Chapter5DNAdamageandrepair

Chapter5DNAdamage,repairandmutation一、自发性损伤（spontaneousmutations）1、DNA复制错误校正后的错配率仍约在10-10左右2、互变异构(烯醇式-酮式结构互变)3、自发性的化学变化脱嘌呤和脱嘧啶脱氨（基）(deamination)作用第一节DNA损伤（1）脱嘌呤和脱嘧啶•糖苷键断裂,嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落（2）脱氨基作用（deamination）C→U;A→H（次黄嘌呤),H--C;G→X（黄嘌呤），X--C二、物理因素引起的DNA损伤放射线1、X-射线、γ射线、宇宙射线失去电子/打断双链，破坏了碱基和糖基2、紫外线同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连成嘧啶二聚体三、化学物质引起的DNA损伤1、碱基类似物5-溴尿嘧啶（5-bromouracil,5-BU）氨基嘌呤（2-aminopurine2-AP）迭氮胸苷（AZT,azidothymidine）(1)5-溴尿嘧啶和T很相似，仅在第5个碳原子上由Br取代了甲基，5-BU有酮式、烯醇式两种异构体，可分别与A及G配对结合ATABUABU*ATGBU*ATATGCGBU*5-溴尿嘧啶引起的突变酮式烯醇式（2）2-氨基嘌呤(2-AP)也是碱基的类似物，有正常状态和稀有状态两种异构体，可分别与T和C配对结合。当2-AP掺入到DNA复制中时，由于其异构体的变换而导致A∶TG∶C2、亚硝酸（introusacid,NA）有氧化脱氨作用CU，与A配对，G·CA·TAH（次黄嘌呤），与C配对，A·T－G·CGX（黄嘌呤），仍与C配对，不引起突变3、烷化剂：它们的作用是使碱基烷基化甲基黄酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基黄酸甲脂（MMS）,亚硝基胍（NG）等4、嵌入剂吖啶橙、原黄素、吖黄素等吖啶类染料嵌合到DNA碱基对之间导致单个碱基对的插入或缺失，引起移码突变第二节DNA修复（DNArepair）切除修复（excisionrepair）错配修复（mismatchrepair）直接修复光复活（photoreactivation）烷基转移酶修复（alkyltransferase）重组修复（recombinationalrepair）易错修复一、切除修复（excisionrepair）在一系列酶的作用下，细胞可将DNA分子中受损伤的部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，补齐缺口，然后使DNA结构恢复正常。（一）类型：（1）核苷酸切除修复（nucleotideexcisionrepair,NER）--UvrABC修复（2）碱基切除修复（baseexcisionrepair,BER）--由糖基化酶起始作用的切除修复5'5'3'3'5'3'5'3'5'3'5'3'UvrABCPolI(或δ和ε）DNA连接酶1、核苷酸切除修复（NER）5'5'3'3'（二）切除修复的机制1、核苷酸切除修复（NER）--UvrABC修复（1）UvrA识别损伤位点并与UvrB结合（2）UvrA释放，UvrB与UvrC结合（3）UvrB-UvrC复合物在损伤位点两侧切割（4）UvrD将此区解旋（5）DNA聚合酶、DNA连接酶填充缺口AhumanDNArepairdefect:Xerodermapigmentosum(着色性干皮病)MultipleskincancersduetounrepairedUVdamagetoDNA碱基切除修复（BER）---糖基化酶修复（1）糖基化酶切断糖苷键，释放出损伤碱基，产生AP位点（2）AP内切酶在AP位点切开磷酸二酯键（3）外切酶进一步切割（4）DNA聚合酶、DNA连接酶填充缺口5'3'5'3'B*5'3'APsite5'3'DNAglycosylase5'3'AP内切核酸酶5'3'5'3'5'3'5'5'3'3'进一步酶切PolI(或β)2、碱基切除修复（BER）二、错配修复（mismatchrepair）在含有错配碱基的DNA分子中，使正常核苷酸序列恢复的修复方式。1、大致环节（1）识别错配的碱基对；（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（母链的甲基化GA*TC）（3）切除错误的碱基，并进行修复合成。