生物化学与分子生物学-第15章DNA损伤与修复(2课时)
DNA的损伤与修复
碱基切除修复依赖于生物体内存在的 一类特异的DNA糖基化酶。 切除修复过程： （1）识别水解 （2）切除 （3）合成 （4）连接
（二）核苷酸切除修复系统识别DNA双螺旋变形
这是细胞内最重要和有效的修复方式。
其过程包括去除损伤的DNA，填补空隙和连接。
主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。
错配 (mismatch)
缺失 (deletion) 插入 (insertion)
框移 (frame-shift)
重排 (rearrangement)
（一）错配可导致编码氨基酸的改变
DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。 自发突变和不少化学诱变都能引起DNA上某一碱基的 置换。 点突变发生在基因的编码区，可导致氨基酸改变。
正常
5’ ……G C A G U A C A U G U C …… 丙 缬 组 缬 5’ ……G A G U A C A U G U C …… 谷 酪 蛋 丝
缺失C
（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病
1、DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。 2、移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置（倒位
（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸 排列顺序发生改变
1、缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上
消失。
2、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。
缺失或插入都可导致框移突变 。 3、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。
缺失引起框移突变：
嘧啶二聚体并与之结合形 成复合物；
⑵ 在 300 ～ 600nm 可见光照射
下，酶获得能量，将嘧啶 二聚体的丁酰环打开；
生物化学和分子生物学：第十五章 DNA损伤与修复
6
5. 导致DNA损伤的化学因素 自由基导致碱基、核糖、磷酸基的损伤 碱基类似物导致碱基配对转换
7
碱基修饰剂、烷化剂修饰碱基导致碱基错配或脱落 嵌入性染料插入碱基对中引起插入、缺失或移码突变
8
Ames 试验（沙门氏菌回复突变试验）
致突变物检测。鼠伤寒 沙门氏菌组氨酸营养缺 陷型（his-）菌株，在 组氨酸缺失培养基不生 长。受诱变剂作用后， 发生回复突变，自行合 成组氨酸，形成肉眼可 见的菌落。某些化学物 质需经代谢活化才有致 变作用，故在测试系 统中加入哺乳动物微粒 体酶。
两个DNA分子的末端无需同源性而发生连接。
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四、DNA损伤严重时启动应急修复（SOS修复） 跨越DNA损伤部位，先复制后修复，出错率高
E. coli中SOS修复中LexA-RecA 操纵子的作用机制:
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第三节 DNA损伤和修复的意义
The significance of DNA damage and repair
MutH仅切割新合成的DNA单链
E.coli 甲基化酶（methylase）使DNA双链处于暂时的 半甲基化状态，仅模板链甲基化标记，从而使新合成 的DNA单链被MMR识别并修复。
25
The Nobel Prize in Chemistry 2015 was awarded jointly to Tomas Lindahl, Paul Modrich and Aziz Sancar "for mechanistic studies of DNA repair".
31
16
1. 碱基切除修复的过程
②
③ ④
① 识别水解：DNA糖基化 酶特异性识别并水解受损 碱基，产生无碱基位点
DNA损伤与修复ppt课件
物理和化学因素对DNA的损伤
-
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二、DNA损伤有多种类型
➢碱基脱落 ➢碱基结构破坏 ➢嘧啶二聚体形成 ➢DNA单链或双链断裂 ➢DNA交联
-
13
碱基损伤与糖基破坏：
➢ 化学毒物可通过对碱基的某些基团进行修饰而 改变碱基的性质。
➢ 由于碱基损伤或糖基破坏，在DNA链上可能形 成一些不稳定点，最终可导致DNA链的断裂。
