DNA的损伤和修复

DNA损伤和修复目录Ⅰ、DNA损伤Ⅱ、DNA损伤应答Ⅲ、DNA修复1、直接修复2、碱基切除修复（BER）3、核苷酸切除修复（NER）4、跨损伤修复5、错配修复（MMR）6、双链断裂修复重组修复（HR）非同源末端连接（NHEJ）7、链间交联修复一、主要的DNA损伤（1）DNA损伤类型图1 主要的DNA损伤类型（1）复制叉停顿（2）甲基化/烷基化——如 O6MeGua 使正常 DNA pol 不能识别，随机插入核苷酸而产生突变（3）紫外光照射——T-T 二聚化（4）Nick（单链切口）（5）Gap（单链缺口）（6）DSB（双链断裂）（7）交联（cross-link）DNA结构损伤引出DNA修复反应。

上图展示出了一些DNA基本骨架的损伤和非经典的DNA结构损伤。

O 6MeGua代表甲基托养鸟嘌呤核苷酸，T<>T代表环丁烷胸腺嘧啶二聚体，cross-link代表顺铂G-G链交叉。

（2）内源性DNA损伤1、胞嘧啶到尿嘧啶的脱氨基作用能自发的产生引起U—G错配；2、DNA一个碱基的脱嘌呤阻止了复制和转录；3、DNA非正常代谢产生的错配。

二、DNA损伤应答（1）DNA损伤的细胞反应当下的关于DNA损伤应答反应单信号通路的一般概述。

箭头代表激活事件，其垂涎代表抑制事件。

Stop标识代表细胞周期，墓碑标识代表细胞凋亡。

有箭头的DNA双螺旋代表者损伤诱导的转录，带有许多椭圆形子单元的DNA双螺旋代表着损伤诱导修复。

简便起见，相互作用的通路网络被描绘成了线性通路，其中包括信号、感受器、传感器和效应器。

（即主要有细胞周期阻滞、凋亡、诱导转录、DNA损伤修复等方面的细胞反应）图2 DNA损伤的细胞反应（2）E.coli中的SOS反应1、SOS反应：当DNA分子损伤范围较大且复制受到抑制时出现的一种修复作用。

