基因突变和DNA的损伤

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基因突变在DNA损伤修复过程中的作用

基因突变在DNA损伤修复过程中的作用DNA是构成生物体的基本遗传物质，在生物体的生命活动中发挥着非常重要的作用。

然而，DNA的结构比较脆弱，在许多自然因素和环境因素的作用下，会发生不同程度的损伤。

如果这些损伤不能及时得到修复，会导致基因的突变，进而对生物体的正常生长和发育造成极大的影响。

基因突变是指DNA序列发生了突然改变，导致某个基因功能的失控或者丧失。

基因突变是生物进化的主要机制，也是疾病发生的原因之一。

许多基因突变在某些条件下对于生物的适应性有着重要的作用，但是还有许多基因突变对于生物的正常生命活动造成了危害。

DNA损伤修复是维持细胞正常生命活动的重要保障，因为DNA损伤对于细胞的DNA复制和正常的遗传几乎没有例外地都会产生负面影响。

因此，细胞具有一套完整的DNA损伤修复系统，这个系统在细胞遇到DNA损伤的时候会进行修复，以恢复DNA序列的正常性。

DNA损伤修复分为两种主要机制：错误自我修复和正确的修复。

错误自我修复包括对DNA序列的随机修复，这种修复是随机的过程，存在一定的充分性和效率性局限。

正确的DNA修复机制包括切割修复、重组修复、错配修复和同源重组修复等，是一种高度精确的修复过程，可以保证细胞的正常生命活动。

基因突变在DNA损伤修复过程中的作用非常显著。

在DNA损伤修复的过程中，如果发生了基因突变，导致DNA损伤修复系统不能正确修复损伤，那么这个基因序列将会变得不稳定，并会发生错误自我修复的过程，而这个过程又可能会导致更多的突变。

这种情况很容易招致一系列的病理反应，导致癌症和其他代谢异常。

基因突变在DNA损伤修复过程中的作用不仅仅是负面的。

基因突变还可以影响DNA修复过程的效率和准确性。

例如，在某些情况下，基因突变可能会导致DNA损伤修复的速度加快，修复效率提高，从而保证了生物的基因稳定性。

过去的研究表明，许多与DNA损伤修复相关基因的突变可能是患上癌症的原因。

在DNA损伤修复过程中，基因突变的作用是相当复杂的，有些是正面的，有些是负面的，但是总的来说，基因突变在DNA损伤修复过程中的作用是非常重要的。

第二章基因突变和损伤DNA的修复

上述规则只在原核生物遗传学中使用，真核生物特别是高等生物尚未遵循此规则。
二、基因突变的类型
基因突变可从突变发生方式、引起的表型和遗传物质改变等几个方面进行分类。
按突变体表型特征可将突变体分为以下4类。如：失去产生孢子、荚膜和鞭毛的能力。 2 生化突变型：没有任何形态效应的突变体。常见的是营养缺陷型，由于代谢过程的缺陷，其生长必需在培养基中加入某种物质。抗药性突变也这种类型。
5 稀有性：突变的稀有性是指在正常情况下，突变率往往是很低的。
第二节基因突变的分子基础
一碱基置换及其对遗传信息的影响
碱基置换：是指DNA分子上的一种碱基被另一种碱基所替代
碱基置换又可分为两种类型：
一种嘌呤核苷酸被另一种嘌呤核苷酸，或一种嘧啶核苷酸被另一种嘧啶核苷酸所替代称为转换（transition）一种嘌呤核苷酸被一种嘧啶核苷酸，或一种嘧啶核苷酸被一种嘌呤核苷酸所替代称为颠换（transversion）
突变可分为自发突变和诱发突变。自发突变（ spontaneous mutation）是指在自然条件下出现的基因突变。诱发突变（induced mutation）简称诱变，是指利用物理、化学和生物因素人工诱发产生的基因突变。
自发突变并不是无缘无故地发生的，而只是相对诱发突变而言。事实上，自发突变也是在自然条件下各种理化和生物因素作用的结果，只是无人为因素干扰。因此，自发突变和诱发突变并没有本质的差异，所不同的是通过人工诱变，显著地提高了突变频率。
直至1988 年, Cairns 等人通过实验向这一传统观点提出了挑战. 他们以大肠杆菌乳糖利用缺陷株F’40为材料, 采用非致死的乳糖为选择条件,对适应突变的可能性作了考查, 结果发现 , 当F’40细胞被涂布于以乳糖为惟一碳源的选择平板延长培养时, Lac+回复子菌落可在涂平板后的几天内不断产生, 而在同一时期内, 未被选择的中性基因的突变频率没有增加, 这些回复子可归于两种来源, 即依赖于生长的发生在涂平板前的随机突变和不依赖于生长发生在选择平板上的非随机突变, Cairns 称后者为定向突变，其后被称之为适应突变(adaptive mutation). 根据上述结果, Cairns 提出了适应突变假设: 在非致死的选择条件下, 处在静止期的细胞具有选择有利突变的某种机制. 这一开创性研究成果, 在国际上引起了强烈反响. 在其后的10 多年中, 已在细菌和真核生物酵母的许多基因位点上观察到了适应突变现象.

