因为紫外线不能穿透皮肤。但微生物受紫外线照射后，就会影响其生存。穿透皮肤。但微生物受紫外线照射后，就会影响其生存。UV2 2、电离辐射引起的、电离辐射引起的DNADNA损伤损伤 电离辐射损伤电离辐射损伤DNADNA有直接有直接和间接的效应，直接效应是和间接的效应，直接效应是DNADNA直接吸收射线能量而遭直接吸收射线能量而遭损伤，
18、间接效应是指损伤，间接效应是指DNADNA周围其他分子（主要是水分子）周围其他分子（主要是水分子）吸收射线能量产生具有很高反应活性的自由基进而损吸收射线能量产生具有很高反应活性的自由基进而损伤伤DNADNA。电离辐射可导致。电离辐射可导致DNADNA分子的多种变化：分子的多种变化：碱基变化碱基变化 主要是由主要是由OHOH-自由基引起，包括自由基引起，包括DNADNA链链上的碱基氧化修饰、过氧化物的形成、碱基环的破坏上的碱基氧化修饰、过氧化物的形成、碱基环的破坏和脱落等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。和脱落等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。脱氧核糖变化脱氧核糖变化 脱氧核糖上的每个碳原子和羟脱氧核糖上的每个碳
19、原子和羟基上的氢都能与基上的氢都能与OHOH-反应，导致脱氧核糖分解，最后会反应，导致脱氧核糖分解，最后会引起引起DNADNA链断裂。链断裂。DNA DNA链断裂链断裂 DNADNA双链中一条链断裂称单链断双链中一条链断裂称单链断裂（裂（single strand brokensingle strand broken），），DNADNA双链在同一处或双链在同一处或相近处断裂称为双链断裂（相近处断裂称为双链断裂（double strand double strand brokenbroken）。虽然单断发生频率为双断的）。虽然单断发生频率为双断的10-2010-20倍，但倍，但还比较容易修复；对
20、单倍体细胞（如细菌）一次双还比较容易修复；对单倍体细胞（如细菌）一次双断就是致死事件。断就是致死事件。交联交联 DNADNA分子中一条链上碱基与另一条链上分子中一条链上碱基与另一条链上的碱基以共价键结合时称的碱基以共价键结合时称DNADNA链间交联。链间交联。DNADNA与蛋白与蛋白质以共价键结合，称为质以共价键结合，称为DNADNA蛋白质交联。蛋白质交联。化学因素引起的化学因素引起的DNADNA损伤损伤1.1.烷化剂对烷化剂对DNADNA的损伤的损伤 烷化剂有两类，一类是单功能烷化剂，只能使一烷化剂有两类，一类是单功能烷化剂，只能使一个位点烷基化；另一类为双功能烷化剂，如氮芥，可个位点烷基化
21、；另一类为双功能烷化剂，如氮芥，可同时使两处烷基化，如果这两个位点在同一条链上，同时使两处烷基化，如果这两个位点在同一条链上，则产生链内交联，如果两个受作用碱基位于两条核苷则产生链内交联，如果两个受作用碱基位于两条核苷酸链上，则形成链间交联。酸链上，则形成链间交联。烷化剂的作用可使烷化剂的作用可使DNADNA发生各种类型的损伤：发生各种类型的损伤：碱基烷基化碱基烷基化 烷化剂很容易将烷基加到烷化剂很容易将烷基加到DNADNA链链中嘌呤或嘧啶的中嘌呤或嘧啶的N N或或O O上，烷基化的嘌呤碱基配对会发上，烷基化的嘌呤碱基配对会发生变化，例如鸟嘌呤生变化，例如鸟嘌呤N N7 7被烷化后就不再与胞嘧
22、啶配对、被烷化后就不再与胞嘧啶配对、而改与胸腺嘧啶配对，结果会使而改与胸腺嘧啶配对，结果会使G-CG-C转变成转变成A-TA-T。碱基脱落碱基脱落 烷化碱基的糖苷键不稳定，容易脱烷化碱基的糖苷键不稳定，容易脱落形成落形成DNADNA上无碱基的位点，复制时可以插入任何核上无碱基的位点，复制时可以插入任何核苷酸，造成序列的改变。苷酸，造成序列的改变。断链断链 DNADNA链的磷酸二酯键上的氧也容易被烷链的磷酸二酯键上的氧也容易被烷化，结果形成不稳定的磷酸三酯键，易在糖与磷酸间化，结果形成不稳定的磷酸三酯键，易在糖与磷酸间发生水解，使发生水解，使DNADNA链断裂。链断裂。交联交联 双功能基烷化剂双
