第六章 DNA的突变、损伤及修复

思考练习题
1.参与DNA切除修复的酶有（ ）、（ ）和（ ）。 DNA聚合酶Ⅰ、 DNA连接酶、特异的核酸内切酶 2.修复的种类： 错配修复、碱基切除修复、核苷酸切除修复、DNA直接修复、 重组修复、 SOS反应诱导的修复 3.简述光修复基本原理？ 4.切除修复过程？ 5.简述重组修复过程？ 6.错配修复的主要作用？
插入
-T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-
颠换
-T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-
A
缺失
-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-
T
1.2 突变产生的原因
DNA突变 突变 的类型
碱基对的置换 (substitution)
野生型基因
-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-
移码突变 (framesshift mutation)
转换
-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-
(4)物理因素--紫外线(ultraviolet)和电离 物理因素-辐射(ionizing radiation) 紫外线的高能量可以使相邻嘧啶之间 双键打开形成二聚体， 双键打开形成二聚体，包括产生环丁烷 结构和6-4光产物 光产物。 结构和 光产物。电离辐辐射的作用 比较复杂。 比较复杂。
2 DNA的损伤修复 DNA的损伤修复
1、形成嘧啶二聚体 、
2、光复合酶结合于 、 损伤部位
3、酶被可见光激活 、
4、修复后酶被释放 、
DNA紫外线损伤的光复合酶修复 紫外线损伤的光复合酶修复
2.2.5 重组修复 repair） （Recombination repair）
• 遗传信息有缺损的子代DNA分子通过 遗传信息有缺损的子代DNA分子通过 DNA 遗传重组的方式加以弥补， 遗传重组的方式加以弥补，即从同源 DNA的母链上将相应核苷酸序列片段移 DNA的母链上将相应核苷酸序列片段移 至子链缺口处， 至子链缺口处，然后用再合成的序列来 补上母链的空缺。 补上母链的空缺。
DNA的重组修复 的重组修复
胸腺嘧啶 二聚体
复制
重组 核酸酶及 重组蛋白
修复复制 DNA聚合酶 聚合酶 DNA连接酶 连接酶
2.2.6 SOS反应诱导的修复 反应诱导的修复
SOS response & DNA repair
• SOS反应：是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑 SOS反应：是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑 反应 DNA 制的紧急情况下，为求得生存而出现的应急效应。 制的紧急情况下，为求得生存而出现的应急效应。 • SOS反应诱导的修复系统包括避免差错修复 SOS反应诱导的修复系统包括避免差错修复(error 反应诱导的修复系统包括避免差错修复 free repair)和易产生差错修复 和易产生差错修复(error-prone 和易产生差错修复 repair)
(3) 嵌入染料 嵌入染料(intercalation dye) 一些扁平的稠环分子， 一些扁平的稠环分子，例如吖啶橙 （acridine)、原黄素（proflavine)、 、原黄素（ 、 溴化乙锭（ 溴化乙锭（ethidium bromide, EB)等 等 染料，可以插入到DNA的碱基对之间， 的碱基对之间， 染料，可以插入到 的碱基对之间 引起新合成链碱基的插入或缺失。 引起新合成链碱基的插入或缺失。
1、DNA的突变 DNA的突变
1.1 突变的具体表现 1.2 突变产生的原因
1.1 突变的具体表现
1、碱基对的置换（substitution） 、碱基对的置换（ ） 转换(Transition)： 转换 ： 最普通的一种点突变，指一种嘧啶被另一种嘧啶 最普通的一种点突变， 点突变 代替，一种嘌呤被另一种嘌呤代替。 对被AT对 代替，一种嘌呤被另一种嘌呤代替。使GC对被 对 对被 替换，或者相反。 替换，或者相反。 颠换(Transversion)： 颠换 ： 另一种不常见的点突变 点突变， 另一种不常见的点突变，嘌呤被嘧啶代替或者相 因此AT对变成了 对变成了TA、 反，因此 对变成了 、GC对。 对 2、移码突变（frameshift mutation） 、移码突变（ ） 由碱基的缺失或插入造成。 由碱基的缺失或插入造成。 Note: 突变集中在热点区域。 突变集中在热点区域。
2.2.3 核苷酸切除修复 （nucleotide-excision repair） ）
