分子生物学: DNA损伤与修复
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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。
16第十五章-DNA损伤与修复第十五章 DNA损伤与修复遗传物质DNA的遗传保守性是维持物种相对稳定的最主要因素。
然而,在长期的生命演进过程中,生物体时刻受到来自内、外环境中各种因素的影响,DNA的改变不可避免。
各种体内外因素所导致的DNA组成与结构的变化称为DNA损伤(DNA damage)。
DNA损伤可产生两种后果:一是DNA的结构发生永久性改变,即突变;二是导致DNA失去作为复制和(或)转录的模板的功能。
在长期的进化中,无论低等生物还是高等生物都形成了自己的DNA修复系统,可随时修复损伤的DNA,恢复DNA的正常结构,保持细胞的正常功能。
DNA损伤的同时即伴有DNA修复系统的启动。
受损细胞的转归,在很大程度上,取决于DNA的修复效果,如能正确修复,细胞DNA结构恢复正常,细胞得以维持正常状态;如损伤严重,DNA不能被有效修复,则可能通过凋亡的方式,清除DNA受损的细胞,降低DNA损伤对生物体遗传信息稳定性的影响;当DNA发生不完全修复时,DNA发生突变,染色体发生畸变,可诱导细胞出现功能改变,甚至出现衰老、细胞恶性转化等生理病理变化。
当然,如果遗传物质具有绝对的稳定性,那么生物将会失去进化的基础,就不会呈现大千世界、万物生辉的自然景象。
因此,生物多样性依赖于DNA 突变与DNA修复之间的良好平衡。
第一节DNA损伤DNA损伤的诱发因素众多。
一般可分为体内因素与体外因素。
前者包括机体代谢过程中产生的某些代谢物,DNA复制过程中发生的碱基错配以及DNA本身的热不稳定性等因素,可诱发DNA的“自发”损伤。
后者包括辐射、化学毒物、药物、病毒感染、植物以及微生物的代谢产物等。
值得注意的是,体内因素与体外因素的作用,有时是不能截然分开的。
许多体外因素是通过诱发体内因素,引发DNA损伤。
然而,不同因素所引发的DNA损伤的机制往往是不相同的。
一、多种因素通过不同机制导致DNA损伤(一)体内因素1. DNA复制错误在DNA复制过程中,碱基的异构互变、4种dNTP之间浓度的不平衡等均298第十五章DNA损伤与修复299呤)等3.机体代谢过程中产生的活性氧机体代谢过程中产生的活性氧(ROS)可以直接作用于碱基,如修饰鸟嘌呤,产生8-羟基脱氧鸟嘌呤等。