碱基损伤或糖基破坏可引起DNA双螺旋局部变性，形 成酶敏感性位点，特异的核酸内切酶能识别并切割这 样的部位，造成链断裂。
DNA链上被损伤的碱基也可以被另一种特异的DNA糖基化酶除去，形成无嘌呤嘧啶位点（apurinicapyrimidinic site, AP site），或称无碱基位点（abasic site），这些位点在内切酶等的作用下可形成链断裂。
-
10
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
作用点
A 5-BU G
羟胺类（NH2OH）
T C
亚硝酸盐（NO2）
C U
烷化剂 如：氮芥类，Nitromins
G mG
分子改变
-A-
-G-
-T-
-C -
-T-
-C -
-A-
-G-
-G-
-A -
-C-
-T -
DNA缺失G
-
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DNA结构自身的不稳定性是DNA自发性损伤中最频繁和 最重要的因素。
当DNA受热或所处环境的pH值发生改变时， DNA分子上 连接碱基和核糖之间的糖苷键可自发发生水解，导致碱基 的丢失或脱落，其中以脱嘌呤最为普遍。
含有氨基的碱基还可能自发脱氨基反应，转变为另一种碱 基，即碱基的转变，如C转变为U，A转变为I（次黄嘌呤） 等。
DNA损伤与修复ppt课件
② 切除：在此位点的5端，无碱基位点核酸内切酶将 DNA链的磷酸二酯键切开，去除剩余的磷酸核糖部 分；
③ 合成：DNA聚合酶在缺口处以另一条链为模板修补合 成互补序列；
④ 连接：由DNA连接酶将切口重新连接，使DNA恢复 正常结构
作用方式：NER蛋白质被募集于暂停的RNA聚 合酶。
转录偶联修复的意义：将修复酶集中于正在转 录DNA，使该区域的损伤尽快得以修复。
碱基错配修复（ mismatch repair）
➢ 错配是指非Watson-Crick碱基配对。 ➢ 碱基错配修复也可被看作是碱基切除修复的一
种特殊形式，主要负责纠正：
（二）体外因素
➢ 物理因素 ➢ 化学因素 ➢ 生物因素
物理因素：电离辐射、紫外线(ultra violet, UV)
常见的二聚体：T-T, C-T, C-C
化学因素：
➢ 自由基导致的DNA损伤 ➢ 碱基类似物导致的DNA损伤 ➢ 碱基修饰剂、烷化剂导致的DNA损伤 ➢ 嵌入性染料导致的DNA损伤
E.coli的NER主要由4种 蛋白质组成： UvrA UvrB UvrC UvrD
人类的DNA损伤核苷酸切除修复
① 首先由损伤部位识别蛋白XPC和XPA等，再加上DNA 复制所需的SSB，结合在损伤DNA的部位；
② XPB、XPD发挥解旋酶的活性，与上述物质共同作用 在受损DNA周围形成一个凸起；
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
作用点
A 5-BU G
羟胺类（NH2OH）
T C
亚硝酸盐（NO2）
分子生物学--第15章-DNA损伤与修复
2.复制打滑
脆性X综合征
X染色体上(CGG)n重复序列的拷贝数增加。
在男性中的发病率为1/1000~1/1500，在所有男性 智力低下患者约10%~20~为本病所引起。
其二，导致DNA失去作为复制和/或转录 的模板的功能
第一节
DNA损伤
DNA Damage
一、多种因素通过不同机制 导致DNA损伤
（一）体内因素
➢ DNA复制错误 ➢ DNA自身的不稳定性 ➢ 机体代谢过程中产生的活性氧 2017年3月科学杂志论文：癌症发生的原因中运气不 好占66.1%。
DNA复制错误：
目的与要求
学时：2 1.掌握：DNA 损伤的类型 2.掌握：DNA损伤修复的方式 3.了解：DNA损伤、修复的意义 4.了解：DNA损伤的因素
➢ 各种体内外因素所导致的DNA组成与结构的 变化称为DNA损伤（DNA damage）
电离辐射 烷化剂
复制错误 核苷类似物
DNA损伤的后果:
其一，DNA的结构发生永久性改变，即 突变
DNA损伤类型
修复机制
X射线、氧自由基、 烷化剂 自发脱碱基
单链断裂、无碱基位点、氧化性碱 基（如8-氧鸟嘌呤）脲嘧啶
碱基切除修复
紫外线和多环芳烃
环丁烷嘧啶二聚体等大的紫外线光 产物和稳定的多环芳烃化合物等大 分子DNA加合物
核苷酸切除修 复
抗癌药（如顺铂和丝 双链断裂和链间交联 裂霉素）
双链断裂修复 （同源重组修 复和末端连接 ）
常见的DNA损伤修复途径
DNA损伤与修复
DNA损伤与修复DNA是构成细胞的遗传基因物质，它承载了生物体的全部遗传信息。
然而，由于各种内外因素的影响，DNA分子可能会遭受到损伤。
DNA损伤的修复机制起到了维持遗传稳定性的关键作用。
本文将从不同类型的DNA损伤入手，探讨DNA损伤的成因以及多种修复机制。
一、DNA损伤的成因DNA损伤可以分为内源性和外源性两大类。
