分子生物学第五六章的损伤修复基因突变重组与转座补充幻灯片

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分子生物学课件第六章 DNA 突变、损伤和修复

DNA replication would be stalled here so it’s cytotoxic.
Some alkylation can directly disrupt base pairing and lead to mutation (e.g. the O6 of guanine).
DNA Repair
* DNA is the only biomolecule that is specifically repaired. All others are either degraded or replaced.
* >100 genes participate in various aspects of DNA repair, even in organisms with very small genomes.
6.2 DNA 损伤修复
Stable, but fragile
* Failure to repair causes mutations – Can interfere with transcription and replication – Can lead to Mutageneis – Can speed aging
环境因素：
化学因素---各种化学诱变剂，如黄曲霉素、烷基化试剂等
物理因素---紫外辐射和离子辐射（X射线和γ射线）
损伤类型：
碱基损伤：碱基丢失碱基转换碱基修饰碱基交联碱基错配
DNA链的损伤：链的断裂 DNA链的交联 DNA与蛋白质之间的交联
氧自由基对碱基的影响
alkylation 烷基化
• Many types of damage can not be reversed

分子生物学第5章、第6章

•DNA分子内或分子间发生遗传信息的重新组合，称为遗传重组，或基因重排。→ 重组DNA •真核生物基因组间重组多发生在减数分裂时同源染色体之间的交换；细菌及噬菌体的基因组为单倍体，来自不同亲代两组DNA之间可通过多种形式进行遗传重组。 •DNA重组对生物进化起着关键的作用。 •重组分类：同源重组(homologous recombination) 、位点特异性重组(site-specific recombination)、转座重组(transposition recombination)和异常重组(illegitimate recombination)。
1. 互变异构体：碱基发生烯醇式-酮式互变异构或者氨基-亚氨基互变异构时，使碱基错配。 2. 脱氨基作用：碱基上氨基自发脱落，或在诱变剂的作用下脱去氨基，则C→U、A →I、G →X，引起子链错误。 3. DNA聚合酶“打滑”：DNA复制时发生碱基的环出现象，引起一个或数个碱基的插入或缺失，易发生于几个相同碱基串联的部位。 4. 活性氧（O3）引起的诱变：①氧化碱基与C、A配对，造成GC → TA颠换，这种损伤可以积累；②H2O2造成的DNA氧化损伤，此类损伤一般能被修复。
核苷酸切除修复
错配修复
错配修复对 DNA复制忠实性的贡献力达 102-103，DNA 子链中的错配几乎完全都被修正，充分反映了母链的重要性。
大肠杆菌甲基化引导的错配修复
重组修复
易错修复和SOS反应
•SOS反应：当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而
诱发出一系列复杂的反应。
•这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。
5.3.4 基因突变的后果
基因突变的后果主要是生物功能的丧失。某一基因突变后使其所表达的蛋白质或酶失活，有时还会引起多种酶的缺乏。有些突变可产生功能获得性显性表现型。典型的人体细胞突变每个基因每代发生率为107～10-5，但并非所有的突变都会导致疾病。

DNA的损伤、修复和基因突变ppt课件

双螺旋结构异常扭曲对复制或转录产生生理损害。
引起损伤因素: 1. DNA本身在复制等过程发生自发性改变； 2. 细胞内各种代谢产物； 3. 外界物理、化学因素； 2）自发性损伤
指复制中配对差错,经聚合酶校对后仍存在的损伤。如:大肠杆菌复制的误配率为10-1~10-2，经酶校正后降到10-5~10-6,再经DNA结合蛋白校正后，误配率降到复制后的10-10。
1、从一个复制起点最多可分出几个复制叉：( B )
(A) 1； (B) 2； (C) 3； (D) 4； (E) 5；
2、大多数生物DNA的复制方式是：( D )
(A) 滚环式； (B) D-环式； (C) 全保留式复制； (D) 半保留式复制； (E) 混合式复制；
多选
1、下列关于原核DNA复制说法正确的是： ( C、D )
(A) 按全保留机制进行； (B) 按3’-5’方向进行； (C) 需要DNA连接酶的作用； (D) 涉及RNA引物的形成；
第 5章 DNA的损伤、修复和基因突变
5.1 DNA损伤 5.1.1 DNA分子的自发性损伤 5.1.2 物理因素引起的DNA损伤 5.1.3 化学因素引起的DNA损伤
5.2 DNA的修复 5.2.1 切除修复 5.2.2 错配修复 5.2.3 直接修复 5.2.4 重组修复 5.2.5 SOS系统
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碱基自发性改变包括：互变异构; 碱基脱氨基作用; 自发脱嘌呤和脱嘧啶; DNA聚合酶“打滑”; 碱基丢失; 活性氧引起诱变及代谢产物对DNA损伤。
10
互变异构指碱基氢原子位置改变产生异构体，
使配对形式改变，在复制后子链上出现错误。
如： A 互变异构体 A’与 C 配对， T 互变异构体 T’与 G 配对

