DNA的损伤修复及突变PPT课件.ppt

第一第一节DNA的的损伤1-根据受根据受损的部位，的部位，DNA损伤可以可以为两种：两种：n碱基碱基损伤nDNA链的的损伤DNA损伤：一切使一切使DNA结构和功能构和功能发生生改改变的的DNA变化，都可称化，都可称为基因的基因的损伤。2-DNA存存储着生物体着生物体赖以生存和繁衍的以生存和繁衍的遗传信息，信息，维护DNA分子的完整性分子的完整性对细胞至关胞至关紧要；要；修复修复DNA损伤的能力是生物能保持的能力是生物能保持遗传稳定性所在；定性所在；DNA分子的分子的变化并不是全部都能被修复成原化并不是全部都能被修复成原样的，的，因此生物才会有因此生物才会有变异、有异、有进化。化。DNA损伤修复的重要性：修复的重要性：3-细胞内在的因素和胞内在的因素和环境中的因素都可能境中的因素都可能导致致DNA损伤，根据，根据损伤的原因可以分的原因可以分为：DNA分子自分子自发性性损伤 物理因素物理因素导致的致的DNA损伤 化学因素化学因素导致的致的DNA损伤4-一、一、DNA分子自分子自发性性损伤1.碱基的异构互碱基的异构互变2.碱基的脱氨基作用碱基的脱氨基作用3.脱脱嘌呤与脱呤与脱嘧啶(碱基碱基丢失失)4.活性氧引起的碱基修活性氧引起的碱基修饰与与链断裂断裂5-1.1.碱基的互碱基的互变异构异构 DNA每种碱基有几种形式，称互每种碱基有几种形式，称互变异构体，异构体，异构体中原子的位置及原子之异构体中原子的位置及原子之间的的键有所不同。有所不同。碱基各自的异构体碱基各自的异构体间可以自可以自发发生生变化（化（烯醇式与醇式与酮基基间互互变）;A=C T=G 上述配上述配对发生在生在DNA复制复制时，会造成子代，会造成子代DNA序列与序列与亲代代DNA不同的不同的错误损伤.6-同型异构体同型异构体转换=O -OH7-同型异构体同型异构体转换-NH2 -NH8-9-异构互异构互变造成的复制造成的复制损伤10-2.碱基的脱氨基作用碱基的脱氨基作用 碱基的碱基的环外氨基自外氨基自发脱落，脱落，C变为U，A变为次黄次黄嘌呤（呤（I），），G变为黄黄嘌呤（呤（X）。复制复制时，U与与A配配对、H和和X都与都与C配配对会会导致子代致子代DNA序列的序列的错误变化。化。11-12-3.脱脱嘌呤与脱呤与脱嘧啶(碱基碱基丢失失)自自发水解使水解使嘌呤和呤和嘧啶从从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落。的核糖磷酸骨架上脱落。哺乳哺乳类动物物细胞，在胞，在30C下，下，20h内内DNA链自自发脱落脱落嘌呤呤约1000个，个，嘧啶约500个。个。13-4.活性氧引起的碱基修活性氧引起的碱基修饰与与链断裂断裂 细胞呼吸的副胞呼吸的副产物物O2-,H2O2造成造成DNA损伤，产生一些碱基修生一些碱基修饰物（胸腺物（胸腺嘧啶乙二醇、乙二醇、羟甲基尿甲基尿嘧啶等），等），还可引起可引起DNA单链断裂等断裂等损伤;这些些损失失的的积累可累可导致老化。致老化。14-15-二、物理因素引起的二、物理因素引起的DNA损伤1.紫外紫外线（UV）引起的）引起的DNA损伤2.电辐射引起的射引起的DNA损伤16-1.紫外紫外线（UV）引起的）引起的DNA损伤 DNA受到大受到大剂量紫外量紫外线（260nm）照射照射时，同，同一条一条链上相上相邻的的嘧啶以共价以共价键连成二聚体成二聚体；TT,CC,CT之之间都可形成二聚体。都可形成二聚体。复制复制时，此，此处产生空生空耗耗过程，程，DNA不能不能复制，复制，细胞不能分裂，胞不能分裂，导致凋亡。致凋亡。17-紫外紫外线引起的引起的DNA损伤最易形成胸腺最易形成胸腺嘧啶二聚体二聚体（TT）18-2.电辐射引起的射引起的DNA损伤 碱基碱基碱基碱基变变化化化化 细胞中的水胞中的水经辐射解离后射解离后产生大量生大量OH-自由基，使自由基，使DNA链上的碱基氧化修上的碱基氧化修饰、形成、形成过氧化物的、氧化物的、导致碱致碱基基环的破坏和脱落等。的破坏和脱落等。脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖变变化化化化 脱氧核糖上的每个碳原子和脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的基上的氢都能与都能与OH-反反应，导致脱氧核糖分解，最后会引起致脱氧核糖分解，最后会引起DNA链断裂。断裂。19-DNADNA链链断裂断裂断裂断裂脱氧核糖破坏或磷酸二脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而断开而导致致DNA链断裂。断裂。一条一条链断裂称断裂称单链断裂断裂（single strand broken）；DNA双双链在同一在同一处或相近或相近处断裂称断裂称为双双链断裂断裂（double strand broken）。20-交交交交联联（bindingbinding）同一条同一条DNA链上或两条上或两条DNA链上的碱基上的碱基间以共价以共价键结合；合；DNA与蛋白与蛋白质之之间也以共价也以共价键相相连；组蛋白、蛋白、染色染色质中的非中的非组蛋白、蛋白、调控蛋白、与复制和控蛋白、与复制和转录有关有关的的酶都会与都会与DNA以共价以共价键连接。接。胶胶联是是细胞受胞受电离离辐射后在射后在显微微镜下看到的染色下看到的染色体畸体畸变的分子基的分子基础，会影响，会影响细胞的功能和胞的功能和DNA复制。复制。21-辐射引起射引起DNA分子分子结构的多种构的多种变化化22-1.碱基碱基类似物、修似物、修饰剂对DNA的的损伤；2.烷化化剂对DNA的的损伤；3.嵌合嵌合剂对DNA的的损伤。三、化学因素引起的三、化学因素引起的DNA损伤23-1.碱基碱基类似物似物对DNA的的损伤 某些化学物某些化学物质和正常的碱基在和正常的碱基在结构上构上类似，有似，有时会替代正常碱基而会替代正常碱基而掺入入DNA分子，一旦分子，一旦这些碱基些碱基类似物似物进人人DNA后，由于它后，由于它们的配的配对能力不同于正常能力不同于正常碱基，便引起碱基，便引起DNA复制复制过程中其程中其对应位置上插入不位置上插入不正确碱基。正确碱基。24-例如例如 5-溴尿溴尿嘧啶（BU）和）和 5-溴脱氧尿溴脱氧尿嘧啶（BrdU）是）是T结构构类似物。似物。细菌在含菌在含BU的培养基中培的培养基中培养养时，部分，部分DNA中的中的T被被BU取代，取代，BU有两种互有两种互变异构异构体，一种是体，一种是酮式式结构（第构（第6位上有一个位上有一个酮基），它可以基），它可以代替代替T而而掺入入DNA，并与，并与A配配对；当；当BU发生互生互变异构异构成成为烯醇式（第醇式（第6位上是一个位上是一个羟基）后，就容易和基）后，就容易和G配配对。通常以通常以酮式存在，有式存在，有时也以也以烯醇式存在。当醇式存在。当BU先以先以酮式式掺入入DNA，继而又而又变成成烯醇式醇式时，进一步复制使一步复制使DNA中中 A-T对变成成 G-C对。同。同样道理也引起道理也引起 G-C向向 A-T的的转换，BU可以使可以使细菌的突菌的突变率提高近万倍。率提高近万倍。25-除除BU外，外，还有有5-溴脱氧尿苷、溴脱氧尿苷、5-氟尿氟尿嘧啶、5-氯尿尿嘧啶及它及它们的脱氧核苷。的脱氧核苷。另一种被广泛另一种被广泛应用的碱基用的碱基类似物是似物是2-氨基氨基嘌呤呤（2-AP），是一种腺），是一种腺嘌呤呤A类似物，可和胸腺似物，可和胸腺嘧啶T配配对。可再和胞。可再和胞嘧啶C 配配对，产生生A-T、G-C的的转换，或，或2-AP以和胞以和胞嘧啶C 配配对形式形式进入入DNA后再和胸腺后再和胸腺嘧啶T 配配对后后产生生G-C、A-T的的转换。26-2.烷化化剂引起的引起的DNA损伤（特异性（特异性错配）配）某些某些诱变剂不不掺入入DNA，而通，而通过改改变碱基的碱基的结构构从而引起特异性从而引起特异性错配，如配，如烷化化剂（是一（是一类亲电子的化合子的化合物，具有一个或多个活性物，具有一个或多个活性烷基）。它基）。它们的的诱变作用是使作用是使DNA中的碱基中的碱基烷化。化。