DNA修复

LOGO专业：生物技术院系：生命科学学院2020/1/19造成损伤原因在DNA同一条链上，相邻的嘧啶受诱变因素的刺激下，以环丁酰二聚体形式共价相连。如TT、TC、CC等二聚体。H-NH-NN-HN-HNNNNO‖O‖O‖O‖CH3CH3CH3CH3UV等‖O‖OOO引起了DNA变形。如果生物体内修复系统失灵，则细胞走向死亡。TTAA嘧啶二聚体的形成减弱了双链之间氢键作用亚硝酸类试剂可引起三种碱基氧化脱氨。（C、A、G）例如胞嘧啶→尿嘧啶C→U它们原有的C-NH2，→氧化脱氨→C=O，→碱基品种变化→，双链碱基配对变化，→DNA变异。氧化脱氨氧化脱氨I腺嘌呤→次黄嘌呤A→IA，U或C氧化脱氨鸟嘌呤G黄嘌呤X烷基化诱变R|+R|+-烷基化鸟嘌呤m7G鸟嘌呤G鸟嘌呤*G*（1）电荷平衡N1脱氢123456789烷基化烷化剂如EMS（甲磺酸乙酯）等。例：当“G”的N7-位烷基化→N+7-R，会出现两种情况：（1）电荷平衡，N1脱氢；G*少了一个氢键条件G*不能与C配对，改为与T配对。导致基因转换型突变。•……G*……•……T……•5’……G……•3’……C……G烷基化N1脱氢DNA链的交连损伤交连这种“X”型的交连，导致染色体畸变，细胞容易死亡。两条双链DNA碱基插入或缺失用嵌合剂（如吖啶橙等）插入DNA碱基之间时，会使DNA的碱基序列移动或丢失碱基，引起移码突变或其它突变。123412345链的断裂损伤严重的碎片DNA无法修复，不属于突变的问题，而是细胞走向死亡！转座子的致死突变如Mu噬菌体DNA就象一段Tn一样，可整合到宿主E.coli核基因的关键部位上，造成基因突变或细胞死亡。E.coliDNAMuDNA我们从事基因重组时，要注意载体和目的基因插入的大小、方向和位置，防止转化的产物突变，甚至死亡现象。蔬菜、水果上的农药；洗衣粉中荧光剂、烷化剂，食品中的防腐剂……不仅，影响我们的蛋白、酶；而且对我们的基因也有很大的危害！希望大家要警惕这种潜伏期长的癌变因素！Dangerous！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、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)错配修复DNAmismatch+-----A------------C---DNApol(ξ=10-8)经第二次校正ξ=10-11错配修复系统(MRSMismatchRepairSystem)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倍错配修复系统（Mismatchrepairsystem）DNApolymeraseHelicaseSSB外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ)连接酶MCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutH,L,SdamgeneDNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶)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新生DNA区段组成★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决定SH的位置a、MutS/MutH/L顺序扫描识别错配碱基和邻近的GATC序列切点－－甲基化GATC中G的5’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的准确性修复过程外切核酸酶Ⅰ切割切点的5’端（错配碱基在切点的5’端）外切核酸酶Ⅶ切割切点的3’端（错配碱基在切点的3’端）直接修复嘧啶二聚体的产生类型：TT二聚体（）、CC二聚体（）、CT二聚体（）TTCCCT相邻的胸腺嘧啶PR光复活（photoreactivation）直接修复----TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA----•复制前、不容易出错•400nm蓝光、PR酶(photo-reactivationenzyme)光敏裂合酶（photolyase）可见光激活二聚体修复切除修复1、尿嘧啶-N-糖苷酶系统ung-ase修复尿嘧啶的来源：dUTP的渗入胞嘧啶的自发脱氨氧化DNA糖苷酶(glycosylase)能识别DNA受损核酸位点，特异性切开受损核苷酸上的糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，称为AP位点。DNA分子中一旦产生了AP位点，AP核酸内切酶就会切开Ap位点附近的磷酸二酯键，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA。APsite---TAGC------ATCG------TAGC------ACG---U---TAGC---ung-ase①GCUAU---TAGC------ACG---AP内切酶(Apurinase)②---TAGC------ATCG---DNApolLigase③•复制前进行•不易出错碱基切除修复(BaseExcisionRepairBER)•DNA糖苷酶(glycosylase)识别损伤碱基并切开糖苷键•Ap内切酶切开Ap位点附近的磷酸二酯键•DNAPolI除去DNA链的损伤部分(5’3’外切)并合成•连接酶封闭2、BERandNER核苷酸切除修复•UvrABC核酸切割酶原核生物12-13个核苷酸真核生物27-29个核苷酸•DNApolΙ•Ligase(NucleotideExcisionRepairNER)重组修复（Recombinative—Repair）★Rec-A.gene以某种方式参与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复制后修复、E.coli的挽回系统RecA蛋白是recA基因的产物，分子量约38000D，为含４个亚基的四聚体。即使DNA分子有断裂或“空隙”，两个DNA分子也不一定重组。必须有推动重组反应的酶存在，重组才能进行。在这些酶中最主要的是RecA蛋白，它能促使两个同源DNA分子的碱基配对，形成杂种分子。●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,DNApolymerae•ligase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易错修复（SOS修复SOSrepair）SOS修复是指DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式，修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，故又称为错误倾向修复（error-pronerepair），使细胞有较高的突变率。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错误碱基SOS修复酶只有在细胞受到损伤时才存在（正常细胞中不存在），机制a、SOS系统以某种方式对polⅢ进行修饰（改变校对亚基功能）b、由polⅡ负责超越创伤复制结果大量的没有被错配修复系统和切除修复系统纠正的错误碱基导致突变－－错误倾向性－－－－存活下来总比死亡好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LexAproteinrepressesmanygenes,includingrepairfunctions,recAandlexA,.ActivationofRecAleadstoproteolyticcleavageofLexAandinducesallofthesegenes.RecA-P;三种功能a、DNA重组活性b、与S.S.DNA结合活性c、少数蛋白的proteinase活性当DNA正常复制时（无复制受阻，无DNA损伤，无TTdimer）RecA-p不表现proteinase活性当DNA复制受阻/DNAdamaged细胞内原少量表达的RecA-p与S.S,DNA结合激活RecA-p的proteinase活性修复损伤LexA-p降解RecA-p高效表达SOSopen当DNA复制度过难关后SOSrepair是一种错误倾向性极强的修复机制是进化中形成的“竭尽全力，治病救人”的措施（正常状态下，SOS是关闭的）SOSrepair是一种error-prone极强的修复机制RecA-p很快消失LexAgeneonSOSoff限制和修饰1、限制－修饰现象(restrictionandmodificaion)原核细胞保护自己，选择性降解外源DNA的一种机制。包括两类酶，即限制性核酸内切酶和DNA甲基化酶。前者负责降解进入原核细胞的外源DNA，后者则对细胞自身的DNA进行甲基化，从而保护细胞的DNA，使其不被细胞内的限制性核酸内切酶降解。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三大类●染色体突变（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LOGO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-----自发突变碱基异构式A(amino氨基)A(imino亚氨基)C(a)C(i)G(keto酮式)G(enol烯醇式)G(k)G(e,i)T(keto)T(enol-2’)orT(enol-4’)碱基异构式引起DNA复制的错配G(k)C(a)正确配对A(a)T(k)错误配对G(k)T(e)A(a)C(i)A(i)C(a)G(e)T(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）转换(transition)PyPyPuPu颠换(transvertion)PyPu●核苷酸缺失或插入（dNtdeletionorinsertion）=3xdNt±nxAminoacid=3xdNt移框（Framshift）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的插入会使DNA的阅读框架（读码框）发生改变3、从对阅读框的影响上定义移码突变Examplesofdeletionmutations4、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---同义突变GAA→GAGGluGAA(E)→GAG(E)GluE－－－代表Glu有些错义突变严重影响到蛋白质活性甚至完全无活性，