分子生物学第六章 DNA的损伤、修复和基因突变

核酸内切酶（UvrABC）、Pol I、连接酶等共同完成。UvrABC在错
配的碱基包括二聚T的两侧都作一个切口，切下包含损伤在内的 12bp的单链片段，留下的缺口由 Pol I修补，最后由DNA 连接酶
连接。
（三）错配修复 是根据模板的遗传信息来修复错配的碱基，因此修复 时要区分模板链和新生链。大肠杆菌中有错配修复系统， 可识别子代链上错配的碱基，这种错配修复系统识别的依 据是甲基化。
--------------A------------ 复制 --------Br- U------------ →
--------------A-------------------------G-------------------------T------------ + --------------U------------
结构上的变型（胸腺嘧啶二聚体） 2、光复活
1、酶－DNA复合 物
3、酶释放
2、烷基化的碱基：如O6-甲基鸟嘌呤在O6-甲基鸟嘌呤转甲基酶 的作用下将O6-甲基鸟嘌呤甲基转移给酶分子上的一个半胱氨酸 残基。
（二）、切除修复
清除错配的碱基，包括二聚T，再以另一条链为模板，合成新
的一股DNA代替。 切除修复是一种多步骤的酶反应过程。在大肠杆菌中主要由
（四）重组修复或易错修复
在DNA复制过程中，如果模板DNA受到了损伤，则复制受到抑制。 此时可由重组修复系统来完成这一工作。其作用机制为先复制
后修复。当复制进行到损伤部位时，此时复制跨越损伤部位，
继续在其下游约1Kb重新开始复制。新生子链的缺少部分，由 互补链的相应片段转移到缺口处，损伤部位随后由切除修复或
滑移容易造成缺失，在生长链
上容易造成插入。
2、胸腺嘧啶二聚体：紫外线照射能使相邻嘧啶，尤其是胸腺嘧
啶形成环丁基二聚体，二聚体的存在使正常的碱基配对难以发
生。
3、链的断裂：电离辐射、博莱霉素（bleomycin）等化学试剂可
作用于DNA链，使单股或双股DNA的磷酸二酯键断裂，而且能
使脱氧核糖裂解，在链的3`-端产生磷酸乙醇酸。 4、DNA链的交联：
A· TG· transition C
三、错配碱基的掺入：如由突变基因编码具有缺陷的聚合酶，
核酸酶或其它蛋白质，导致碱基发生错配。
（一）结构畸变 1、碱基的缺失、插入：吖啶类、 溴乙锭等物质其分子扁平，容 易嵌入到DNA碱基平面间，从
而导致在复制、重组过程中缺
失或插入碱基。聚合酶在复制 过程中发生滑移，如在模板链
与DNA修复有关的一组基因，产生一系列的蛋白来应急， 此反应称为SOS反应。其引发过程与RecA蛋白的活化有关。
Pol II可越过损伤部位，进行易错修复。
基因突变
• 所有生物基因组中的DNA并不稳定，很容 易发生各种各样的、可以遗传的改变，即 基因突变（mutation）。
• 按突变的形式，可以将突变分为碱基替换 （base substitution）、缺失（deletion）和插 入（insertion）等。
enol form
2. 1st round of replication
H
O
Br
AGCTTCCTA TCGAAGGAT
AGCTBCCTA TCGAGGGAT
:A
3. 2nd round of replication
AGCTBCCTA TCGAAGGAT AGCTCCCTA TCGAGGGAT
Keto form 5-BrU
↓
---------G-------- ----------A----------------C-------- ----------U--------
OH
H
O
Br
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AGCTTCCTA TCGAAGGAT
:G
1. Base analog incorporation
AGCTBCCTA TCGAAGGAT
SSB，Pol III，核酸外切酶，连接酶等。错配修复发生在
GATC的邻近处（如GAmTC 1000bp以内）MutH（错配修复酶） 内切酶活力在未甲基化链GATC序列中G的5`外侧切割，成为
待修复链的标志，1）错配位于切割点的5`-侧，未甲基链按
3`→5`方向由核酸外切酶降解直至错配碱基在内，再由Pol III以模板链为信息，合成新的正确的子链；2）错配位于切 割点的3`-侧时，由核酸外切酶VII 或RecJ蛋白按5`→3`方 向降解未甲基链，直至包含错配碱基在内。
第六章 ＤＮＡ的损伤、 修复和基因突变
DNA的复制是一个高度保真的过程，但在复制过程 中总有少量未被纠正的错误存在，此外DNA还可能 受到各种理化因素的损害，这种差错和损伤如不被 纠正，则会导致突变，甚至机体的死亡。
DNA损伤的来源 一、碱基脱落
酸和热都能影响糖苷键而使碱基脱落，其它已改变的碱基
也可被专一的DNA糖基化酶除去，形成无嘌呤或无嘧啶的位 点（AP位点）。
E. coli中DNA的5`-GATC序列中A的N6都是甲基化的
（由DAM甲基化酶负责），复制后短时间内子代链DNA暂时 为半甲基化状态，成为识别模板链和新合成链的基础，可
将错配的碱基识别出来，并将其切除。
其机制不完全清楚。这一系统包括多种酶系：Dam甲化酶， Mut H，Mut L，MutS（矫正酶，错配修复酶）,解旋酶III，
诱发突变：辐射诱变、紫外线照射、化学诱变
基因突变的后果 • 功能丧失 功能丧失可能是部分的或全部的。 • 功能获得 很多机制可以产生功能获得的显性表现型。 • 癌症发生 并非所有的突变都会导致疾病，一个正常细 胞转变成恶性肿瘤需要以多种特异性的突 变同时发生为条件。
烷化剂、丝裂霉素、
光活化的补骨脂等， 可使DNA双股链间形 成交联。
DNA的修复系统
一、直接修复: 1、二聚T：几乎所有生物的细胞中都已发现光复活酶（DNA光解酶）
（photoreactivationase,PR酶）。DNA中的嘧啶二聚体可通过可见光（300600nm）的活化下由光复活酶催化胸腺嘧啶二聚体分解为单体。其分子机制： PR酶先与DNA链上的二聚T结合形成复合物，这种复合物以某种方式吸收可 见光并利用光能切断胸腺嘧啶二聚体之间的两个C-C键，使二聚T变为单体， PR酶释放。
直接修复系统修复。重组修复涉及多种酶，其中最重要的是
RecA蛋白。
创伤 重组
修复 重组后的亲代DNA
修复后的亲代DNA
（五）SOS修复 SOS修复是一种旁路修复系统。在修复过程中错误率很高。 有时虽然合成了与亲本一样长的DNA链，但常常是没有功 能的。
DNA受到严重损伤时，会引起细胞产生一系列变化，启动
二、碱基的改变 由于物理化学因素导致碱基之间的改变，表现为一个嘧 啶换成另一个嘧啶，或一个嘌呤换成另一个嘌呤。 1、烷化剂：硫酸二甲酯、甲烷磺酸甲酯等烷化剂与碱基 中的亲核基团作用生成烷基化碱基。
2、亚硝酸： 甲基化的胞嘧啶→脱氨→T 胞嘧啶→脱氨→U 碱基类似物：5-溴尿嘧啶（Br-U）与T相似，可与A配对， 也能与G配对，结果使A：T→G：C