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分子生物学 第四章 DNA的损伤与修复

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分子生物学基础-RNA的生物合成和损伤修复

分子生物学基础-RNA的生物合成和损伤修复

A-T，G-C
A-U，T-A，G-C
21
目录
第一个内容
参与转录的主要物质
The reagent of transcription
22
目录
一、转录模板
• 结构基因：能转录出RNA的DNA区段 • 不对称转录（asymmetric transcription）：
在DNA双链分子上，一股链可转录，另一股链 不转录
26
目录
DNA聚合酶在启动DNA链延长时需要引 物存在，而RNA聚合酶不需要引物就能 直接启动RNA链的延长。
RNA聚合酶和DNA的特殊序列——启动 子(promoter)结合后，就能启动RNA合成。
27
目录
核心酶 (core enzyme) 全酶 (holoenzyme)
28
目录
真核生物的RNA聚合酶
调控序列
结构基因
5
RNA-pol
3
3
5
30
目录
调控序列中的启动子是RNA聚合酶结合模 板DNA的部位，也是控制转录的关键部位。 原核生物以RNA聚合酶全酶结合到DNA的 启动子上而起动转录，其中由σ亚基辨认启 动子，其他亚基相互配合。
对启动子的研究，常采用一种巧妙的方法
即RNA聚合酶保护法。
31
茎环(stem-loop)/发夹(hairpin)结构
46
目录
RNA-pol
5
3
3
5
5pppG
茎环结构使转录终止的机理
• 使RNA聚合酶变构，转录停顿； • 使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。
47
目录
第三个内容 真核生物的转录过程
The Process of Transcription in Eukaryote