内源性DNA损伤主要源自细胞内部的生化过程，而外源性DNA损伤则来自于环境因素。
1. 内源性DNA损伤内源性导致DNA损伤的主要原因是细胞内氧化应激。
氧化应激会产生大量自由基，它们具有极强的活性，可以直接攻击DNA分子，导致碱基氧化、链断裂等损伤。
此外，DNA自身也存在一定几率的自发性损伤，如碱基脱氨、链断裂等。
这些内源性的DNA损伤相对较少，但积累起来也会对遗传稳定性造成威胁。
2. 外源性DNA损伤外源性导致DNA损伤的因素多种多样，其中包括紫外线辐射、化学物质、放射线等。
紫外线辐射会使DNA分子中的两个邻近嘌呤结合形成嘌呤二聚体或嘌呤四聚体，造成DNA链的交联；化学物质如烟草中的多环芳烃会与DNA发生共价结合，引发DNA突变；而离子辐射（如X射线）会直接导致DNA链断裂。
二、DNA损伤修复机制DNA损伤修复是细胞内的一项重要保护机制，它可以分为直接修复、碱基修复、核苷酸修复和错配修复等多个方面。
1. 直接修复直接修复是指修复损伤的DNA分子而不更换受损碱基。
主要的直接修复机制包括光解修复和甲基化修复。
光解修复是一种专门修复嘌呤二聚体和嘌呤四聚体的机制。
在该过程中，特定的酶能够通过光激活自己，并将损坏的DNA分子还原为原始状态。
甲基化修复主要用于修复一些特殊的DNA损伤，例如对环氧烷基和甲基损伤的修复。
通过甲基转移酶和脱甲酶的协同作用，可以将甲基基团从DNA分子中移除，实现修复的目的。
2. 碱基修复碱基修复是指将受损的碱基替换为原始的碱基。
常见的碱基修复机制包括碱基切除修复、碱基上皮修复和碱基引导修复。
【生物化学与分子生物学】真核细胞DNA损伤及修复方式
易错修复（SOS修复）
在无模板DNA 情况下合成酶的诱导修复或极度缺少某种dNTP时采用非常规的碱基配对，又称为错误倾向修复
双链DNA中的一条链发生损伤，在DNA进行复制时，由于该损伤部位不能成为模板，不能合成互补的DNA链，从而产生缺口
重组修复
损伤
修复方式
碱基烷基化
直接修复
MGMT(O~6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶)的自杀性修复。这种酶在作用时将烷基化的碱基转移到自身，在使碱基恢复正常时自身失活。
ห้องสมุดไป่ตู้嘧啶二聚体
直接修复
光裂解酶（光裂合酶）识别嘧啶二聚体的存在，在光的作用下，吸收光能，直接修复。
碱基受损
切除修复
碱基切除修复（BER）
DNA双螺旋结构扭曲
①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。②完整的另一条母链DNA与有缺口的子链DNA进行重组交换，将母链DNA上相应的片段填补子链缺口处，而母链DNA出现缺口。③以另一条子链DNA为模板，经DNA聚合酶催化合成一新DNA片段填补母链DNA的缺口，最后由DNA连接酶连接，完成修补。
切除修复
核苷酸切除修复（NER）
20%碱基的氧化性损伤
DNA分子上碱基对错配
错配修复（MMR）
真核细胞中机制不明，但在大肠杆菌中为甲基化导向的错配修复
双链断裂
同源重组(HR)修复
利用细胞内一些促进同源重组的蛋白质来从姊妹染色体或同源染色体那里获得合适的修复断裂的信息
非同源末端连接（NHEJ）修复
在同源无序列的情况下，让断裂的末端重新连接起来
第15章.DNA损伤与修复 练习题及答案
第15章 DNA损伤与修复一、选择题A型题1.下列能导致框移的突变是A.A取代CB.G取代AC.缺失三个核苷酸D.插入一个核苷酸E.插入三个核苷酸2.紫外线照射引起DNA形成常见的嘧啶二聚体是A.C-CB.C-TC.T-UD.T-TE.C-T3.细胞内最重要和有效的修复方式是A.光修复B.切除修复C.重组修复D.SOS修复E.错配修复4.下列不参与DNA的切除修复过程的是A.DNA聚合酶IB.DNA聚合酶IIIC.核酸内切酶D.DNA连接酶E.解螺旋酶5.与修复过程缺陷有关的疾病是A.黄嘌呤尿症B.着色性干皮病C.卟啉病D.痛风E.黄疸6.在大多数DNA修复中，牵涉到四步序列反应，这四步序列反应的次序是A．识别、切除、再合成、再连接 B．再连接、再合成、切除、识别C．切除、再合成、再连接、识别 D．识别、再合成、再连接、切除E．切除、识别、再合成、再连接7.DNA损伤后切除修复的说法中错误的是A．修复机制中以切除修复最为重要 B．切除修复包括有重组修复及SOS修复C．切除修复包括糖基化酶起始作用的修复 D．切除修复中有以UvrABC进行的修复E．是对DNA损伤部位进行切除，，随后进行正确合成的修复8.镰刀状红细胞贫血其β链有关的突变是A．插入 B．断裂 C．缺失 D．交联 E．点突变9.DNA突变和DNA修复之间的平衡在生物进化中发挥着重要的作用，这是因为：A．DNA损伤过于严重总是导致物种的灭绝B．DNA修复需要DNA聚合酶III去纠正DNA的损伤C．DNA损伤和DNA修复是细胞中互不相关的事件D．