DNA的损伤和修复讲解学习
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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)。
26
27
(二)、切除修复
将损伤的部位（或连同其附近的一定部位）切除， 然后用正确配对的、完好的碱基替代修复。有 多种酶和基因参与
A·TG·C 转变
AGCTCCCTA TCGAGGGAT
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） 羟氨（hydroxylamine HA） 甲磺酸乙酯（ethyl mathanesulfonate EMS） N-甲基-N’-硝基-N-亚硝基胍 （N-mathyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidion NNG）
14
（一） 碱基和核糖的破坏
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。
15
16
（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。
O
Br
NH2
O
9
OH
H
Br
:G
O
烯醇式enol
H
Br
:A
O
酮式Keto
5-BrU
AGCTTCCTA TCGAAGGAT
酮式5-BrU的渗入
AGCTBCCTA
TCGAAGGAT
第一轮复制
酮式到稀醇
式的转变
AGCTTCCTA AGCTBCCTA TCGAAGGAT TCGAGGGAT
第二轮复制
AGCTBCCTA TCGAAGGAT
能异常。
7
（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
8
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
2-氨基嘌呤 2-Amino purine
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。
22
1）、酶学光复活（photo reactivation ）
识别
----TT-------AA----
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。
3
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
11
12
（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 )
扁平染料分子
分子插入
TAO T
-A
TTTCG -
-ATTTTTCG - AO -T
18
（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。
19Biblioteka （四）DNA交联链间交联：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
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
1
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
不完全修复 畸变
完全修复 不能有效修复
回复正常
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、植物
----TT-------AA----
PR
----TT-------AA---PR
可见光激活
----TT-------AA----
释放
23
烷基化碱基可以直接修复
24
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）
K+ 嘌呤插入酶
25
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。
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
20
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。
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
21
(一）直接修复
AAAGC-
-TAAAAAGC- EB -AT EB TTTTCG-
-TA X A- AAAGC
结果产生－－－移框突变
-ATTTCG -TAAAGC-
ATX’TTTTCG-TAX AAAAGC-
13
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。
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）
4
5 返回主页 返回目录
• 紫外线的致损伤作用
6
（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
17
正常成人Hb (HbA)β亚基
肽链 N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·glu ·glu ······
基因 C
CTC 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 ······
基因 C
CAC
GTG
26
27
(二)、切除修复
将损伤的部位（或连同其附近的一定部位）切除， 然后用正确配对的、完好的碱基替代修复。有 多种酶和基因参与
A·TG·C 转变
AGCTCCCTA TCGAGGGAT
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） 羟氨（hydroxylamine HA） 甲磺酸乙酯（ethyl mathanesulfonate EMS） N-甲基-N’-硝基-N-亚硝基胍 （N-mathyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidion NNG）
14
（一） 碱基和核糖的破坏
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。
15
16
（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。
O
Br
NH2
O
9
OH
H
Br
:G
O
烯醇式enol
H
Br
:A
O
酮式Keto
5-BrU
AGCTTCCTA TCGAAGGAT
酮式5-BrU的渗入
AGCTBCCTA
TCGAAGGAT
第一轮复制
酮式到稀醇
式的转变
AGCTTCCTA AGCTBCCTA TCGAAGGAT TCGAGGGAT
第二轮复制
AGCTBCCTA TCGAAGGAT
能异常。
7
（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
8
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
2-氨基嘌呤 2-Amino purine
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。
22
1）、酶学光复活（photo reactivation ）
识别
----TT-------AA----
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。
3
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
11
12
（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 )
扁平染料分子
分子插入
TAO T
-A
TTTCG -
-ATTTTTCG - AO -T
18
（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。
19Biblioteka （四）DNA交联链间交联：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
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
1
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
不完全修复 畸变
完全修复 不能有效修复
回复正常
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、植物
----TT-------AA----
PR
----TT-------AA---PR
可见光激活
----TT-------AA----
释放
23
烷基化碱基可以直接修复
24
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）
K+ 嘌呤插入酶
25
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。
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
20
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。
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
21
(一）直接修复
AAAGC-
-TAAAAAGC- EB -AT EB TTTTCG-
-TA X A- AAAGC
结果产生－－－移框突变
-ATTTCG -TAAAGC-
ATX’TTTTCG-TAX AAAAGC-
13
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。
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）
4
5 返回主页 返回目录
• 紫外线的致损伤作用
6
（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
17
正常成人Hb (HbA)β亚基
肽链 N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·glu ·glu ······
基因 C
CTC 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 ······
基因 C
CAC
GTG