（保存母链，修正子链）CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3mutS,mutL,mutH,ATPExonuclease,mutL,mutS,Helicase,ATPDNApolymeraseIII,SSB,DNAligaseMethyltransferase错配修复（mismatchrepair）2、具体过程（1）发现碱基错配（2）MutS、MutL与碱基错配位点的DNA双链结合（3）MutH选择性地切开非甲基化的子链（4）DNA外切酶切除一段DNA（包括错误碱基）（5）DNA聚合酶III、DNA连接酶补齐缺口（6）新合成链甲基化三、直接修复（一）光复活（photoreactivation）可见光（300－600nm）/光解酶（PR酶）机理：可见光激活光复活酶，分解因紫外线导致DNA分子上形成的嘧啶二聚体。photolyase（300-600nm）T-TTT（二）烷基转移酶修复（alkyltransferase）O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶特点：（1）去除O6-甲基鸟嘌呤的甲基（2）只能用一次四、重组修复（Recombinationrepairing）通过从另一双链中获得同源单链来修补双链DNA一条链上缺口的模式。复制时遇到一个未修复的DNA损伤（DNA分子的损伤面较大，还来不及修复完善就进行复制）跳过该损伤并重新起始复制留下一个子链缺口RecombinationrepairingRecADNApol、ligase(重组修复)ABAB五、SOS反应（SOSresponse）许多能造成DNA损伤或抑制DNA复制的过程能引起一系列复杂的诱导效应，这种效应成为应急反应(SOS反应)；SOS反应诱导的修复系统包括：无差错的修复和易错修复SOS反应是由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的RecA蛋白能诱导SOS应答损伤的DNA以一种未知方式激活RecA蛋白，RecA蛋白激活而引发LexA阻遏物的自我水解，使许多基因的阻遏效应解除，并诱导切除修复和重组修复途径的酶的合成。易错修复一种能够引起误差的紧急修复，是在无模板DNA情况下诱导产生的修复作用。特点：1、DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式2、修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，故又称为错误倾向修复（error-pronerepair），使细胞有较高的突变率。第三节基因突变一、概念1、广义：发生在遗传物质中的可遗传的改变（1）染色体畸变：发生在染色体水平的突变（2）基因突变：发生在基因水平的突变2、分子生物学定义：DNA序列改变引起的可遗传的变化突变是进化的分子基础二、基因突变的类型（一）根据DNA碱基序列改变的多少1、点突变（pointmutation）由于DNA碱基对的改变引起的基因突变（1）碱基增加（baseaddition）（2）碱基删除（basedeletion）（3）碱基替换（basesubstitution）基因中一个碱基对被另一碱基对所取代转换（transition）：同类碱基（嘌呤与嘌呤或嘧啶与嘧啶）之间的替换颠换（transversion）：嘌呤与嘧啶之间的替换2、多点突变（multiplemutation）（二）根据对遗传信息的改变1、无声突变（silentmutation）蛋白质中相应位点是发生了相同氨基酸的取代，即同义突变（密码的简并性）2、中性突变（neutralmutation）多肽链中相应位点发生的氨基酸的取代并不影响蛋白质的功能(AGG→AAG，Lys→Arg）3、错义突变（missensemutation）由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码4、渗漏突变：是突变基因的产物尚有部分活性的错义突变，是表型介于野生型和完全突变型之间的某种状态5、无义突变（nonsensemutation）在蛋白质结构基因中一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码变成终止密码子6、移码突变（frameshiftmutation）由于碱基的增加或缺失而导致蛋白质编码基因的读码框发生改变7、缺失突变：指一个或多个碱基从一段DNA序列中被删除，或较长的核苷酸序列丢失引起的突变8、回复突变：从突变体又恢复原先野生型的突变（三）根据突变发生的原因1、自发突变（spontaneousmutation）自然发生的突变2、诱发突变（inducedmutation）诱变剂处理所诱发的突变三、诱变剂的作用1、化学物质：碱基类似物、亚硝酸、烷化剂、嵌入染料2、物理因素：紫外线、电离辐射四、基因突变的后果1、生物功能丧失2、获得新功能3、癌症发生Question简答题：1.简述错配修复的机制2.简述切除修复的机制3.简述DNA损伤与DNA突变之间的区别与相互关系。4.基因序列的一个碱基发生突变了，其编码的蛋白质结构和功能可能发生哪些突变？