第十三章基因突变与DNA损伤修复

• 感谢聆听！
13.5 DNA损伤修复机制
13.5.1 光复活(photoreactivation) １概念：可见光存在的条件下，在光复活酶作用
下将UV引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。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。
2）错义突变: 一个氨基酸的密码子被另一个氨基酸的密码子所取代。
有些错义突变严重影响蛋白质活性甚至完全无活性，从而影响了表现型。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。
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。
连接酶活性来完成，以修复AP位点。
13.5.3 错配修复系统
修复杂种DNA错配碱基及基因转变。
13.5.4 重组修复
(1)复制：以损伤单链为模板复制时，越过损伤部位，对应位点留下缺口；未损伤单链复制成完整双链。 (2)重组：缺口单链与完整同源单链重组，缺口转移到完整链，使损伤单链的互补链完整，损伤单链仍然保留。 (3)再合成：转移后的缺口以新的互补链为模板聚合补齐。
13.4 动态突变
在基因的编码区、3’或5’-UTR、启动子区、内含子区出现的三核苷酸重复，及其他长短不等的小卫星、微卫星序列的重复拷贝数，在减数分裂或体细胞有丝分裂过程中发生扩增而造成遗传物质的不稳定。亦称为基因组的不稳定性，可造成基因功能丧失或获得异常改变的产物。可能的原因是重复序列可诱发复制滑动。
重组修复：
1）复制：当合成到损伤部位时，子代DNA链中与损伤部位相对应的部位出现缺口。

基因突变与DNA损伤修复讲解

玉米有稃种
遗传学 20.2.9
玉米甜与非甜分离玉米籽粒颜色突变
遗传学 20.2.9
果穗中下部带有苞叶
玉米短花须突变
遗传学 20.2.9
大豆皮色变异
遗传学 20.2.9
苹果熟期变异
牛舌草白色突变
遗传学 20.2.9
花色体细胞突变
遗传学 20.2.9
不同颜色的牵牛花
遗传学 20.2.9
柑桔体细胞突变
遗传学 20.2.9
马铃薯薯块颜色变异
苹果体细胞突变
第一节点突变及其分子基础
一、基因突变的种类

从DNA碱基顺序改变来分，突变一般可分为碱基置换突变、移码突变、整码突变及染色体错误配对和不等交换4种。
(一) 碱基替(置)换突变

一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为碱基替(置)
常见的碱基类似物有5-溴尿嘧啶（BU）和2-氨基嘌呤（AP）
5-溴尿嘧啶（BU）是胸腺嘧啶（T）的结构类似物引起的碱基替换。
正常情况：A=T，酮式BU=A，烯醇式BU≡G（少见），当BU参与DNA复制时，BU在酮式与烯醇式之间转换，结果G≡C A=T。
玉米叶色变异
遗传学 20.2.9
玉米雄穗颜色变异
遗传学 20.2.9
多穗玉米
玉米分支
遗传学 20.2.9
柑橘无籽变异
苹果熟色变异
遗传学 20.2.9
玉米不同类型（亚种）
遗传学 20.2.9
玉米马齿种
玉米硬粒种
玉米甜质种
遗传学 20.2.9
玉米糯质种
米粉质种
玉米爆裂种
遗传学 20.2.9
个甚至多个碱基（但不是三联体密码子及其倍数），在读码时，由于原

