DNA的损伤和修复 ppt课件

2.3 错配修复(mismatch repair)
错配修复是按照模板的遗传信息来修复错配碱基 的一种修复方式。 + ----- A----- ------C--DNA mismatch
识别模板链与新合成DNA链的机制：
错配修复系统 (MRS , Mismatch Repair System)
该系统识别母链的依据来自Dam甲基化酶，它能 使位于5’GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。一
(3) DNA聚合酶I以3’-OH为引物，以另一条完好 的互补链为模板进行修复，合成一段新片段； (4)DNA连接酶连接缺口。
•uvrABC内切核酸酶
• DNA pol • Ligase
在原核生物中受损核苷酸3’端的第5位，5’端 的第8位磷酸糖苷分别被DNA切割酶切开。 在人类细胞中，受损伤核苷酸3’端第6位，5’ 端的第23位磷酸糖苷键分别被DNA切割酶切 开。
易脱落形成DNA上无碱基的位点，复制时可以插入
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，使DNA链断裂。
④交联： 烷化剂有两类： 一类是单功能基烷化剂，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，化学武器如氮芥、 硫芥等；一些抗癌药物如环磷酰胺、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。 其两个功能基可同时使两处烷基化，结果就 能造成DNA链内、DNA链间、以及DNA与蛋白质 间的交联。由于这些损伤部分在DNA复制和转录 时干扰DNA解链，因而可能是致死的。
着色性干皮病 （xeroderma pigmentosis，XP） 是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。 在研究其发病机制时，发现一些相关的基因， 称为XPA、XPB、XPC等。这些基因的表达 产物与uvr类蛋白有同源序列，也是起辨认和 切除损伤DNA作用的。XP病人是由于XP基因 有缺陷，不能修复紫外线照射引起的DNA损 伤，因此易发生皮肤癌。

➢插入
➢链的断裂
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第二节 DNA损伤的修复
The repair of DNA damage
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➢ DNA修复（DNA repair）是指纠正DNA两条单 链间错配的碱基、清除DNA链上受损的碱基或 糖基、恢复DNA的正常结构的过程。
➢ DNA修复是机体维持DNA结构的完整性与稳 定性，保证生命延续和物种稳定的重要环节。
➢ 最常见的是组成RNA的尿嘧啶替代胸腺嘧啶掺 入到DNA分子中。
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DNA链发生断裂：
电离辐射、化学毒剂、磷酸二酯键的断裂、脱氧戊糖 的破坏、碱基的损伤和脱落都是引起DNA断裂的原因。
碱基损伤或糖基破坏可引起DNA双螺旋局部变性，形 成酶敏感性位点，特异的核酸内切酶能识别并切割这 样的部位，造成链断裂。
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E.coli的NER主要由4种 蛋白质组成： UvrA UvrB UvrC UvrD
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人类的DNA损伤核苷酸切除修复
① 首先由损伤部位识别蛋白XPC和XPA等，再加上DNA 复制所需的SSB，结合在损伤DNA的部位；
② XPB、XPD发挥解旋酶的活性，与上述物质共同作用 在受损DNA周围形成一个凸起；
单链断裂的直接修复
DNA连接酶能够催化DNA双螺旋结构中一条链上缺口 处的5-磷酸基团与相邻片段的3-羟基之间形成磷酸二 酯键，从而直接参与部分DNA单链断裂的修复，如电 离辐射所造成的切口。
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二、切除修复是最普遍的DNA损伤修复方式
➢ 碱基切除修复 ➢ 核苷酸切除修复
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碱基切除修复（base excision repair）
• MSH（MutS homologs）蛋白 • 与MutL同源的MLH和PMS蛋白