分子生物学中的DNA修复和重组

分子生物学中的DNA修复和重组

分子生物学中的DNA修复和重组在分子生物学中，DNA修复和重组是两个非常重要的概念。

DNA修复是指在细胞中修复DNA受损的过程，而DNA重组则是指在细胞中将DNA片段组合成新的DNA序列的过程。

这两个过程在生命的演化中起到了非常重要的作用，下面将详细介绍这两个过程的原理和应用。

DNA修复DNA受到外部物理和化学因素的影响时，如紫外线辐射、化学物质、放射线、热能等，会引起DNA分子的损伤。

DNA分子的损伤对于细胞来说是非常危险的，因为这些损伤可能导致基因突变、染色体畸变、细胞凋亡、肿瘤等病理现象的发生。

因此，DNA修复是保证基因稳定性和遗传稳定性的关键。

细胞内的DNA 修复机制主要分为三种基本类型：直接复制、切除复制和非切断复制。

直接复制是DNA受到伤害后，单纯地将DNA分子的二条链区分开来，然后再用同样的片段来修复它。

这种修复方式有时可能会造成不完全复制，从而导致基因突变或者染色体畸变。

切除复制是细胞发现存在某些损伤区域后，将其划定为一个区域，并且感知整个区域的基因信息。

细胞塔将周围的损伤部分切掉，通过粘贴的方式，使整个区域得到修复，从而保证基因稳定性。

切除复制主要包括核苷酸切失修复和错误配对修复两种机制。

非切割复制主要是一种高保真复制的方式，通过对DNA分子的一部分进行修复，使得DNA的各种结构和信息得到完整。

非切割复制包括模板交替和泛素修复两种方式，泛素修复主要可以修复一些氧化损伤和热能损伤产生的大量碳静电等不完全摩尔的DNA骨架。

DNA重组DNA重组是细胞在进行分裂过程中，将DNA的片段重新组合成新的DNA序列的过程。

在染色体重组的过程中，染色体发生了断裂和重组，通过断裂前后的DNA重组，使得基因序列得到重新组合，从而形成新的复合基因、新的生物种类等新的生物体。

这种DNA重组既是自然界演化的一种方式，也是人工改良可行性研究基因工程的基础。

DNA重组主要包括两个过程：DNA分子的断裂和DNA分子的重组。

DNA损伤检测和修复的分子生物学机制

DNA损伤检测和修复的分子生物学机制

DNA损伤检测和修复的分子生物学机制DNA是我们身体内最重要的生物大分子之一，它携带着我们的遗传信息，控制着身体的生长和发育。

然而，DNA分子可以受到各种外界因素的损伤，包括紫外线、化学污染、放射性物质等等。

一旦DNA受到损伤，就可能引发突变、基因失活以及肿瘤的发生。

因此，及时检测和修复DNA损伤是维持人体健康的重要过程。

在这篇文章中，我们将讨论DNA损伤检测和修复的分子生物学机制。

DNA损伤检测我们的细胞可以通过一系列分子信号来检测DNA损伤。

在DNA分子发生突变或者受到损伤的时候，会激活一些细胞内的信号传导通路，从而产生一系列生物学响应。

其中最重要的信号通路之一便是ATM/ATR通路。

在这个通路中，ATM 和ATR是两个重要的检测分子，它们可以在DNA损伤发生后，通过检测DNA损伤信号的强度和类型，来调节DNA损伤的修复过程。

ATM/ATR通路的检测过程包含了多个重要的分子。

首先，是ATM和ATR两种蛋白激酶，它们会在DNA受损后被激活。

其次，便是Chk1和Chk2两种蛋白激酶。

这两种酶分别是由ATM和ATR激活的，在细胞中起到了重要的调节作用。

最后，还有p53蛋白，它是受到ATM/ATR通路调节的另一个主要靶标。

当DNA 损伤信号被检测到时，p53蛋白会被激活，并且会通过调节细胞周期进程和细胞凋亡，来控制细胞的增殖和生长。