23、功能基烷化剂化学武器如氮芥、化学武器如氮芥、硫芥等、一些抗癌药物如环磷酰胺、苯丁酸氮芥、丝硫芥等、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，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处烷基化，结果就能造成其两个功能基可同时使两处烷基化，结果就能造成DNADNA链内、链内、DNADNA链间、以及链间、以及DNADNA与蛋白质间的交联。与蛋白质间的交联。2.2.碱基类似物对碱基类似物对DNADNA的损伤的损伤 碱基类似物是一类结构与碱基相碱基类似物是一类结构与碱基相似的人工合成的化合物，由于其结构似的人工合成的化合物，由于其结构与
24、正常的碱基相似，进入细胞后能替与正常的碱基相似，进入细胞后能替代正常的碱基参入到代正常的碱基参入到DNADNA链中而干扰链中而干扰DNADNA复制合成。复制合成。ATABU酮酮BU烯醇烯醇GGCAT2-AP氨基氨基TC2-AP亚氨基亚氨基GC6.2 DNA6.2 DNA的修复的修复 修复是指在修复是指在DNADNA损伤时，细胞对损伤的反应。损伤时，细胞对损伤的反应。目前已知有五种目前已知有五种DNADNA修复系统：修复系统：1 1、切除修复、切除修复 2 2、直接修复、直接修复 3 3、错配修复、错配修复 4 4、重组修复、重组修复 5 5、易错修复（、易错修复（SOSSOS修复）修复）切除修
25、复（切除修复（excision repairingexcision repairing）也叫复制前修复、暗修复，该修复过程发生在也叫复制前修复、暗修复，该修复过程发生在DNADNA复制之前，在一系列酶的作用下，将复制之前，在一系列酶的作用下，将DNADNA分子中分子中受损伤的部分切除后，以另一条完整的链为模板，受损伤的部分切除后，以另一条完整的链为模板，合成出切除部分，从而恢复合成出切除部分，从而恢复DNADNA正常结构的过程。正常结构的过程。切除修复又包括：切除修复又包括：1 1、碱基的切除修复（、碱基的切除修复（BERBER）2 2、核苷酸的切除修复（、核苷酸的切除修复（NERNER）1.
26、1.碱基切除修复碱基切除修复(Base(Base excision repairexcision repair、BER)BER)主要修复单个碱基缺陷的主要修复单个碱基缺陷的损伤。损伤。包括包括4 4步反应：步反应：识别切除碱基：识别切除碱基：DNADNA糖苷酶糖苷酶识别切除改变的碱基，产生无识别切除改变的碱基，产生无碱基的位点；碱基的位点；酶切：酶切：APAP内切核酸酶在损伤内切核酸酶在损伤部位旁边切一个缺口；部位旁边切一个缺口；修补：修补：DNADNA聚合酶聚合酶填补；填补；连接：连接：DNA连接酶连接。连接酶连接。碱基切除修复（碱基切除修复（BERBER）途径中的重要糖苷酶：）途径中的重要
27、糖苷酶：(1)(1)尿嘧啶尿嘧啶-N N-糖苷酶，从糖苷酶，从DNADNA中除去尿嘧啶碱中除去尿嘧啶碱基；基；(2)(2)次黄嘌呤次黄嘌呤-N N-糖苷酶，从糖苷酶，从DNADNA中除去腺嘌呤中除去腺嘌呤脱氨后形成的次黄嘌呤；脱氨后形成的次黄嘌呤；(3)3(3)3甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤DNADNA糖苷酶，可修复烷化剂糖苷酶，可修复烷化剂产生的损伤。产生的损伤。2.2.核苷酸片段切除修复核苷酸片段切除修复(Nucleotide excision(Nucleotide excision repairrepair，NER)NER)DNA DNA螺旋结构有较大损伤变形时，则以核螺旋结构有较大损伤变形时，
28、则以核苷酸切除修复方式进行修复。苷酸切除修复方式进行修复。暗修复（暗修复（dark dark repairrepair）。）。短短-补丁修复（补丁修复（short-patch repairshort-patch repair）长长-补丁修复（补丁修复（long-patch repairlong-patch repair）原核生物原核生物DNADNA损伤切除修复：损伤切除修复：识别：识别：UvrAUvrA，UvrBUvrB辨认辨认及结合及结合DNADNA损伤部位。损伤部位。UvrAUvrA释放，释放，UvrCUvrC结合上结合上来。来。切除：切除：UvrBUvrB、UvrCUvrC在损在损伤部位