分子生物学5第五章 DNA的损伤修复和突变[可修改版ppt]

CC
CC 相邻的胸腺嘧啶
CC
CC 胸腺嘧啶二聚体
二、二聚体修复的机制
1、光复活（photo reactivation ）直接修复
----TT-------AA----
----TT-------AA----
• 复制前、不容易出错 • 400 nm 蓝光、PR 酶
(photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶（photolyase）
浓度的稀释 ● 链的非准确转移，导致突变机率的增加
重组修复 (链转移修复)
• 复制后修复 • 容易出错
二聚体后起始
• RecA, DNApolymerae • ligase 重组修复后的损伤位点可由其它机制进一步修复
RecA
聚合酶、连接酶
4. 易错修复（SOS修复 SOS repair）
（1）实验证据
分子生物学5第五章 DNA的损伤修复和突变
引起损伤的因素: ♦ 自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、
自发脱碱基、细胞的代谢产物对DNA的损伤) ♦ 物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线) ♦ 化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物）引起损伤的类型：
碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链间）、嘧啶二聚体等等
D.S. DNA
提取
变性
S.S. DNA
TT
TT TT
AA AA
TT
AA
TT TT
TT
TT
变性
AA
复制过程越过二聚体而在相应新链上留下缺口
★二聚体后起始
修复相关机制:
● 与Rec-A蛋白引起的重组(strand transfer)有关 ● TT dimer未被修复，仅表现在后代群体中TT dimer

5分子生物学第五章-基因突变和修复-PPT课件

模板链 5’ A G T T
3’ 3’ 5’ T
5’ 新合成链环出 3’ A G T T T T T C A A A A A C G 5’ 3’ 5’ 新链上插入一个碱基 3’ 5’ T A G T T T T T G C T C A A A A A C G 5’ 3’ 5’ 3’
T C A A A A C G 3’ A 模板链环出新链上缺失一个碱基 5’ A G T T T T G C T C A A A A C G 3’ A
直接引起置换的诱变剂
• 可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂 • 在体内或离体条件下均有作用 • 包括放射线(紫外线、 X-射线、 γ射线、宇宙射线) 和亚硝酸、羟胺和各种烷化剂，如硫酸二乙酯（DES）、甲基磺酸乙酯（EMS）、N-甲基-N′-硝基-N -亚硝基胍（NTG）、乙烯亚胺、环氧乙酸、氮芥等碱基的修饰剂 • 它们可与一个或几个碱基发生生化反应，引起DNA 复制时发生转换。能引起颠换的诱变剂很少。
Chapter 5 Gene mutation and DNA repairing
第五章基因突变与修复
第一节基因突变
第二节顺反子和突变互补
第三节突变修复
Mutations change the sequence of DNA
突变改变DNA顺序
第一节基因突变
Mutations can be induced by chemical modification of a base.
DNA复制错误
A A T G T C T A C A G A T G T C T A T A G A A T G T C T A C A G A A T G T C T A C A G A T G T C T A T A G A T G T C T A C A G A T G T C T A C A G

DNA的损伤修复及突变ppt课件

第五章 DNA的损伤、修复和突变
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1
第一节 DNA的损伤
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2
DNA损伤：一切使DNA结构和功能发生
改变的DNA变化，都可称为基因的损伤。
根据受损的部位，DNA损伤可以为两种：碱基损伤 DNA链的损伤
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DNA损伤修复的重要性：
• DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，维护DNA分子的完整性对细胞至关紧要；
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➢ DNA链断裂脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而导致DNA链断裂。一条链断裂称单链断裂（single strand broken）； DNA双链在同一处或相近处断裂称为双链断裂（double strand broken ）。
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➢交联（binding）同一条DNA链上或两条DNA链上的碱基间以共价
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2. 电辐射引起的DNA损伤
➢ 碱基变化
细胞中的水经辐射解离后产生大量OH-自由基，使 DNA链上的碱基氧化修饰、形成过氧化物的、导致碱基环的破坏和脱落等。
➢ 脱氧核糖变化
脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的氢都能与OH-反
应，导致脱氧核糖分解，最后会引起DNA链断裂。
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4. 活性氧引起的碱基修饰与链断裂
细胞呼吸的副产物O2-, H2O2造成DNA损伤，产生一些碱基修饰物（胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等），还可引起DNA单链断裂等损伤; 这些损失的积累可导致老化。
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二、物理因素引起的DNA损伤
1. 紫外线（UV）引起的DNA损伤 2. 电辐射引起的DNA损伤

