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1、DNA的损伤与修复 概述 损伤因素及其类型4 1复制过程中的错配修复4 2损伤修复4 3限制和修饰4 4突变类型4 5回复突变 抑制突变 4 6突变剂和突变生成 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 DNA的损伤 修复和突变 广义的修复系统 DNA聚合酶的校对功能 复制的范畴 尿嘧啶 N 糖苷酶修复系统 复制时U的渗入
2、C脱氨氧化成U 错配修复系统 损伤修复系统 光复活 重组修复 SOS修复等 限制修饰系统 对付外源DNA的入侵 4 1复制过程中的错配的修复 DNApol 10 8 经第二次校正 10 11 错配修复系统 MRSMismatchRepairSystem 1 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 DNA合成过程中的甲基化变化 DNA中的GATC palindromicseq 为m6A甲基化敏感位点 平均每2kb左右有一GATCseq 错配修复系统受甲基化的引导 甲基化程度的差异 a MutH MutS扫描识别错配碱基和邻近的GATC序列切点 甲基化GATC中G
3、的5 侧 DNAhelicaseII SSB exonucleaseI去除包括错配碱基的片段 DNApolymeraseIII和DNAligase填充缺口 昂贵的代价用于保证DNA的准确性 2 修复过程 外切核酸酶 切割切点的5 端 错配碱基在切点的5 端 3 端 3 端 3 尿嘧啶 N 糖苷酶系统 ungsystem 修复尿嘧啶的来源 dUTP的渗入胞嘧啶的自发脱氨氧化 TAGC ATCG TAGC ACG U ung ase G C U A TAGC ACG AP内切酶 Apurinase TAGC ATCG 4 2DNA损伤的修复 一 嘧啶二聚体的产生 相邻的胸腺嘧啶 胸腺嘧啶二聚体 1
4、 光复活 photoreactivation TT AA 复制前 不容易出错 二 二聚体修复的机制 400nm蓝光 PR酶 photo reactivationenzyme 光敏裂合酶 photolyase 碱基切除修复 2 切除修复Exision Repair 复制前进行不易出错 UvrA B Cgene内切核酸酶 Endonucleases 外切核酸酶 Exonuclease DNApolLigase 螺旋酶 Pol 螺旋酶 连接酶 切 补 切 封 3 重组修复 Recombinative Repair 后复制修复 E coli的挽回系统 该系统存在的实验证据 Rec A gene以某种方
5、式参与DNA损伤修复 Rec修复系统比切除修复系统更有效 目前知道 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 与Rec A蛋白引起的重组 strandtransfer 有关 TTdimer未被修复 仅表现在后代群体中TTdimer浓度的稀释 链的非准确转移 导致突变机率的增加 修复相关机制 重组修复 链转移修复 复制后修复容易出错 RecA DNApolymeraeligase 二聚体后起始 RecA 聚合酶 连接酶 重组修复后的损伤位点可由其它机制进一步修复 4 易错修复 SOS修复SOSrepair 8010100mut 100 50 10 损坏的噬菌体
6、DNA在E coliA被修复E coli的SOS修复能被U V 诱导 A B SOS修复过程有非常高的突变频率 易出错 UV复活或W复活 JeanWeigh 1 实验证据 2 SOS修复机制 SOS修复 无模板指导的DNA复制 大剂量的紫外线照射 大量的二聚体产生 SOS系统诱导 错误潜伏的复制超越二聚体而进行 SOS修复只是SOS反应的一部分 RecA在SOS反应反应中起核心作用 RecA与LexA组成调控环路 RecA受LexA的部分抑制 RecA P 三种功能 当DNA复制受阻 DNAdamaged 当DNA复制度过难关后 1 限制 修饰现象 restrictionandmodifica
7、ion 50年代初Luria T偶数噬菌体 Bertani Weigle P2噬菌体 4 3限制和修饰 结论 菌体限制修饰系统中的限制性内切酶能将外来DNA切断 菌体本身的DNA可受甲基化酶的保护两者称为限制 修饰作用 E coliK菌株和B菌株各有自己的限制修饰系统 E coliC菌株没有 细菌借助于限制 修饰系统来区别自己DNA和外源DNA 自己DNA 限制模式相同的DNA同株系的不同个体DNA 寄生于其中的质粒和噬菌体居民DNA residentDNA 同一个细胞内的不同类型的DNA 包括细胞DNA 质粒DNA 噬菌体DNA等 2 限制 修饰系统 根据其特征分为两大组 三大类 染色体突变
8、 Chromosomemutation chromosomenumberchromosomestructure 核苷酸突变 dNtpointmutation 突变 mutation 可以通过复制而遗传的DNA结构的任何永久性改变 遗传状态 4 4突变类型 突变体 mutant 携带突变的生物个体或群体或株系 突变基因 mutantgene 存在突变位点的基因 野生型基因 wildtypegene 表示方法表现型Arg Arg 基因型arg arg 野生型正性状 1 从突变作用来源上定义自发突变 自然界的突变剂或偶然复制错误诱变 人为使用突变剂 碱基异构式引起DNA复制过程的错误 自发突变 碱基
