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1、1,哺乳动物细胞DNA损伤的发生频率 DNA损伤类型 次细胞-1 天 1 单链损伤 55 000 脱嘌呤 10 000 脱嘧啶 200 O6甲基鸟嘌呤 3 100 胞嘧啶脱氨基 200 胸腺嘧啶乙二醇 270 胸苷乙二醇 70,2,第一节 DNA损伤的原因及后果,电离辐射,氧自由基,烷化剂,复制错误,碱基类似物,紫外线,3,一、DNA分子的自发性损伤(一)DNA复制产生误差,模板,核酸外切酶活性,DNA聚合酶,错配碱基,4,如大肠杆菌 碱基配对的错误率为10-1-10-2 DNA聚合酶校正后错误率为10-5-10-6 复制后经校正系统校正，错配率为10-9左右,5,（二）DNA的自发性化学变化
2、 1.碱基的异构互变 DNA分子中的4种碱基各自的异构体间都可以自发地相互变化(例如酮式-烯醇式或氨基-亚氨基之间的结构互变)，使配对碱基间的氢键改变。,6,碱基的互变异构效应,碱基T和G能够以酮式或烯醇式两种互变异构的状态出现 碱基C和A能够以氨基式或亚氨基式两种互变状态出现 一般生理条件下，碱基互变平衡反应倾向于酮式或氨基式，故A:T和CG碱基配对,7,互变异构效应引起不正常的碱基配对,稀有形式 常见形式,8,2.碱基的脱氨基作用 碱基的环外氨基有时会自发脱落，从而胞嘧啶(C)变成尿嘧啶(U)，腺嘌呤(A)变成次黄嘌呤(H)、鸟嘌呤（G）变成黄嘌呤(X)等。复制时,U与A配对、H与C配对就
3、会导致子代DNA序列的错误变化。,9,3脱嘌呤与脱嘧啶 即碱基脱落，是指从DNA上丢失了嘌呤或嘧啶，形成无碱基位点，称为AP部位（apurine,apyrimidine site,AP）。,10,复制时可以插入任何核苷酸。脱落碱基后的脱氧核糖3端的磷酸二酯键易被水解，造成DNA链断裂。在哺乳动物细胞基因组中，每天每个细胞因N-糖苷键自发水解约丢失10 000个嘌呤碱基和200个嘧啶碱基。,11,4碱基修饰与链断裂 细胞在正常生理活动中产生的活性氧会造成DNA损伤，产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物，还可引起DNA单链断裂等损伤。每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率约为五万次。,
4、12,二、物理因素引起的DNA损伤,(一)紫外线照射引起的DNA损伤,同一条DNA链相邻嘧啶以共价键连成二聚体(T-T、C-T、C-C)，导致复制不能进行。,13,胸腺嘧啶二聚体,胸腺嘧啶-胞嘧啶二聚体,14,(二)电离辐射引起的DNA损伤 直接效应：DNA直接吸收射线能量而 遭损伤；间接效应：DNA周围其他分子(主要是 水分子)吸收射线能量而产 生具有很高反应活性的自由 基，进而损伤DNA。,15,电离辐射引起DNA损伤的机理,间接作用,直接作用,16,电离辐射引起DNA损伤的类型,产生 OH自由基，导致碱基变化,脱氧核糖分解,DNA链断裂,交联 包括DNA链交联和DNA-蛋白质交联,17,
5、三、化学因素引起的DNA损伤,(一)烷化剂对DNA的损伤1碱基烷基化 2.碱基脱落3 断链 4.交联,18,鸟嘌呤,胞嘧啶,O6-乙基鸟嘌呤,胸腺嘧啶,碱基烷基化烷化剂很容易将烷基加到DNA链中嘌呤或嘧啶的N或O上,烷基化的嘌呤碱基配对会发生变化。,19,双功能基烷化剂，化学武器氮芥、硫芥等 抗癌药物如环磷酰胺、苯丁酸氮芥、丝裂霉素等 致癌物如二乙基亚硝胺等 同时使两个位点烷基化,20,5-BrdU（5-BrdU-A；5-BrdU-G）酮式 烯醇式,(二)碱基类似物、修饰剂对DNA的损伤,亚硝酸盐能使胞嘧啶脱氨基变成尿嘧啶（CU）,羟胺能使胸腺嘧啶脱甲基变成胞嘧啶（TC）,黄曲霉素B(GT),
6、21,四、DNA损伤的后果,1.点突变(point mutation),2.缺失(deletion),3.插入(insertion),4.倒位或转位(transposition),5.DNA断裂(DNA break),22,23,第二节 DNA修复,主要类型:,错配修复直接修复光裂合酶修复切除修复重组修复跨损伤修复(SOS修复),24,一、错配修复,错配修复可校正DNA复制和重组过程中发生的碱基错配。错配的碱基可被错配修复酶识别后进行修复。,25,1.E.coli错配修复机制错配修复系统组成（Mismatch repair system）,DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶),解旋酶 Hel
7、icase、SSB、外切核酸酶(、X和RecJ)、DNA polymerase、连接酶,MCE(mismatch correct enzyme)3 subunits mut S,L,H,扫描新生链中错配碱基,识别新生链中非 m6A 的GATC序列,酶切含错配碱基的DNA区段,26,错配修复,27,错配修复,(大肠杆菌),Mis-paired bases,28,错配修复(大肠杆菌),29,2.真核细胞错配修复机制,30,二.直接修复,1.单链断裂修复 DNA单链断裂是损伤的一种常见形式，可以通过DNA连接酶的重接而修复。,31,2.光分解酶(光复活酶)直接修复二聚体,形成嘧啶二聚体,光复活酶结合
8、于损伤部位,酶被可见光激活,修复后释放酶,32,3.直接修复烷基化碱基,O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶,33,4直接插入嘌呤 DNA链上嘌呤的脱落造成无嘌呤位点，能被DNA嘌呤插入酶(insertase)识别结合，催化游离的嘌呤碱基与DNA无嘌呤部位形成糖苷键。且催化插入的碱基有高度专一性、与另一条链上的碱基严格配对，使DNA完全恢复。,34,三、碱基切除修复（base excision repair，BER）,指切除和替换由内源性化学物作用产生 的DNA碱基损伤,是切除修复的一种。受损碱基移除是由多个酶来完成的。主要针对DNA单链断裂和小的碱基改变 及氧化性损伤。,35,碱基切除修复,36,四、
9、核苷酸切除修复（nucleotide excision repair）,体内识别 DNA 损伤最多的修复通路,主要修复可影响碱基配对而扭曲双螺旋结构的DNA损伤，修复时切除含有损伤碱基的那一段 DNA。,37,核苷酸切除修复(大肠杆菌),UvrA:识别损伤部位UvrB:解旋 双链，3末端内切,紫外线诱导uvrA、uvrB、uvrC和uvrD四种基因表达,38,UvrC:5末端内切,39,UvrD:解旋酶,40,核苷酸切除修复(基因组修复以人为例),41,核苷酸切除修复(转录偶联修复-以人为例),42,GG-NER 和TC-NER的共同修复通路,43,五、重组修复,大肠杆菌重组修复,44,根据 DNA 末端连接需要的同源性，分为同源重组修复：需要多种蛋白参与,在 S/G2期起主要作用。非同源末端连接：DNA分子之间不需要广泛的同源性，在G1/G0期起主要作用。,45,同源重组修复DNA双链断裂（人类）,46,非同源末端连接修复DNA双链断裂（人类）,47,谢谢！,