基因突变与DNA损伤修复

烷基化和自然脱氧核糖核苷酸降解等原因可能引起复制错误，导致基因突变。
现代分子生物学技术可以快速准确地检测出基因突变和DNA结构机制等问题。
DNA损伤的原因
紫外线
紫外线是引起DNA损伤最常见的因素之一，可导致单链断裂和交联。
氧化应激
氧化应激会造成氧自由基产生过多，从而导致 DNA碱基的氧化损伤。
结论与展望
DNA损伤与基因突变不可避免，但保护机制和修复工具应用的全面提高，为基因突变导致的病症的治疗与预防带来新的可能。
• 因修复机制本身出错 • 特定 DNA 片段受到修复机制的攻击而发生突变
DNA修复与肿瘤治疗
1 DNA损伤修复与放疗 2 DNA修复抑制剂的应 3 单倍型复制机制治疗
敏感性
用
单倍型复制技术是现代医
癌细胞在放疗过程中的
利用药物抑制癌细胞的
学常用的生物基因治疗方
ห้องสมุดไป่ตู้
DNA 损伤和修复不如正常
DNA 修复机制，达到治疗
法之一，也具有巨大的发
细胞，临床上也用此方法
的目的。
展前景。
达到治疗肿瘤的目的。
DNA修复的临床应用
1
抗肿瘤药物筛选
根据药物抑制细胞生长的机制和细胞的 DNA 修复状况来优化方案。
2
个体化肿瘤治疗
根据患者的 DNA 修复能力和药敏信息量身定制治疗方案，提高治疗效果。
3
预防癌症
结合家族遗传病史和部分癌症与 DNA 修复相关的报道，开展“DNA九项检测”等预防性检测。
基因突变与DNA损伤修复
基因突变与DNA损伤修复是生物学研究的重要领域。本次演讲将从DNA结构、损伤原因、修复机制、与基因突变关系和肿瘤治疗等多个方面为大家深入阐述。