DNA损伤修复一旦DNA损伤信号被检测到，细胞会启动DNA修复机制，去修复受损的DNA分子，从而保证DNA信息的完整性。

DNA损伤修复包含了多个不同的过程和机制，其中最为重要的是以下几种：1.同源重组修复同源重组修复是一种非常常见的DNA修复方式。

这种方式依赖于细胞内的同源性染色体，在DNA损伤修复时会使用同源染色体的相同部分来修复受损的DNA分子。

这样，细胞可以快速而准确地修复受损的DNA分子，避免产生突变和基因缺失。

2.核切修复核切修复是一种精细的DNA修复方式。

这种修复方式依靠细胞内的多个酶类，来扫描和修复受损的DNA分子。

分子生物学中的DNA复制与修复

分子生物学中的DNA复制与修复

分子生物学中的DNA复制与修复DNA（脱氧核糖核酸）是生物体内一种十分重要的分子，它承担着遗传信息的传递和保存。

DNA的复制和修复是研究生物基础学科中的重要课题，了解它们的机理有助于加深对生命活动的理解，因此也是分子生物学中的重要研究内容之一。

一、DNA复制DNA复制是一个生物体内的基本过程，它可以维持基因的传递和遗传信息的稳定，也是生物体繁殖和细胞分裂所必须的过程之一。

在DNA复制过程中，一条DNA分子通过特定的酶和蛋白质进行复制，生成两条完全相同的DNA分子。

DNA分子为双螺旋结构，由两条互补的单链组成，每个单链上的碱基可以与对应的互补碱基形成两个碱基之间的氢键，稳定这种双链结构。

在复制过程中，DNA酶会解开双链结构，连接到单链上，根据互补规则，以已有的单链为模板，合成新的单链。

当DNA酶复制分子到达等待复制的区域时，就会分解双链结构，将合成新的合成链与原始链分开，直到整个链复制完成。

DNA复制是生命体内一项重要的细胞功能，它至关重要地影响着生物体的发育和演化。

在此过程中，DNA分子负责遗传信息的传递和保存，保证生物体传递其基因和重要生命活动所需的信息。

同时，由于环境因素的不断变化，DNA的基因组也需要不断更新，使生物体适应新的环境并延续生命活动的时间。

二、DNA修复DNA复制在生物体内是高度正常的过程，但是有时DNA分子会受到来自环境因素的损伤，如辐射，化学物质等，而这些损伤可能导致修改，删除或添加DNA分子上的碱基，从而破坏其信息质量。

为了维持良好的基因组，并减少生物体感染癌症和其他疾病的风险，生物体必须有一套完善的DNA修复机制，帮助修复和保护DNA分子。

DNA修复主要包括四种机制：直接修复，错配修复，核苷酸切除修复和复制损伤绕过修复。

直接修复是指从DNA分子中去掉已损坏的碱基，在基因组中填补一个缺口。

错配修复是指在生物体细胞复制过程中的错误出现，导致DNA发生错误匹配的情况，而错配修复可以帮助纠正这些错误。

医学分子生物学(第三版)光盘简答题及论述题答案

医学分子生物学(第三版)光盘简答题及论述题答案

第一章基因的结构与功能自测题（三）简答题1. 顺式作用元件如何发挥转录调控作用？2. 比较原核细胞和真核细胞mRNA的异同。

3. 说明tRNA分子的结构特点及其与功能的关系。

4. 如何认识和利用核酶？5. 若某一基因的外显子发生一处颠换，对该基因表达产物的结构和功能有什么影响？6. 举例说明基因突变如何导致疾病。

（四）论述题1. 真核生物基因中的非编码序列有何意义？2. 比较一般的真核生物基因与其转录初级产物、转录成熟产物的异同之处。

3. 真核生物的基因发生突变可能产生哪些效应？（三）简答题1. (1) 真核生物基因中与转录调控相关的一些DNA 片段称为顺式作用元件，包括启动子、上游启动子元件、增强子、加尾信号和反应元件等。