9、异构式 碱基异构式引起DNA复制的错配 C i C a anti 碱基异构式引起DNA的错配突变 C i C a G k syn G k syn G k anti G k 2 从序列改变多少上定义单点突变 pointmutation 点突变 多点突变 multiplemutation 点突变 碱基替代 碱基插入 碱基缺失 碱基替代 conversion 核苷酸缺失或插入 dNtdeletionorinsertion 移框突变 frameshiftmutation 一个或两个碱基的插入或缺失 或扁平碱性染料分子插入 又叫移码突变 3 从对阅读框的影响上定义 Examplesofdeletionm
10、utations 4 从对遗传信息的改变上定义 点突变 同义突变 没有改变产物氨基酸序列的密码子错义突变 碱基序列的改变引起了氨基酸序列的改变 中性突变 渗漏突变 无义突变 碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变为蛋白合成的终止密码子 碱基替代对遗传信息的改变 无义突变类型 UAA Oc 赭石型 Ocher UAG Am 琥珀型 amber UGA Opal 乳石型 Opal 5 从突变的表达类型上定义 非条件型突变 条件型突变 突变的表现 突变基因型 诱导条件 光 温敏感不育 6 从突变效应上定义正向突变回复突变 使突变体所失去的野生型性状得到恢复的第二次突变真正的原位回复突变很少大部分为第二
11、点的回复突变 抑制突变 7 突变位点存在于负责基因调控的序列中 在启动子区域时 启动子上升突变 增强启动子对转录的发动作用的突变启动子下降突变 在操作子上或调节基因上组成型突变 产生组成型表达方式的操作子突变或调节基因的突变突变的操作子不能被阻遏蛋白所识别调节基因突变不能产生有活性的阻遏蛋白两者之一都使结构基因失去了负向控制 1 抑制突变发生的部位 基因内抑制突变 抑制突变发生在正向突变的基因中基因间抑制突变 抑制突变发生在正向突变基因外的其它基因中 wildtype mutant 表现型 4 5回复突变 抑制突变 间接抑制突变 不恢复正向突变基因蛋白质产物的功能 而是通过改变其它蛋白质的性质
12、或表达水平而补偿原来突变造成的缺陷 从而恢复野生型 2 野生表型恢复作用的性质 直接抑制突变 通过恢复或部分恢复原来突变基因产物蛋白质的功能而恢复野生表型 3 回复突变的分子机制 a AGC Ser ACC Thr AGC Ser b AGC Ser AGG Arg AGT Ser c AGC Ser AGG Arg GGG Gly ifSer Gly 1 基因内抑制突变 Intragenicsuppression 第二位点引起的基因内校正密码子间两次错义突变的互补 4 抑制突变的分子机制 错义突变移框突变 错义突变造成野生型表型的丧失 部分原因在于影响到蛋白质的空间结构 正负电荷 疏水作用
13、a 静电作用 b 疏水作用 回复突变 C G UGG174 GGA210 UGG174 GGA210 UGC174 GAA210 C A K E 移框突变的抑制突变 基因内第二点的插入或缺失 2 基因间的抑制突变 无义突变 无义抑制突变错义突变 错义抑制突变移框突变 移框抑制突变 发生在tRNA基因或与tRNA功能相关的基因上 a 基因间的无义抑制突变 Nonsensesuppressor 野生型 UAG UGA UAA 三种无义抑制50 赭石型无义抑制tRNA产生的几率很低 且抑制效率很低 b 基因间的错义抑制突变 Missensesuppressor c 基因间移框抑制突变 总结 基因内和
14、基因间的错义 无义 移框抑制突变均由相应的错义 无义 移框突变抑制 本节小结 基因内的抑制突变基因间的抑制突变直接抑制突变间接抑制突变分子机制基因内的抑制突变基因间的抑制突变 错义无义移码 错义移码 1 碱基类似物 Baseanalog 2 氨基嘌呤2 Aminopurine 5 溴尿嘧啶5 BromineUracil 4 6突变剂和突变生成 5 BrU G A A T G C转变 烯醇式渗入为G C A T转变 2 碱基的化学修饰导致突变 又称化学突变剂 亚硝酸 nitrousacidHNO2 羟氨 hydroxylamineHA 甲磺酸乙酯 ethylmathanesulfonateEMS
15、 N 甲基 N 硝基 N 亚硝基胍 N mathyl N nitro N nitrosoguanidionNNG 产生 错义突变 NH2OH HydroxylamineHA羟胺 HN H H O H N H HO N H 3 嵌合剂的致突变作用 吖啶橙 AcridineOrangeAO 扁平染料分子 溴化乙锭 EthidiumBromideEB ATTTTTCG TAAAAAGC ATEBTTTTCG TA 分子插入 X AAAAGC 结果产生 移框突变 5 增变基因 mutatorgene 一种误称 4 转座成分的致突变作用 生物体内有些基因与整个基因组的突变频率直接相关其突变时 整个基因组的突变频率明显上升 增变基因类别 6 突变热点 MutationHotpoint 基因自发突变的频率是一定的 DNA分子上某些位点的突变频率大大平均数 这样的位点称为 a 重复序列 repetitiveseq palindromicseq b m5C c 不同诱变剂作用位点不同 转座子插入位点不同 复制期发生在新生链上不发生突变 若发生在模板链上很快突变非复制期突变频率50 DNA的损伤修复与突变 Mutagen 诱变剂 完全修复 DNA损伤 碱基的化学反应 损伤的修复 突变 突变生成 本节小结 碱基类似物碱基的化学修饰嵌合剂转座因子的致突变作用增变基因突变热点