(3) 合成：DNA聚合酶以单链区为模板合成互补拷贝以 合成： 聚合酶以单链区为模板合成互补拷贝以 填补缺口，最后DNA连接酶将新合成的 连接酶将新合成的DNA片段和 填补缺口，最后 连接酶将新合成的 片段和 损伤部位连接起来。 损伤部位连接起来。
依据DNA损伤的类型，切除修复可以分为 损伤的类型， 依据 损伤的类型 以下三种方式： 以下三种方式：
二、DNA被烷化反应、氧化反应和辐射损伤 被烷化反应、 被烷化反应
1. 烷化反应： 烷化反应：
在烷化反应中， 在烷化反应中，甲基或乙基基团被转移到碱基的 反应位点以及DNA骨架的磷酸上。 骨架的磷酸上。 反应位点以及 骨架的磷酸上 烷化化合物包括亚硝胺、 烷化化合物包括亚硝胺、EMS和非常强烈的实验 和非常强烈的实验 室诱变剂N-甲基 甲基-N 硝基 亚硝基胍。 硝基-N-亚硝基胍 室诱变剂 甲基 1-硝基 亚硝基胍。 鸟嘌呤C 鸟嘌呤 6原子上的氧是最容易发生烷基化的位点 之一。其甲基化产物O 甲基 甲基-鸟嘌呤常常与胸腺 之一。其甲基化产物 6-甲基 鸟嘌呤常常与胸腺 嘧啶错配。 嘧啶错配。
DNA的损伤和修复 第四章 DNA的损伤和修复
DNA damage and repair
本章内容安排
第一节：DNA损伤的类型及原因 第一节： 损伤的类型及原因 第二节： 第二节：DNA损伤的修复机制 损伤的修复机制
DNA 复制的忠实性 第一轮控制：错误几率10-5 第一轮控制 1 细胞里的dUTPase dUTPase除去dUTP， dUTP， 细胞里的dUTPase dUTP 2 尿嘧啶尿嘧啶-N-糖苷酶 第二轮控制：错误几率10-5 第二轮控制： 3 错配修复 DNA 聚合酶I和III 4 引物切除和替换 总错误几率10 ， 实际错误率10 总错误几率 -10， 实际错误率 -10-10-11

在插入酶的催化下，以正确 插入酶的催化下， 的催化下 的碱基插入空位， 的碱基插入空位，修复 DNA
聚合酶的催化下 的催化下， 在 DNA 聚合酶的催化下，以 互补链为模板， 互补链为模板，合成新的单链 片段以填补缺口 片段以填补缺口
连接酶催化连接片段 催化连接片段， 由 DNA 连接酶催化连接片段， 封闭缺口
（一）引起DNA损伤的因素： 引起DNA损伤的因素： DNA损伤的因素 自发因素： 1．自发因素： 1)．脱嘌呤和脱嘧啶 DNA分子通过自发水解 经常发生脱嘧 分子通过自发水解经常 DNA 分子通过自发水解 经常 发生脱嘧 啶和脱嘌呤反应， 啶和脱嘌呤反应 ， 使嘌呤碱和嘧啶碱从 DNA分子的 脱氧核糖分子的脱氧核糖 DNA 分子的 脱氧核糖 - 磷酸骨架上脱落下 来。 例如，在腺嘌呤和鸟嘌呤的N 例如，在腺嘌呤和鸟嘌呤的N- 9及脱 氧核糖C 之间的N 糖苷键常发生自发 氧核糖C-1′之间的N-糖苷键常发生自发 水解反应而断裂， 从而失去嘌呤碱基， 水解反应而断裂 ， 从而失去嘌呤碱基 ， 使该嘌呤碱基所编码的遗传信息丢失。 使该嘌呤碱基所编码的遗传信息丢失。
特异性的核酸内切酶识别 特异性的核酸内切酶识别 DNA 核酸内切酶 的损伤部位， 的损伤部位，并在该部位的 5' 端作一切口
糖苷酶识别受损伤的 DNA 糖苷酶识别受损伤的 碱基， 碱基，并将该碱基切除
由核酸外切酶（或 DNA 聚合 核酸外切酶（ 5'→3'端逐一切除损 酶Ⅰ）从 5'→3&#碱基的脱氨基作用 碱基中的胞嘧啶（C）、腺嘌呤（A）和 鸟嘌呤（G）都含有环外氨基，氨基有时 会自发脱落，从而使胞嘧啶变为尿嘧啶 （U），腺嘌呤变为次黄嘌呤（I）, 鸟嘌 呤变为黄嘌呤（X）。 这些脱氨基产物的配对性质与原来的 碱基不同，即U与A配对，I和X均与C配对。 而且DNA复制时，它们将会在子链中产生 错误而导致DNA损伤。