胞嘧啶的脱氨基反应是一件罕见的事件，但却是引起突变的E．生殖细胞中的DNA突变如果没有被修复，只可以允许自然选择10.关于DNA损伤的切除修复，不正确的是A．DNA的一条链损伤，互补链完整 B．由限制性内切酶识别并切除损伤的DNA片段C．DNA链中的TT二聚体可切除修复 D．切除DNA损伤片段，5′→3′合成互补新链E．需DNA内切酶、外切酶及DNA聚合酶等催化11.突变A．是由有害因素引起的有害结果 B．是进化的基础 C．反映遗传的保守性D．自然突变频率很低，可以忽略 E．一定会引起功能受损12.点突变引起的后果是A．DNA降解 B．氨基酸读码可改变 C．DNA复制停顿D．转录终止 E．氨基酸缺失13.DNA损伤后原核生物切除修复过程需要：1.DNA连接酶；2.DNA聚合酶I；3.Uvr蛋白类A．1,2,3 B．3,2,1 C．2,3,1 D．2,1,3 E．3,1,214.嘧啶二聚体的解聚方式靠A．SOS修复 B．光修复酶的作用 C．原核生物的切除修复D．重组修复 E．真核生物的切除修复附：近年研考及执考试题A型题1. 下列哪种酶不参加DNA的切除修复过程？（1999研考）A．DNA聚合酶I B．DNA聚合酶III C．AP内切核酸酶D．DNA连接酶 E．蛋白质 UvrA、UvrB 等2. 下列哪种酶不参与DNA损伤的切除修复过程？（1998研考）A．核酸内切酶 B．核酸外切酶 C．DNA聚合酶D．DNA连接酶 E．核酸限制性内切酶3. 紫外线对DNA的损伤主要是（1997研考，2000执考）A．引起碱基置换 B．导致碱基缺失 C．发生碱基插入D．使磷酸二酯键断裂 E．形成嘧啶二聚物4. 下列不属于DNA分子结构改变的是（2003研考）A．点突变 B．DNA重排 C．DNA甲基化 D．碱基缺失 E．碱基插入5. 造成镰刀形红细胞贫血的基因突变原因是（2010研考）A. DNA重排B. 碱基缺失C. 碱基插入D. 碱基错配6. 对广泛DNA损伤进行紧急、粗糙、高错误率的修复方式是（2013研考）A. 光修复B. 切除修复C. 重组修复D. SOS修复7. 涉及核苷酸数目变化的DNA损伤形式是（2000执考）A．DNA（单链）断裂 B．链间交联 C. 链内交联 D. 插入突变 E. 置换突变C型题A．氨基酸置换 B．读码框移 C．二者均有 D．二者均无1. 点突变(碱基错配)可导致（2002研考）2. 缺失或插入突变可导致（2002研考）二、名词解释1．框移突变2．TT二聚体 3．切除修复 4．着色性干皮病三、填空题1．UvrA，UvrB，UvrC三种蛋白质在DNA损伤修复中的作用是，其中有酶的作用。
DNA的损伤和修复
请老师及各位同学批评指正！ 谢谢！
修复。
切除修复是一种.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
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。 XP病人是由于XP基因有缺陷，缺乏核酸内切酶，不能修复 紫外线照射引起的DNA损伤，易发生皮肤癌。 暴露皮肤暗棕色斑、干燥、萎缩、角化及癌变
DNA的损伤的修复
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
碱基对组成或排列顺序的改变。
(1)复制：损伤母链复制时，越过损伤部位，子链对应位
点留下缺口；无损母链复制成完整双链。
(2)重组：有缺子链与无损母链重组，缺口转移到无损母
链，使损伤单链的互补链完整，损伤母链仍然保留。
(3)再合成：转移后的母链缺口以新的互补链为模板聚合补齐。
重组修复： DNA链的损伤并未除去，随着复制的继续，
损伤ＤＮＡ链将在群体中逐步“稀释”。
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
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
生物化学中的DNA损伤与修复
生物化学中的DNA损伤与修复DNA是细胞内的遗传物质，它承载着生物体的遗传信息，对生物的生长、发育和功能起着至关重要的作用。
然而，由于各种内外因素的影响，DNA会受到损伤，这可能会导致细胞异常甚至癌症等疾病的发生。
为了维护细胞的遗传信息的完整性，生物体进化出了一套复杂的DNA损伤修复系统。
一、DNA的损伤类型及原因DNA在细胞分裂、病原微生物感染以及放射线等外部环境因素的影响下，容易受到各种损伤。
DNA的损伤类型包括碱基损伤、单链断裂、双链断裂等。
1. 碱基损伤：碱基是DNA分子的组成部分，受到化学物质或环境因素的影响可能发生氧化、去氨基等改变，导致碱基不完整或错误配对。
2. 单链断裂：DNA分子中的一个链断裂，可能由于外界因素如紫外线、X射线的影响而发生。
3. 双链断裂：DNA两条链同时断裂，造成严重的DNA损伤，影响细胞的正常功能。
