分子生物学课件第五章 DNA的损伤、修复和基因突变

DNA mismatch
(ξ= DNApol (ξ= 10-8) 经第二次校正ξ= 经第二次校正ξ= 10-11
DNA的损伤 的损伤、 第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
错配修复(MRS,Mismatch 1.2.2 错配修复(MRS,Mismatch Repair System) 组成 DNA腺嘌呤甲基化酶( 甲基化酶) DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶) 腺嘌呤甲基化酶 DNA polymerase (Ⅰ和 Helicase SSB 外切核酸酶 (Ⅰ和Ⅶ) 连接酶 MCE (mismatch correct enzyme) 3 subunits mutH, L, S GATC序列 识别新生链中非 m6A 的GATC序列 扫描新生链中错配碱基 酶切含错配碱基的新生DNA区段 酶切含错配碱基的新生DNA区段 DNA
DNA的损伤 的损伤、 第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
重组修复（ Repair） 1.2.4 重组修复（Recombination Repair） 在后代中只有一个个体含有该条DNA， 在后代中只有一个个体含有该条DNA，后代越 DNA 影响比例越小，等于消除影响。 多，影响比例越小，等于消除影响。 提问：原损伤部位没有修复，对后代影响大吗？ 提问：原损伤部位没有修复，对后代影响大吗？
避免差错的修复 SOS诱导的 SOS诱导的 修复系统 易产生差错的修复
DNA的损伤 的损伤、 第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
SOS应急反应和易错修复 1.2.5 SOS应急反应和易错修复 易错修复（SOS修复， repair） 易错修复（SOS修复，SOS repair） 修复
进化、变种、 进化、变种、癌 症、诱变育种等 等都是基于这一 机理！ 机理！
DNA的损伤 的损伤、 第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
DNA损伤 1 DNA损伤 1.2 损伤修复 1.2.3 直接修复 把损伤的碱基回复到原来的状态。 把损伤的碱基回复到原来的状态。 光复活（ ⑴ 光复活（photo reactivation ）
400nm左右的光激活光复活酶，专一分解紫外光照 400nm左右的光激活光复活酶， 左右的光激活光复活酶 射引起的同一条链上TT TT（ CT）二聚体。 射引起的同一条链上TT（CC CT）二聚体。 H3C HC
RecA受LexA的 RecA受LexA的 部分抑制
DNA 损伤
DNA的损伤 的损伤、 第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
SOS应急反应和易错修复 1.2.5 SOS应急反应和易错修复 SOS修复机制 SOS修复机制 RecARecA-P; 三种功能 a、DNA 重组活性 ssDNA结合活性 b、与ssDNA结合活性 c、少数蛋白的proteinase活性 少数蛋白的proteinase活性 proteinase 当DNA正常复制时 DNA正常复制时 dimer） （无复制受阻，无DNA损伤， 无TT dimer） 无复制受阻， DNA损伤， 损伤 RecA不表现proteinase活性 RecA不表现proteinase活性 不表现proteinase
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dam gene
错配修复(MRS,Mismatch 1.2.2 错配修复(MRS,Mismatch Repair System) DNA合成过程中的甲基化变化 ★ DNA合成过程中的甲基化变化 DNA中的GATC(palindromic seq.) DNA中的GATC(palindromic 中的 为m6A甲基化敏感位点 平均每2kb左右有一GATC 平均每2kb左右有一GATC seq. 2kb左右有一 错配修复系统受甲基化的引导
DNA的损伤 的损伤、 第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
SOS应急反应和易错修复 1.2.5 SOS应急反应和易错修复 SOS修复机制 SOS修复机制 当DNA复制受阻/ DNA damaged DNA复制受阻/ 复制受阻 细胞内原少量表达的RecA 细胞内原少量表达的RecA 与ssDNA结合 ssDNA结合
SOS repair 是一种错误倾向性极强的修复机制 是进化中形成的“ 竭尽全力，治病救人” 是进化中形成的“ 竭尽全力，治病救人” 的措施 （正常状态下，SOS是关闭的） 正常状态下，SOS是关闭的） 是关闭的
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错配修复(MRS,Mismatch 1.2.2 错配修复(MRS,Mismatch Repair System)
外切核酸酶Ⅰ切割切点的5 端 错配碱基在切点的5 端 外切核酸酶Ⅰ切割切点的5’端（错配碱基在切点的5’端） ----------Ⅶ --3 端 ------------3 端 ----------Ⅶ------- - --3’端（------------3’端）
将甲基转移到酶自身的半胱氨酸残基上。 将甲基转移到酶自身的半胱氨酸残基上。
⑶ 单链断裂修复 DNA连接酶连接断裂单链即可。 连接酶连接断裂单链即可。 连接酶连接断裂单链即可
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DNA损伤 1 DNA损伤 1.2 损伤修复 重组修复（ Repair） 1.2.4 重组修复（Recombination Repair） 复制时，跳过损伤部位， 复制时，跳过损伤部位，新 链产生缺口由母链弥补， 链产生缺口由母链弥补，原 损伤部位并没有切除但在后 代逐渐稀释。 代逐渐稀释。该修复发生于 复制后。 复制后。 参与的酶及蛋白质主要有： 参与的酶及蛋白质主要有： 重组蛋白RecA，polⅠ，连 重组蛋白RecA，polⅠ， RecA 接酶。 接酶。
激活RecA的proteinase活性 激活RecA的proteinase活性 RecA 修复损伤 LexA降解 LexA降解 RecA高效表达 RecA高效表达 SOS open
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SOS应急反应和易错修复 1.2.5 SOS应急反应和易错修复 SOS修复机制 SOS修复机制 当DNA复制度过难关后 DNA复制度过难关后 RecA很快消失 RecA很快消失 LexA gene on SOS off
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1.2.2 错配修复 (MRS,Mismatch Repair System) 修复过程