29、的两侧切开。伤部位的两侧切开。UvrDUvrD使被切开的部分解使被切开的部分解旋，释放被损伤的链。旋，释放被损伤的链。修补和连接：修补和连接：DNA-polDNA-pol和连接酶填补空隙和连接。和连接酶填补空隙和连接。原核细胞原核细胞NER系统蛋白质和酶的功能系统蛋白质和酶的功能 蛋白质蛋白质功能功能UvrA识别损伤并充当分子接头识别损伤并充当分子接头UvrB识别损伤并在识别损伤并在3-端切开端切开DNA链链UvrC在损伤部位的在损伤部位的5-端切开端切开DNA链链UvrD解链酶解链酶DNA polI/II填补缺口填补缺口DNA连接酶连接酶连接切口连接切口RecA在SOS反应中起核心作用SOS
30、反应可诱导产生DNA聚合酶和，它们不具有3核酸外切酶校正功能，但在DNA链的损伤部位即使出现不配对的碱基，仍然能催化核苷酸的聚合，使复制继续进行。同义突变（无声突变、中性突变，沉默突变）：没有改变产物氨基酸序列的密码子。1期：NER（核苷酸片段切除修复）。点突变(point mutation)是指DNA分子上发生了单个碱基的改变。复制：受损伤的DNA链复制时，产生的子代DNA在损伤的对应部位出现缺口。碱基的环外NH2有时会自发脱落，使CU、A次黄嘌呤（H）、G黄嘌呤（X），DNA复制时，U-A、I-C、X-C配对，导致子代DNA序列错误。LexA gene on0期：还没有出现SOS应答，MM
31、R（错配修复）。这种情况下允许错配可增加细胞存活的机会。（3）化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）。负责修复DNA复制过程中由于错误掺入而产生的错配。结果产生移码突变(2)次黄嘌呤-N-糖苷酶，从DNA中除去腺嘌呤脱氨后形成的次黄嘌呤；碱基切除修复（BER）途径中的重要糖苷酶：脱氨基试剂：亚硝酸（nitrous acid，HNO2，NA）扫描（区别）：在水解ATP的作用下，MutS、MutL在DNA双链上移动，发现甲基化DNA，DNA由此形成突环。DNA polI/II着色性干皮病（着色性干皮病（Xeroderma Xeroderma pigmentosumpigmentosum）是一种切
32、除）是一种切除修复酶的缺陷。修复酶的缺陷。患者对日光患者对日光或紫外线特别敏感，对紫外或紫外线特别敏感，对紫外线引起的线引起的DNADNA损伤不能修复，损伤不能修复，容易诱发皮肤癌。容易诱发皮肤癌。错配修复错配修复(Mismatch repair(Mismatch repair，MMR)MMR)负责修复负责修复DNADNA复制过程中由于错误掺入而产生的复制过程中由于错误掺入而产生的错配。是一种复制后修复。错配。是一种复制后修复。(1)(1)识别错配的碱基对。识别错配的碱基对。(2)(2)对错配的一对碱基要能准确区别哪一个是错的，对错配的一对碱基要能准确区别哪一个是错的，哪一个是对的。错配修复能
33、区分新链及模板链。区哪一个是对的。错配修复能区分新链及模板链。区分方式是用分方式是用DamDam甲基化酶在模板链甲基化酶在模板链GATCGATC中的中的A A（N-6N-6）上甲基化修饰。因此错配修复也称甲基指导的错配上甲基化修饰。因此错配修复也称甲基指导的错配修复。修复。(3)(3)切除错误的碱基，并进行修复合成。原则是保存切除错误的碱基，并进行修复合成。原则是保存母链，修正子链。母链，修正子链。：在水解：在水解ATPATP的作用的作用下，下，MutSMutS、MutLMutL在在DNADNA双链上移动，双链上移动，发现甲基化发现甲基化DNADNA，DNADNA由此形成突环。由此形成突环。M
