DNA损伤与修复,主要的酶与途径

DNA损伤与修复，主要的酶与途径感慨：关于DNA修复：在细胞中能进行修复的生物大分子只有DNA，反映了DNA对生命的重要性。DNA分子的变化并不是全部都能被修复成原样的，正因为如此生物才会有变异、有进化。DNA损伤的原因：a)自发性损伤(1)DNA复制中的错误(2)DNA的自发性化学变化碱基的异构互变DNA中的4种碱基各自的异构体间都可以自发地相互变化(例如烯醇式与酮式碱基间的互变)，使碱基配对间的氢键改变，可使腺嘌呤能配上胞嘧啶、胸腺嘧啶能配上鸟嘌呤等，如果这些配对发生在DNA复制时，就会造成子代DNA序列与亲代DNA不同的错误性损伤。碱基的脱氨基作用碱基的环外氨基有时会自发脱落，从而胞嘧啶会变成尿嘧啶、腺嘌呤会变成次黄嘌呤(H)、鸟嘌呤会变成黄嘌呤(X)等，遇到复制时，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。脱嘌呤与脱嘧啶自发的水解可使嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落下来。碱基的缺失位点碱基修饰与链断裂细胞呼吸的副产物O2、H2O2等会造成DNA损伤，能产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物，还可能引起DNA单链断裂等损伤。此外，体内还可以发生DNA甲基化b)环境因素引发的损伤（1）物理因素：①DNA受到大剂量紫外线照射时，形成二聚体②电离辐射损伤DNA有直接和间接的效应，直接效应是DNA直接吸收射线能量而遭损伤，间接效应是指DNA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伤DNA。电离辐射可导致DNA分子的多种变化：DNA链断裂、DNA链蛋白质的交联、脱氧核糖分解、产生OH自由基，导致碱基变化。（2）化学因素：烷化剂引起DNA损伤碱基烷基化:G–C→A–T碱基脱落:甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤7N烷基化，活化β—糖苷键，连接碱基与五碳糖间的共价键变弱，容易折断缺失碱基，造成脱嘌呤作用。DNA断链:磷酸二酯键上的氧被烷基化DNA链交联碱基类似物、修饰剂对DNA的改变•5-BrdU（5－溴尿嘧啶）（酮式-A；烯醇式-G）•亚硝酸盐氧化脱氨（C→U）•羟胺脱甲基（T→C）•黄曲霉素B（攻击碱基）DNA损伤的后果DNA修复1)直接修复•在DNA5'-P端和3'-OH端未受损害的情况下，连接酶(ligase['lɪgeɪz])能够直接修复DNA的断裂口。•DNA紫外线损伤的光复合酶（photolyase，又称光解酶）直接修复•烷基化碱基的直接修复大肠杆菌的Ada酶（腺苷酸脱氨酶），可修复甲基化的碱基和甲基化的磷酸二酯键。2)错配修复系统(MRS：MismatchRepairSystem)•识别标志：6N-甲基腺嘌呤（6mA）的甲基化在DNA中，天然的甲基化碱基有两种：6N-甲基腺嘌呤（6mA）和5-甲基胞嘧啶。后者与识别无关。•组成：DNA腺嘌呤甲基化酶(6mA甲基化酶)DNApolymeraseⅢ填补单链DNA缺口HelicaseSSB外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ)连接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)•MCE有三个亚基：mutH,L,S，作用分别为•修复流程：3)重组修复4)碱基切除修复5)核苷酸切除修复(Nucleotide['njuːklɪətaɪd]excisionrepair,NER)体内识别DNA损伤最多的修复通路。主要修复扭曲双螺旋结构的DNA损伤以及阻断基因转录。不识别任何特殊的碱基损失，而是识别双螺旋形状的改变。主要过程损伤识别---蛋白复合体结合到损伤位点----在错配位点上下游几个碱基的位置上（上游5’端和下游3‘端）将DNA链切开----将两个切口间的寡核苷酸序列清除----DNA聚合酶合成新的片段填补gap----连接酶将新合成片段与原DNA链连接起来关键蛋白：大肠杆菌中,UvrA、UvrB、UvrCuvrA是ATP水解酶,同时也是损伤部位的识别蛋白质。它与UvrB形成AZBI复合物,结合到损伤部位,然后解开双螺旋并造成UvrB的构象变化,使其与损伤部位结合得更牢固。之后UvrA释放,UvrC结合到U-端的磷酸二醋键。然后在UvrD作用下释放UvrC与切下的寡聚核昔酸,大肠杆菌的DNA聚合酶I对DNA缺口进行添补。SOS应答（SOSResponse)的概念、网络，促发因素SOS由来：SOS是英文“SaveOurSoul”（拯救我们的灵魂）三个英文单词的首字母缩写，后转借用于海事危难时所发出的三长两短的呼救信号。SOS应答引申到生物学领域，指生物细胞对严重危及生存环境所作出的一种生理反应，同时，也是细胞在严重危及生存环境中所表现出的一种生理状态。细菌染色体DNA的大量损失可以诱导相距很远的基因表达，即所谓SOS应答。许多被诱导的基因表达产物参与了DNA修复并诱发突变。关键的调控因子是RecA蛋白和LexA阻抑物。原核生物：当细胞内出现过长的单链DNA（ssDNA）时，细胞内的RecA（最早发现的参与大肠杆菌同源重组的蛋白）与之形成一种特殊的RecA-ssDNA复合体。RecA拥有蛋白水解活性，但并不是传统意义上的蛋白水解酶。它可以对一种被用作五十几种基因转录的阻遏物（Repressor)的LexA蛋白质进行相互作用，促进LexA的自切割反应，以解除LexA蛋白对基因转录的阻遏效应。在所发现的受LexA阻遏的基因中，很多是负责DNA损伤修复（包括切除修复和同源重组修复）的蛋白质组分。真核生物：SOS-likeResponse（类SOS应答），其中关键蛋白之一是P53。DNA损伤修复的层次单碱基损伤、单链断裂时靠直接修复、切除修复、错配修复等机制修复复杂损伤靠重组修复、sos修复完成，为不精确修复，易产生突变损伤不可修复时，细胞凋亡DNA损伤修复障碍与疾病