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1、生物化學,DNA的突變與修復DNA Mutation and Repair,DNA的突變與修復,DNA methylation Can also lead to mutations DNA repairTypes of DNA damageTypes of repairDirect repairNucleotide excision repairbase excision repairPostreplication repairMismatch repair,突變由數種DNA鹼基序列改變所產生,一個鹼基對置換(substitution)鹼基刪除(deletion):一或多對鹼基被刪除嵌入(in
2、sertion):一或多對的鹼基嵌入DNA一股中,一個鹼基對置換(transition),一個鹼基置換另一個是最常見的突變型式。有兩種可能的型式。同類置換(transition)其為將一個嘌呤以另一種嘌呤置換或一種嘧啶被另一種嘧啶取代。相反地 異類置換(transversion)則以嘧啶置換嘌呤，或以嘌呤置換嘧啶。,A,T,G,C,A,T,G,C,同類置換(transition),A,T,G,C,A,T,G,C,異類置換(transversion),鹼基對置換所造的突變,錯誤意義突變(missense mutation):結果造成錯誤基因，錯誤胺基酸,鹼基對置換所造的突變,無意義突變(nons
3、ense mutation):結果造成錯誤基因，出現停止訊息，提前終止蛋白質合成。,鹼基對置換所造的突變,有意義突變(sense mutation):雖然基因突變，但基因意義並未改變，仍然出現相同的胺基酸。,突變由數種DNA鹼基序列改變所產生,鹼基刪除(deletion):一或多對鹼基被刪除嵌入(insertion):一或多對的鹼基嵌入DNA一股中,N,N,N,H,C,H,O,5-methyl cytosine,N,N,O,H,T,O,thymine,N,N,N,H,C,H,O,5-methyl cytosine,N,N,O,H,U,O,uracil,+H2O,-NH3,DNA中的甲基化的胞嘧
4、啶會以相當的速率自動地去胺形成尿嘧啶，他們之間僅有的不同只是胸腺嘧啶(thymine)的甲基代替了尿嘧啶的C-5之氫。,尿嘧啶,胸腺嘧啶,甲基化的胞嘧啶,-NH3,胞嘧啶的去胺作用可能引起突變,胞嘧啶的去胺作用可能引起突變,胞嘧啶的去胺作用可能引起突變，因為尿嘧啶與腺嘌呤(adenine)配對，所以子股之一會含AU鹼基對而不是最初的GC鹼基對,C T,U,A,為什麼甲基化的鹼基被DNA使用而非RNA,胸腺嘧啶上的甲基是其與去胺胞嘧啶的分辨標籤。如果胸腺嘧啶在DNA中沒有被使用到，正確位置上的尿嘧啶便很難從脫胺形成的胞嘧啶中分辨出來。這個缺陷可能持續而沒被注意到，則在子代DNA分子之一的一個GC
5、鹼基對必然後突變成AU。避免這種突變則靠一種只找尿嘧啶而不理胸腺嘧啶的修補系統。在DNA中使用胸腺嘧啶。而不用尿嘧啶似乎是為了提高基因訊息的準確性。相反地，RNA不被修復，所以尿嘧啶在RNA中被使用，因為它是耗費較少的建造材料單元。,化學突變-5-溴尿嘧啶(5-bromouracil),鹼基類似物(Base analogs)，如 5-溴尿嘧啶(5-bromouracil)，可合併入 DNA。在DNA 複製中。因改變鹼基配對的結果而導至置換突變5-溴尿嘧啶為胸腺嘧啶(thymine)的相似物，正常情況與腺嘌呤(adenine)配對。,化學突變-2-aminopurine,2-aminopurin
