第04章-DNA损伤和修复.ppt

,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,第一节,DNA,损伤,第二节,DNA,损伤的修复,第三节,DNA,损伤与修复意义,第一节,DNA,损伤,一、,DNA,损伤因素及机制,二、,DNA,损伤类型,3,2025/10/20 周一,6,2025/10/20 周一,电离辐射对机体的作用方式,直接,指射线将能量直接传递给生物大分子，使物质,的原子或分子激发和电离，导致物质结构的破坏,间接,指辐射先作用于溶剂分子进而产生活性物导致,细胞损伤,电离辐射对,DNA,的直接和间接损伤,辐射引起的,DNA,损伤类型,碱基脱落,碱基破坏,嘧啶二聚体形成,单链和双链断裂,DNA,交联等,胸腺嘧啶碱基间形成二聚体,（二）,自由基,致,DNA,损伤,自由基,是指能够独立存在，核外带有未配对电子的原子或分子,表示方式：在原有原子或分子符号的左上角标记一个圆点,“,”,自由基的来源,1.,电离辐射通过电离和激发产生,2.,代谢产生活性氧,自由基的作用机制,自由基与,DNA,之间发生化合反应、抽氢作用和加成反应等,自由基的危害,损伤碱基、核糖、磷酸二酯键。,（三）化学毒物致,DNA,损伤,碱基类似物 与正常碱基类似，导致碱基置换,碱基修饰物,修饰碱基某些基团，改变配对性,质或阻断配对,嵌入染料,插入碱基对中，使,DNA,两条链错位,缺失、移码、插入,化学毒物,化学因素,目 录,物理化学因素对,DNA,的损伤,胞嘧啶脱氨基生成尿嘧啶,如果复制发生就会产生一个突变,二、,DNA,损伤类型,1,.,碱基和糖基破坏,损伤因素,酸、热去嘌呤作用、碱基修饰剂、自由基、活性氧、紫外线,损伤类型,碱基丢失,/,插入、碱基置换、,DNA,片段缺失,/,插入,2.,错配,损伤因素,碱基类似物、碱基修饰剂、自发脱氨基,常见错配类型,UT,3.DNA,链断裂,损伤因素,电离辐射、化学物质诱导,损伤类型,单链断裂、双链断裂（最严重损伤，不能原位修复，易致畸,),4.DNA,交联,化学物质诱导,(,如丝裂霉素,),损伤因素,损伤类型,链内交联,同一,DNA,链上碱基共价结合,嘧啶二聚体,DNA,链上相邻的两个嘧啶碱,基之间共价结合，形式有,TT,、,CT,、,CC,链间交联,不同,DNA,链之间的碱基共价结合,DNA-,蛋白质交联,DNA,与蛋白质以共价键结合,DNA,交联示意图,第二节,DNA,损伤的修复,一、,DNA,损伤的修复的机制,二、参与修复的主要基因,修复,(repairing,),是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。,光修复,(light repairing),切除修复,(excision repairing),重组修复,(recombination repairing),SOS,修复,错配修复,修复的主要类型,一、,DNA,损伤的修复的机制,一、,DNA,损伤的修复的机制,光复活酶,与,DNA,链上嘧啶二聚体部位结合,受波长为,260-380 nm,的近紫外线,作用激活使二聚体解聚,酶从,DNA,链上解离，,DNA,恢复正常结构,（一）回复修复,酶学光复活,光修复酶,(photolyase),UV,嘌呤直接插入,O,6,-,甲基鸟嘌呤,-,DNA,的甲基转移,单链重接（单链断裂修复）,30,2025/10/20 周一,（二）切除修复,定义,在多种酶的作用下，先将损伤区域切除，然后利用互补链为模板，合成一段正确配对的碱基顺序来修补,切除过程,切除方式,碱基切除修复、核苷酸切除修复,识别并切除,修复合成并连接,2.1,碱基切除修复（,base-excision repair,BER,）,所有细胞中都带有能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能特异性切除受损核苷酸上的,N-,糖苷键，在,DNA,链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（,AP,位点）。