34、utS MutS 二聚体识别并结合到二聚体识别并结合到DNADNA错配碱基部位；错配碱基部位；MutL MutL 二聚体与二聚体与MutSMutS二聚体结合，形成四聚体。二聚体结合，形成四聚体。MutHMutH内切核酸酶结合到内切核酸酶结合到MutSLMutSL上，由上，由MutHMutH切开非甲基化的子链。切开非甲基化的子链。DNA helicase II,SSB,exonuclease DNA helicase II,SSB,exonuclease I I去除包括错配碱基的去除包括错配碱基的10001000个核苷酸片个核苷酸片段。段。DNA polymerase IIIDNA polyme
35、rase III和和DNA DNA ligase ligase 填充缺口。填充缺口。昂贵的代价用于保证昂贵的代价用于保证DNADNA的准确性。的准确性。错配修复过程：错配修复过程：如果如果MutHMutH的切点在错的切点在错配碱基的配碱基的5 5端，则由外切端，则由外切核酸酶核酸酶VII VII 或核酸酶或核酸酶RecJRecJ来降解含有错配碱基的片来降解含有错配碱基的片段。段。如果如果MutHMutH的切点在错的切点在错配碱基的配碱基的33端，将由外端，将由外切核酸酶切核酸酶I I或或X X从从3 355方方向水解含有错配碱基的片向水解含有错配碱基的片段。段。最后由最后由DNA pol II
36、IDNA pol III和连接酶分别填补缺口和和连接酶分别填补缺口和连接切口。连接切口。直接修复（损伤逆转）直接修复（损伤逆转）直接修复（直接修复（direct repairdirect repair）是把被损伤的碱基回复到原来状）是把被损伤的碱基回复到原来状态的一种修复。有以下三种方式：态的一种修复。有以下三种方式：（1 1）光复活作用）光复活作用 在可见光在可见光（400 nm400 nm）存在的条件下，在光复活酶存在的条件下，在光复活酶作用下将作用下将UVUV引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。光复活是原核生物引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。光复活是原核生物中的一种主要修复形式中的一种主要修
37、复形式（单细胞生物到鸟类均有此酶，这种修复方（单细胞生物到鸟类均有此酶，这种修复方式对植物体特别重要，式对植物体特别重要，而哺乳动物无此酶）而哺乳动物无此酶）。(2)O(2)O6 6-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤-DNA-DNA甲基转移酶甲基转移酶(MGMT)(MGMT)直接修复直接修复 以防止形成以防止形成G T G T 配对。配对。MGMTMGMT能防止能防止DNADNA链烷基化导致的死亡和突变效应。链烷基化导致的死亡和突变效应。MGMTMGMT存在于酵母和人类细胞中。存在于酵母和人类细胞中。(3)(3)单链断裂修复单链断裂修复 只需要只需要DNADNA连接酶参与，属于直接修复。连接酶参与，属于直
38、接修复。DNADNA连接酶催化连接酶催化DNADNA双螺旋结构中双链之一的缺口双螺旋结构中双链之一的缺口处的处的55磷酸与相邻的磷酸与相邻的33羟基形成磷酸二酯键。羟基形成磷酸二酯键。重组修复重组修复(recombination repair)(recombination repair)也称复制后修复、链转移修复、同源也称复制后修复、链转移修复、同源重组修复重组修复 复制：受损伤的复制：受损伤的DNADNA链复制时，产链复制时，产生的子代生的子代DNADNA在损伤的对应部位出现缺口。在损伤的对应部位出现缺口。重组：在重组：在RecARecA酶的作用下，完整母酶的作用下，完整母链链DNADNA与
39、有缺口子链与有缺口子链DNADNA进行重组交换，进行重组交换，将母链上相应片段填补子链缺口处，而将母链上相应片段填补子链缺口处，而母链出现缺口。母链出现缺口。再合成：以另一条子链再合成：以另一条子链DNADNA为模板，为模板，经经DNA polDNA pol合成一新合成一新DNADNA片段填补母链片段填补母链DNADNA缺口，最后由缺口，最后由DNA ligaseDNA ligase连接完成修补。连接完成修补。重组修复不能完全去除损伤，损伤的重组修复不能完全去除损伤，损伤的DNADNA片段仍片段仍然保留在亲代然保留在亲代DNADNA链上，只是重组修复后合成的链上，只是重组修复后合成的DNADN