基因突变与DNA损伤修复机制的关系

基因突变与DNA损伤修复机制的关系人们常说，基因决定我们的一切。

基因是人类遗传信息的媒介，它决定了我们的生命基因，我们的体质和性格，部分决定了我们的疾病易感性。

每个人都有基因突变的可能，多数情况下，人体有自己的DNA损伤修复机制来纠正基因突变。

然而，一旦出现对修复机制来说复杂或无法处理的严重损伤，可能会增加基因突变的风险。

基因突变和DNA损伤修复机制之间的关系是怎样的呢？一、基因突变的形成基因突变是指DNA序列发生了一些突变，引起蛋白质合成发生变化。

虽然基因突变本身不一定造成问题，但某些基因突变可能导致疾病。

基因突变可以分为两类，一是基因点突变，二是基因大片段突变。

基因点突变是指一种或多种碱基发生变化，例如碱基替换（由一种碱基替换为另一种碱基）和插入或删除碱基。

基因大片段突变是指一段基因长度发生了变化，通常是由一些插入或删除事件引起。

基因突变的发生主要有两个原因。

第一个原因是自然突变，自然有一定比例的错误率。

在DNA复制过程中，DNA聚合酶（polymerase）会偶尔插入错误的碱基或产生插入或缺失。

这种错误可能最终导致基因突变。

第二个原因是暴露于致突变性物质中，例如化学物质，辐射和病毒等。

二、DNA损伤修复机制在人体内，DNA损伤是难以避免的。

DNA受到大量的化学，物理，生物诱导因素的侵害，包括氧自由基，辐射和其他环境因素。

我们的机体内包含了各种各样的DNA损伤修复机制，可以帮助我们纠正DNA损伤。

DNA损伤修复机制包括直接修复，错配修复和核苷酸切除修复等。

直接修复基本上不改变DNA碱基序列，而是对损伤进行修复。

错配修复修复碱基的错误配对。

核苷酸切除修复首先切除一个带有损伤的DNA碱基，并用新碱基代替它。

三、基因突变和DNA损伤修复机制之间的关系虽然DNA损伤修复机制可以极大地减少基因突变的发生概率，但有时错误的修复机制可能会导致基因突变或DNA损伤。

例如，一个DNA双链断裂可能被误修复成一个包括不完整的碱基配对的单链。

长期暴露在高辐射工作环境中引发的DNA损伤和基因突变的现象

长期暴露在高辐射工作环境中引发的DNA损伤和基因突变的现象长期暴露在高辐射工作环境中，人体的DNA会受到损伤，从而引发基因突变的现象。

高辐射工作环境主要指的是那些辐射源高、辐射强度大的工作场所，比如核电站、医院放射科等。

辐射是一种能量的传递方式，高能辐射会对人体的细胞和基因产生直接影响，从而导致DNA损伤和基因突变。

首先，长期暴露在高辐射环境中引发的DNA损伤主要表现在三个方面。

第一，单一DNA链断裂。

高能辐射会直接破坏DNA分子的化学结构，导致DNA链的的断裂。

这种断裂损伤可能使得染色体的结构发生变化，进而影响细胞的正常功能。

第二，DNA碱基的损伤。

辐射能够通过直接与碱基相互作用，造成碱基的氧化、缺失或者碱基间的跨链连接，从而影响DNA的复制与修复。

第三，DNA链交联。

辐射能使得DNA链之间形成交联，导致DNA分子的损伤和功能障碍。

这些DNA损伤会导致细胞的死亡、突变或者肿瘤的发生。

其次，高辐射环境中的DNA损伤极易引发基因突变。

DNA突变指的是DNA序列发生改变，包括基因点突变、染色体结构变异等。

DNA损伤是基因突变发生的直接原因之一。

DNA碱基的损伤、交联和链断裂会导致基因序列的改变，从而影响了编码功能、转录、翻译和DNA修复等重要过程。

此外，DNA损伤还可能诱发错误的DNA修复过程，进一步导致基因突变的发生。

基因突变的出现可能导致细胞的正常功能受损，甚至引发一系列疾病，比如肿瘤、遗传病等。

高辐射工作环境中引发的DNA损伤和基因突变具有一定的累积效应。

长期暴露在高辐射环境中，人体的DNA损伤会累积起来，增加基因突变的风险。

辐射对DNA的损害通常是随剂量增加而增加的。

因此，高辐射环境下工作的人员往往比一般人更容易发生DNA损伤和基因突变。

研究表明，高辐射环境下的工作人员与一般人群相比，患某些突变相关疾病的风险更高。

为了减少长期暴露在高辐射环境中引发的DNA损伤和基因突变的风险，我们应该采取一系列防护措施。

基因突变与DNA损失

基因突变和DNA损失的检测方法源自科学家使用许多不同的方法来检测基因突变和DNA损失。一些常见的方法包括： • PCR扩增 • 基因测序 • 放射性核苷酸追踪
这些方法使得科学家可以了解我们的DNA是否出现了问题。
研究基因突变与DNA损失的重要性
了解基因突变和DNA损失的原理和显著影响至关重要。这使得科学家们可以切实有效地预防和治疗癌症和其他一些疾病。
研究疾病
研究基因突变和DNA损失有助于科学家了解某些疾病发生的机制。
治疗癌症
了解基因和DNA的变化可以帮助医生提供更有效的癌症治疗方法。
保护健康
预测个体患病风险，及时采取措施，保护健康。
未来的研究方向和应用前景
基因组学
人类基因组计划的完成为基因突变和DNA损失的研究带来了新的机遇。
CRISPR-Cas技术
DNA损失的原因和后果
DNA损失是指DNA双链断裂或丢失一部分碱基。DNA损失的原因有：
• 放射性辐射 • 病毒 • 环境污染
DNA损失可能引起：
基因静默
DNA水平损失重要区域的基因可能沉默或不完整地复制。
复制错误
DNA水平损失可能导致错误的DNA复制。
致癌
许多形式的DNA损失对癌症的发生具有极大的影响。
基因突变与DNA损失
基因突变和DNA损失是分子遗传学中非常重要的概念。了解这些过程的原理和影响将有助于我们理解癌症、遗传疾病等多种疾病的发生和演变。
基因突变的定义和影响
基因突变是生物遗传信息的突发性改变，可能引起多种细胞和生理问题。基因突变引起的一些影响包括：
1 单基因遗传病
如血友病，囊性纤维化等，由于基因突变导致重要基因的失调。

13 基因突变与DNA损伤修复

a基因是由野生型基因a+改变成的一种非野生型等位形式，a基因的出现，可看作发生了一个突变事件（mutation event）。
3
离开野生型等位基因的变化称正向突变
（forward mutation）：
回复到野生型的变化称反突变
（reverse mutation）
a+→a 或（B+→B）。

在植物中如果切割包含突变体细胞区的一段枝条栽培，长成的植株可能产生来自突变体区的生殖组织，这就意味着突变的体细胞可以产生具有花朵的枝条而传递。
9

（2）生殖细胞突变（germinal mutation）

生殖细胞突变发生在种系（germ line）中。如突变的性细胞参与受精过程，突变基因就会传给下一代。
取代DNA中碱基；改变碱基使之发生错配；破坏碱基使之在正常情况下无法和任何碱基配对。

