损伤和修复(ppt)
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损伤和修复(ppt)
优选损伤和修复
第一节 DNA损伤
一、DNA损伤因素及机制 二、DNA损伤类型
一、DNA损伤因素及机制
（一）辐射致DNA损伤 ● 电离辐射
能直接或间接引起被穿透物质产生电离的粒子或 射线（α粒子、β粒子、γ射线、X射线）
● 非电离辐射
紫外线和能量低于紫外线的所有电磁辐射
电离辐射对机体的作用方式
（二）自由基致DNA损伤
自由基
是指能够独立存在，核外带有未配对电子的原子或分子
表示方式：在原有原子或分子符号的左上角标记一个圆点“ ·”
● 自由基的来源
1.电离辐射通过电离和激发产生 2.代谢产生活性氧
●自由基的作用机制 自由基与DNA之间发生化合反应、 抽氢作用和加成反应等
●自由基的危害
损伤碱基、核糖、磷酸二酯键。
识别损伤部位
损伤的两边切除几个核苷酸
DNA 聚合酶以母链为 模板复制合成新子链 DNA连接酶将切口补平
● 核苷酸切除
被切除的不是单个碱基，而是一段寡核苷酸。 是细胞内更为重要的一种修复方式
● 切除修复的特点
是DNA修复的一种普遍形式
（三） 重组修复
●定义
重组酶系将未受损伤的DNA 片段移到损伤部位， 提供正确的模板，进行修复
● 直接
指射线将能量直接传递给生物大分子，使物质 的原子或分子激发和电离，导致物质结构的破坏
● 间接
指辐射先作用于溶剂分子进而产生活性物导致 细胞损伤
电离辐射对 DNA的直接和
间接损伤
辐射引起的DNA损伤类型
● 碱基脱落 ● 碱基破坏 ● 嘧啶二聚体形成 ● 单链和双链断裂 ● DNA交联等
胸腺嘧啶碱基 间形成二聚体
2.2核苷酸切除修复（Nucleotide
excision repair, NER）
损伤发生后，首先由DNA切割酶(excinuclease) 在己损伤的核苷酸5’和3’位分别切开磷酸二酯 键，
产生一个由12～13个核苷酸(原核生物)或27～ 29个核苷酸(人类或其他高等真核生物)的小片 段，
移去小片段后由DNA聚合酶Ⅰ(原核)或ε （真核)合成新的片段，并由DNA连接酶完成 修复中的最后一道工序。
4. DNA交联 ●损伤因素
化学物质诱导(如丝裂霉素)
●损伤类型
链内交联 同一DNA链上碱基共价结合
嘧啶二聚体DNA链上相邻的两个嘧啶碱 基之间共价结合，形式有TT、CT、CC
链间交联 不同DNA链之间的碱基共价结合
DNA-蛋白质交联
DNA与蛋白质以共价键结合
DNA交联示意图
第二节 DNA损伤的修复
一、DNA损伤的修复的机制 二、参与修复的主要基因
一、DNA损伤的修复的机制
修复(repairing)
是对已发生分子改变的补偿措施，使其 回复为原有的天然状态。
修复的主要类型
•光修复(light repairing) •切除修复(excision repairing) •重组修复(recombination repairing) •SOS修复 •错配修复
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
目录
物理化学因素对DNA的损伤
胞嘧啶脱氨基生成尿嘧啶
如果复制发生就会产生一个突变
二、 DNA损伤类型
1. 碱基和糖基破坏 ● 损伤因素
一、DNA损伤的修复的机制 （一）回复修复
● 酶学光复活
光复活酶与DNA链上嘧啶二聚体部位结合 ↓
受波长为260-380 nm的近紫外线 作用激活使二聚体解聚 ↓
酶从DNA链上解离，DNA恢复正常结构
UV
光修复酶 (photolyase)
● 嘌呤直接插入 ● O6-甲基鸟嘌呤-DNA的甲基转移 ● 单链重接（单链断裂修复）
●分类 ● 同源性重组
两段双链DNA同源性大于200 bp，大肠杆菌及酵 母中Rec A蛋白、人细胞中Rad51是关键
●非同源性重组
同源性低，DNA双链断裂的主要修复方式，关 键分子是DNA-PK及XRCC4，非精确修复
复制中出现损伤
重组修复
DNA聚合酶填 补缺损
（三）化学毒物致DNA损伤
☞ 化学毒物
● 碱基类似物 与正常碱基类似，导致碱基置换
● 碱基修饰物 修饰碱基某些基团，改变配对性 质或阻断配对
● 嵌入染料 →
