第六章基因突变与dna的损伤与修复.pptVIP

第六章基因突变与DNA的损伤与修复 作为一种能决定生命状态存在和延续的生物大分子，DNA在遗传过程中必需保持高度的精确性和完整性，而且这种性能是细胞中任何一种分子都无法与之相比的。尽管如此，在DNA复制过程中，仍难免会存在少量未被校正的差错。此外，DNA还会受到各种物理和化学因素的损伤。这些差错和损伤如果不被修复，将会 一、DNA的损伤 （一）引起DNA损伤的因素： 1．自发因素： 1)．脱嘌呤和脱嘧啶 在生理条件下，DNA分子通过自发水解经常发生脱嘧啶和脱嘌呤反应，使嘌呤碱和嘧啶碱从DNA分子的脱氧核糖-磷酸骨架上脱落下来。例如，在腺嘌呤和鸟嘌呤的N- 9及脱氧核糖C-1′之间的N-糖苷键常发生自发水解反应而断裂，从而失去嘌呤碱基，使该嘌呤碱基所编码的遗传信息丢失。Lindahl估计，一个哺乳动物 2．物理因素： 由紫外线、电离辐射、X射线等引起的DNA损伤。其中，X射线和电离辐射常常引起DNA链的断裂，而紫外线常常引起嘧啶二聚体的形成，如TT，TC，CC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。 3．化学因素： (1)脱氨剂：如亚硝酸与亚硝酸盐，可加速C脱氨基生成U，A脱氨基生成I。 (2)烷基化剂：这是一类带有活性烷基的化合物，可提供甲基或其他烷基，引起碱基或磷酸基的烷基化，甚至可引起邻近碱基的交联。 (3)DNA加合剂：如苯并芘，在体内代谢后生成四羟苯并芘，与嘌呤共价结合引起损伤。 (4)碱基类似物：如5-FU，6-MP等，可掺入到DNA分子中引起损伤或突变。 (5)断链剂：如过氧化物，含巯基化合物等，可引起DNA链的断裂。 二、DNA损伤的修复 人们对DNA的修复机理进行了深入研究，发现在生物体内存在多种修复途径，如能纠正复制错误的尿嘧啶－N－糖基修复酶系统和错配修复系统，以及能修复环境因素和体内化学物质造成DNA分子损伤的光复活修复系统、切除修复系统、重组修复系统和SOS修复系统等。DNA分子的双螺旋结构是其损伤修复的重要基础，因为DNA的互补双链可保证其一股链上的损伤被切除后，能从另一股链上获得修复所需要的信息。 （一）直接修复： 1．光复活： （light repairing）： 这是一种广泛存在的修复作用。光复活能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。其修复过程为：光复活酶（photo-lyase)识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物→在300～600nm可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开，使之完全修复→光复活酶从DNA上解离。 2．断裂链的重接： DNA断裂形成的缺口，可以在DNA连接酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。 3．直接插入嘌呤 当DNA链上的嘌呤碱基受到损伤时，常会被糖基化酶水解脱落生成无嘌呤位点（apurinic site, AP位点）。近年来人们发现一种酶能对这种损伤进行直接修复，这种酶被称为DNA嘌呤插入酶（insertase）。此酶首先与无嘌呤位点相结合，并在K＋ 存在下催化游离的嘌呤碱基或脱氧核苷与DNA无嘌呤部位形成糖苷键。 （二）切除修复(excision repairing)： 这也是一种广泛存在的修复机制，可适用于多种DNA损伤的修复。该修复机制可以分别由两种不同的酶来发动，一种是核酸内切酶，另一种是DNA糖苷酶。 （四）．重组修复(recombination repairing)： 这是DNA的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式。 （五）．SOS修复： 这是一种在DNA分子受到较大范围损伤并且使复制受到抑制时出现的修复机制，以SOS借喻细胞处于危急状态。 DNA分子受到长片段高密度损伤，使DNA复制过程在损伤部位受到抑制。 ?损伤诱导一种特异性较低的新的DNA聚合酶，以及重组酶等的产生。 ?由这些特异性较低的酶继续催化损伤部位DNA的复制，复制完成后，保留许多错误的碱基，从而造成突变。 三、 基因突变与生物进化 　用于描述突变及其所处基因；后者用于描述突变在机体中的后果。此外，按照突变生成的过程可将突变分为自发突变（spontaneous mutation）和诱发突变（induced mutation，简称诱变）两种类型。由于自然界中突变剂的作用或由于偶然的复制错误而产生的突变都属于自发突变。由于人们使用突变剂处理生物体而产生突变则是诱变。从不同角度 　看，基因突变可以分为许多相互联系的类别。目前人们最了解和最常见的基因突变主要有以下两类： 1、碱基置换突变 指基因中一个或少数几个碱基被替代的突变。最简单的碱基置换突变是点突变，即DNA序列上单个碱基的改变。如前述镰刀型红细胞贫血病人的血红蛋白中，β链第6为谷氨酸被缬氨酸取代，其编