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1、DNA的修复由于染色体DNA在生命过程中占有至高无上的地位，DNA的复制的准确性以及DNA日常保养中的损伤修复就有着特别重要的意义。下表是大肠杆菌中的DNA修复系统：2024/8/191DNA修复系统功能错配修复错配修复恢复错配恢复错配切除修复（碱基、核苷酸）切除修复（碱基、核苷酸）切除突变的碱基和核苷酸片段切除突变的碱基和核苷酸片段重组修复重组修复复制后的修复复制后的修复DNA直接修复直接修复修复嘧啶二体修复嘧啶二体SOS系统系统DNA的修复，导致变异的修复，导致变异重点内容：重点内容：DNA损伤修复方式；损伤修复方式；DNA突突变类型变类型难点内容：难点内容：基因间校正基因间校正教学目的：
2、教学目的：了解了解DNA损伤的原因及修复方损伤的原因及修复方式式；突变的产生及校正突变的产生及校正。 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、 脱氨基、碱基丢失、 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 4.1 Gene MutationsCauses of MutationsSpontaneous Replication ErrorsSpontaneou
3、s Chemical ChangesChemically Induced MutationsRadiation化学因素：化学因素： 常见的化学诱变剂常见的化学诱变剂化合物类别化合物类别 作作 用用 点点分子改变分子改变碱基类似物碱基类似物如：如：5-5-BUBUA A 5-5-BU BU G G- - A - A - - T - T - - G - G - - C - C -羟胺类羟胺类（NH2OH）T T C C- - T - T - - A- A- - C - C - - G - G -亚硝酸盐亚硝酸盐（NO2）C C U U- - G - G - - C- C- - A - A - -
4、T - T -烷化剂烷化剂 如：如：氮芥类，氮芥类，NitrominsNitrominsG G m mG GDNADNA缺失缺失G GDNA的修复2024/8/1911 DNA修复系统直接修复错配修复切除修复重组修复SOS修复DNA直接修复（直接修复（direct repair） 生物体内存在多种生物体内存在多种DNADNA损伤以后而并不需损伤以后而并不需要切除碱基或核苷酸的机制，这种修复方式要切除碱基或核苷酸的机制，这种修复方式称为称为DNADNA的直接修复的直接修复。 嘧啶二聚体的产生嘧啶二聚体的产生 类型：类型：TT二聚体二聚体 （ ）、）、CC二聚体（二聚体（ ）、）、 CT二聚体（二
5、聚体（ ）TTCCCT相邻的胸腺嘧啶相邻的胸腺嘧啶CCCC光复活光复活(photoreactivation)(photoreactivation)可见光存在的条件下，在光复活酶作用下将可见光存在的条件下，在光复活酶作用下将UVUV引起嘧啶二引起嘧啶二聚体聚体分解为单体的过程。分解为单体的过程。过程过程 光复活酶与光复活酶与T=TT=T结合形成复合物结合形成复合物; ; 复合物吸收可见光切断复合物吸收可见光切断T=TT=T之间的之间的C-CC-C共价键共价键, ,使二聚使二聚体变成单体体变成单体; ; 光复活酶从光复活酶从DNADNA链解离。链解离。DNA紫外线损伤的光复合酶直接修复 PR光复活
6、（光复活（photo reactivation ）直接修复）直接修复-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA- 复制前、不容易出错复制前、不容易出错 400 nm 蓝光、蓝光、PR 酶酶 (photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶（光敏裂合酶（photolyase）可见光激活可见光激活烷基化碱基的直接修复在 大肠杆菌中O O6 6- -甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤-DNA-DNA甲基转移酶甲基转移酶（Ada），通过从O6-甲基鸟嘌呤上把甲基直接转移到酶的半胱氨酸残基上来直接回复DNA的损伤可修复甲基化的碱基和甲基化的磷酸二酯键。（自杀性酶）DNA断裂口直接修复：在 DN