活性活性烷基不基不稳定，能定，能转移到其他分子的移到其他分子的电子密度子密度较高的位置上，并置高的位置上，并置换其中的其中的氢原子，使其成原子，使其成为不不稳定的定的物物质。烷化化剂的种的种类很多，常很多，常见的有甲磺酸乙的有甲磺酸乙酯（EMS）、）、亚硝基胍（硝基胍（NG）和芥子气等。）和芥子气等。27-EMS能使能使鸟嘌呤的呤的 N位置上有乙基，成位置上有乙基，成为7一一乙基乙基鸟嘌呤。与胸腺呤。与胸腺嘧啶配配对，故，故能使能使G-C转换成成A-T。烷化化剂的另一作用是的另一作用是脱脱嘌呤呤。例如。例如烷基在基在鸟嘌呤呤N位上活化糖苷位上活化糖苷键引起断裂，使引起断裂，使嘌呤从呤从DNA链上上脱掉，脱掉，产生缺口。复制生缺口。复制时，与缺口，与缺口对应的位点上可的位点上可能配上任一碱基，从而引起能配上任一碱基，从而引起转换或或颠换；而且去；而且去嘌呤后的呤后的DNA容易容易发生断裂，引起缺失或其他突生断裂，引起缺失或其他突变。28-3.嵌合嵌合剂的致突的致突变作用作用 嵌合染料是另一嵌合染料是另一类重要的重要的DNA修修饰剂。包括。包括吖啶橙（橙（acridine orange）、原黄素）、原黄素（proflavin）、溴化乙）、溴化乙锭（EB）等染料。）等染料。这些些试剂为平面分子，其分子大小与碱基平面分子，其分子大小与碱基对大小差不多，可以嵌入到大小差不多，可以嵌入到DNA双双链碱基碱基对之之间，在嵌入位置上引起在嵌入位置上引起单个碱基个碱基对的插入或缺失突的插入或缺失突变。嵌合染料也能嵌入嵌合染料也能嵌入单链DNA的碱基之的碱基之间，这些突些突变都会引起都会引起阅读框的改框的改变，造成移，造成移码突突变。29-荧光光显微微镜下（下（选用用蓝色激色激发滤片），可片），可见含含DNA的的细胞核胞核显示黄示黄绿色色荧光，含光，含RNA的的细胞胞质及核仁及核仁显示橘示橘红色色荧光。光。体外培养的肝癌体外培养的肝癌细胞胞吖啶橙橙荧光染色光染色30-第二第二节DNA的突的突变31-如果如果DNA的的损伤得不到有效的修复，就会造得不到有效的修复，就会造成成DNA分子上可分子上可遗传的永久性的永久性结构构变化，称化，称为突突变（mutation）。少数突）。少数突变甚至有可能甚至有可能对细胞是胞是有利的。有利突有利的。有利突变的累的累积可以使生物可以使生物进化，使其化，使其能更好地适合于其生存的能更好地适合于其生存的环境。但境。但绝大部分突大部分突变是有害的，是有害的，对于于单细胞生物，不少有害突胞生物，不少有害突变是致是致死的，死的，对于多于多细胞的高等生物，有害突胞的高等生物，有害突变会造成会造成病病变，如代，如代谢病和病和肿瘤。瘤。32-导致致DNA分子分子结构构变化（亦即化（亦即发生突生突变）；）；生物体在表型上突生物体在表型上突变。33-1.突突变类型型(1)点突点突变（point mutation）也称也称为简单突突变或或单一位点突一位点突变。其最主要的。其最主要的形式形式为碱基碱基对置置换，专指指DNA分子分子单一位点上一位点上所所发生的碱基生的碱基对改改变，分，分为转换（transitions）和）和颠换（transversions）两种）两种形式。形式。34-转换（transition）：）：两种两种嘧啶碱基（碱基（T和和G）或）或两种两种嘌呤碱基（呤碱基（A和和G）之）之间的相互的相互转变。颠换（transvertion）：）：嘧啶碱基和碱基和嘌呤碱基之呤碱基之间的互的互变。35-点突点突变带来的后果取决于其来的后果取决于其发生的位置和具体生的位置和具体的突的突变方式。方式。如果是如果是发生在基因生在基因组的垃圾的垃圾DNA上，就可能不上，就可能不产生生任何后果，引物其上的碱基序列缺乏任何后果，引物其上的碱基序列缺乏编码和和调节基基因表达的功能；因表达的功能；如果如果发生在一个基因的启生在一个基因的启动子或其他子或其他调节基因表达基因表达的区域，的区域，则可能会影响到基因表达的效率；可能会影响到基因表达的效率；如果如果发生在一个基因的内部，就有多种可能性，生在一个基因的内部，就有多种可能性，这一方面取决于突一方面取决于突变基因的基因的终产物是蛋白物是蛋白质还是是RNA，即是蛋白，即是蛋白质基因基因还是是RNA基因，另一方面如果是基因，另一方面如果是蛋白蛋白质基因，基因，还取决于究竟取决于究竟发生在它的生在它的编码区，区，还是非是非编码区，是内含子，区，是内含子，还是外是外显子。