/MutL扫描识别错配 a、MutS /MutL扫描识别错配 碱基和邻近的GATC GATC序列 碱基和邻近的GATC序列 切点－－甲基化GATC －－甲基化GATC中 切点－－甲基化GATC中G的5’侧 甲基化程度的差异 I去 DNA helicase II, SSB, exonuclease I去 除包括错配碱基的片段 III和 DNA polymerase III和 DNA ligase 填充缺口 昂贵的代价用于保证DNA的准确性 昂贵的代价用于保证DNA的准确性 DNA
后果——癌症、畸形、遗传病等等 癌症、畸形、 后果 癌症
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DNA损伤 1 DNA损伤 1.2 损伤修复 1.2.1 切除修复 (Exision-Repair) )
将DNA分子中的受 DNA分子中的受 损伤部分切除， 损伤部分切除，以完 整的那条链为模板再 重新合成。 重新合成。特异内切 DNA聚合酶 聚合酶、 酶、DNA聚合酶、 DNA外切酶 DNA连 外切酶、 DNA外切酶、DNA连 接酶均参与。（发生 接酶均参与。（发生 均参与。（ DNA复制前 复制前） 在DNA复制前）
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3
H3C O O N O
N N
N O P 紫外线(260nm) 紫外线(260nm)
H3O C O N O N N O
N P
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光复活（ ⑴ 光复活（photo reactivation ）
可见光激活该酶 400 nm 蓝光 紫外光
光复活酶结合于损伤部位 T-T二聚体
错配修复(MRS,Mismatch 1.2.2 错配修复(MRS,Mismatch Repair System) 修复DNA复制过程中校正活性所漏校的碱基， 修复DNA复制过程中校正活性所漏校的碱基，使复 DNA复制过程中校正活性所漏校的碱基 制的保真性提高10 制的保真性提高102～103倍。 + ----- A--------C - ------C--错配修复系统 (MRS,Mismatch Repair System)
只有高等哺乳动物该功能退化掉了。 只有高等哺乳动物该功能退化掉了。 对细菌紫外诱变或杀灭时尽量保持暗环境。 例 对细菌紫外诱变或杀灭时尽量保持暗环境。
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1.2.3 直接修复 O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶 MGMT） 甲基转移酶（ ⑵ O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（MGMT）直接修复
DNA的损伤 的损伤、 第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
ABC切除修复系统 E.Coli ABC切除修复系统 A B B C
切
A BC
A
切 补
A B
C A B
螺旋酶Ⅱ
PolІ+螺旋酶Ⅱ 螺旋酶Ⅱ 螺旋酶 连接酶
封
DNA的损伤 的损伤、 第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
DNA损伤 1 DNA损伤 1.2 损伤修复
SOS系统诱导， SOS系统诱导，错误潜伏 系统诱导 的复制超越二聚体而进行
DNA的损伤 的损伤、 第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
SOS应急反应和易错修复 1.2.5 SOS应急反应和易错修复 SOS修复机制 SOS修复机制
RecA在SOS反应 RecA在SOS反应 反应中起核心作用 RecA与LexA组 RecA与LexA组 成调控环路
DNA损伤面太大，复制难以继续。 DNA损伤面太大，复制难以继续。诱导校对能 损伤面太大 力差的DNA聚合酶形成，局部“乱配” DNA聚合酶形成 力差的DNA聚合酶形成，局部“乱配”。修复 结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的 结果只是能维持基因组的完整性， 生成率，但留下的错误较多。 生成率，但留下的错误较多。
DNA的损伤 的损伤、 第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
DNA损伤 1 DNA损伤 DNA结构和功能发生改变。 DNA结构和功能发生改变。 结构和功能发生改变 1.1 损伤因素及其类型
引起损伤的因素: 引起损伤的因素: 自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、 ♦ 自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、 自发脱碱基、 细胞的代谢产物对DNA的损伤) DNA的损伤 自发脱碱基、 细胞的代谢产物对DNA的损伤) 物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线) ♦ 物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线) 化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物） ♦ 化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物） 引起损伤的类型： 引起损伤的类型： 碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（ 碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取 ）、碱基的插入或缺失 链的断裂、链交联（链内、 碱基的插入或缺失、 代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链 ）、嘧啶二聚体等等 间）、嘧啶二聚体等等
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DNA聚合酶、 DNA聚合酶、连接酶补缺 聚合酶
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DNA损伤 1 DNA损伤 1.2 损伤修复 SOS应急反应和易错修复 1.2.5 SOS应急反应和易错修复 SOS应急反应：许多能造成DNA损伤或抑制 SOS应急反应：许多能造成DNA损伤或抑制 应急反应 DNA DNA复制的过程能引起一系列的诱导效应 复制的过程能引起一系列的诱导效应。 DNA复制的过程能引起一系列的诱导效应。 SOS应急反应可以诱导修复系统。 SOS应急反应可以诱导修复系统。 应急反应可以诱导修复系统 错配修复 直接修复 切除修复 重组修复