7、A 5 -P 端和 3 -OH端未受损害的情况下，连接酶能够直接修复DNA的断裂口。切除修复1、内切酶识别损伤部位，并在5 端切开；2、外切酶作用下连同受损伤的部位，从5 端到3 端切除；3、合成新链填补缺口；4、连接酶连接。碱基切除修复：碱基切除修复：BER可以去除因脱氨基或碱基丢失及其它因素产生的DNA损伤。l形成去AP位点lAP核酸内切酶切除受损片段lDNA聚合酶I和DNA连接酶修复DNA链DNA糖苷酶糖苷酶(glycosylase)能识别能识别DNA受损核酸位点，受损核酸位点，特异性切开受损核苷酸上特异性切开受损核苷酸上的糖苷键，在的糖苷键，在DNA链上形链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，成
8、去嘌呤或去嘧啶位点，称为称为AP位点。位点。DNA分子中一旦产生了分子中一旦产生了AP位点，位点，AP核酸内切酶核酸内切酶就会就会切开切开Ap位点附近的磷位点附近的磷酸二酯键酸二酯键，并移去包括，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段位点核苷酸在内的小片段DNA。Base Excision Repair-TAGC-ATCG-TAGC-A CG-U-TAGC-ung-ase GCUAU-TAGC-A CG-AP内切酶内切酶(Apurinase)-TAGC-ATCG-DNApolLigase v核苷酸切除修复核苷酸切除修复DNA切割酶切割移去12-13个核苷酸（原核）或27-29个核苷酸（真核）的单
9、链DNA，再由DNA聚合酶和DNA连接酶修复DNA链 二聚体DNA mismatch+ - A- -C-错配修复错配修复系统系统(MRSMismatch RepairSystem)错配修复碱基来源：错配修复碱基来源：校正活性所漏校的碱基校正活性所漏校的碱基 + - A- -T-错配修复（错配修复（Mismatch repair)错配修复（错配修复（Mismatch repair) 原核细胞内存在原核细胞内存在DamDam甲基化酶，能使位于甲基化酶，能使位于5GATC5GATC序列中序列中腺苷酸的腺苷酸的N N6 6位甲基化位甲基化。 复制后复制后DNADNA在短期内（数分钟）为半甲基化的在短期
10、内（数分钟）为半甲基化的GATCGATC序列，一旦发现错配碱基，即将未甲基化链序列，一旦发现错配碱基，即将未甲基化链切除一段包含错误碱基的序列，并以甲基化的链切除一段包含错误碱基的序列，并以甲基化的链为模板进行修复。为模板进行修复。 DNADNA合成过程中的甲基化变化合成过程中的甲基化变化DNA中的中的GATC (palindromic seq.)为为m6A甲基化敏感位点甲基化敏感位点平均每平均每2kb左右有一左右有一GATC seq.错配修复系统受甲基化的引导错配修复系统受甲基化的引导2024/8/1929错配修复一旦在DNA复制过程中发生错配，通过该系统几乎能完全修正。该系统对DNA复制忠
11、实性贡献很大。修复过程：识别错配，复合物的形成，甲基化及非甲基化链的切开，切除含错配的部分DNA链，合成新链新链再度甲基化错配修复系统组成（错配修复系统组成（Mismatch repair system）DNA腺嘌呤甲基化酶腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶甲基化酶)DNA polymerase 填补单链填补单链 DNA 缺口缺口Helicase SSB 外切核酸酶外切核酸酶 (和和) 连接酶连接酶MCE (mismatch correct enzyme) 扫描新生链中错配碱基扫描新生链中错配碱基识别新生链中非识别新生链中非 m6A 的的GATC序列序列酶切含错配碱基的酶切含错配碱基的DNA区段区
12、段3 subunits mut H, L, S 错配修复错配修复 大肠杆菌DNA 甲基化位点新合成的DNAMis-paired basesDNA突变 突变（Mutation） ：DNA碱基序列水平发生永久的可遗传的改变称为突变。突变体：携带突变的个体，群体或株系叫突变体。突变型：突变类型点突变(point mutation)：移码突变(frame shift mutation)：突变的类型突变的类型1、碱基对的置换（、碱基对的置换（substitution） 转换转换(Transition)： 最普通的一种点突变，指一种嘧啶被另一种嘧啶代替，最普通的一种点突变，指一种嘧啶被另一种嘧啶代替，一种