二、DNA损伤的后果DNA的损伤会导致细胞的基因突变，从而影响细胞的正常生理活动。
如果受损的DNA不能及时修复，细胞将积累大量的突变，并可能导致疾病的发生。
1. 氧化损伤：细胞内部的氧化剂对DNA造成氧化损伤，导致DNA 碱基的氧化损伤和碱基对的不正确序对，可能引发癌症等疾病。
2. 紫外线损伤：紫外线是DNA的天然损伤因子之一，长时间暴露在紫外线下会造成DNA损伤，引发皮肤癌等。
3. 放射线损伤：X射线、γ射线等电离辐射可以直接或间接地导致DNA的单双链断裂，增加遗传信息的不稳定性，可能导致细胞凋亡或癌变。
三、DNA的修复机制为了应对各种类型的DNA损伤，生物体进化出了多种DNA修复机制，包括直接修复、错配修复、核苷酸切除修复和重组修复等。
1. 直接修复：直接修复是通过一些特定的酶或光反应酶来修复DNA中的损伤，包括光解修复、甲基化修复等。
2. 错配修复：错配修复是一种修复DNA中碱基配对错误的机制，通过某些酶对DNA进行切除和合成，还原正确的碱基序列。
3. 核苷酸切除修复：核苷酸切除修复是一种常见的DNA损伤修复机制，它能够修复各种类型的损伤，包括氧化损伤、紫外线损伤等。
第15章.DNA损伤与修复练习题及答案
第15章.DNA损伤与修复练习题及答案第15章 DNA损伤与修复一、选择题A型题1.下列能导致框移的突变是A.A取代CB.G取代AC.缺失三个核苷酸D.插入一个核苷酸E.插入三个核苷酸2.紫外线照射引起DNA形成常见的嘧啶二聚体是A.C-CB.C-TC.T-UD.T-TE.C-T3.细胞内最重要和有效的修复方式是A.光修复B.切除修复C.重组修复D.SOS修复E.错配修复4.下列不参与DNA的切除修复过程的是A.DNA聚合酶IB.DNA聚合酶IIIC.核酸内切酶D.DNA连接酶E.解螺旋酶5.与修复过程缺陷有关的疾病是A.黄嘌呤尿症B.着色性干皮病C.卟啉病D.痛风E.黄疸6.在大多数DNA修复中，牵涉到四步序列反应，这四步序列反应的次序是A．识别、切除、再合成、再连接B．再连接、再合成、切除、识别C．切除、再合成、再连接、识别 D．识别、再合成、再连接、切除E．切除、识别、再合成、再连接7.DNA损伤后切除修复的说法中错误的是A．修复机制中以切除修复最为重要B．切除修复包括有重组修复及SOS修复C．切除修复包括糖基化酶起始作用的修复D．切除修复中有以UvrABC进行的修复E．是对DNA损伤部位进行切除，，随后进行正确合成的修复8.镰刀状红细胞贫血其β链有关的突变是A．插入 B．断裂 C．缺失 D．交联 E．点突变9.DNA突变和DNA修复之间的平衡在生物进化中发挥着重要的作用，这是因为：A．DNA损伤过于严重总是导致物种的灭绝B．DNA修复需要DNA聚合酶III去纠正DNA的损伤C．DNA损伤和DNA修复是细胞中互不相关的事件D．胞嘧啶的脱氨基反应是一件罕见的事件，但却是引起突变的E．生殖细胞中的DNA突变如果没有被修复，只可以允许自然选择10.关于DNA损伤的切除修复，不正确的是A．DNA的一条链损伤，互补链完整B．由限制性内切酶识别并切除损伤的DNA片段C．DNA链中的TT二聚体可切除修复 D．切除DNA损伤片段，5′→3′合成互补新链E．需DNA内切酶、外切酶及DNA聚合酶等催化11.突变A．是由有害因素引起的有害结果 B．是进化的基础 C．反映遗传的保守性D．自然突变频率很低，可以忽略 E．一定会引起功能受损12.点突变引起的后果是A．DNA降解 B．氨基酸读码可改变 C．DNA复制停顿D．转录终止 E．氨基酸缺失13.DNA损伤后原核生物切除修复过程需要：1.DNA连接酶；2.DNA聚合酶I；3.Uvr蛋白类A．1,2,3 B．3,2,1 C．2,3,1 D．2,1,3 E．3,1,214.嘧啶二聚体的解聚方式靠A．SOS修复 B．光修复酶的作用 C．原核生物的切除修复D．重组修复 E．真核生物的切除修复附：近年研考及执考试题A型题1. 下列哪种酶不参加DNA的切除修复过程？（1999研考）A．DNA聚合酶I B．DNA聚合酶III C．AP内切核酸酶D．DNA连接酶 E．蛋白质 UvrA、UvrB 等2. 下列哪种酶不参与DNA损伤的切除修复过程？（1998研考）A．核酸内切酶 B．核酸外切酶 C．DNA聚合酶D．DNA连接酶 E．核酸限制性内切酶3. 紫外线对DNA的损伤主要是（1997研考，2000执考）A．引起碱基置换 B．导致碱基缺失 C．发生碱基插入D．使磷酸二酯键断裂 E．形成嘧啶二聚物4. 下列不属于DNA分子结构改变的是（2003研考）A．点突变 B．DNA重排 C．DNA甲基化 D．碱基缺失 E．碱基插入5. 造成镰刀形红细胞贫血的基因突变原因是（2010研考）A. DNA重排B. 碱基缺失C. 碱基插入D. 碱基错配6. 对广泛DNA损伤进行紧急、粗糙、高错误率的修复方式是（2013研考）A. 光修复B. 切除修复C. 重组修复D. SOS修复7. 涉及核苷酸数目变化的DNA损伤形式是（2000执考）A．DNA（单链）断裂 B．链间交联 C. 链内交联 D. 插入突变 E. 置换突变C型题A．氨基酸置换 B．读码框移 C．二者均有 D．二者均无1. 点突变(碱基错配)可导致（2002研考）2. 缺失或插入突变可导致（2002研考）二、名词解释1．框移突变2．TT二聚体 3．切除修复 4．着色性干皮病三、填空题1．UvrA，UvrB，UvrC三种蛋白质在DNA损伤修复中的作用是，其中有酶的作用。