(2) 顺式作用元件通常与一些蛋白质（如RNA聚合酶、转录因子）结合，作用形式包括DNA－蛋白质、蛋白质－蛋白质之间的相互作用。

(3) 顺式作用元件与蛋白质相互作用后，主要通过影响RNA聚合酶的DNA结合活性，增强或者减弱基因转录。

2. 原核生物和真核生物mRNA的相同点：(1) 都含有开放阅读框和非翻译区。

(2) 开放阅读框编码蛋白质，非翻译区调控翻译起始。

原核生物和真核生物mRNA的不同点：(1) 前者常为多顺反子RNA；后者常为单顺反子RNA。

(2) 前者5' 端有与核糖体结合的SD序列；后者5' 端有帽子结构，3' 端有poly (A) 尾。

(3) 前者合成后很少被加工修饰；后者先合成hnRNA，经一系列修饰才变为成熟mRNA。

3. tRNA分子中富含稀有碱基，其二级和三级结构分别为三叶草形和倒L形，包括一茎四环：(1) 3' 端CCA：结合活化的氨基酸。

(2) 反密码环：含有反密码子，能够与mRNA上的密码子互补配对。

(3) 二氢尿嘧啶环：与氨基酰－tRNA合成酶的结合有关。

(4) TΨC环：与核糖体结合有关。

(5) 额外环：tRNA分类的标志。

DNA损伤修复

DNA损伤修复

[编辑本段]DNA损伤修复repair of DNA damage在多种酶的作用下,生物细胞内的DNA分子受到损伤以后恢复结构的现象。

DNA 损伤修复的研究有助于了解基因突变机制,衰老和癌变的原因，还可应用于环境致癌因子的检测。

[编辑本段]简史1949年A.凯尔纳偶然发现灰色链丝菌等微生物经紫外线(UV)照射后如果立即暴露在可见光下则可减少死亡。

此后在大量的微生物实验中都发现了这种现象，并证明这是许多种微生物固有的DNA损伤修复功能,并把这一修复功能称为光复活。

1958年R.L.希尔证明即使不经可见光的照射，大肠杆菌也能修复它的由紫外线所造成的DNA损伤，而后又证明其他微生物也有这种功能,当时就把这种修复功能称为暗复活或暗修复。

此后发现暗修复普遍地存在于原核生物、低等真核生物、高等真核生物的两栖类乃至哺乳动物中，并证实暗修复包括切除修复和复制后修复两种。

1968年美国学者J.E.克利弗首先发现人类中的常染色体隐性遗传的光化癌变疾病──着色性干皮病(XP)是由基因突变造成的DNA损伤切除修复功能的缺陷引起的。

这一发现为恶性肿瘤的发生机理提供了一个重要的分子生物学证据,也使DNA损伤修复的研究进入了医学领域。

[编辑本段]损伤类型DNA分子的损伤类型有多种。

UV照射后DNA分子上的两个相邻的胸腺嘧啶(T)或胞嘧啶(C)之间可以共价键连结形成环丁酰环，这种环式结构称为二聚体。

胸腺嘧啶二聚体的形成是UV对DNA分子的主要损伤方式。

Χ射线、γ射线照射细胞后，由细胞内的水所产生的自由基既可使DNA分子双链间氢键断裂,也可使它的单链或双链断裂。

化学物中的博莱霉素、甲基磺酸甲烷等烷化剂也能造成链的断裂。

丝裂霉素C可造成DNA分子单链间的交联，这种情况常发生在两个单链的对角的鸟嘌呤之间。

链的交联也往往带来DNA分子的断裂。

DNA 分子还可以发生个别碱基或核苷酸的变化。

例如碱基结构类似物5-溴尿嘧啶等可以取代个别碱基，亚硝酸能引起碱基的氧化脱氨反应，原黄素（普鲁黄）等吖啶类染料和甲基氨基偶氮苯等芳香胺致癌物可以造成个别核苷酸对的增加或减少而引起移码突变（见基因突变）。

