DNA的损伤和修复

简称AP位点。
C 碱基的互变异构
由于碱基氢原子位置的可逆性变化，导致基因发生 酮式-烯醇式或氨式-亚氨式间的结构互变。 导致A-C错配或G-T错配。
3 自由基对DNA的氧化损伤
O2.，OH. ，H2O2等
如：造成DNA链上脱氧戊糖C-3或C-5磷脂键断裂。
自由基还可引起碱基损伤或脱落。
二、物理因素引起的DNA损伤
指DNA分子内发生较大片段的交换，也称为重组。
移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置（倒位）， 也可以在染色体之间发生交换重组。
二、突变的意义
1. 突变是进化、分化的分子基础
进化过程是突变的不断发生所造成的。
没有突变就没有今天的五彩缤纷的世界。 遗传学家认为：没有突变就不会有遗传学。

大量的突变都属于由遗传过程自然发生的，
叫自发突变或自然突变（spontaneous mutation）。
•
由于基因突变产生的新性状是生物 从未有过的性状，因此它是
• • •
产生新基因的途径， 生物变异的根本来源， 为生物进化提供了原始的材料。
2. 突变导致基因型改变
突变只改变基因型，而无可察觉的表型改变。

多态性 (polymophism)：是用来描述个体之间的基因 型差别现象。利用DNA多态性分析技术，可识别个体差
碱基对组成或排列顺序的改变。

时间：DNA复制时期，即细胞（有丝和减数）分裂间期。
基因的精确复制是相对的。一定的条件下基因结构发生变化变成一个新基因（突变基因）。 于是后代的表现型中也就出现祖先了从未有的新性状
基因突变
插入
┯┯┯┯ ＡＴＧＣ ＴＡＣＧ ┷┷┷┷
缺失 替换
┯┯┯┯┯ ＡＴＡＧＣ ＴＡＴＣＧ ┷┷┷┷┷ ┯┯┯ ＡＧＣ ＴＣＧ ┷┷┷ ┯┯┯┯ ＡＣＧＣ ＴＧＣＧ ┷┷┷┷
引起突变的原因-----人类史上的灾难
1986.4.26凌晨，前苏联乌克兰境内切尔诺贝利核电站发生大爆炸。 前后已有近万人死于这起事故，数十万人受到辐射伤害。其后患将会 影响人类一百年，是已知的世界最大核事故。这次事故在世界上造成 巨大影响，使各国重新考虑核能的安全性并加强了这方面的国际合作。
2公斤重的太 空茄

基因突变产生了新的基因，本来没有这个基因
而转基因技术是将现有的基因进行转移，并没产生新基因， 因此，不能算基因突变，只能是基因重组。

染色体变异主要是在细胞分裂前期,也可在其它时期
基因重组在减数分裂前期或后期 基因突变在细胞分裂间期（DNA复制时期）
1、普遍性。 2、随机性、不定向性。 3、低频性。高等动植物10-5～10-8，细菌10-4～10-10
２过程
①光复活酶与T=T结合形成复合物; ②复合物吸收可见光切断T=T之间的C-C共价键, 使二聚体变成单体;
③光复活酶从DNA链解离。
(二)切除修复 (excission repairing)

在DNA内切酶、外切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等共同
作用下，将DNA受损部位部分切除，并以其中一条链为模
DNA的损伤与修复
第一节
DNA损伤的概念、类型、意义
一 DNA损伤的概念

DNA损伤 (DNA damage) ： DNA分子结构的改变。
从分子水平看，DNA损伤指DNA分子上碱基的改变。

DNA损伤又称基因突变（gene mutation），由于DNA分子中
发生碱基对的替换、插入和缺失等,从而引起基因结构上发生
4
1 2
3
4 5
框移突变 (frame-shift mutation):
缺失和插入引起的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。
正常 5´… …GCA GUA CAU GUC … … 丙 缬 组 缬 缺失C 5´… …GAG UAC AUG UC … … 谷 酪 蛋 丝
(三)重排(rearrangement)
经历过太空遨游的辣椒种子，经宇宙射线照射大多 发生了遗传性基因突变。 太空椒的培育利用了可遗传的变异：基因突变
化学因素：
常见的化学诱变剂
化合物类别
碱基类似物 (如：5-BU)
羟胺类 (NH2OH) 亚硝酸盐 (NO2-) 烷化剂 (如：氮芥类)
分子改变
A→5-BU →G
T →C C →U G → mG
成了终止密码子，使蛋白质合成提前终止，因而蛋白质产物 一般是没有活性的。
3）错义突变
3）错义突变:
碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变。