是一种旁路修复系统，正常情况下关闭。

2、主要观点：DNA损伤导致LexA触发SOS反应，包括对许多修复酶的基因编码。

DNA损伤和损伤修复是细胞内发生的两个相关但不同的过程。

DNA 损伤指的是DNA分子上的结构或序列发生改变，可以由内外源因素引起，如化学物质、辐射、代谢产物等。

而DNA损伤修复则是细胞为了保持基因组的完整性和稳定性，而采取的一系列机制和途径来修复DNA损伤。

DNA损伤可以分为多种类型，包括碱基损伤、单链断裂、双链断裂等。

这些损伤会导致DNA分子的结构和相邻碱基之间的连接发生破坏，进而影响到DNA的正常功能。

DNA损伤的形成可能会导致细胞突变、凋亡甚至癌症等严重后果。

因此，细胞需要及时进行修复来保证DNA 的完整性和稳定性。

DNA损伤修复是一种高度保守的细胞机制，通过一系列复杂的过程来修复DNA损伤。

主要的修复机制包括：直接修复、错配修复、碱基切除修复和双链断裂修复等。

在直接修复中，细胞会利用酶类或其他分子直接还原、拆除或修复损坏的DNA结构。

错配修复主要用于修复碱基配对错误所导致的损伤，通过一系列酶的协同作用来修复错误的碱基配对。

碱基切除修复则是通过酶的作用将损伤的碱基切除，并由DNA合成酶填充新的碱基。

双链断裂修复是最复杂的修复机制，当DNA发生严重的双链断裂时，细胞会启动多个途径来修复断裂的DNA链。

DNA损伤修复的过程通常包括四个关键步骤：捕捉、识别、去除和替换。

首先，细胞会通过一些特定的蛋白质来捕捉和识别DNA上的损伤部位。

然后，这些蛋白质会协同作用，将受损的DNA部分切除或修复。

最后，DNA合成酶会填充缺失的碱基或连接两条断裂的DNA 链，以恢复DNA的完整性。

DNA损伤修复在维护基因组的稳定性和完整性方面起着重要的作用。

如果DNA损伤不能及时修复，可能会导致细胞周期停滞、突变的积累甚至细胞死亡。

此外，DNA修复缺陷也与许多遗传性疾病和癌症的发生相关。

总结起来，DNA损伤和损伤修复是细胞内密切相关的两个过程。

DNA 损伤指的是DNA分子上的结构或序列发生改变，而DNA损伤修复是细胞为维持基因组完整性而采取的一系列机制和途径。

DNA损伤与修复DNA是构成细胞的遗传基因物质，它承载了生物体的全部遗传信息。

然而，由于各种内外因素的影响，DNA分子可能会遭受到损伤。

DNA损伤的修复机制起到了维持遗传稳定性的关键作用。

本文将从不同类型的DNA损伤入手，探讨DNA损伤的成因以及多种修复机制。

一、DNA损伤的成因DNA损伤可以分为内源性和外源性两大类。

内源性DNA损伤主要源自细胞内部的生化过程，而外源性DNA损伤则来自于环境因素。

1. 内源性DNA损伤内源性导致DNA损伤的主要原因是细胞内氧化应激。

氧化应激会产生大量自由基，它们具有极强的活性，可以直接攻击DNA分子，导致碱基氧化、链断裂等损伤。

此外，DNA自身也存在一定几率的自发性损伤，如碱基脱氨、链断裂等。

这些内源性的DNA损伤相对较少，但积累起来也会对遗传稳定性造成威胁。

2. 外源性DNA损伤外源性导致DNA损伤的因素多种多样，其中包括紫外线辐射、化学物质、放射线等。

紫外线辐射会使DNA分子中的两个邻近嘌呤结合形成嘌呤二聚体或嘌呤四聚体，造成DNA链的交联；化学物质如烟草中的多环芳烃会与DNA发生共价结合，引发DNA突变；而离子辐射（如X射线）会直接导致DNA链断裂。

二、DNA损伤修复机制DNA损伤修复是细胞内的一项重要保护机制，它可以分为直接修复、碱基修复、核苷酸修复和错配修复等多个方面。

1. 直接修复直接修复是指修复损伤的DNA分子而不更换受损碱基。

主要的直接修复机制包括光解修复和甲基化修复。

光解修复是一种专门修复嘌呤二聚体和嘌呤四聚体的机制。

在该过程中，特定的酶能够通过光激活自己，并将损坏的DNA分子还原为原始状态。

甲基化修复主要用于修复一些特殊的DNA损伤，例如对环氧烷基和甲基损伤的修复。

通过甲基转移酶和脱甲酶的协同作用，可以将甲基基团从DNA分子中移除，实现修复的目的。

2. 碱基修复碱基修复是指将受损的碱基替换为原始的碱基。

常见的碱基修复机制包括碱基切除修复、碱基上皮修复和碱基引导修复。

第十五章 DNA损伤与修复遗传物质DNA的遗传保守性是维持物种相对稳定的最主要因素。

然而，在长期的生命演进过程中，生物体时刻受到来自内、外环境中各种因素的影响，DNA的改变不可避免。

各种体内外因素所导致的DNA组成与结构的变化称为DNA损伤（DNA damage）。

DNA 损伤可产生两种后果：一是DNA的结构发生永久性改变，即突变；二是导致DNA失去作为复制和（或）转录的模板的功能。

在长期的进化中，无论低等生物还是高等生物都形成了自己的DNA修复系统，可随时修复损伤的DNA，恢复DNA的正常结构，保持细胞的正常功能。

DNA损伤的同时即伴有DNA修复系统的启动。

受损细胞的转归，在很大程度上，取决于DNA的修复效果，如能正确修复，细胞DNA结构恢复正常，细胞得以维持正常状态；如损伤严重，DNA不能被有效修复，则可能通过凋亡的方式，清除DNA受损的细胞，降低DNA损伤对生物体遗传信息稳定性的影响；当DNA发生不完全修复时，DNA发生突变，染色体发生畸变，可诱导细胞出现功能改变，甚至出现衰老、细胞恶性转化等生理病理变化。