,DNA,分子中一旦产生了,AP,位点，,AP,核酸内切酶就会把受损核苷酸的糖苷,-,磷酸键切开，并移去包括,AP,位点核苷酸在内的小片段,DNA,，由,DNA,聚合酶,I,合成新的片段，最终由,DNA,连接酶把两者连成新的被修复的,DNA,链碱基切除修复,(base-excision repair),。,.,糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从,N-,-,糖苷键处切下来，在,DNA,链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为,AP,位点。,由,AP,磷酸内切酶将受损核甘酸的糖苷,-,磷酸键切开,5,3,DNA,连接酶连接,利用,DNA,聚合酶,I,在切除损伤部位，补上核苷酸,37,2025/10/20 周一,2.2,核苷酸切除修复（,Nucleotide excision repair,NER,）,是机体正常细胞针对,DNA,链上较大损伤的修复过程，它由多种,DNA,修复酶组成。,2.2,核苷酸切除修复（,Nucleotide excision repair,NER,）,损伤发生后，首先由,DNA,切割酶,(excinuclease),在己损伤的核苷酸,5,和,3,位分别切开磷酸二酯键，,产生一个由,12,13,个核苷酸,(,原核生物,),或,27,29,个核苷酸,(,人类或其他高等真核生物,),的小片段，,移去小片段后由,DNA,聚合酶,(,原核,),或,（真核,),合成新的片段，并由,DNA,连接酶完成修复中的最后一道工序。,识别损伤部位,损伤的两边切除几个核苷酸,DNA,聚合酶以母链为模板复制合成新子链,DNA,连接酶将切口补平,核苷酸切除,被切除的不是单个碱基，而是一段寡核苷酸。是细胞内更为重要的一种修复方式,切除修复的特点,是,DNA,修复的一种普遍形式,（三）重组修复,定义,重组酶系将未受损伤的,DNA,片段移到损伤部位，,提供正确的模板，进行修复,分类,同源性重组,两段双链,DNA,同源性大于,200 bp,，大肠杆菌及酵母中,Rec A,蛋白、人细胞中,Rad51,是关键,非同源性重组,同源性低，,DNA,双链断裂的主要修复方式，关键分子是,DNA-PK,及,XRCC4,，非精确修复,43,2025/10/20 周一,复制中出现损伤,重组修复,DNA,聚合酶填补缺损,45,2025/10/20 周一,3,、错配修复（,mismatch repair,，,MMR,）,DNA,错配修复是细胞复制后的一种修复机制,具有维持,DNA,复制保真度,控制基因变异的作用。,错配修复实际上是一种特殊的核苷酸切除修复，它专门用来修复在,DNA,复制中出现的新合成,DNA,链上的错配的碱基。但如何避免将,DNA,链上正确的碱基切除呢？这就需要将,old strand,和,new strand,区分开来。,原核生物利用甲基化区分,old strand,和,new strand,，因此原核细胞中的错配修复也称甲基化指导的错配修复（,methyl-directed mismatch repair,）。,错配修复系统识别母链靠,Dam,甲基化酶（,Dam methylase,），它能使位于,5,GATC,序列中,A,的,N6,位甲基化。一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会在开始,DNA,合成前的一小点时间（几秒钟至几分钟）内被甲基化。刚合成的,DNA,新链上的,GATC,序列还没有来得及甲基化，而作为模板的,old strand,早已被甲基化了，利用这种差别区分,old strand,和,new strand,。