插入碱基对Hale Waihona Puke Baidu，使DNA两条链错位
缺失、移码、插入
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）
（二） 切除修复
●定义
在多种酶的作用下，先将损伤区域切除，然 后利用互补链为模板，合成一段正确配对的碱 基顺序来修补
●切除过程
识别并切除→修复合成并连接
●切除方式
碱基切除修复、核苷酸切除修复
2.1碱基切除修复（base-excision repair, BER）
所有细胞中都带有能识别受损核酸位点的 糖苷水解酶，它能特异性切除受损核苷酸 上的N-β－糖苷键，在DNA链上形成去嘌 呤或去嘧啶位点（AP位点）。
嘧啶位点，统称为AP位点。
5‘
3‘
由AP磷酸内切酶将受损核 甘酸的糖苷-磷酸键切开
DNA连接酶连接
利用DNA 聚合酶I在 切除损伤 部位，补 上核苷酸
2.2核苷酸切除修复（Nucleotide excision repair, NER）
是机体正常细胞针对DNA链上较大损伤的 修复过程，它由多种DNA修复酶组成。
❖DNA分子中一旦产生了AP位点，AP核酸内 切酶就会把受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开， 并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA， 由DNA聚合酶I合成新的片段，最终由DNA连 接酶把两者连成新的被修复的DNA链→碱基 切除修复(base-excision repair)。
.糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从N-β糖苷键处切下来，在DNA链上形成去嘌呤或去
酸、热去嘌呤作用、碱基修饰剂、自由基、 活性氧、紫外线
●损伤类型
碱基丢失/插入、碱基置换、DNA片段缺失/插入
2. 错配 ●损伤因素
碱基类似物、碱基修饰剂、自发脱氨基
●常见错配类型
U→T
3. DNA链断裂
●损伤因素
电离辐射、化学物质诱导
●损伤类型
单链断裂、双链断裂（最严重损伤，不能 原位修复，易致畸)
优选损伤和修复
第一节 DNA损伤
一、DNA损伤因素及机制 二、DNA损伤类型
一、DNA损伤因素及机制
（一）辐射致DNA损伤 ● 电离辐射
能直接或间接引起被穿透物质产生电离的粒子或 射线（α粒子、β粒子、γ射线、X射线）
● 非电离辐射
紫外线和能量低于紫外线的所有电磁辐射
电离辐射对机体的作用方式
（二）自由基致DNA损伤
自由基
是指能够独立存在，核外带有未配对电子的原子或分子
表示方式：在原有原子或分子符号的左上角标记一个圆点“ ·”
● 自由基的来源
1.电离辐射通过电离和激发产生 2.代谢产生活性氧
●自由基的作用机制 自由基与DNA之间发生化合反应、 抽氢作用和加成反应等
●自由基的危害
损伤碱基、核糖、磷酸二酯键。
识别损伤部位
损伤的两边切除几个核苷酸
DNA 聚合酶以母链为 模板复制合成新子链 DNA连接酶将切口补平
● 核苷酸切除
被切除的不是单个碱基，而是一段寡核苷酸。 是细胞内更为重要的一种修复方式
● 切除修复的特点
是DNA修复的一种普遍形式
（三） 重组修复
●定义
重组酶系将未受损伤的DNA 片段移到损伤部位， 提供正确的模板，进行修复
● 直接
指射线将能量直接传递给生物大分子，使物质 的原子或分子激发和电离，导致物质结构的破坏
● 间接
指辐射先作用于溶剂分子进而产生活性物导致 细胞损伤
电离辐射对 DNA的直接和
间接损伤
辐射引起的DNA损伤类型
● 碱基脱落 ● 碱基破坏 ● 嘧啶二聚体形成 ● 单链和双链断裂 ● DNA交联等
胸腺嘧啶碱基 间形成二聚体
2.2核苷酸切除修复（Nucleotide
excision repair, NER）
损伤发生后，首先由DNA切割酶(excinuclease) 在己损伤的核苷酸5’和3’位分别切开磷酸二酯 键，
产生一个由12～13个核苷酸(原核生物)或27～ 29个核苷酸(人类或其他高等真核生物)的小片 段，
移去小片段后由DNA聚合酶Ⅰ(原核)或ε （真核)合成新的片段，并由DNA连接酶完成 修复中的最后一道工序。