分子生物学第六章基因重组ppt课件

修复损伤DNA的同源重组
真核生物同源重组的断裂与重接模型
Darlingtong D. C.于1936年提出：减数分裂同源染色体联会时，非姊妹染色单体由于缠绕而产生张力，两个染色单体在同一位置断裂、重节，以消除张力，从而产生重组。证据：姊妹染色单体的交换
Diploid eukaryotes: crossing over ( 双倍体染色体交
PCR产物的BP反应
三、转座重组
特点： 1.自身携带有转座酶基因，末端有反向重复序列 ; 2.转座过程中出现共联体； 3.转座以后,可以造成原来转座子位置的DNA缺失 (非复制转座)，也可以依然保持在原位，而在靶序列上复制了一个转座子(复制转座); 4.转座完成以后可以在靶序列上造成同向重复序列 5.转座子插入后可影响所在位置的基因的表达
RecA催化单链的同化作用
• RecA催化单、双链DNA的反应分为三个阶段： ◆ RecA在单链DNA上慢慢聚合。 ◆ DNA 与其互补物在双链上快速配对反应，产生异源双链连接 ◆ ，产生一个长的异源双链DNA区带。 • SSB(单链结合蛋白)的存在刺激了这个反应
RecA catalyzes single-strand assimilation
RecA promotes the assimilation of invading single strands into duplex DNA so long as one of the reacting strands has a free end.
• RecA介导的DNA修复
重组热点
• 重组起始于双链破损。双链破损在轴素形成期产生，在联会丝复合物形成阶断消失(~60min) • 在染色体上容易发生双链破损的位点，称为重组热点。

分子生物学课件第五章 DNA的损伤、修复和基因突变

DNA mismatch
(ξ= DNApol (ξ= 10-8) 经第二次校正ξ= 经第二次校正ξ= 10-11
DNA的损伤的损伤、第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
错配修复(MRS,Mismatch 1.2.2 错配修复(MRS,Mismatch Repair System) 组成 DNA腺嘌呤甲基化酶( 甲基化酶) DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶) 腺嘌呤甲基化酶 DNA polymerase (Ⅰ和 Helicase SSB 外切核酸酶 (Ⅰ和Ⅶ) 连接酶 MCE (mismatch correct enzyme) 3 subunits mutH, L, S GATC序列识别新生链中非 m6A 的GATC序列扫描新生链中错配碱基酶切含错配碱基的新生DNA区段酶切含错配碱基的新生DNA区段 DNA
DNA的损伤的损伤、第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
重组修复（ Repair） 1.2.4 重组修复（Recombination Repair）在后代中只有一个个体含有该条DNA，在后代中只有一个个体含有该条DNA，后代越 DNA 影响比例越小，等于消除影响。多，影响比例越小，等于消除影响。提问：原损伤部位没有修复，对后代影响大吗？提问：原损伤部位没有修复，对后代影响大吗？
避免差错的修复 SOS诱导的 SOS诱导的修复系统易产生差错的修复
DNA的损伤的损伤、第五章 DNA的损伤、修复和基因突变
SOS应急反应和易错修复 1.2.5 SOS应急反应和易错修复易错修复（SOS修复， repair）易错修复（SOS修复，SOS repair）修复
进化、变种、进化、变种、癌症、诱变育种等等都是基于这一机理！机理！