医学分子生物学 DNA的损伤和修复


42
43
（四）、错配修复
错配修复碱基来源：校正活性所漏校的碱基
使复制的保真性提高102～103倍
错配修复 系统(MRS Mismatch Repair System)
+ ----- A----- ------C--DNA mismatch
DNApol (ξ = 10-8) 经第二次校正ξ = 10-11 44
CTC GAG
镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) β亚基 肽链 N-val · ·leu · · · · his thr pro val glu ······ C 基因
CAC GTG
18
（三） DNA链断裂

磷酸二酯键的断裂和脱氧戊糖的破坏是引起DNA链断
裂的直接原因。

碱基的破坏和脱落在DNA链上形成的不稳定位点是
5
紫外线的致损伤作用 ∧ ---嘧啶二聚体 (TT dimer )
…C T T A…
U.V.
6
（二）自由基致DNA损伤

自由基：指能够独立存在，核外带有未配对电子的
原子和分子。

自由基的产生可以是外界因素与体内物质共同作用
的结果。

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。
37
后复制修复、E.coli的挽回系统
E.coli 存活%
w.t. UvrA+ RecA+
uvr arec aU.V 计量
该 系 统 存 在 的 实 验 证 据
38
★ Rec-A. gene 以某种方式参与DNA损伤修复
♦ Rec修复系统比切除修复系统更有效 ♫ Uvr系统负责切除二聚体 ♫ Rec系统负责消除没有被切除的二聚体 可能造成的后果

细胞的DNA损伤与修复


揭示生命活动规律和疾病发生机制
阐明细胞周期调控与DNA损伤修复的关系
细胞周期调控机制确保DNA在复制和分裂前得到完整修复，从而维持基因组的稳定性。
揭示遗传性疾病的发生机制
基因突变或DNA损伤修复缺陷可能导致遗传性疾病的发生，如癌症、神经退行性疾病等 。
探究环境因素对DNA损伤的影响
紫外线、化学物质、辐射等环境因素可能导致DNA损伤，进而诱发疾病。
02
伦理与社会问题
关注基因隐私、基因歧视等伦理和社会问题，制定合理的 法律法规进行规范。
03
未来发展方向
深入研究DNA损伤修复的分子机制和网络调控，探索新的 治疗策略和方法；加强跨学科合作，推动基础研究与临床 应用的转化；关注新兴技术如人工智能、单细胞测序等在 DNA损伤修复研究中的应用前景。
THANKS
在DNA损伤识别过程中，可能会存在一些误差来源，如损伤感应蛋白的 误识别、信号传导途径的异常激活等。
这些误差可能会导致修复过程的不准确或延迟，从而增加细胞突变和癌 变的风险。
因此，细胞需要采取一系列措施来减少这些误差的发生，如通过冗余机 制确保损伤识别的准确性、通过负反馈机制避免信号传导途径的过度激 活等。
化学物质
许多化学物质如烷化剂、交联剂等能与DNA发生反应，导致DNA 结构改变和功能丧失。
氧化应激
细胞内活性氧物质过多可引发氧化应激反应，导致DNA氧化损伤 。
细胞周期调控在DNA修复中作用
01
细胞周期检查点
细胞周期检查点可识别DNA损伤并阻止细胞进入下一个周期阶段，为
DNA修复提供时间。
02
DNA修复与细胞周期的关系
特定DNA修复过程发生在细胞周期的特定阶段，如G1/S期、G2/M期

DNA的损伤、修复和突变


图5-6 烷基化碱基的直接修复
5.1.2.2 切除修复
先切除受损的碱基或核苷酸，重新合成正常的核苷酸， 再经连接酶重新连接，前后经历识别、切除、重新合成和重 新连接四步。 由于这些酶的作用不需可见光激活，也叫暗修复。切除 修复不仅能消除由紫外线引起的损伤，也能消除由电离辐射 和化学诱变剂引起的其他损伤。切除修复一般发生在下一轮 DNA复制之前，又称复制前修复。 切 除 修 复 分 为 碱 基 切 除 修 复 (BER) 和 核 苷 酸 切 除 修 复 (NER)。BER直接识别具体的受损碱基，识别的标记是受损碱 基的化学变化，而NER识别损伤对DNA双螺旋结构造成的扭 曲。BER中还有一类专门修复DNA复制中产生错配碱基对的 机制，称为错配修复(MMR)。
相同的DNA也只有一对，如果DNA的损伤或遗传信息的改变 不能更正，对体细胞就可能影响其功能或生存，对生殖细胞
则可能影响到后代。
DNA损伤的后果
DNA 修复机制
短期效应
生理功能紊乱 细胞死亡 异常增生和代谢
基因表达异常 细胞增殖减少 基因组不稳定
信号传导异常
长期效应
老化 肿瘤 疾病
所以在进化过程中生物细胞所获得的修复DNA损伤 的能力就显得十分重要，也是生物能保持遗传稳定性之 奥秘所在。 在细胞中能进行修复的生物大分子也就只有DNA， 反映了DNA对生命的重要性。 另一方面，在生物进化中突变又是与遗传相对立统 一而普遍存在的现象，DNA分子的变化并不是全部都能 被修复成原样的，正因为如此生物才会有变异、有进化。
③去除损伤。2个切口之间的带有损伤的DNA片段被去
除。 ④填补缺口。由DNA聚合酶完成。
⑤缝合切口。由DNA连接酶完成。
核苷酸切除修复(NER)主要用来修复导致DNA结