当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致 位置的核苷酸发生损伤 双链之间无法形成氢键，在一系列酶的作用下， 双链之间无法形成氢键，在一系列酶的作用下， 将DNA分子中受损伤部分切除掉，并以完整的那 DNA分子中受损伤部分切除掉， 分子中受损伤部分切除掉 一条链为模板，合成出切去的部分，然后使DNA 一条链为模板，合成出切去的部分，然后使DNA 恢复正常结构的过程。 恢复正常结构的过程。
1.2.1 DNA聚合酶复制时产生的错误 DNA聚合酶复制时产生的错误 1.2.2 诱变剂的作用
（1）碱基类似物掺入 （2）碱基的化学修饰 （3）染料的嵌入 物理因素---紫外线和电离辐射 （4）物理因素--紫外线和电离辐射
(1) 碱基类似物 碱基类似物(base analog)
溴尿嘧啶（ ） 碱基的类似物， 如5-溴尿嘧啶（BU）是T碱基的类似物，通 溴尿嘧啶 碱基的类似物 常情况下它以酮式结构存在，能与A配对 酮式结构存在 配对； 常情况下它以酮式结构存在，能与 配对；但它 有时以烯醇式结构存在， 烯醇式结构存在 配对。 有时以烯醇式结构存在，与G配对。 配对 2-氨基嘌呤（AP）是A的类似物，正常状态 氨基嘌呤（ ） 的类似物， 氨基嘌呤 的类似物 下与T配对 配对， 下与 配对，但以罕见的亚氨基状态存在时却与 C配对。 配对。 配对
DNA损伤的原因及部位 2.1 DNA损伤的原因及部位 DNA损伤修复的类型 2.2 DNA损伤修复的类型
2.1 DNA损伤的原因及部位 损伤的原因及部位
损伤原因： 损伤原因： • 复制错误 • DNA重组 重组 • 物理化学因子 损伤部位：碱基、 损伤部位：碱基、糖或是磷酸二酯键
2.2 DNA损伤修复的类型 DNA损伤修复的类型
第六章 DNA的突变及损伤修复 DNA的突变及损伤修复 1 DNA的突变 DNA的突变 2 DNA的损伤修复 DNA的损伤修复
重点内容： 重点内容： 几个重要概念：突变、转换、颠换； ① 几个重要概念：突变、转换、颠换； 诱变剂的分类； ② 诱变剂的分类； ③ 几种损伤修复系统的作用机理。 几种损伤修复系统的作用机理。 了解内容： 了解内容： 诱变剂的作用机理。 诱变剂的作用机理。
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 错配修复 碱基切除修复 核苷酸切除修复 DNA直接修复 DNA直接修复 重组修复 SOS反应诱导的修复 SOS反应诱导的修复
2.2.1 错配修复 （Mismatch repair)
原核细胞内存在Dam甲基化酶， 原核细胞内存在Dam甲基化酶，能使位于 Dam甲基化酶 5`GATC序列中腺苷酸的 位甲基化。 序列中腺苷酸的N 5`GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。 复制后DNA在短期内（数分钟） DNA在短期内 复制后DNA在短期内（数分钟）为半甲基化的 GATC序列 一旦发现错配碱基， 序列， GATC序列，一旦发现错配碱基，即将未甲基化链 切除一段包含错误碱基的序列， 切除一段包含错误碱基的序列，并以甲基化的链 为模板进行修复。 为模板进行修复。
据母链甲基化原则找出错配碱基的示意图
碱基错配修复过程示意图
2.2.2 碱基切除修复
（base-excision repair) base-
糖苷水解酶： 细胞中的各种， 糖苷水解酶： 细胞中的各种，能特异切除 受损核苷酸上的N-β-糖苷键，在DNA链 糖苷键， 受损核苷酸上的 糖苷键 链 上形成AP位点 去嘌呤或去嘧啶位点)。 位点(去嘌呤或去嘧啶位点 上形成 位点 去嘌呤或去嘧啶位点 。 AP核酸内切酶：能在 位点附近（5`或3` 核酸内切酶： 位点附近（ 或 核酸内切酶 能在AP位点附近 位置） 链切开； 位置）将DNA链切开； 链切开 核酸外切酶：移去包括AP位点核苷酸在内 核酸外切酶：移去包括 位点核苷酸在内 的小片段DNA； 的小片段 ； DNA聚合酶 ： 合成新片段； 聚合酶I： 合成新片段； 聚合酶 DNA连接酶： 连接切口而修复。 连接酶： 连接切口而修复。 连接酶
(2) 碱基修饰剂 碱基修饰剂(base modifier)
又如亚硝酸能脱去碱基上的氨基。 又如亚硝酸能脱去碱基上的氨基。 可使C氧化脱氨变成 氧化脱氨变成U； 脱氨后成为 可使 氧化脱氨变成 ；G脱氨后成为 黄嘌呤（ ），但它仍与C配对 ），但它仍与 配对； 脱 黄嘌呤（X），但它仍与 配对；A脱 氨后成为次黄嘌呤（ ）， ），I与 配对 配对， 氨后成为次黄嘌呤（I）， 与C配对， 而不能和原来的T配对 配对。 而不能和原来的 配对。
DNA的损伤和切除修复 的损伤和切除修复
碱基丢失
糖苷酶
碱基缺陷或错配
结构缺陷
切开 AP核酸内切酶 核酸内切酶
切开 核酸内切酶
切除 核酸外切酶
切除 核酸外切酶
修复 DNA聚合酶
连接 DNA连接酶 连接
2.2.4 DNA直接修复 DNA直接修复 （direct repair） ）
生物体内存在多种DNA损伤以后而并 生物体内存在多种DNA损伤以后而并 DNA 不需要切除碱基或核苷酸的机制， 不需要切除碱基或核苷酸的机制，这种 DNA的直接修复 修复方式称为DNA的直接修复。 修复方式称为DNA的直接修复。
两个概念： 两个概念：