6、e通常與胸腺嘧啶配對。2-Aminopurine可與 胞嘧啶(cytosine)形成單一的氫鍵。2-aminopurine可以產生 ATGC 置換。,其他突變原-化學性修飾DNA鹼基,原本腺嘌呤(adenine)與胸腺嘧啶配對亞硝酸(nitrous acid)與含胺基的鹼基反應。腺嘌呤(adenine)被氧化性去胺反應成為亞黃嘌呤(hypoxanthine)結果亞黃嘌呤與胞嘧啶配對。而不與胸腺嘧啶配對。,其他突變原-化學性修飾DNA鹼基,原本胞嘧啶(cytosine)與鳥糞嘌呤(guanine)配對胞嘧啶經由去胺作用(deamination)成為尿嘧啶(uracil)，結果尿嘧啶與腺嘌呤配對而
7、不是鳥糞嘌呤配對,DNA修補（DNA repair),所有的細胞擁有修補的機制:鹼基可能被改變或丟失，支架磷酸二酯鍵(phosphodiester bond)可能被破壞，而雙股間可能共價性地交叉連接。這些損傷是由於離子化放射線，紫外線和許多化學物質所引起。大部分DNA所受的破壞可以被修補，因為遺傳訊息是貯存在雙股螺旋的兩股上，因此一股失去的訊息可由另一股取回。,照射紫外光引起DNA的損傷-嘧啶二聚體(pyridine dimers),DNA股上鄰近的嘧啶殘基可以變成共價連結。如此的嘧啶二聚體不能適合雙螺旋，因此複製和基因表現會受到阻礙，直到損傷被移除。,嘧啶二聚體的切除-Uvr ABC酵素複合
8、體,2個 UvrA 蛋白質與 UvrB蛋白組成一個酵素複合體偵測到嘧啶二聚體所產生的扭曲變形利用ATP水解，UvrA 蛋白質解離留下UvrB 蛋白質與扭曲不為結合,現在 UvrB 結合 UvrC 蛋白質UvrC 活化 UvrB在二聚體的5側第7個核苷酸遠處及3第4個核甘酸遠處UvrC 與 UvrB 結合在DNA扭曲變形的片段上,由高專一性的excinuclease(UvrD)切除，然後離開。順便移走Uvr CDNA聚合酶進入這個裂隙以完成修補合成。裂痕(nicked)股的3端是primer，而完整的互補股是模板。也移走Uvr B最後，新合成的DNA片段與DNA鏈的原來部分由DNA連接酶加以連接
9、,嘧啶二聚體的切除-光解酶(photolyase),嘧啶二聚體也可以被光化學反應所分割。細胞含有一種光反應酶(photoreactivating enzyme)稱為光解酶(photolyase)。當光解酶結合到DNA的變形區域時，即具近紫外光及藍色的光譜區域的吸收帶。吸收光子造成了激動態切割二聚體回到其原始鹼基。,鹼基刪除修補(BER,base excision repair)-特定的N-糖苷酶(N-glycosylases)會移除突變的鹼基,一種特定的N-糖苷酶水解核苷酸間的糖苷鍵。完整的DNA的骨架中一個鹼基遺失了。這個洞叫做AP位置，一個核酸內切酶(endonucleases)或辨認出這
10、個缺陷，並割裂失去的鹼基旁邊之骨架。DNA聚合酶切除殘基單位並嵌入需修補的鹼基，即受末破壞互補股上鹼基存在之指示。最後，由DNA連接酶(DNA ligase)來封閉修復股。,DNA糖苷酶結合受損部位,無嘌呤核酸內切酶(apurinc endonucleases)或無嘧呤核酸內切酶(apyrimidine endonucleases)負責辨識移除後所留下的AP位置，並將包含空隙在內的一小段DNA切除，,DNA聚合酶會以剩下的一股DNA為模板，進行DNA之合成，最終DNA連接酶將新合成的DNA與舊有的DNA連接起來。,水解核醣糖苷鍵出現一個洞叫做AP位置,烷化劑(alkylating agent),烷化劑(alkylating agent)通常會把甲基或乙基加在DNA的氮鹼基上，以致DNA複製時發生錯誤配對，最後導致DNA的突變。此細胞必須使用刪除修補(excision repair)來移除經烷化劑修飾的鹽基或受損的DNA，以避免DNA序列發生突變。,N,N,N,N,H2N,sugar,會把甲基或乙基加在DNA的氮鹼基,guanine,O6-alkyl guanine,G C,烷化的O6-methylguanine造成GCAT置換,