分子生物学复习总结题-第四章-DNA的生物合成

第四章DNA的生物合成一、选择单选：1、中心法则的内容不包括A.DNA→DNAB.DNA→RNAC.RNA→DNAD.RNA→蛋白质E.蛋白质→RNA2、DNA聚合酶催化的反应不包括A. 催化引物的3'-羟基与dNTP的5'-磷酸基反应B. 催化引物的生成C. 切除引物或突变的DNA片段D. 切除复制中错配的核苷酸E. 催化DNA延长中3'-羟基与dNTP的5'-磷酸基反应3、DNA连接酶A. 使DNA形成超螺旋结构B. 使双螺旋DNA链缺口的两个末端连接C. 合成RNA引物D. 将双螺旋解链E. 去除引物，填补空缺4、DNA连接酶在下列哪一个过程中是不需要的？A. DNA修复B. DNA复制C. DNA断裂和修饰D. 基因工程制备重组DNAE. DNA天然重组5、DNA连接酶作用需要A. GTP供能B. ATP供能C. NAD+供能D. NADP供能E. cAMP供能6、DNA复制起始过程，下列酶和蛋白质的作用次序是：1．DNA－pol Ⅲ；2．SSB；3．引物酶；4．解螺旋酶A.l，2，3，4B. 4，2，3，1C. 3，l，2，4D. 1，4，3，2E. 2，3，4，l7、复制中的RNA引物A. 使DNA－pol Ⅲ活化B. 解开 DNA双链C. 提供5’-P合成DNA链D. 提供3’-OH合成DNA链E. 提供5’-P合成RNA链8、复制起始，还未进人延长时，哪组物质已经出现A. 冈崎片段，复制叉，DNA－pol IB. DNA外切酶、DNA内切酶、连接酶C. RNA酶、解螺旋酶、DNA－pol ⅢD. Dna蛋白，RNA聚合酶，SSBE. DNA拓扑异构酶，DNA－pol Ⅱ，连接酶9、冈崎片段产生的原因是A. DNA复制速度太快B. 双向复制C. 有RNA引物就有冈崎片段D. 复制与解连方向不同E. 复制中DNA有缠绕打结现象10、关于突变，错误的说法是A. 颠换是点突变的一种形式B. 插入1个碱基对可引起框移突变C. 重排属于链内重组D. 缺失5个碱基对可引起框移突变E. 转换属于重排的一种形式11、点突变引起的后果是A. DNA降解B. DNA复制停顿C. 转录终止D. 氨基酸读码可改变E. 氨基酸缺失12、嘧啶二聚体的解聚方式靠A. S．O．S修复B. 原核生物的切除修复C. 重组修复D. 真核生物的切除修复E. 光修复酶的作用13、点突变不会导致A.错义突变B.无义突变C.移码突变D.致死突变E.癌基因激活14、损伤的类型不包括A.错配B.插入和缺失C.DNA重排D.形成胸腺嘧啶二聚体E.DNA变性多选：1、中心法则的内容包括A.DNA半保留复制B.DNA逆转录合成C.DNA修复D.RNA复制E.蛋白质合成2、DNA的复制过程需要A.DNA模板B.dNTPC.NTPD.DNA聚合酶E.引物和Mg2+3、原核生物DNA的复制过程需要30多种酶和蛋白质参加，其中主要有A.解旋酶DnaBB.Ⅰ型拓扑异构酶C.引物酶DnaGD.DNA聚合酶ⅡE.DNA连接酶4、真核生物DNA半保留复制需要A. DNA聚合酶αB. 逆转录酶C. 转肽酶D. 端粒酶E. DNA聚合酶γ5、可能造成框移突变的是A. 转换B. 缺失C. 点突变D. 颠换E. 插入6、DNA复制的特点是A.要合成RNA引物B.是NTP聚合C.形成复制叉D.完全不连续E.半保留复制7、关于原核生物DNA聚合酶，以下叙述正确的是A.催化dNTP按5'→3'方向合成DNAB.其引物可以是DNAC.DNA聚合酶Ⅱ没有5'→3'外切酶活性D.DNA聚合酶Ⅲ延伸能力最强E.切口平移依赖DNA聚合酶的5'→3'外切酶活性和5'→3'聚合酶活性8、真核生物DNA的复制过程在以下哪些方面与原核生物不同？A.复制速度比原核生物慢B.有许多复制起点C.形成多复制子结构D.复制周期长E.存在端粒合成机制9、关于真核生物DNA 端粒的合成，以下叙述正确的是A.端粒DNA含短串联重复序列B.所有端粒末端均为3'端突出结构C.端粒酶本质上是一种逆转录酶D.端粒DNA合成过程还需要引物E.端粒DNA合成过程是一个连续过程10、哪些因素可以造成DNA损伤？A.复制错误B.自发性损伤C.物理因素D.化学因素E.病毒11、那些成分可以导致DNA损伤？A.碱基类似物B.亚硝酸盐C.烷化剂D.染料E.尼古丁12、DNA损伤修复系统包括：A.错配修复B.直接修复C.切除修复D.重组修复E.易错修复13、逆转录酶具有哪些催化活性A.DNA逆转录合成B.DNA复制合成C.水解双链DNAD.水解双链RNAE.水解RNA-DNA杂交体14、逆转录病毒在合成其双链cDNA之前，需先后经过哪两步反应A. 病毒蛋白质的合成B. 转录C. 逆转录D. RNA链的水解E. DNA大量复制二、填空1.DNA的复制过程需要以下物质：dNTP底物、、DNA聚合酶、和Mg2+。