DNA损伤与修复
DNA损伤与修复
突变 (mutation)：
是指遗传物质结构改变而引起 的遗传信息的改变，也称为DNA损伤 (DNA damage)。
从分子水平来看，突变就是DNA 分子上碱基的改变。
一、突变的意义
(一) 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。
——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。
四、DNA的损伤和修复
修复 (repairing)：是指针对已发 生的缺陷而进行的补救机制。
(一)光修复 (light repairing)
O
RN
P
O
RN
N O
UV
• 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）。
(二) 突变导致基因型改变 • 这种突变只有基因型的改变，而没有可察
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，可识别个体差异和种、株间差 异。
镰形红细胞贫血病人的Hb (HbS) 与正常成人的Hb (HbA)比较
基因模板链 mRNA
肽链第6位氨基酸
HbS CAC GUG Val
HbA CTC GAG Glu
(二)缺失(deletion)和插入(insertion)
1. 缺失：一个碱基或一段核苷酸链从
DNA大分子上消失
2. 插入： DNA大分子上多了一个碱
《DNA损伤与修复》课件
深入研究DNA损伤与修复的分子机 制和调控机制，为相关疾病的预防 和治疗提供更多有效的方法和手段
研究DNA损伤与修复的分子机制和调 控机制，有助于提高人类对疾病的认 识和治疗水平
研究DNA损伤与修复的分子机制和调 控机制，有助于推动医学科学的发展
汇报人：
研究进展：近年来， 科学家对SOS修复机 制的研究不断深入， 发现了许多新的修复 因子和机制
PART FOUR
DNA损伤与修复 是维持基因组稳 定性的重要机制
DNA损伤可能导 致基因突变、染色 体畸变等遗传异常
DNA损伤与修复的 生物学意义在于保 持基因组的完整性 和稳定性
DNA损伤与修复的 生物学意义在于维 持生物体的正常生 理功能
机制：通过同源 重组修复DNA损 伤
过程：识别损伤、 切割、重组、修 复
特点：高效、精 确、需要模板
应用：基因编辑、 基因治疗
机制：DNA损伤后， 细胞启动SOS修复 机制，通过同源重 组修复DNA损伤
特点：SOS修复是一 种ห้องสมุดไป่ตู้效、精确的修复 方式，但需要消耗大 量能量和资源
应用：在生物医学 领域，SOS修复机 制被用于基因治疗 和药物研发
PART SIX
DNA损伤 与修复机 制的研究 进展
DNA损伤 与修复机 制在疾病 治疗中的 应用前景
DNA损伤 与修复机 制在生物 进化中的 作用
DNA损伤 与修复机 制在环境 保护中的 意义
DNA损伤 与修复机 制在生物 技术中的 应用前景
DNA损伤 与修复机 制在生物 安全中的 重要性
DNA损伤与修复的分子机制和调控机 制是未来研究的重点
修复过程：识别损 伤、切除损伤、修 复损伤
修复效果：修复后 的DNA与原始 DNA相同
生物化学 DNA损伤的修复
DNA的损伤修复
♦ DNA的损伤：DNA在复制时产生错配、病毒基 因整合，某些物化因子如紫外光、电离辐射和化 学诱变等，破坏DNA的双螺旋结构，从而影响 DNA的复制，并使DNA的转录和翻译也跟着变 化，因而表现出异常的特征（生物突变）。
♦ 若DNA的损伤或错配得不到修复，会导致DNA 突变。其主要形式： 一个或几个碱基被置换 插入一个或几个碱基 一个或多个碱基对缺失 ♦ DNA的损伤修复—— 5种修复系统: 错配修复、 直接修复、切除修复、重组修复和易错修复。
（一）错配修复（mismatch repair）
细菌借助半甲基化DNA而区分“旧链”和 “新链”。Dam甲基化酶可使DNA的GATC序列 中腺嘌呤N6位甲基化。复制后DNA在短期内 （数分钟）保持半甲基化的GATC序列，一旦发 现错配碱基，即将未甲基化的一段核苷酸切除， 并以甲基化链为模板进行修复合成。
重组修复（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，