子。36-发生在蛋白生在蛋白质基因基因编码区的点突区的点突变有三有三种不同的种不同的结果：果：突突变的密的密码子子编码同同样的氨基酸，的氨基酸，这样的突的突变对蛋蛋白白质的的结构和功能不会构和功能不会产生任何影响，因此被称生任何影响，因此被称为沉默突沉默突变或同或同义突突变。突突变的密的密码子子编码不同的氨基酸，不同的氨基酸，导致一种氨基酸致一种氨基酸残基取代另一种氨基酸残基，残基取代另一种氨基酸残基，这样的突的突变可能可能对蛋蛋白白质的功能不的功能不产生任何影响或影响微乎其微，也可生任何影响或影响微乎其微，也可能能产生灾生灾难性的影响而性的影响而带来分子病。来分子病。突突变的密的密码子子变为终止密止密码子或相反。子或相反。37-(2)移移码突突变（frame-shift mutationframe-shift mutation）又称移框突又称移框突变，是指一个蛋白，是指一个蛋白质基因的基因的编码区区发生的一个或多个核苷酸（非生的一个或多个核苷酸（非3的整数倍）的缺失和的整数倍）的缺失和插入。插入。由于由于遗传密密码是由是由3个核苷酸构成的三个核苷酸构成的三联体密体密码，因此，因此，这样的突的突变将会将会导致翻致翻译的的阅读框架框架发生生改改变，致使插入点或缺失点下游的氨基酸序列，致使插入点或缺失点下游的氨基酸序列发生根本性的生根本性的变化，但也可能会提前引入化，但也可能会提前引入终止密止密码子而使多子而使多肽链被裁短。移被裁短。移码突突变对蛋白蛋白质功能的功能的影响取决于插入点或缺失点于起始密影响取决于插入点或缺失点于起始密码子的距离。子的距离。38-a.a.缺失（缺失（缺失（缺失（deletiondeletion）/插入插入插入插入（insertioninsertion）DNA链上一个或一段核苷酸的消失或加入。上一个或一段核苷酸的消失或加入。39-移移移移码码突突突突变变：例如在例如在 E.coli的的lacl基因中基因中发现一种一种 4个碱基序列个碱基序列(CTGG)在野生型中在野生型中连续重复了重复了 3次。次。J.Miller等人研等人研究了究了这个基因突个基因突变热点（点（hot Spots）产生的原因。生的原因。发现某些某些热点是由重复序列引起的。所点是由重复序列引起的。所谓热点点即一个基即一个基因中比其他位点更容易因中比其他位点更容易发生突生突变的位点。的位点。由于插入或缺失突由于插入或缺失突变引起引起DNA的的阅读框（框（ORF）发生改生改变，从而，从而产生不同蛋白生不同蛋白质的的过程。程。40-b.b.倒位倒位倒位倒位 (inversioninversion)或或或或转转位（位（位（位（translocationtranslocation）DNA重重组使其中一段核苷酸倒置，或从一使其中一段核苷酸倒置，或从一处迁移迁移到另一到另一处。c.c.双双双双链链断裂断裂断裂断裂41-2.突突变后果后果（1）致死性）致死性:突突变发生在生在对生命至关重要的基因上，生命至关重要的基因上，可可导致个体或致个体或细胞的死亡。胞的死亡。42-致死突致死突变：严重影响生物体生活力，重影响生物体生活力，导致个体死亡的致个体死亡的突突变。可分可分为显性致死突性致死突变（杂合合态即可致死）和即可致死）和隐性致死性致死突突变（纯合合态才致死）。才致死）。43-（2）基因功能的改）基因功能的改变 突突变是某些疾病的是某些疾病的发病基病基础，包括，包括遗传病、病、肿瘤及有瘤及有遗传倾向的病。有些已知其向的病。有些已知其遗传缺陷所在。缺陷所在。但大多数尚在研究中。但大多数尚在研究中。突突变影响生物的代影响生物的代谢过程，程，导致一个特定生化致一个特定生化功能的改功能的改变或或丧失。失。44-突突变导致生物体外致生物体外观上可上可见的形的形态结构的改构的改变。例如果。