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这种变化会使碱基的配对性质发生改变， 这种变化会使碱基的配对性质发生改变， 可使腺嘌呤能配上胞嘧啶、 可使腺嘌呤能配上胞嘧啶、胸腺嘧啶能 配上鸟嘌呤等，如果这些配对发生在DNA 配上鸟嘌呤等，如果这些配对发生在DNA 复制时，就会造成子代DNA DNA序列与亲代 复制时，就会造成子代DNA序列与亲代 DNA不同的错误性损伤 不同的错误性损伤。 DNA不同的错误性损伤。
④交联
化学因素引起的DNA DNA损伤 4.2.1.3 化学因素引起的DNA损伤
化学因素对DNA损伤的认识最早来自对化学 损伤的认识最早来自对化学 化学因素对 武器杀伤力的研究，以后对癌症化疗、 武器杀伤力的研究，以后对癌症化疗、化学 致癌作用的研究使人们更重视突变剂或致癌 剂对DNA的作用。 的作用。 剂对 的作用
电离辐射引起的DNA DNA损伤 2、 电离辐射引起的DNA损伤 电离辐射 损伤DNA有直接和间接的效应， DNA有直接和间接的效应 损伤DNA有直接和间接的效应，直接效应是 DNA直接吸收射线能量而遭受损伤 直接吸收射线能量而遭受损伤， DNA直接吸收射线能量而遭受损伤，间接效应 是指DNA周围的其他分子（主要是水分子） DNA周围的其他分子 是指DNA周围的其他分子（主要是水分子）吸 收射线能量产生具有很高反应活性的自由基 进而损伤DNA 电离辐射可导致DNA DNA。 DNA分子的多 进而损伤DNA。电离辐射可导致DNA分子的多 种变化： 种变化：
表4-1 正常血红蛋白与镰刀形血红蛋白的DNA变 化和氨基酸差异
β链上5、6、7氨基酸的核苷酸密码 正常 脯 —— 谷 —— 谷 GGA —— CTC —— CAC ——
谷 GGA
移码突变 DNA的碱基序列中插入一个或几个碱基 的碱基序列中插入一个或几个碱基， ☆在DNA的碱基序列中插入一个或几个碱基， 或失去一个或几个碱基， 或失去一个或几个碱基，使全部密码发生了 变化，称为移码突变(frame 移码突变(frame 变化，称为移码突变(frameshift mutaion)。 mutaion)。 移码突变常常导致生物的死亡。 ☆移码突变常常导致生物的死亡。
④交联。 烷化剂有两类，一类是单功能基 交联。 烷化剂有两类， 烷化剂，如甲基甲烷碘酸， 烷化剂，如甲基甲烷碘酸，只能使一个位点 烷基化；另一类是双功能基烷化剂， 烷基化；另一类是双功能基烷化剂，化学武 器如氮芥、硫芥等、一些抗癌药物如环磷酰 器如氮芥、硫芥等、 苯丁酸氮芥、丝裂霉素等、 胺、苯丁酸氮芥、丝裂霉素等、某些致癌物 如二乙基亚硝胺等均属此类， 如二乙基亚硝胺等均属此类，其两个功能基 可同时使两处烷基化，结果就能造成DNA链 可同时使两处烷基化，结果就能造成 链 链间、 与蛋白质间的交联。 内、DNA链间、以及 链间 以及DNA与蛋白质间的交联。 与蛋白质间的交联
4.1.2 染色体突变 涉及到染色体较大区域的突变， 涉及到染色体较大区域的突变，主要形式有 重复、丢失、倒位和易位等。 重复、丢失、倒位和易位等。
4.1.3 基因组突变 涉及以基因组为单位的变化， 涉及以基因组为单位的变化，以致影响染色 体的数量
4.2 DNA的损伤 的损伤
DNA损伤是在某些因素作用下，DNA的结构 和功能发生改变，阻碍DNA的复制与转录， DNA的这种变化称DNA的损伤 4.2.1 DNA损伤的原因 损伤的原因 4.2.2 DNA损伤的后果 损伤的后果
③脱嘌呤与脱嘧啶 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。 链的核糖磷酸骨架上脱落下来。 嘧啶从 链的核糖磷酸骨架上脱落下来 一个哺乳类细胞在37℃条件下， 一个哺乳类细胞在 ℃条件下，20h内DNA 内 链上自发脱落的嘌呤约1000个、嘧啶约 链上自发脱落的嘌呤约 个 嘧啶约500 个；估计一个长寿命不复制繁殖的哺乳类细 如神经细胞） 胞（如神经细胞）在整个生活期间自发脱嘌 呤数约为10 这占细胞DNA中总嘌呤数约 呤数约为 8，这占细胞 中总嘌呤数约 3%。 。
1、烷化剂对DNA的损伤 、烷化剂对 的损伤 烷化剂是一类 亲电子的化合物， 亲电子的化合物，很容易与生物体中大分子 的亲核位点起反应。烷化剂的作用可使DNA 的亲核位点起反应。烷化剂的作用可使 发生各种类型的损伤： 发生各种类型的损伤：
①碱基烷基化。 烷化剂很容易将烷基加到 碱基烷基化。 DNA链中嘌呤或嘧啶的 或O上，其中鸟嘌 链中嘌呤或嘧啶的N或 上 链中嘌呤或嘧啶的 呤的N 和腺嘌呤的N 最容易受攻击， 呤的 7和腺嘌呤的 3最容易受攻击，烷基化 的嘌呤碱基配对会发生变化，例如鸟嘌呤N 的嘌呤碱基配对会发生变化，例如鸟嘌呤 7 被烷化后就不再与胞嘧啶配对、 被烷化后就不再与胞嘧啶配对、而改为与胸 腺嘧啶配对，结果会使G-C转变成 转变成A-T。 腺嘧啶配对，结果会使 转变成 。
④碱基修饰与链断裂 细胞呼吸的副 产物O 等会造成DNA损伤，能产 损伤， 损伤 产物 2-、H2O2等会造成 生胸腺嘧啶乙二醇、 生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱 基修饰物，还可能引起DNA单链断裂等 基修饰物，还可能引起 单链断裂等 损伤，每个哺乳类细胞每天DNA单链断 损伤，每个哺乳类细胞每天 单链断 裂发生的频率约为5万次 万次。 裂发生的频率约为 万次。