新链产生的缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除 但在后代逐渐被稀释。 应急反应和易错修复：造成DNA损伤或抑制复制的 处理均能引起一系列复杂的诱导效应,称为应急反应 (SOS response)。此过程诱导产生切除修复和重组修复 中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的DNA聚合 酶。所以会有2种结果：修复或变异（进化）。
（二）直接修复（direct repair）
－－光复活修复
相 邻 的 胸 腺 嘧 啶
紫外线照射
紫外线诱导嘧啶二聚体形成
环 丁 烷 胸 腺 嘧 啶 二 聚 体
（三）切除修复（excision repair）
－－暗修复ຫໍສະໝຸດ 将DNA分子中的受损伤部分切除，以完整的 那条链为模板再重新合成。特异内切酶、DNA聚 合酶、 DNA外切酶、DNA连接酶均参与。（复制 前修复）
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碱基损伤与糖基破坏： 化学毒物可通过对碱基的某些基团进行修饰而 改变碱基的性质。 由于碱基损伤或糖基破坏，在DNA链上可能形 成一些不稳定点，最终可导致DNA链的断裂。
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碱基之间发生错配 ：
碱基类似物的掺入、碱基修饰剂的作用可改变 碱基的性质，导致DNA序列中的错误配对。 在正常的DNA复制过程中，存在着一定比例的 自发碱基错配。 最常见的是组成RNA的尿嘧啶替代胸腺嘧啶掺 入到DNA分子中。
• DNA复制的错配率约1/1010 • 复制错误还表现为片段的缺失或插入。 • 特别是DNA上的短片段重复序列，在真核细胞染色体上
广泛分布，导致DNA复制系统工作时可能出现“打滑” 现象，使得新生成的DNA上的重复序列拷贝数发生变化。
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DNA自身的不稳定性 ：
• DNA结构自身的不稳定性是DNA自发性损伤中最频繁和 最重要的因素。
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物理因素：电离辐射、紫外线(ultra violet, UV)
上 下
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化学因素：
自由基导致的DNA损伤 碱基类似物导致的DNA损伤 碱基修饰剂、烷化剂导致的DNA损伤 嵌入性染料导致的DNA损伤
物理和化学因素对DNA的损伤
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二、DNA损伤有多种类型
碱基脱落 碱基结构破坏 嘧啶二聚体形成 DNA单链或双链断裂 DNA交联
生物化学与分子生物学
2019/9/29
生物化学与分子生物学教研室
1 目录
第十五章
DNA损伤与修复
DNA Damage and Repair
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各种体内外因素所导致的DNA组成与结构的 变化称为DNA损伤（DNA damage）
DNA损伤的后果: 其一，DNA的结构发生永久性改变，即 突变 其二，导致DNA失去作为复制和/或转录 的模板的功能
• 当DNA受热或所处环境的pH值发生改变时， DNA分子 上连接碱基和核糖之间的糖苷键可自发发生水解，导致 碱基的丢失或脱落，其中以脱嘌呤最为普遍。
• 含有氨基的碱基还可能自发脱氨基反应，转变为另一种 碱基，即碱基的转变，如C转变为U，A转变为I（次黄嘌 呤）等。
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（二）体外因素
物理因素 化学因素 生物因素
单链断裂的直接修复
DNA连接酶能够催化DNA双螺旋结构中一条链上缺口 处的5-磷酸基团与相邻片段的3-羟基之间形成磷酸二 酯键，从而直接参与部分DNA单链断裂的修复，如电 离辐射所造成的切口。
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二、切除修复是最普遍的DNA损伤修复方式
碱基切除修复 核苷酸切除修复
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碱基切除修复（base excision repair）
DNA分子还可与蛋白质以共价键结合，称为DNA-蛋白 质交联（DNA protein cross-linking）。
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DNA损伤可导致
