第十三章 DNA损伤和损伤修复【生物化学与分子生物学 9版原版】
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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。
生物化学中的DNA损伤与修复DNA是细胞内的遗传物质,它承载着生物体的遗传信息,对生物的生长、发育和功能起着至关重要的作用。
然而,由于各种内外因素的影响,DNA会受到损伤,这可能会导致细胞异常甚至癌症等疾病的发生。
为了维护细胞的遗传信息的完整性,生物体进化出了一套复杂的DNA损伤修复系统。
一、DNA的损伤类型及原因DNA在细胞分裂、病原微生物感染以及放射线等外部环境因素的影响下,容易受到各种损伤。
DNA的损伤类型包括碱基损伤、单链断裂、双链断裂等。
1. 碱基损伤:碱基是DNA分子的组成部分,受到化学物质或环境因素的影响可能发生氧化、去氨基等改变,导致碱基不完整或错误配对。
2. 单链断裂:DNA分子中的一个链断裂,可能由于外界因素如紫外线、X射线的影响而发生。
3. 双链断裂:DNA两条链同时断裂,造成严重的DNA损伤,影响细胞的正常功能。
二、DNA损伤的后果DNA的损伤会导致细胞的基因突变,从而影响细胞的正常生理活动。
如果受损的DNA不能及时修复,细胞将积累大量的突变,并可能导致疾病的发生。
1. 氧化损伤:细胞内部的氧化剂对DNA造成氧化损伤,导致DNA 碱基的氧化损伤和碱基对的不正确序对,可能引发癌症等疾病。
2. 紫外线损伤:紫外线是DNA的天然损伤因子之一,长时间暴露在紫外线下会造成DNA损伤,引发皮肤癌等。
3. 放射线损伤:X射线、γ射线等电离辐射可以直接或间接地导致DNA的单双链断裂,增加遗传信息的不稳定性,可能导致细胞凋亡或癌变。
三、DNA的修复机制为了应对各种类型的DNA损伤,生物体进化出了多种DNA修复机制,包括直接修复、错配修复、核苷酸切除修复和重组修复等。
1. 直接修复:直接修复是通过一些特定的酶或光反应酶来修复DNA中的损伤,包括光解修复、甲基化修复等。
2. 错配修复:错配修复是一种修复DNA中碱基配对错误的机制,通过某些酶对DNA进行切除和合成,还原正确的碱基序列。
3. 核苷酸切除修复:核苷酸切除修复是一种常见的DNA损伤修复机制,它能够修复各种类型的损伤,包括氧化损伤、紫外线损伤等。