基因突变与DNA损伤修复讲解

课次：26教学目的：使学生了解DNA损伤的类型，DNA修复系统，掌握DNA修复方式。

重点：DNA修复系统。

难点：复习旧课：提问1人，了解教学效果。

导入新课：DNA的损伤修复与基因突变第一节DNA的损伤1.自发性损伤1.1 DNA复制中的错误碱基配对的错误频率约为10-4-10-5；DNA聚合酶本身具有校对作用：将不正确插入的核苷酸切除掉，重新加上正确的核苷酸。

这样，每掺入一个核苷酸，发生错误的机会有10-8-10-10。

1.2 碱基的自发性化学变化a.碱基的异构互变：异构体间自发地相互变化形成导致下一世代中G－C配对取代A－T配对。

b.碱基的脱氨基(deamination)作用碱基的环外氨基有时会自发脱落，从而胞嘧啶会变成尿嘧啶、腺嘌呤会变成次黄嘌呤(H)、鸟嘌呤会变成黄嘌呤(X)等。

胞嘧啶自发脱氨基的频率约为每个细胞每天190个。

c.脱嘌呤（depurination）与脱嘧啶自发的水解可使嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落下来。

一个哺乳类细胞37℃，20h内DNA链自发脱落的嘌呤约1000个、嘧啶约500个，长寿命不复制繁殖的哺乳类细胞(如神经细胞)在整个生活期间自发脱嘌呤数约为108，约占细胞DNA中总嘌呤数的3%。

d.碱基修饰与链断裂细胞呼吸的副产物O2、H2O2等会造成DNA损伤，能产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物，引起DNA单链断裂等损伤，每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率约为5万次。

DNA的甲基化、结构的其他变化等，这些损伤的积累可能导致老化。

2. 物理因素引起的DNA损伤2.1 紫外线引起的DNA损伤紫外线照射，同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体，相邻的两个T、或两个C、或C与T间都可以环丁基环(cyclobutane ring)连成二聚体。