当然，如果遗传物质具有绝对的稳定性，那么生物将会失去进化的基础，就不会呈现大千世界、万物生辉的自然景象。

因此，生物多样性依赖于DNA突变与DNA修复之间的良好平衡。

第一节DNA损伤DNA损伤的诱发因素众多。

一般可分为体内因素与体外因素。

前者包括机体代谢过程中产生的某些代谢物，DNA复制过程中发生的碱基错配以及DNA本身的热不稳定性等因素，可诱发DNA的“自发”损伤。

后者包括辐射、化学毒物、药物、病毒感染、植物以及微生物的代谢产物等。

值得注意的是，体内因素与体外因素的作用，有时是不能截然分开的。

许多体外因素是通过诱发体内因素，引发DNA损伤。

然而，不同因素所引发的DNA损伤的机制往往是不相同的。

一、多种因素通过不同机制导致DNA损伤（一）体内因素1. DNA复制错误在DNA复制过程中，碱基的异构互变、4种dNTP之间浓度的不平衡等均可能引起碱基的错配，即产生非Watson-Crick碱基对。

生命科学中的DNA损伤和修复DNA是生命的基础，在细胞内起着至关重要的作用。

然而，它经常受到损伤，如紫外线、化学物质、辐射等。

如果未能及时修复则可能导致疾病甚至癌症。

今天我们将探讨生命科学中的DNA损伤和修复。

一、DNA的损伤类型DNA受到的损伤形式很多，如单链断裂、双链断裂、碱基损伤等。

其中，单链断裂是指DNA中所含的两股链中的一股断裂，而另一股仍保持完整；双链断裂则是两股链都发生了断裂。

碱基损伤则是指DNA中所含的碱基受到了各种各样的损伤。

二、DNA损伤的危害DNA损伤如果未能及时修复，会导致一系列的后果。

首先是基因突变，基因突变是指DNA序列的改变，如果发生在体细胞中则可能导致癌症等疾病，而在生殖细胞中则可能传递给下一代。

此外，DNA损伤还可能导致细胞自我毁灭，造成组织和器官的功能障碍或细胞死亡，比如神经细胞坏死可导致疾病如阿尔茨海默病。

三、DNA修复机制为了避免DNA损伤的危害，细胞需要拥有多种修复机制。

DNA修复机制包括：直接反应、碱基切割修复、核苷酸切割修复和重组修复等。

（1）直接反应直接反应是一种不需要酶辅助的修复机制，它包括：碱基漂移、钯磁场旋转、邻近值作用、光诱导电子转移和物理效应等。

直接反应通常只适用于少数特定类型的损伤，比如UV损伤等。

（2）碱基切割修复碱基切割修复是指损伤的DNA区域被切割，并进行修复。

核苷酸切割打破DNA链，第一步是DNA糖-磷酸链的切割。

这种切割在大多数引起DNA损伤的情况下都是必要的，它使损伤DNA从未损伤的DNA中被分离出来，并允许损害部位被清除。

然后核酸内切酶切割DNA链，在某些情况下，切割DNA链就足够修复损伤了。

在另一些情况下，取代碱基系统需要参与。

（3）核苷酸切割修复核苷酸切割修复可以修复一些单链损伤和大多数双链断裂。

核苷酸切割修复可分为两种类型：全切割修复和片段切割修复。

全切割修复在夜间进行，就是把受损的DNA拉出来，然后把它切成很多小块，每块都用基因片断替换掉它。