③DNA链断裂 这是电离辐射引起的严重损伤事件， DNA链断裂 这是电离辐射引起的严重损伤事件， 断链数随照射剂量而增加。 断链数随照射剂量而增加。射线的直接和间接作用 都可能使脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而致DNA 都可能使脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而致DNA 链断裂。DNA双链中一条链断裂称单链断裂 链断裂。DNA双链中一条链断裂称单链断裂 （single strand broken），DNA双链在同一处或 broken），DNA双链在同一处或 ），DNA 相近处断裂称为双链断裂（ 相近处断裂称为双链断裂（double strand broken）。虽然单断发生频率为双断的10 20倍 ）。虽然单断发生频率为双断的10broken）。虽然单断发生频率为双断的10-20倍， 但还比较容易修复；对单倍体细胞（如细菌） 但还比较容易修复；对单倍体细胞（如细菌）一次 双断就是致死事件。 双断就是致死事件。
②碱基脱落。 烷化鸟嘌呤的糖苷键不稳定， 碱基脱落。 烷化鸟嘌呤的糖苷键不稳定， 容易脱落形成DNA上无碱基的位点，复制时 上无碱基的位点， 容易脱落形成 上无碱基的位点 可以插入任何核苷酸，造成序列的改变。 可以插入任何核苷酸，造成序列的改变。
③断链。 DNA链的磷酸二酯键上的氧也容易 断链。 DNA链的磷酸二酯键上的氧也容易 被烷化，结果形成不稳定的磷酸三酯键， 被烷化，结果形成不稳定的磷酸三酯键，易 在糖与磷酸间发生水解， DNA链断裂 链断裂。 在糖与磷酸间发生水解，使DNA链断裂。
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× 细胞， 可达每小时 × 104/细胞，但只局限在皮肤中， 细胞 但只局限在皮肤中， 因为紫外线不能穿透皮肤。 因为紫外线不能穿透皮肤。但微生物受紫外 线照射后，就会影响其生存。 线照射后，就会影响其生存。紫外线照射还 能引起DNA链断裂等损伤。 链断裂等损伤。 能引起 链断裂等损伤
主要是由OH 自由基引起， OH①碱基的变化 主要是由OH-自由基引起， 包括DNA链上的碱基氧化修饰、 DNA链上的碱基氧化修饰 包括DNA链上的碱基氧化修饰、过氧化物的形 碱基环的破坏和脱落等。 成、碱基环的破坏和脱落等。一般嘧啶比嘌 呤更敏感。 呤更敏感。 ②脱氧核糖的变化 脱氧核糖上的每个碳 原子和羟基上的氢都能与OH 自由基反应， OH原子和羟基上的氢都能与OH-自由基反应，导 致脱氧核糖分解，最后会引起DNA链断裂。 DNA链断裂 致脱氧核糖分解，最后会引起DNA链断裂。
1、DNA复制中的错误 DNA复制中的错误 DNA复制中的错配率约在10DNA复制中的错配率约在10 复制中的错配率约在 10左右，即每复制1010个核苷酸大概会有一个碱基的 左右，即每复制10 错误。 错误。 DNA的自发性化学变化 生物体内DNA DNA分子可 2、DNA的自发性化学变化 生物体内DNA分子可 以由于各种原因发生变化，至少有以下类型： 以由于各种原因发生变化，至少有以下类型： ① DNA中的 中的4 碱基的异构互变 DNA中的4种碱基各自的异构体间 都可以自发地相互变化（ 都可以自发地相互变化（例如烯醇式与酮式碱基间 的互变）。 的互变）。
物理因素引起的DNA DNA损伤 4.2.1.2 物理因素引起的DNA损伤
射线引起的DNA损伤是最引人注意的。 损伤是最引人注意的。 射线引起的 损伤是最引人注意的
1、紫外线引起的DNA损伤 、紫外线引起的 损伤
DNA分子损伤最早就是从研究紫外线的效应开 始的。当DNA受到最易被其吸收波长（～ 260nm）的紫外线照射时，同一条DNA链上相 邻的嘧啶会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，其中最容易 形成的是TT二聚体.
DNA损伤的原因 4.2.1 DNA损伤的原因
4.2.1.1 DNA分子的自发性损伤 分子的自发性损伤 分子的自发性损伤 物理因素引起的DNA DNA损伤 4.2.1.2 物理因素引起的DNA损伤 4.2.1.3 化学因素引起的 化学因素引起的DNA损伤 损伤
DNA分子的自发性损伤 4.2.1.1 DNA分子的自发性损伤
第四章 DNA的损伤与修 的损伤与修 复
4.1 基因突变 4.2 DNA的损伤 的损伤 4.3 DNA修复 修复
基因突变（ 4.1 基因突变（mutation) 基因突变：可以通过复制而遗传的 基因突变：可以通过复制而遗传的DNA结构 结构 的永久性改变。 的永久性改变。
4.1.1 点突变
DNA分子最常发生的点突变是碱基置换和 DNA分子最常发生的点突变是碱基置换和移码突变 分子最常发生的点突变是碱基置换 两种。 两种。 ☆一种碱基被另一种碱基所替代称为替换。 一种碱基被另一种碱基所替代称为替换。 替换 有两种形式的替换：转换（transition） 有两种形式的替换：转换（transition）和颠换 (transversion)。 (transversion)。 ☆转换指的是一种嘌呤替换另一种嘌呤，或一种嘧 转换指的是一种嘌呤替换另一种嘌呤， 啶替换另一种嘧啶。 啶替换另一种嘧啶。 颠换指的是嘌呤替换嘧啶或嘧啶替换嘌啶。 ☆颠换指的是嘌呤替换嘧啶或嘧啶替换嘌啶。 ☆替换会引起单个密码子发生改变。 替换会引起单个密码子发生改变。