39

①碱基类似物
某些化学物质和正常碱基结构类似，有时它们会替代正常碱基而掺入DNA分子。
这些碱基类似物进入DNA后，由于它们的配对能力不同于正常碱基，便引起DNA 复制过程中其对应位置上插入不正确碱基。
例，T4噬菌体的温度敏感突变型在25℃时能在E．coli细胞中正常生长，形成噬菌斑，但在42℃时不能生长。利用条件致死突变体（型）可以研究基因作用的敏感时期。

17
以上只是从突变对于表型的效应的大致分类，实际上各类突变间无法明确划分而是互相交叉的。从基因作用的角度来说，几乎所有基因的突变都是生化突变，任何基因的表达都依赖于体内或体外各种条件，从广义说，任何突变都是条件型的。

分子生物学：DNA的损伤、修复和基因突变

500 8 3 0.2
3200 50 20 1.3
E.colik12
存活率为对照37%的U.V.计量
● 存在与重组有关的暗修复机制
● 与Rec-A基因引起的strand transfer有关
● TTdimer未被修复，仅表现在后代群体中TT dimer 浓度的稀释
● 链的非准确转移，导致突变机率的增加
重组修复
DNA损伤部位
RecA
切下正常母链的 DNA片段并插入因损伤而未被复制的子链缺口上；正常母链带缺口
pol I
重组后，一个子代 DNA 双链中，母链仍有缺陷，但子链正常；而另一个正常子链复制复原
24
5.2.4 SOS修复 (SOS repair)
SOS是国际海难信号，在此用以表示应急性的复制方式。
原核生物参与切除修复的酶
及蛋白质
UvrA 、UvrB(辨认和结合DNA损伤部位) UvrC(去除损伤链) polⅠ(填补空隙) DNA连接酶(连接缺口)
真核生物除去损伤链：XP蛋白
17
切除修复过程（E.coli）：
② ①③
5’5 3’3
④⑤
5 3
UvrA、UvrB 辨U认vrC及U置v结rC合切除 D换NUAv损r损A伤伤部部位位 UUvvrrAC
RecA的三种功能
a、 DNA 重组活性 b、与单链 DNA结合活性 c、少数蛋白的proteinase活性
当DNA正常复制时（无复制受阻，无DNA损伤，无TT dimer） RecA不表现proteinase活性
大肠杆菌的SOS反应
SOS 反应涉及到近 20 个 “sos”基因的
26
P71

DNA损伤和基因突变的机制和修复机制

DNA损伤和基因突变的机制和修复机制DNA是组成我们的生命的关键分子，它有着一套非常复杂的结构和功能。

然而，在生物体内，DNA受到了大量的损伤，例如来自辐射、化学品或其他环境压力的损伤等。

这种损伤可能导致基因突变，从而损害DNA的完整性和稳定性，进而损害人体健康甚至导致致命的疾病。

因此，研究DNA损伤和基因突变的机制和修复机制是极为重要的。

1. DNA损伤的机制DNA损伤主要包括单链损伤和双链损伤两种类型。

单链损伤包括碱基损伤、骨架损伤和交叉链接等，这些损伤的产生与环境的压力有关。

双链损伤则是由于DNA复制过程中出现的错误、放射线等原因造成的。

碱基损伤是最常见的DNA单链损伤类型，例如氧化损伤、烷基化、烯烃化、烷基化和糖基化等。

这些损伤可能导致DNA序列改变、细胞周期失控、细胞凋亡或肿瘤等疾病的发生。

双链损伤是DNA分子的最严重的损伤之一，其中包括直接断裂、间接断裂和复合损伤等。

直接断裂是由于辐射或某些化学物质直接作用于DNA分子而造成的损伤；间接断裂则是由于环境压力作用于DNA中的水分子而产生活性自由基，进而造成DNA双链断裂；而复合损伤则是DNA的单链损伤同时发生导致的复合损伤。