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修复、单链断裂修复
在DNA光解酶(Photolyase)的作用下将在光下或经紫外光照射形成的环丁烷胸腺嘧啶二体及6-4光化物(64photoproduct)还原成为单体的过程。
生物体内还广泛存在着使O6-甲基鸟嘌呤脱甲基化的甲基转移酶，以防止形成G-T配对。
DNA单链断裂可以通过重接（DNA连接酶），直接修复。
互变异构移位
指碱基发生烯醇式-酮式结构互变时，氢原子位置的可逆变化，使碱基配对发生改变，这样在复制后的子链上就可能出现错误。如：A、C 或G、T错配
脱氨试剂
主要指胞嘧啶C、A和G分子结构中都含有环外氨基，氨基有时会自动脱落，使得C变为U，A变为I，G变为X，当DNA复制时，会在链中产生错误导致损伤。
切除修复
包括碱基切除修复和核苷酸片段切除修复
碱基切除修复：所有细胞中都带有能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它
能特异性切除受损核苷酸上的N-β－糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（AP位点）。 DNA分子中一旦产生了AP位点，AP核酸内切酶就会把受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA，由DNA聚合酶I合成新的片段，最终由DNA连接酶把两者连成新的被修复的DNA链。
直接引起DNA理化性质改变间接效应细胞水分解离，产生氧自由基诱变碱基改变辐射后DNA分子碱基糖环发生变化，生成各种过氧化物，使碱基破坏或脱落脱氧戊糖受OH-作用，脱氢原子，使其分解引起DNA链断裂引起DNA链断裂及DNA链间交联，DNA-蛋白交联等
非电离辐射
6.1.3 化学因素引起的损伤
烷化剂对DNA的损伤
烷化剂是一类亲电子化合物，很容易与体内大分子负电中心作用。当烷化剂和DNA作用时，可以将烷基加到核酸的碱基上去。结果是形成链内或链间交联，引起DNA烷基化。
碱基类似物对DNA 的损伤
是一类结构与碱基相似的人工化合物，由于结构相似，进入细胞后能代替正常碱基掺入到DNA中，干扰DNA合成。5-溴尿嘧啶（5-BU）与U结构类似，酮式能与A配对，烯醇式能与G配对。结果引起A-T----G-C转变。
2．鳞癌好发于阳光照射最多的部位。 3．户外工作时间较长的人群中皮肤癌发病率较高。 4．在同肤色人群中，居住于低纬度地区者，皮肤癌和恶性黑色素瘤发病数显著增多，其他恶性肿瘤则无此倾向。 5．易感人种，典型的易感者为皮肤色素少或有散在的雀斑，易受阳光的灼伤。
电离辐射引起DNA损伤
直接效应高能r射线和X射线辐射后，对DNA存在环境的成分沉积能量，
A—I—C(非T) 下一轮C—G 导致AT—GC 引起突变 C—U –A(非G) 下一轮A—T 导致GC—AT 引起突变
亚硝酸盐、羟胺诱变剂
DNA聚合酶的“打滑”
DNA复制时，无论模板还是新生链都会发生碱基的环出现象，即DNA聚合酶发生“打滑”，引起一个或数个碱基的插入或缺失。尤其是模板上有几个相同的碱基情况。
分子生物学第五六章的损伤修复基因突变重组与转座补充幻灯片
5.1 DNA的损伤
由于染色体DNA在生命过程中占有至高无上的地位，DNA复制的准确性以及DNA日常保养中的损伤修复有着特别重要的意义。
5.1 DNA的损伤
由于染色体DNA在生命过程中占有至高无上的地位，DNA复制的准确性以及DNA日常保养中的损DNA双螺旋结构发生的任何改变。
主要分为两种：单个碱基改变双螺旋结构的异常扭曲（链内T二聚体、单链缺口、凸
起等）
引起DNA损伤的因素很多，包括：
DNA分子自发性损伤物理因素损伤化学因素损伤
5.1.1 DNA分子自发性损伤
DNA复制过程中的损伤指碱基配对时产生的误差经过DNA聚合酶等综合校对因素作用后仍未被校正的DNA的损伤。如：大肠杆菌DNA复制无DNA聚合酶校正时错配率为10-1~ 10-2，识别校正后为10-5~ 10-6，再经过其他因素，错配率达到10-10 这类损伤主要包括5种因素
错配修复
错配修复可以将DNA子链中的错配几乎完全修复。该系统识别母链依赖Dam甲基化酶，它能使位于
5.2 DNA 的修复
DNA修复是生物体细胞在长期进化中形成的一种保护功能，在遗传信息传递的稳定性方面具有重要作用。
细胞DNA损伤的修复系统主要有：直接修复切除修复错配修复重组修复易错修复和SOS应急反应
直接修复
将被损伤碱基回复到正常状态的修复包括光复活修复、 O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶
5.1.2 物理因素引起的损伤
紫外线(UV)照射引起的DNA损伤主要是同一条链内相邻2个嘧啶形成嘧啶二聚体，阻碍DNA的复制和转录。
ATTCGAGTTAGC TAAGCTCAATCG
当人的皮肤暴露在紫外线下，每小时产生5×104嘧啶二聚体/细胞
1．皮肤癌主要见于经常暴露于阳光的部位，尤其是头颈部、手臂及手。
核苷酸片段切除修复
当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，则由核苷酸切除修复(nucleo tide-excision repair)系统负责修复。
损伤发生后，首先由DNA切割酶(exci-nuclease)在已损伤的核苷酸5’和3’位分别切开磷酸糖苷键，产生一个12～13个核苷酸(原核生物)或27～29个核苷酸(人类或其他高等真核生物)的小片段，移去小片段后由DNA聚合酶Ⅰ(原核)或ε(真核)合成新的片段，并由DNA连接酶完成修复中的最后一道工序。
活性氧引起的诱变
细胞的氧化代谢产生的氧自由基活性很高，DNA 碱基至少会遭受到20种氧化损伤。活性氧为氧分子电子数大于O2的O2 - 可与 C、A 配对，DNA聚合酶不能矫正其错误，造成GC—TA 颠换，这种损伤可以积累，损伤的碱基也能够被修复。
碱基丢失
DNA分子在生理条件下可通过自发性水解，使嘌呤碱和嘧啶碱从磷酸脱氧核糖骨架上脱落下来。哺乳动物每个细胞每 20 h脱去的嘌呤碱和嘧啶碱数分别平均为1000个和500个。