DNA的损伤和修复讲解

链间交联：DNA双螺旋链上一条链上的碱基和另一条链上的 碱基以共价键结合
链内交联：DNA分子中同一条链内的两个碱基以共价键结合 DNA－蛋白质交联：DNA和蛋白质以共价键结合

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第二节 DNA损伤的修复

DNA损伤的修复：指纠正错配的碱基，清除DNA链上的损伤， 恢复DNA正常结构的过程。
A· TG· C 转变
烯醇式渗入为
G· CA· T 转变 10
2、 碱基的化学修饰剂
又称化学突变剂：指对DNA链中的碱基的修饰,改变其配对 性质,进而改变DNA结构的化合物. 亚硝酸（nitrous acid HNO2） HA） EMS）
羟氨（hydroxylamine 甲磺酸乙酯（ethyl
DNA的损伤和修复
南华大学心血管疾病研究所 动脉硬化学湖南省重点实验室
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DNA 的损伤和修复
Mutagen (诱变剂）
碱基的化学反应
DNA 损伤
损伤的修复 完全修复
回复正常
不完全修复
畸变
不能有效修复 凋亡
2
第一节 多种因素可引起DNA损伤并 具有各自的机制
诱发DNA损伤的因素：
环境因素：辐射、化学毒物、药物、病毒感染、植
正常成人Hb (HbA)β亚基
肽链 N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·glu ·glu ······ C CTC 基因 GAG 镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) β亚基 肽链 N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·val ·glu ······ C CAC 基因 GTG
K+ 嘌呤插入酶
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3）DNA单链断裂重接
DNA单链断裂中有一部分是通过简单的重接而修复
的，只需要一种酶——DNA连接酶(ligase)参加，因此 也属于直接修复。 DNA连接酶能催化DNA双螺旋结构中一条链缺口处

的5’磷酸根与相邻的一个3’羟基形成磷酸二酯健。 连接所需的能量ATP(如动物细胞)。
mathanesulfonate
N-甲基-N’-硝基-N-亚硝基胍 （N-mathyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidion NNG）
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（a）亚硝酸修饰G、C、A；（b）羟基修饰C；（c）甲基磺酸乙酯修饰T（引自Russell,1992）.
3、嵌入染料对DNA的损伤作用
吖啶橙 (Acridine Orange AO) 溴化乙锭 (Ethidium Bromide EB ) 分子插入 TAO T -A TTTCG -T AAAGC-ATTTTTCG - AO -TAAAAAGCEB -AT EB TTTTCG-TA X AAAAGC 结果产生－－－移框突变
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1）、酶学光复活（photo reactivation ）
识别
----TT-------AA----
----TT-------AA---PR
----TT-------AA---PR
可见光激活
----TT-------AA---释放
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烷基化碱基可以直接修复
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2）嘌呤的直接插入
嘌呤插入酶 受损嘌呤→APS →插入嘌呤（糖苷键）
物和微生物代谢产物等。
生理因素：机体代谢过程中产生的有毒物质、DNA
复制错配、DNA本身的热不稳定性。
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一、DNA损伤的因素及其机制

（一）辐射致DNA损伤
根据作用原理的不同： 电离辐射（α粒子，β粒子，γ射线，Χ射线等） 直接作用：能量直接传递给大分子而引起结构的破坏 间接作用：辐射先作用于溶剂分子而产生活性物质从 而导致细胞损伤 非电离辐射（紫外线以及能量低于紫外线的电磁辐射）
扁平染料分子
-ATTTCG -TAAAGC-ATX’TTTTCG-TAX AAAAGC-
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二、DNA损伤的类型
DNA分子中的碱基、核糖和磷酸二酯键等均是DNA损伤作用的靶点。
常见的损伤有:碱基脱落、碱基破坏、嘧啶二聚体形成、单链和 双链DNA断裂、DNA交联、DNA-蛋白质交联等。
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（一） 碱基和核糖的破坏
:G
酮式5-BrU的渗入
AGCTBCCTA TCGAAGGAT
烯醇式enol
第一轮复制
AGCTTCCTA TCGAAGGAT
酮式到稀醇 式的转变
AGCTBCCTA TCGAGGGAT
H
O
Br
:A
第二轮复制
AGCTBCCTA TCGAAGGAT AGCTCCCTA TCGAGGGAT
酮式Keto 5-BrU

由于碱基或者核糖的损伤，在DNA链上形成不稳定位点，最 终可导致DNA链的断裂。
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（二）错配
DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。
1. 转换
发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤， 或嘧啶代替另一嘧啶。
2. 颠换
发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶 变嘌呤。
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常见的DNA修复方式：直接修复、切除修复、错配修复和重 组修复

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(一）直接修复
直接修复
细胞对DNA的某些损伤可以用很简单的方式加以修复在 单一基因产物的催化下，一步反应就可以完成。这种修复方 式叫直接修复。
包括：酶光学复活、嘌呤的直接插入、O6－甲基鸟嘌呤－DNA甲 基转移、单链断裂重接等。
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（三） DNA链断裂

磷酸二酯键的断裂和脱氧戊糖的破坏是引起DNA链断裂的直 接原因。
碱基的破坏和脱落在DNA链上形成的不稳定位点是DNA链断裂 的间接原因。 单链断裂（SSB）：一条链断裂的DNA双股螺旋 双链断裂（DSB）：两条链于同一处或紧密相邻处同时断裂。


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（四）DNA交联
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1、碱基类似物（Base analog）
是指与DNA正常碱基结构类似的化合物,在DNA复制时掺入并与互 补链上碱基配对,从而引起碱基对的置换. 5-溴尿嘧啶 5-Bromine Uracil O Br NH2 2-氨基嘌呤
2-Amino purine
O
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OH
H
O
Br
AGCTTCCTA TCGAAGGAT
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紫外线的致损伤作用
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（二）自由基致DNA损伤

自由基：指能够独立存在，核外带有未配对电子的原子和分子。
自由基的产生可以是外界因素与体内物质共同作用的结果。 自由基可导致碱基、核糖、磷酸基的损伤，引起DNA的结构和 功能异常。


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（三）化学毒物致DNA损伤

按其作用原理可分为： 碱基类似物 碱基修饰物 嵌入染料