例如果蝇的的红眼眼白眼突白眼突变：45-例例:UVB 所致的基因突所致的基因突变 UVB:290-320nm 由于修复系由于修复系统的缺陷或偶的缺陷或偶发的的错误修复，修复，则会会导致某些基因突致某些基因突变，使得角，使得角质形成形成细胞的胞的细胞胞周期的周期的调控出控出现异常，异常，进一步一步发生生克隆性增生克隆性增生和和永生化生永生化生长而而导致皮肤癌的致皮肤癌的发生。生。46-管理基因管理基因(caretaker genes):执行行DNA的的损伤修复，修复，维持基因持基因组的完整性。如着色性干皮病的修复基因的完整性。如着色性干皮病的修复基因XPAXPF。看看门基因基因(gatekeeper genes):控制控制细胞信号胞信号传导，调控控细胞的增殖、分化和凋亡。如胞的增殖、分化和凋亡。如p53、patched基基因和因和ras等。皮肤癌的等。皮肤癌的发生与看生与看门基因突基因突变关系密切。关系密切。47-着色性干皮病（着色性干皮病（xeroderma pigmentosis，XP）是一种切除修复有缺陷的是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。性疾病。在研究其在研究其发病机制病机制时，发现一些相关的基一些相关的基 因，称因，称为XPA、XPB、XPC等。等。这些基因的表达些基因的表达产物起辨物起辨认和切除和切除损伤DNA作用的。作用的。XP病人是由于病人是由于XP基因有缺陷，不能修复紫外基因有缺陷，不能修复紫外线照射引起的照射引起的DNA损伤，因此易，因此易发生皮肤癌。生皮肤癌。48-p53当当UVB损伤DNA造成造成p53突突变后，突后，突变型型p53因失因失去了去了对细胞周期的正常胞周期的正常调控，使得控，使得损伤的的DNA继续复制，从而提高了染色体畸复制，从而提高了染色体畸变的偶的偶发率和率和遗传的不的不稳定性，角定性，角质形成形成细胞极易胞极易发生克隆增生和生克隆增生和恶性性转化。化。49-（3）突）突变导致基因型改致基因型改变:这种突种突变只有基因型的改只有基因型的改变，而没有可察，而没有可察觉的表的表型改型改变。多多态性性(polymorphism)：是用来描述个体之是用来描述个体之间的基因型差的基因型差别现象。利用象。利用DNA多多态性分析技性分析技术，可，可识别个体差异和种、株个体差异和种、株间差差异。异。控制一些次要性状基因即使控制一些次要性状基因即使发生突生突变，也不会影响，也不会影响生物的正常生理活生物的正常生理活动，仍能保持其正常的生活力和繁殖，仍能保持其正常的生活力和繁殖力，力，为自然自然选择保留下来。保留下来。50-对生物个体而言，基因突生物个体而言，基因突变的影响不外的影响不外乎以下四种：乎以下四种：产生生轻微的、不易被察微的、不易被察觉的有害或有利的生物学的有害或有利的生物学效效应，或者形成生物群体的，或者形成生物群体的遗传多多态性；性；产生不利于个体生存或生不利于个体生存或发育，但可育，但可遗传的生物学的生物学效效应，导致致遗传学疾病；学疾病；产生有利于个体生存和生有利于个体生存和发育，且可育，且可遗传的生物学的生物学效效应，促使生物，促使生物进化；化；产生致死性突生致死性突变，导致生物个体在致生物个体在发育育过程中死程中死亡，因而不将突亡，因而不将突变传递给后代后代。51-突突变是是进化、分化的分子基化、分化的分子基础:进化化过程是突程是突变的不断的不断发生所造成的。没生所造成的。没有突有突变就没有今天的五彩就没有今天的五彩缤纷的世界。的世界。遗传学家学家认为：没有突：没有突变就不会有就不会有遗传学。学。大量的突大量的突变都属于由都属于由遗传过程自然程自然发生的，生的，叫自叫自发突突变或自然突或自然突变（spontaneous mutation）。）。52-3.突突变的原因的原因（1）自）自发突突变（spontaneous mutations）由内在因素引起的突由内在因素引起的突变称称为自自发突突变。自自发点突点突变自自发移移码突突变53-由外在因素引由外在因素引发的突的突变。主要有碱基。