第二章DNA复制损伤与修复

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（a）亚硝酸修饰G、C、A；（b）羟基修饰C；（c）甲基磺酸乙酯修饰T（引自Russell,1992）.
3、嵌入染料对DNA的损伤作用
吖啶橙 (Acridine Orange AO) 溴化乙锭 (Ethidium Bromide EB )
扁平染料分子
分子插入
TAO T
-A
TTTCG -
-ATTTTTCG - AO -T
❖ 自由基可导致碱基、核糖、磷酸基的损伤，引起DNA的结构和 功能异常。
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（三）化学毒物致DNA损伤
❖ 按其作用原理可分为： 碱基类似物 碱基修饰物 嵌入染料
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1、碱基类似物（Base analog）
是指与DNA正常碱基结构类似的化合物,在DNA复制时掺入并与 互补链上碱基配对,从而引起碱基对的置换.
❖ 常见的DNA修复方式：直接修复、切除修复、错配修复和重 组修复
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(一）直接修复
❖ 直接修复
❖
细胞对DNA的某些损伤可以用很简单的方式加以修复
在单一基因产物的催化下，一步反应就可以完成。这种修复
方式叫直接修复。
包括：酶光学复活、嘌呤的直接插入、O6－甲基鸟嘌呤－ DNA甲基转移、单链断裂重接等。
常见的损伤有:碱基脱落、碱基破坏、嘧啶二聚体形成、单链和 双链DNA断裂、DNA交联、DNA-蛋白质交联等。
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（一） 碱基和核糖的破坏
❖ 由于碱基或者核糖的损伤，在DNA链上形成不稳定位点，最 终可导致DNA链的断裂。
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（二）错配

DNA的损伤与修复（2）遗传突变的基础。

归纳DNA损伤后分子最终的改变，有以下几种类型：1.点突变(point mutation) 指DNA上单一碱基的变异。

嘌呤替代嘌呤(A与G之间的相互替代)、嘧啶替代嘧啶(C与T之间的替代)称为转换(transition)；嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤则称为颠换(transvertion)。

2.缺失(deletion) 指DNA链上一个或一段核苷酸的消失。

3.插入(insertion) 指一个或一段核苷酸插入到DNA链中。

在为蛋白质编码的序列中如缺失及插入的核苷酸数不是3的整倍数，则发生读框移动(reading frame shift)，使其后所译读的氨基酸序列全部混乱，称为移码突变(frame?shift mutai on)。

4.倒位或转位(transposition) 指DNA链重组使其中一段核苷酸链方向倒置、或从一处迁移到另一处。

5.双链断裂已如前述，对单倍体细胞一个双链断裂就是致死性事件。

突变或诱变对生物可能产生4种后果：①致死性；②丧失某些功能；③改变基因型(genotype)而不改变表现型(phenotype)；④发生了有利于物种生存的结果，使生物进化。

二、DNA修复DNA修复(DNA repairing)是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可能使D NA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能；但有时并非能完全消除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这种DNA的损伤而能继续生存。

也许这未能完全修复而存留下来的损伤会在适合的条件下显示出来(如细胞的癌变等)，但如果细胞不具备这修复功能，就无法对付经常发生的DNA损伤事件，就不能生存。

所以研究DNA修复也是探索生命的一个重要方面，而且与军事医学、肿瘤学等密切相关。

对不同的DNA损伤，细胞可以有不同的修复反应。

(一)回复修复这是较简单的修复方式，一般都能将DNA修复到原样。

1.光修复这是最早发现的DNA修复方式。

DNA聚合酶Ⅲ • 多功能酶
5’ 3’聚合酶 3’ 5’外切酶 5’ 3’外切酶(切单链) • 不对称二聚体 单体1-前导链/单体2-后随链 • DNA 复制的主要酶 高续进性 高聚合酶活性 高产物真实性
DNA连接酶
• 催化二段DNA链之间3’,5’ 磷酸二酯键的形成
5’ ATP
3’
O 5’
OH O- P O
•第二阶段以成环滚环复制（looped rolling replication）产生多个子代RF；
•第三阶段以RF的负链为模板进行滚环复制产生多拷 贝正链单环。（RF>SS）。
阶段Ⅰ：以（+）链为模板形成RF
♠ 引物的组装
•PriA PriB PriC组合成复合物。 •PriA PriB PriC再加上DnaT DnaB DnaC 构成预引物。 •预引物再结合引物酶形成引物体。
5’ 3’
5’ 3’
3’ 5’
3’ 5’
前导链
3’
5’ 岗崎片段
半不连续复制
3’ 5’ 后随链
E. coli dUTPase，它能使dUTP变成dUMP，dUMP 是不能做为DNA合成的底物，这样它就不再能加入 DNA中。
尿嘧啶N-糖苷酶（uracil N-glycosylase），它 可以切断混合尿苷的糖苷键，形成无Pu和Py位点 （apurinic or apyrimidinic, AP）,再由AP内切 酶在AP位点切除一个缺口，进一步进行切除修复。
52KD
ε
ε
α
α
θ
θ
τ
τ
τ亚基维持二聚体 图 11-24 DNA 聚合酶Ⅲ的组成及各部分的功能 图 11-25 DNA 聚合酶 Ⅲ全每的装配过程

碱基切除修复依赖于生物体内存在的 一类特异的DNA糖基化酶。 切除修复过程： （1）识别水解 （2）切除 （3）合成 （4）连接
（二）核苷酸切除修复系统识别DNA双螺旋变形
这是细胞内最重要和有效的修复方式。
其过程包括去除损伤的DNA，填补空隙和连接。
主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。
错配 (mismatch)
缺失 (deletion) 插入 (insertion)
框移 (frame-shift)
重排 (rearrangement)
（一）错配可导致编码氨基酸的改变
DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。 自发突变和不少化学诱变都能引起DNA上某一碱基的 置换。 点突变发生在基因的编码区，可导致氨基酸改变。
正常
5’ ……G C A G U A C A U G U C …… 丙 缬 组 缬 5’ ……G A G U A C A U G U C …… 谷 酪 蛋 丝
缺失C
（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病
1、DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。 2、移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置（倒位
（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸 排列顺序发生改变
1、缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上
消失。
2、插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插
入到DNA大分子中间。
缺失或插入都可导致框移突变 。 3、框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造 成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。
缺失引起框移突变：
嘧啶二聚体并与之结合形 成复合物；
⑵ 在 300 ～ 600nm 可见光照射
下，酶获得能量，将嘧啶 二聚体的丁酰环打开；