40、A分子是不带有损伤的。分子是不带有损伤的。但经多次复制后，损伤就被但经多次复制后，损伤就被“稀释稀释”了，在子了，在子代细胞中只有一个细胞是带有损伤代细胞中只有一个细胞是带有损伤DNADNA的。的。重组修复机制的缺陷重组修复机制的缺陷,有可能导致肿瘤发生。有可能导致肿瘤发生。SOS反应诱导的修复系统包括：移码突变（框移突变）是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。碱基脱落 烷化碱基的糖苷键不稳定，容易脱落形成DNA上无碱基的位点，复制时可以插入任何核苷酸，造成序列的改变。移码突变（框移突变）是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。长-补丁修复（l
41、ong-patch repair）在损伤部位的5-端切开DNA链许多细胞的死亡只是为一些细胞的存活所付的代价。(3)3甲基腺嘌呤DNA糖苷酶，可修复烷化剂产生的损伤。MGMT能防止DNA链烷基化导致的死亡和突变效应。DNA与蛋白质以共价键结合，称为DNA蛋白质交联。再合成：以另一条子链DNA为模板，经DNA pol合成一新DNA片段填补母链DNA缺口，最后由DNA ligase连接完成修补。碱基发生氨基-亚氨基互变异构时，发生A-C、G-T错配。切除：UvrB、UvrC在损伤部位的两侧切开。着色性干皮病（Xeroderma pigmentosum）是一种切除修复酶的缺陷。扫描（区别）：在水解A
42、TP的作用下，MutS、MutL在DNA双链上移动，发现甲基化DNA，DNA由此形成突环。SOS反应可诱导产生DNA聚合酶和，它们不具有3核酸外切酶校正功能，但在DNA链的损伤部位即使出现不配对的碱基，仍然能催化核苷酸的聚合，使复制继续进行。特点：回复突变率极低。只需要DNA连接酶参与，属于直接修复。易错修复和易错修复和SOSSOS反应反应 SOS SOS反应反应(SOS response)(SOS response)是细胞是细胞DNADNA受到损伤或受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞为求生存而产生的一种应急反应。生的一种应急反应。SOS
43、SOS反应诱导的修复系统包括：反应诱导的修复系统包括：1 1、避免差错的修复（、避免差错的修复（error free repairerror free repair）：错）：错配修复、直接修复、切除修复和重组修复。配修复、直接修复、切除修复和重组修复。2 2、易产生差错的修复（、易产生差错的修复（error prone repairerror prone repair）：）：易错修复（易错修复（SOSSOS修复）。修复）。SOSSOS反应可诱导产生反应可诱导产生DNADNA聚合聚合酶酶和和，它们不具有，它们不具有33核酸外切酶校正功能，但核酸外切酶校正功能，但在在DNADNA链的损伤部位即使出
44、现不配对的碱基，仍然能链的损伤部位即使出现不配对的碱基，仍然能催化核苷酸的聚合，使复制继续进行。这种情况下允催化核苷酸的聚合，使复制继续进行。这种情况下允许错配可增加细胞存活的机会。许错配可增加细胞存活的机会。SOSSOS反应：反应：0 0期：还没有出现期：还没有出现SOSSOS应答，应答，MMRMMR（错配修复）。（错配修复）。1 1期：期：NERNER（核苷酸片段切除修复）。（核苷酸片段切除修复）。2 2期：重组修复，主要是针对期：重组修复，主要是针对DNADNA双链断裂的修复。双链断裂的修复。3 3期：期：SOSSOS修复（易错修复）。修复（易错修复）。4 4期：凋亡。期：凋亡。RecA