主要有碱基类似物、似物、烷基化基化试剂、脱氨基、脱氨基试剂、羟胺等各种胺等各种诱变剂。每一种每一种诱变剂有其有其对应的特异性（如的特异性（如对G-C，A-T转换）和和对特定的突特定的突变位点的偏好，例如：甲磺酸乙位点的偏好，例如：甲磺酸乙酯（EMS）和）和紫外紫外线（UV）“偏好偏好”G-C，A-T转换，黄曲霉素，黄曲霉素B1（AFB1）则偏好于偏好于C-G，A-T颠换。诱变机制：机制：诱变剂通通过3种机制种机制诱发突突变：取代：取代DNA中的一个碱基；中的一个碱基；改改变一个碱基使之一个碱基使之发生生错配；破坏一个碱基使之在正常情况配；破坏一个碱基使之在正常情况下无法配下无法配对。（2）诱发突突变（induced mutations）54-诱发突突变与人与人类的癌症的癌症 黄曲霉素（黄曲霉素（AFB）引起肝癌，紫外）引起肝癌，紫外线（UV）照射）照射会会导致皮肤癌。致皮肤癌。肿瘤抑制基因是一种瘤抑制基因是一种编码抑制抑制肿瘤形成的蛋白瘤形成的蛋白质基因。如果基因。如果发生突生突变则会致癌。会致癌。对南非和南非和东亚肝癌病肝癌病人的人的P53基因的分析基因的分析发现，AFB特异性特异性诱导G-T颠换，引起引起P53发生突生突变，而在同一地区的肺癌、，而在同一地区的肺癌、肠癌和乳腺癌和乳腺癌的病人中未癌的病人中未发现此此现象。象。55-黄曲霉素黄曲霉素B1（aflatoxin B1，AFB1）一种很一种很强的致癌的致癌剂。在在鸟嘌呤呤 N-7位置上形成一加成复合物后位置上形成一加成复合物后产生无生无嘌呤位点。修复要求呤位点。修复要求SOS系系统参与。参与。SOS越越过无无嘌呤位点并在呤位点并在这些位点些位点对应处选择性插入腺性插入腺嘌呤，使呤，使鸟嘌呤残基脱呤残基脱嘌呤的呤的试剂偏向于偏向于产生生G-C，T-A颠换。56-现代生活代生活环境使人可能接触各种各境使人可能接触各种各样药品、化品、化妆品、品、食物防腐食物防腐剂、杀虫虫剂、工、工业用用试剂、污染物等，其中很染物等，其中很多化合物已被多化合物已被证明具有致癌性明具有致癌性质。研究表明在研究表明在175种已知的致癌种已知的致癌剂中，有中，有157种是种是诱变剂。这些物些物质是通是通过诱导体体细胞突胞突变而致癌的。例如食而致癌的。例如食物防腐物防腐剂AF-2。食物熏蒸。食物熏蒸剂二溴乙二溴乙烯、抗血吸虫、抗血吸虫药物、物、多种染多种染发添加添加剂以及工以及工业化合物化合物氯乙乙烯等都具致癌性。等都具致癌性。57-有害物有害物质富集富集例例:DDT在水在水环境中存在量境中存在量仅为310-6ppm(mg/L)的的时候，当候，当它它进入浮游入浮游动物体内就被富集物体内就被富集为0.04ppm；浮游浮游动物被小物被小鱼吃了，小吃了，小鱼体内体内DDT富集量就富集量就变为0.5ppm；当小当小鱼被大被大鱼吃了，大吃了，大鱼体内体内DDT富集量就升高富集量就升高为2ppm；当大当大鱼被被鹰吃了，吃了，鹰体内体内DDT富集量就富集量就变为25ppm，DDT浓度整整富集了度整整富集了1000万倍。万倍。如果人吃了如果人吃了鱼或或鹰，那么人体内，那么人体内DDT富集量更是高得可怕。富集量更是高得可怕。会会引起突引起突变“低低剂量、量、长期暴露的蓄期暴露的蓄积作用作用”58-59-野野生生型型等等位位基基因因：将将自自然然界界中中普普遍遍出出现或或指指定定实验用用的的某某一一品品系系的的性性状状作作为“野野生生型型”或或“正正常常”的的性性状状，与与这种性状相关的等位基因称种性状相关的等位基因称为野生型等位基因。野生型等位基因。突突变型型等等位位基基因因：任任何何不不同同于于野野生生型型等等位位基基因因的的相相同同座位的基因称座位的基因称为突突变型等位基因。型等位基因。正向突正向突变：从野生型等位基因：从野生型等位基因变为突突变型等位基因。型等位基因。回复突回复突变：从突：从突变型等位基因型等位基因变为野生型等位基因。野生型等位基因。