碱基置换 缺失
转换 颠换
插入
链的断裂
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第二节 DNA损伤的修复
The repair of DNA damage
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DNA修复（DNA repair）是指纠正DNA两条单 链间错配的碱基、清除DNA链上受损的碱基或 糖基、恢复DNA的正常结构的过程。
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DNA 的共价交联（3种形式）：
DNA双螺旋链中的一条链上的碱基与另一条链上的碱 基以共价键结合，称为DNA链间交联（DNA interstrand cross-linking）。
DNA分子中同一条链中的两个碱基以共价键结合，称 为DNA链内交联（DNA intrastrand cross-linking）。
大肠杆菌中UvrA、UvrB、UvrC和UvrD， 人XP系列蛋白XPA、XPB、 XPC……XPG等
复制或重组中的碱基 大肠杆菌中的MutH、MutL、MutS，人
配对错误
的MLH1、MSH2、MSH3、MSH6等
双链断裂
RecA蛋白、Ku蛋白、DNA-PKcs、 XRCC4
大范围的损伤或复制 RecA蛋白、LexA蛋白、其他类型DNA聚 中来不及修复的损伤 合酶
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生物多样性依赖于：
平衡 DNA突变
DNA修复
Байду номын сангаас
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第一节 DNA损伤
DNA Damage
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一、多种因素通过不同机制 导致DNA损伤
（一）体内因素
DNA复制错误 DNA自身的不稳定性 机体代谢过程中产生的活性氧
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DNA复制错误：
• 在DNA复制过程中，碱基的异构互变、4种dNTP之间浓 度的不平衡等均可能引起碱基的错配
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DNA链发生断裂：
• 电离辐射、化学毒剂、磷酸二酯键的断裂、脱氧戊糖的 破坏、碱基的损伤和脱落都是引起DNA断裂的原因。
• 碱基损伤或糖基破坏可引起DNA双螺旋局部变性，形成 酶敏感性位点，特异的核酸内切酶能识别并切割这样的 部位，造成链断裂。
• DNA链上被损伤的碱基也可以被另一种特异的DNA-糖 基化酶除去，形成无嘌呤嘧啶位点（apurinic-apyrimidinic site, AP site），或称无碱基位点（abasic site），这些位 点在内切酶等的作用下可形成链断裂。
① 识别水解：DNA糖基化酶特异性识别DNA链中已受 损的碱基并将其水解去除，产生一个无碱基位点；
② 切除：在此位点的5端，无碱基位点核酸内切酶将 DNA链的磷酸二酯键切开，去除剩余的磷酸核糖部 分；
③ 合成：DNA聚合酶在缺口处以另一条链为模板修补合 成互补序列；
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一、有些DNA损伤可以直接修复
嘧啶二聚体的直接修复 烷基化碱基的直接修复 无嘌呤位点的直接修复 单链断裂的直接修复
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嘧啶二聚体的直接修复
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烷基化碱基的直接修复
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无嘌呤位点的直接修复
DNA嘌呤插入酶能催化游离嘌呤碱基或脱氧核苷与 DNA嘌呤缺如部位重新生成糖苷共价键，导致嘌呤碱 基的直接插入。具有很强的专一性。
DNA修复是机体维持DNA结构的完整性与稳 定性，保证生命延续和物种稳定的重要环节。
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常见的DNA损伤修复途径
修复途径
修复对象
参与修复的酶或蛋白
光复活修复 嘧啶二聚体
光复活酶
碱基切除修复 受损的碱基
DNA糖基化酶、无嘌呤嘧啶核酸内切酶
核苷酸切除修 复
错配修复
重组修复
损伤跨越修复
嘧啶二聚体、DNA螺 旋结构的改变