13、嘌呤被另一种嘌呤代替。使一种嘌呤被另一种嘌呤代替。使GC对被对被AT对替换，或对替换，或者相反。者相反。 颠换颠换(Transversion)： 另一种不常见的点突变，嘌呤被嘧啶代替或者相反，另一种不常见的点突变，嘌呤被嘧啶代替或者相反，如如AT对变成了对变成了TA、CG对。对。2、移码突变（、移码突变（frameshift mutation） 由碱基的缺失或插入造成。由碱基的缺失或插入造成。 A G T C DNADNA突变的类型突变的类型突变的类型突变的类型 -T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-转换转换 -T-C-G-A-G-C-T
14、-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-插入插入A -T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失缺失T野生型基因野生型基因 -T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C- -T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-颠换颠换碱基对的置换碱基对的置换(substitution)移码突变移码突变(framesshift mutation)编码区突变类型突变突变同义突变错义突变无义突变中性突变无声突变同义突变 Synonym
15、ous mutation 虽然，DNA上碱基发生了变化，但仅仅是改变了某种氨基酸的同义密码子，基因表达的氨基酸序列不变，生物活性不变。属于“无声突变”。38ve.g. 亮aa CUU CUA UUA 对应的DNA CTT CTA TTA e.g. 亮aa CUC CUG UUG 对应的DNA CTC CTG TTG 错义突变(Missense mutation ）： 密码子的第一、二位碱基改变导致对应的aa改变 GAAGTA中性突变 Neutral mutation 虽然，DNA的碱基发生了改变，但突变体的性状几乎不变，蛋白质的活性几乎不变。属于“错义突变”中的一种形式 也属于“无声突变 ”
16、Silent mutation。41无义突变 Nonsense mutation 因DNA上碱基的改变，或者碱基插入、缺失造成移码现象，使原氨基酸密码子变为终止密码子的过程。这种突变会使得翻译过早的中断，表达的蛋白质失去了活性。42移码突变 Frameshift mutation当DNA中插入或缺失核苷酸，或加入嵌合剂时，造成阅读框的移动，使基因转录的mRNA三联密码改变，表达的氨基酸序列面目全非，或部分改变，或不表达,甚至造成生物致死（Lethal）的现象。回复突变回复突变： 基因第二次突变时，在第一次突变位点上恢复成原来碱基的现象。这种几率在自然界很小。A-a a-A 习惯上说的“回复突变
17、”，确切地说是 “校正突变”。 基因校正 基因的第二个位点突变，来抑制第一个位点突变的表现型效应。使第二次表现型恢复为野生型、或成为有活性的突变体。47校正方式：基因内校正（两次突变位点，在同一条染色体上。） 基因间校正（两次突变位点，在不同染色体上。）48基因内校正5 -CAGGACAACACTGCATGCCCAAATACTTTGGGTGA-3 3 -GTCCTGTTGTGACGTACGGGTTTATGAAACCCACT-5 5 -CAGGACAACACTGCATGCCCAAATAGTTTGGGTGA-3 3 -GTCCTGTTGTGACGTACGGGTTTATCAAACCCACT-5 5
18、-CAGGACAACACTGCATGCCCAAACAGTTTGGGTGA-3 3 -GTCCTGTTGTGACGTACGGGTTTGTCAAACCCACT-5 野生型+-第一次突变第一次突变第二次突变第二次突变有几种情况有几种情况1.回复突变-2.同点抑制突变-3.异点抑制突变有活性的突变体+失活50基因内抑制突变LysGluLysGlu 第二次突变并不恢复已突变的蛋白质结构，而是改变另一个蛋白质，来补偿原来突变造成的缺陷。使第二次表现型恢复为野生型，或成为有活性的突变体。51基因间校正基因间直接校正结构基因突变转录。tRNA基因也突变转录突变mRNA突变mRNA。翻译野生型蛋白突变的tRNA，识别突变的mRNA，带入原来的氨基酸。突变的tRNA52错义突变的基因间校正基因间间接校正野生型酶蛋白第一次突变失活酶蛋白第二次突变有活性突变体的酶蛋白它们成了同工酶The End