45、RecA与与LexALexA组组成调控成调控环路环路RecARecA在在SOSSOS反应反应中起核中起核心作用心作用未诱导的细胞未诱导的细胞 诱导的细胞诱导的细胞当当DNADNA复制度过难关后复制度过难关后SOS repair 是一种错误倾向性极强的修复机制是一种错误倾向性极强的修复机制是进化中形成的是进化中形成的“竭尽全力，治病救人竭尽全力，治病救人”的措施的措施（正常状态下，（正常状态下，SOS是关闭的）是关闭的）RecA-p很快消失很快消失LexA gene onSOS off1、DNA的修复；的修复；2、导致变异。许多细胞的死亡只是为一些细、导致变异。许多细胞的死亡只是为一些细胞的存活
46、所付的代价。胞的存活所付的代价。碱基的环外NH2有时会自发脱落，使CU、A次黄嘌呤（H）、G黄嘌呤（X），DNA复制时，U-A、I-C、X-C配对，导致子代DNA序列错误。氮芥引起DNA分子两条链在鸟嘌呤上的交联(a)交联附近的总图；错义突变：碱基序列的改变引起了氨基酸序列的改变。吖啶橙(Acridine Orange，AO)(3)切除错误的碱基，并进行修复合成。DNA聚合酶易在模板上有几个相同碱基串联（微卫星）的部位打滑，聚合酶在模板链上的滑移易于造成缺失，在生长链上的滑移易于造成插入。2、易产生差错的修复（error prone repair）：易错修复（SOS修复）。DNA聚合酶易在模板
47、上有几个相同碱基串联（微卫星）的部位打滑，聚合酶在模板链上的滑移易于造成缺失，在生长链上的滑移易于造成插入。包括4步反应：负责修复DNA复制过程中由于错误掺入而产生的错配。交联 双功能基烷化剂化学武器如氮芥、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处烷基化，结果就能造成DNA链内、DNA链间、以及DNA与蛋白质间的交联。UvrA释放，UvrC结合上来。(2)对错配的一对碱基要能准确区别哪一个是错的，哪一个是对的。（3）化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）。以防止形成G T 配对。3期：SOS修复（易错修复）。(1)识
48、别错配的碱基对。是指DNA在复制过程中碱基配对时产生的误差，经过DNA聚合酶“校正”和单链结合蛋白等综合校对因素作用下仍未被校正的DNA的损伤。RecA与LexA组成调控环路（2）双螺旋结构的异常扭曲碱基切除修复（BER）途径中的重要糖苷酶：（一）点突变（碱基替换）6.3 6.3 基因突变基因突变突变：是指遗传物质发生可遗传的变异。突变：是指遗传物质发生可遗传的变异。基因突变（基因突变（Gene mutation Gene mutation）：基因的核苷酸顺序）：基因的核苷酸顺序或数目发生改变。或数目发生改变。：染色体数目和结构的改变。：染色体数目和结构的改变。基因突变的类型基因突变的类型（1
49、）点突变）点突变(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）点突变（碱基替换）（一）点突变（碱基替换）点突变点突变(point mutation)(point mutation)是指是指DNADNA分子上发生了单个分子上发生了单个碱基的改变。碱基的改变。点突变的特征是它具有很高的回复率。点突变的特征是它具有很高的回复率。1 1.转换：发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌转换：发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。呤，或嘧啶代替另一嘧啶。
50、Purine Pu或者或者 Pyrimidine Py 2.2.颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。啶变嘌呤。Pu Py或者或者PyPu从对遗传信息的改变上定义从对遗传信息的改变上定义 同义突变（无声突变、中性突变，沉默突变）：同义突变（无声突变、中性突变，沉默突变）：没有改变产物氨基酸序列的密码子。没有改变产物氨基酸序列的密码子。错义突变：碱基序列的改变引起了氨基酸序列的错义突变：碱基序列的改变引起了氨基酸序列的改变。改变。渗漏突变：是突变基因的产物尚有部分活性的错渗漏突变：是突变基因的产物尚有部分活性的错义突变，是表型界于野生型与完