DNA的双链损伤会导致基因突变、染色体异常、细胞凋亡和肿瘤等疾病的发生。

2. 基因突变的机制基因突变是指DNA序列的改变，这些改变可能来源于环境引起的DNA损伤，或是由于某些遗传因素引起的错误。

基因突变主要有三种类型，即点突变、插入突变和缺失突变。

点突变是DNA中单个碱基的改变，它可能导致错配、替换或插入/缺失。

插入突变是指在DNA序列中插入了额外的碱基，而这些碱基可能来自外部环境或是由遗传转移得到。

缺失突变则是指DNA序列中发生了缺失或漏洞。

基因突变可能导致功能失调、信号传递失控和癌症等严重健康问题的发生。

有时，基因突变甚至可能发生在人类胚胎中，并会遗传给下一代。

3. DNA损伤和基因突变的修复机制为了避免DNA损伤和基因突变对健康的破坏，生物体进化出了一套非常复杂的DNA修复机制。

DNA的损伤修复及突变

18
紫外线引起的DNA损伤－－最易形成胸腺嘧啶二聚体（TT）
19
2. 电辐射引起的DNA损伤
➢ 碱基变化
细胞中的水经辐射解离后产生大量OH-自由基，使 DNA链上的碱基氧化修饰、形成过氧化物的、导致碱基环的破坏和脱落等。
➢ 脱氧核糖变化
脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的氢都能与OH-反应，导致脱氧核糖分解，最后会引起DNA链断裂。
48
着色性干皮病（xeroderma pigmentosis，XP）是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。
在研究其发病机制时，发现一些相关的基因，称为 XPA、XPB、XPC等。这些基因的表达产物起辨认和切除损伤DNA作用的。
XP病人是由于XP基因有缺陷，不能修复紫外线照射引起的DNA损伤，因此易发生皮肤癌。
30
体外培养的肝癌细胞吖啶橙荧光染色
荧光显微镜下（选用蓝色激发滤片），可见含DNA的细胞核显示黄绿色荧光，含RNA的细胞质及核仁显示橘红色荧光。
31
第二节 DNA的突变
32
如果DNA的损伤得不到有效的修复，就会造成DNA分子上可遗传的永久性结构变化，称为突变（mutation）。少数突变甚至有可能对细胞是有利的。有利突变的累积可以使生物进化，使其能更好地适合于其生存的环境。但绝大部分突变是有害的，对于单细胞生物，不少有害突变是致死的，对于多细胞的高等生物，有害突变会造成病变，如代谢病和肿瘤。
通常以酮式存在，有时也以烯醇式存在。当BU先以酮式掺入DNA，继而又变成烯醇式时，进一步复制使 DNA中 A- T对变成 G- C对。同样道理也引起 G- C向 A- T的转换，BU可以使细菌的突变率提高近万倍。26
除BU外，还有5-溴脱氧尿苷、5-氟尿嘧啶、5氯尿嘧啶及它们的脱氧核苷。