有些错义突变严重影响蛋白质活性甚至完全无活性，而影响
表现型。如果该基因是必须基因，则称为致死突变。

有些错义突变的产物仍有部分活性，使表型介于野生型与突 变型之间的中间类型，称为渗漏突变。
1. 紫外线（UV）
DNA损伤主要是形成嘧啶二聚体。
T T
A A
嘧啶二聚体
P138
在DNA同一条链上，相邻的嘧啶受诱变因素 的刺激下，以环丁酰二聚体形式共价相连。 如TT、TC、CC等二聚体。
O ‖ H-N O N O ‖ N-H N O H-N O O ‖ CH3 CH3 ‖ N-H
CH3 CH3
两轮复制后,A-T转变为G-C.或G-C转变为A-T.
2-AP是腺嘌呤A的类似物，
既可与T配对，也可与C配对。
A.T→ 2-AP.T→2-AP.C→G.C G.C→2-AP.C→ 2-AP.T → A.T
吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等碱基对类似物，
易造成移码突变。
3 亚硝酸
亚硝酸可引起DNA分子中碱基脱氨。 如胞嘧啶C脱氨成为尿嘧啶U, 两轮复制后 DBiblioteka A分子中的G-C转变为A-T‖
‖ UV等 O N
N
O
嘧啶二聚体的形成，
减弱了双链之间氢键作用，

引起了DNA变形。如果生物体内修复 系统失灵，则细胞走向死亡。
T T
A A
2. 电离辐射
直接效应：DNA直接吸收射线能量而遭损伤。 间接效应：DNA周围其他分子（主要是水分子）吸收射线能
量产生高活性自由基进而损伤DNA。
结果：DNA的碱基损伤、DNA链断裂、DNA链交联。
平时，我们做实验，遇到的许多生化 试剂、同位素，其实是诱变剂；


蔬菜、水果上的农药；洗衣粉中荧光剂、 烷化剂，食品中的防腐剂…… 不仅，影响我们的蛋白、酶； 而且对我们的基因也有很大的危害！ 希望大家要警惕这种潜伏期长的癌变因 素！
第三节 DNA损伤的修复
修复 (repairing)：是指针对已发生的缺
2. 颠换 (transversion)：
异型碱基间的置换：嘌呤变嘧啶，嘧啶变嘌呤
基因突变的实例
正常红细胞
镰刀型红细胞
碱基对替换
(二)缺失(deletion)和插入(insertion)
缺失： 一个碱基或一段核苷酸链从 DNA大分子上消失 插入：DNA大分子上多了一个碱基或一段核苷酸链
1 2
3
异和种、株间差异。
3. 突变导致死亡
突变若发生在对生命至关重要的基因上，可导 致个体或细胞的死亡。
4. 突变是某些疾病的发病基础
包括遗传病、肿瘤及有遗传倾向的病。有些已
知其遗传缺陷所在。但大多数尚在研究中。
三、引发突变的因素

内部因素：
大量的突变属自发突变，发生频率为10-9。

外部因素：
主要有物理和化学因素。 这些因素可诱发突变，称诱变剂。

有些错义突变不影响或基本上不影响蛋白质的活性，不表现 明显的性状变化，称为中性突变。
（三）按其发生的原因:
1)自发突变（spontaneous mutation）：
在自然情况下发生的突变。
2)诱发突变（induced mutation）：
人们有意识地利用物理、化学诱变因素引起的突变 。
自发突变型和诱发突变间没本质上的不同， 诱变剂的作用也只是提高了基因的突变率。
陷而进行的补救机制。
(一)光修复 (light repairing)
O N R P R N O N N O R N O N O CH3 CH3 O R N N CH3 O O
UV
CH3
P
胸嘧啶二聚体 ( T T )
)
１概念：可见光存在条件下，在光复活酶作用下将UV引
起的嘧啶二聚体分解为单体的过程。
板，合成修复。

消除由UV引起的损伤，也能消除由电离辐射和化学诱变剂 引起的其他损伤。

切除片段可由几十到上万bp，分别称短补丁修复、长补丁
修复。
切除修复是一种多步骤的酶促反应过程：
1).内切酶识别损伤位点并在其两侧同时切割 2).外切酶除去两个切口之间的核苷酸 3).DNA合成 4).连接酶连接接口
3）致死突变：突变影响生物个体的生活力。
显性致死：杂合态即有致死效应。 隐性致死：纯合态时才有致死效应
4）条件致死突变：
在某些条件下致死，而在另些条件下成活的突变。
（二）从对遗传信息的改变:
1）同义突变: 碱基序列的改变没有引起产物氨基酸序列的
改变,与密码子的简并性有关。
2）无义突变:某个碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变
基因突变若发生在配子中（减数分裂时产
生）将遵循遗传规律传递给后代。
若发生在体细胞（有丝分裂），一般不能
遗传。人体某些体细胞的基因突变，有可能
发展成癌细胞。
(一)点突变 (point mutation)
——指DNA分子上一个碱基的变异（替换）。
1. 转换 (transition)：
同型碱基间的置换: 嘌呤代替另一嘌呤，嘧啶代替另一嘧啶