60-突突突突变变的多方向性和复等位基因的多方向性和复等位基因的多方向性和复等位基因的多方向性和复等位基因 一个基因内有很多突一个基因内有很多突变位点，所以，一个基因的位点，所以，一个基因的突突变也有多方向性，从而也有多方向性，从而导致一个基因可以有两个以致一个基因可以有两个以上的等位形式上的等位形式复等位基因。复等位基因。61-第三第三节DNA的修复的修复62-为了保了保证遗传信息的高度信息的高度稳定性，生物定性，生物细胞在胞在进化化过程中形成了一系列多步程中形成了一系列多步骤的修复机制。的修复机制。目前目前对DNA损伤和修复的研究和修复的研究还不多，不多，仅限于限于辐射生物反射生物反应方面。方面。63-一一.错配修复配修复 一旦在一旦在DNA复制复制过程中程中发生生错配，配，细胞能胞能够通通过准确的准确的错配修复系配修复系统识别新合新合成成链中的中的错配并加以校正，配并加以校正，DNA子子链中的中的错配几乎完全能被修正，充分反映了母配几乎完全能被修正，充分反映了母链序列的重要性。因此，序列的重要性。因此，错配修复系配修复系统对DNA复制忠复制忠实性有很大的性有很大的贡献。献。64-错配修复可以配修复可以纠正几乎所有的正几乎所有的错配配。此外。此外对于于对于插入或于插入或删除引起的除引起的DNA遗传信息的改信息的改变也有作也有作用。用。错配修复是以底物配修复是以底物链上的信息上的信息为模板模板进行的，因行的，因此此这个系个系统有区分底物有区分底物链和新合成和新合成链的机制，的机制，细胞通胞通过识别DNA链的甲基化状的甲基化状态来区分底物来区分底物链和和新合成的新合成的链。整个修复。整个修复过程可以分程可以分为识别、切除、切除和修和修补等步等步骤。65-Dam甲基化甲基化酶使母使母链位于位于5GATC序列中腺甘酸的序列中腺甘酸的N6位甲基化；位甲基化；一旦复制叉通一旦复制叉通过复制起始位点，母复制起始位点，母链就会再开始就会再开始DNA合成前的几秒至几分合成前的几秒至几分钟内被甲基化；内被甲基化；此后，只要两条此后，只要两条DNA链上碱基配上碱基配对出出现错误，错配修复系配修复系统就会根据就会根据“保存母保存母链，修正子，修正子链”的原的原则，找出，找出错误碱基所在的碱基所在的DNA链，并在，并在对应于母于母链甲基化腺苷酸上游甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的苷酸的5位置切口子位置切口子链，再，再根据根据错配碱基相配碱基相对于于DNA切口的方位启切口的方位启动修复途修复途径，合成新的子径，合成新的子链DNA片段。片段。66-DNA的半甲基化的半甲基化修复机制：修复机制：错配修复系配修复系统GATC sequences are targets for the Dam methylase after replication.During the period before this methylation occurs,the nonmethylated strand is the target for repair of mismatched bases.67-1.碱基切除修复碱基切除修复（base-excise repair，BER）一些碱基在自一些碱基在自发或或诱变下会下会发生脱生脱酰胺，然胺，然后改后改变配配对性性质，造成氨基，造成氨基转换突突变。腺腺嘌呤呤变为次黄次黄嘌呤与胞呤与胞嘧啶配配对；鸟嘌呤呤变为黄黄嘌呤与胞呤与胞嘧啶配配对；胞胞嘧啶变为尿尿嘧啶与腺与腺嘌呤配呤配对；二二.切除修复切除修复68-BER可以去除因脱氨基或碱基可以去除因脱氨基或碱基丢失，无氧射失，无氧射线辐射或内源性物射或内源性物质引起的引起的环氮氮类的甲基化等因的甲基化等因素素产生的生的DNA损伤。BER是是维持持DNA稳定的重要修复方式定的重要修复方式，其步，其步骤是是N-糖苷糖苷键水解，从而切除水解，从而切除发生生变化的碱基。化的碱基。碱基碱基释放放过程是由程是由DNA糖苷糖苷酶催化的。催化的。69-胞胞嘧啶去氨基生成尿去氨基生成尿嘧啶70-如果复制如果复制发生就会生就会产生一个突生一个突变71-糖甘水解糖甘水解酶识别改改变了的碱基，把碱基从了的碱基，把碱基从N-糖糖苷苷键处切下来，在切下来，在DNA链上形成去上形成去嘌呤或去呤或去嘧啶位点，位点，统称称为AP位点位点。