DNA损伤修复与基因突变的发生

DNA损伤修复与基因突变的发生DNA是构成生命体的基础，是生命的重要组成部分。

但是在生命的过程中，DNA受到了各种外界环境因素的干扰，如放射线、紫外线、化学物质等，这些因素会导致DNA受损和突变。

然而，出现了DNA损伤，如何修复和维护DNA的稳定性成为了一个重要的问题。

本文将从DNA损伤与修复的关系、基因突变的发生机制以及DNA修复和突变应用方面对这一问题进行讨论。

DNA损伤与修复的关系DNA在生物体内为避免损伤的发生，具有详细的修复系统和机制，以保持DNA的完整性和稳定性。

DNA损伤主要分为两类：基因突变和染色体畸变。

前者是DNA的单个碱基或小片段发生突变，如：DNA碱基损伤（如硝基化、脱氨基、酸化等）和DNA单链断裂；后者是染色体片段的变异、插入、缺失等。

多种机制负责DNA修复，包括基础修复、核苷酸切换修复、异源结束修复、同源重组修复以及DNA电子传输修复等多个层面和路径。

每个机制都具有独特的异同，各自适用于不同类型、不同程度的DNA损伤。

基础修复机制又称为直接修复，适用于对DNA双链断裂具有良好修复能力，重要的是它可以修复简单而单一的损伤。

对于单个碱基损伤，真核生物细胞通常通过两个酶进行修复：O6-甲基-鸟嘌呤-DNA甲基转移酶和构成II的酶。

O6-甲基-鸟嘌呤-DNA甲基转移酶负责从DNA中将甲基基团转移到基团中，而构成II的酶，则负责恢复鸟嘌呤的结构。

因此，基础修复机制对DNA的双链断裂修复很有帮助。

核苷酸切换修复机制是针对DNA中插入的碱基和缺失的碱基进行修复。

这种机制通过分解未成对碱基，在一个互补核苷酸插入到未成对的位点上，在DNA聚合酶的作用下修复了某一段DNA序列的完整性。

此机制对大量、复杂碱基损伤有良好作用。

异源结束修复机制主要利用两条不同的染色体，通过交换DNA中的部分，来维持信号序列的完整性。

正确地，它主要用于DNA双链断裂、复制错误等比较复杂情况下DNA的修复。

同源重组修复机制则是一种在DNA双链断裂情况下的修复机制，主要通过病变染色体找到另一个同源的染色体，以其作为模板，在染色体的可替代区域引进修复甚至重组事件。

第五章 DNA损伤修复和基因突变基因突变

•
•
3 基因突变
• 一个正常的生物体叫作野生型（wild type, WT） • 如果DNA发生改变，就会使生物体的某些性状有所改变，这种改变了性状的生物体相对于正常的生物体来说，就成为突变体（mutant）。
• 所有的组织都有可能随机地与环境反应产生突变，这种突变叫做自发突变（spontaneous mutagenesis）。 • 自发突变的发生率对每个组织来说都是特征性的，这种特征是背景水平（background lever）的突变。 • 使用了诱变剂的突变叫诱发突变（induced mutagenesis）。
•
¾2.1.2错配修复系统
• 错配修复(mismatch repair）对DNA复制忠实性的贡献率达10-2-10-3 ，DNA子链中的错配几乎完全被修正，这充分反映了母链的重要性。 • 该系统识别母链的根据来自Dam甲基化酶，它能使位于5‘GATC序列中腺苷酸的6N位甲基化。
• 一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会在开始DNA合成前的几秒至几分钟内被甲基化。 • 只要两条DNA链上碱基配对出现错误，错配修复系统就会根据“保存母链，修正子链”的原则，找出错误碱基所在的DNA链，并在对应于母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的5’位置切开子链，再根据错配碱基相对于DNA切口的方位修复路径，合成新的子链片段。
次黄嘌呤
Lac I，复制平均错误率10-9 DNA复制中的错误水平10-7—10-11 研究发现有一些基因的突变可以大大提高整个基因组其它基因的突变率，这些基因被称为增变基因(mutator genes)。
多个碱基改变造成的突变
转座子插入、重组错误
•
突变如何对表型产生影响
同义突变（synonymous mutation）指没有改变产物氨基酸序列的密码子变化，与密码子的简并性有关。错义突变（ missense mutation ）指碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变。无义突变（nonsense mutation或null mutation)指某个碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变为蛋白质合成的终止密码子，导致肽链合成过早终止。

12基因突变与DNA损失修复

脱嘌呤
ATGTC TACAG ATG TC TACAG ATGTC TACAG ATG GC TACCG A ATGGC TACAG ATGC C TACAG
A
A
ATG TC TACAG
Fig 13-18

脱氨基
NH 2 H N Deamination H N osine O H N Uracil O H N O H
放射线
黄曲霉素 B1 (aflatoxin B1, AFB1)
紫外线激发碱基水合作用
水合胞嘧啶：使DNA复制时碱基错配
将H2O加到的胞嘧啶C4、C5位置上成为水合胞嘧啶，削弱C-G之间的氢键，使DNA链发生局部分离或变性。
紫外线诱发嘧啶二聚体
O
H N CH3 H N
O
CH3
UV
H N
O
CH3 CH3
此外，当某个基因A突变成a以后，也可以再向反方向发生突变，回复成原来的A，并使表型恢复原状，这叫回复突变（ reverse mutations/ reversion/back mutation）
突变
A
回复
a
正向突变（Forward mutation）是引起基因型从野生型变为突变型的突变。回复突变（reverse mutation）是使得基因型从突变型为野生型的突变。
③无义突变（nonsense mutation）：
由于某一碱基被替换后，原来编码某一氨基酸的密码子突变成为终止密码子（UAG、UAA或UGA），从而造成蛋白质尚未全部合成就终止了翻译，形成无功能的多肽链。因为一个无义突变使多肽链在不正确的地方链终止，这种突变提前使肽链终止。如果无义突变发生在靠近基因的末端，则所产生的蛋白质有可能保有一些生物学功能，但多数的无义突变产物的功能往往会完全丧失。