4. DNA交联 ●损伤因素
化学物质诱导(如丝裂霉素)
●损伤类型
链内交联 同一DNA链上碱基共价结合
嘧啶二聚体DNA链上相邻的两个嘧啶碱 基之间共价结合，形式有TT、CT、CC
链间交联 不同DNA链之间的碱基共价结合
DNA-蛋白质交联
DNA与蛋白质以共价键结合
DNA交联示意图
第二节 DNA损伤的修复
一、DNA损伤的修复的机制 二、参与修复的主要基因
一、DNA损伤的修复的机制
修复(repairing)
是对已发生分子改变的补偿措施，使其 回复为原有的天然状态。
修复的主要类型
•光修复(light repairing) •切除修复(excision repairing) •重组修复(recombination repairing) •SOS修复 •错配修复
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
目录
物理化学因素对DNA的损伤
胞嘧啶脱氨基生成尿嘧啶
如果复制发生就会产生一个突变
二、 DNA损伤类型
1. 碱基和糖基破坏 ● 损伤因素
一、DNA损伤的修复的机制 （一）回复修复
● 酶学光复活
光复活酶与DNA链上嘧啶二聚体部位结合 ↓
受波长为260-380 nm的近紫外线 作用激活使二聚体解聚 ↓
酶从DNA链上解离，DNA恢复正常结构
UV
光修复酶 (photolyase)
● 嘌呤直接插入 ● O6-甲基鸟嘌呤-DNA的甲基转移 ● 单链重接（单链断裂修复）
●分类 ● 同源性重组
两段双链DNA同源性大于200 bp，大肠杆菌及酵 母中Rec A蛋白、人细胞中Rad51是关键
●非同源性重组
同源性低，DNA双链断裂的主要修复方式，关 键分子是DNA-PK及XRCC4，非精确修复
复制中出现损伤
重组修复
DNA聚合酶填 补缺损
（三）化学毒物致DNA损伤
☞ 化学毒物
● 碱基类似物 与正常碱基类似，导致碱基置换
● 碱基修饰物 修饰碱基某些基团，改变配对性 质或阻断配对
● 嵌入染料 →
插入碱基对Hale Waihona Puke Baidu，使DNA两条链错位
缺失、移码、插入
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）
（二） 切除修复
●定义
在多种酶的作用下，先将损伤区域切除，然 后利用互补链为模板，合成一段正确配对的碱 基顺序来修补
●切除过程
识别并切除→修复合成并连接
●切除方式
碱基切除修复、核苷酸切除修复
2.1碱基切除修复（base-excision repair, BER）
所有细胞中都带有能识别受损核酸位点的 糖苷水解酶，它能特异性切除受损核苷酸 上的N-β－糖苷键，在DNA链上形成去嘌 呤或去嘧啶位点（AP位点）。
嘧啶位点，统称为AP位点。
5‘
3‘
由AP磷酸内切酶将受损核 甘酸的糖苷-磷酸键切开
DNA连接酶连接
利用DNA 聚合酶I在 切除损伤 部位，补 上核苷酸
2.2核苷酸切除修复（Nucleotide excision repair, NER）
是机体正常细胞针对DNA链上较大损伤的 修复过程，它由多种DNA修复酶组成。
❖DNA分子中一旦产生了AP位点，AP核酸内 切酶就会把受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开， 并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA， 由DNA聚合酶I合成新的片段，最终由DNA连 接酶把两者连成新的被修复的DNA链→碱基 切除修复(base-excision repair)。
.糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从N-β糖苷键处切下来，在DNA链上形成去嘌呤或去
酸、热去嘌呤作用、碱基修饰剂、自由基、 活性氧、紫外线
●损伤类型
碱基丢失/插入、碱基置换、DNA片段缺失/插入
2. 错配 ●损伤因素
碱基类似物、碱基修饰剂、自发脱氨基
●常见错配类型
U→T
3. DNA链断裂
●损伤因素
电离辐射、化学物质诱导
●损伤类型
单链断裂、双链断裂（最严重损伤，不能 原位修复，易致畸)