人皮肤因受紫外线照射而形成二聚体的频率可达每小时5×104/细胞，只局限在皮肤中。

微生物受紫外线照射后，会影响其生存。

基因突变与DNA损伤修复机制的关系人们常说，基因决定我们的一切。

基因是人类遗传信息的媒介，它决定了我们的生命基因，我们的体质和性格，部分决定了我们的疾病易感性。

每个人都有基因突变的可能，多数情况下，人体有自己的DNA损伤修复机制来纠正基因突变。

然而，一旦出现对修复机制来说复杂或无法处理的严重损伤，可能会增加基因突变的风险。

基因突变和DNA损伤修复机制之间的关系是怎样的呢？一、基因突变的形成基因突变是指DNA序列发生了一些突变，引起蛋白质合成发生变化。

虽然基因突变本身不一定造成问题，但某些基因突变可能导致疾病。

基因突变可以分为两类，一是基因点突变，二是基因大片段突变。

基因点突变是指一种或多种碱基发生变化，例如碱基替换（由一种碱基替换为另一种碱基）和插入或删除碱基。

基因大片段突变是指一段基因长度发生了变化，通常是由一些插入或删除事件引起。

基因突变的发生主要有两个原因。

第一个原因是自然突变，自然有一定比例的错误率。

在DNA复制过程中，DNA聚合酶（polymerase）会偶尔插入错误的碱基或产生插入或缺失。

这种错误可能最终导致基因突变。

第二个原因是暴露于致突变性物质中，例如化学物质，辐射和病毒等。

二、DNA损伤修复机制在人体内，DNA损伤是难以避免的。

DNA受到大量的化学，物理，生物诱导因素的侵害，包括氧自由基，辐射和其他环境因素。

我们的机体内包含了各种各样的DNA损伤修复机制，可以帮助我们纠正DNA损伤。

DNA损伤修复机制包括直接修复，错配修复和核苷酸切除修复等。

直接修复基本上不改变DNA碱基序列，而是对损伤进行修复。

错配修复修复碱基的错误配对。

核苷酸切除修复首先切除一个带有损伤的DNA碱基，并用新碱基代替它。

三、基因突变和DNA损伤修复机制之间的关系虽然DNA损伤修复机制可以极大地减少基因突变的发生概率，但有时错误的修复机制可能会导致基因突变或DNA损伤。

例如，一个DNA双链断裂可能被误修复成一个包括不完整的碱基配对的单链。

DNA损伤修复与基因突变的发生DNA是构成生命体的基础，是生命的重要组成部分。

但是在生命的过程中，DNA受到了各种外界环境因素的干扰，如放射线、紫外线、化学物质等，这些因素会导致DNA受损和突变。

然而，出现了DNA损伤，如何修复和维护DNA的稳定性成为了一个重要的问题。

本文将从DNA损伤与修复的关系、基因突变的发生机制以及DNA修复和突变应用方面对这一问题进行讨论。

DNA损伤与修复的关系DNA在生物体内为避免损伤的发生，具有详细的修复系统和机制，以保持DNA的完整性和稳定性。

DNA损伤主要分为两类：基因突变和染色体畸变。

前者是DNA的单个碱基或小片段发生突变，如：DNA碱基损伤（如硝基化、脱氨基、酸化等）和DNA单链断裂；后者是染色体片段的变异、插入、缺失等。

多种机制负责DNA修复，包括基础修复、核苷酸切换修复、异源结束修复、同源重组修复以及DNA电子传输修复等多个层面和路径。

每个机制都具有独特的异同，各自适用于不同类型、不同程度的DNA损伤。

基础修复机制又称为直接修复，适用于对DNA双链断裂具有良好修复能力，重要的是它可以修复简单而单一的损伤。

对于单个碱基损伤，真核生物细胞通常通过两个酶进行修复：O6-甲基-鸟嘌呤-DNA甲基转移酶和构成II的酶。

O6-甲基-鸟嘌呤-DNA甲基转移酶负责从DNA中将甲基基团转移到基团中，而构成II的酶，则负责恢复鸟嘌呤的结构。

因此，基础修复机制对DNA的双链断裂修复很有帮助。

核苷酸切换修复机制是针对DNA中插入的碱基和缺失的碱基进行修复。

这种机制通过分解未成对碱基，在一个互补核苷酸插入到未成对的位点上，在DNA聚合酶的作用下修复了某一段DNA序列的完整性。

此机制对大量、复杂碱基损伤有良好作用。

异源结束修复机制主要利用两条不同的染色体，通过交换DNA中的部分，来维持信号序列的完整性。

正确地，它主要用于DNA双链断裂、复制错误等比较复杂情况下DNA的修复。

同源重组修复机制则是一种在DNA双链断裂情况下的修复机制，主要通过病变染色体找到另一个同源的染色体，以其作为模板，在染色体的可替代区域引进修复甚至重组事件。

DNA修复与基因突变DNA修复和基因突变是生物学中两个关键的概念。

DNA修复是指细胞修复DNA损伤的过程，而基因突变则是指DNA序列发生改变的现象。

本文将探讨DNA修复和基因突变的关系，以及它们在生物体中的重要性。

一、DNA修复的概述DNA是生物体中存储遗传信息的重要分子，但它容易受到各种内外因素的损伤，如化学物质、辐射和自然代谢产物等。

为了维护遗传信息的完整性，细胞拥有多种DNA修复机制。

1. 直接修复直接修复是最简单和最原始的修复方式，它通常发生在辐射引起的损伤中。

该修复机制通过去除DNA中的损伤部分，将其恢复为原来的结构。

典型的直接修复方式包括光反应修复和链切割修复。

2. 错配修复错配修复是细胞中一种常见的DNA修复机制，目的是修复DNA链上的碱基错误匹配。

该修复机制通过检测和去除错误的碱基，然后将其替换为正确的碱基。

错配修复系统的主要组分包括错配修复酶和外切酶。

3. 核苷酸切割修复核苷酸切割修复是一种高度复杂的修复机制，用于处理损坏的碱基和DNA链。

该修复方式涉及到多个酶和蛋白质，可以修复各种类型的DNA损伤，包括氧化、甲基化和单链断裂等。

二、基因突变的类型基因突变是指DNA序列的改变，它可能发生于单个碱基、插入/缺失或染色体水平。

当基因突变发生时，可能会影响基因的功能、蛋白质的结构或调控机制。

1. 点突变点突变是基因突变中最简单的一种类型，它只涉及到单个碱基的改变。

点突变包括错义突变、无义突变和错码突变，可以导致蛋白质的结构或功能改变，进而影响生物体的表型。

2. 插入/缺失突变插入/缺失突变是指在DNA序列中插入或删除一个或多个碱基，导致序列的改变。

这种突变类型可能导致移码突变，使得蛋白质合成中的氨基酸顺序发生改变，从而影响蛋白质的功能。

3. 染色体突变染色体突变是指整个染色体水平的改变，包括染色体结构重排、起源点复制等。

这些突变可能导致染色体不稳定性，影响基因的表达和调控。

三、DNA修复与基因突变的关系DNA修复和基因突变之间存在着密切的关系。