,此后，一旦发现错配碱基，错配修复系统就会根据,“,保存母链，修正子链,”,的原则，找出错误碱基所在的,DNA,链即将未甲基化的链切除，并以甲基化的链为模板进行修复合成。,GATC,中,A,甲基化与否常用来区别新合成的链（未甲基化）和模板链（甲基化）,。,这一区别很重要,错配修复（,mismatch repair,）,Dam,甲基化酶使母链位于,5,GATC,序列中腺苷酸甲基化,甲基化紧随在,DNA,复制之后进行,根据复制叉上,DNA,甲基化程度，切除尚未甲基化的子链上的错配碱基,通过,3,个蛋白质（,MutS,、,MutH,和,MutL,）校正,根据母链甲基化原则找出错配碱基的示意图,1.,MutS,发现错配碱基,2.,在水解,ATP,的作用下，,MutS,，,MutL,与碱基错配点的,DNA,双链结合,3.MutS-MutL,在,DNA,双链上移动，发现甲基化,DNA,后由,MutH,切开非甲基化的子链,甲基化指导的错配修复示意图,错配碱基位于切口,3,下游端,，,错配碱基位于切口,5,上游端，,（五）,SOS,修复,定义,DNA,损伤时应急产生的修复作用，解除修复系统抑制，使其产物,(,多种修复蛋白,),参与修复,SOS,修复中,LexA-RecA,操纵子的作用机理,当细菌,DNA,遭到破坏时，细菌细胞内会启动一个被称为,SOS,的诱导型,DNA,修复系统。,在正常情况下，,DNA,损伤的修复基因的操纵子被,LexA,蛋白所阻遏。,SOS,修复系统受到,LexA,阻遏蛋白的抑制，平时该蛋白表达水平很低。,SOS,体系的诱导表达过程其实就是,LexA,阻遏蛋白从这个基因的上游调控区移开的过程。,阻遏蛋白,LexA,的降解与细菌中的,SOS,应答,当有紫外线照射时，细菌体内的,RecA,蛋白水解酶被激活，催化,LexA,阻遏蛋白裂解失活，从而导致与,DNA,损伤修复有关的基因表达。,RecA,蛋白：是,SOS,反应的最初的发动因子。在单链,DNA,和,ATP,存在时，,RecA,蛋白被激活，表现出水解酶活性，分解,LexA,阻遏物。,表达,RecA,蛋白与这些缺口处单链,DNA,相结合，被激活成蛋白酶。具有蛋白酶活性的,RecA,蛋白将,LexA,蛋白切割成没有阻遏作用的和具有与操纵区,DNA,结合活性的两个片段，导致,SOS,体系的高效表达，使,DNA,得以修复。,SOS,反应,SOS,基因,紫外线,激活,Rec A,Lex A,阻遏蛋白,与,DNA,损伤修复有关的酶和蛋白质,基因表达,Lex A,阻遏蛋白,操纵序列,DNA,当修复完成后，活化信号消失，,RecA,蛋白回复到非蛋白水解酶的形式，,LexA,蛋白开始逐步积累，并重新建立起阻遏。,RecA,蛋白的合成停止，,DNA,恢复复制，,RecA,蛋白被稀释到原来的本底水平。,第三节,DNA,损伤与修复意义,一、,DNA,损伤与肿瘤,二、,DNA,损伤修复缺陷导致人类的遗传疾病,61,2025/10/20 周一,一、,DNA,损伤与肿瘤,产生肿瘤的原因,DNA,损伤可导致原癌基因的激活和抑癌基因失活，导致细胞恶变,产生的典型肿瘤,人类遗传性非息肉性结肠癌,家族遗传性乳腺癌和卵巢癌,二、,DNA,损伤修复缺陷导致遗传疾病,1.,DNA,修复缺陷导致的人类遗传病,着色性干皮病（,XP,）,DNA,损伤修复缺陷造成的一种遗传病，对该病研究，发现一些与切除损伤部位有关的,XP,蛋白缺失,2.,细胞对,DNA,损伤应答缺陷,一种常染色体隐性遗传病，发病率在十万分之一至数十万分之一。主要影响机体的神经系统、免疫系统和皮肤,共济失调,-,毛细血管扩张症,DNA,损伤修复的不同层面,DNA,复制时校对功能将损伤几率降至极低,单碱基损伤、单链断裂时靠回复修复、切除,修复、错配修复等机制修复,复杂损伤靠重组修复、,SOS,修复完成，但此,时为不精确修复易产生突变,损伤程度到了无法修复时，细胞发生凋亡,DNA,损伤与修复知识点一览图,