72-由由AP磷酸内切磷酸内切酶将受将受损核核甘酸的糖甘甘酸的糖甘-磷酸磷酸键切开切开73-DNA连接接酶连接接利用利用DNA聚合聚合酶I切切除除损伤部部位，位，补上上核苷酸核苷酸74-2.核苷酸切除修复核苷酸切除修复（nucleotide excise repair,NER）当当DNA链上相上相应位置的核苷酸位置的核苷酸发生生损伤，导致双致双链之之间无无法形成法形成氢键，则由由NER负责修复。修复。NER的关的关键特征是特征是对损伤的的DNA链的两端的两端进行切割行切割。NER可以修复可以修复UV照射形成的照射形成的嘧啶二聚体以外，二聚体以外，还能消除体能消除体内内产生的各种生的各种嘌呤和呤和嘧啶加合物。加合物。NER在已研究在已研究过的真核生物中都很相似，的真核生物中都很相似，说明其在明其在进化化过程中高度保守。程中高度保守。75-1）通）通过特异的核酸内切特异的核酸内切酶识别损伤部位；部位；2）由由酶的的复复合合物物在在损伤的的两两边切切除除几几个个核核苷酸；苷酸；3）DNA 聚聚合合酶以以母母链为模模板板复复制制合合成成新新子子链；4）DNA连接接酶将切口将切口补平。平。76-识别损伤部位部位损伤的两的两边切除几个切除几个核苷酸（核酸外切核苷酸（核酸外切酶）DNA聚合聚合酶以母以母链为模板复制合成新子模板复制合成新子链DNA连接接酶将切口将切口补平平77-切除修复切除修复(excision repair)“切切补切封切封”78-切除修复（切除修复（excision repair）系）系统在几种在几种酶的的协同作用下，先在同作用下，先在损伤的任一端打开磷酸二的任一端打开磷酸二酯键，然后，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修复性合成来填外切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修复性合成来填补，再由，再由连接接酶连接。接。由于由于这些些酶的作用不需可的作用不需可见光激活，也叫光激活，也叫暗修复暗修复。切除修复不切除修复不仅能消除由紫外能消除由紫外线引起的引起的损伤，也能消除，也能消除由由电离离辐射和化学射和化学诱变剂引起的其他引起的其他损伤。切除修复一般切除修复一般发生在下一生在下一轮DNA复制之前，又称复制之前，又称复复制前复制制前复制。79-三三.直接（回复）修复直接（回复）修复 直接修复只指不需要移去任何碱基或核苷直接修复只指不需要移去任何碱基或核苷酸就可以将酸就可以将损伤逆逆转到正常状到正常状态的修复。的修复。可分可分为以下几种：以下几种：1）光复活）光复活 酶学光复活学光复活过程程是修复是修复UV导致的致的环丁丁烷嘧啶二聚体的直接机制，二聚体的直接机制，这种修复具有高度的种修复具有高度的专一一性。性。80-光修复（光修复（photoreactivation）（主要（主要对胸腺胸腺嘧啶二聚体而言）二聚体而言）修复机制：在修复机制：在可可见光光（300 600nm）活化之下，由光复活活化之下，由光复活酶（photo reactivating enzyme，PR）催化胸腺催化胸腺嘧啶二聚体分解二聚体分解为单体。体。参与的参与的酶：光复活：光复活酶（PR）81-光复活光复活酶修复：波修复：波长400400nmnm可可见光激活光激活82-光复活是光复活是针对紫外紫外线引起引起DNA损伤而形成的胸腺而形成的胸腺嘧啶二聚体，在二聚体，在损伤部位部位进行修复的修复途径。光复行修复的修复途径。光复活作用在可活作用在可见光的活化下，由光复活光的活化下，由光复活酶（PR)，又称，又称光解光解酶催化胸腺催化胸腺嘧啶二聚体分解成二聚体分解成为单体。体。PR酶先与先与DNA链上的胸腺上的胸腺嘧啶二聚体二聚体结合成复合合成复合物；复合物以某种方式吸收可物；复合物以某种方式吸收可见光，并利用光能切断光，并利用光能切断二聚体之二聚体之间的两个的两个C-C键，使胸腺，使胸腺嘧啶二聚体二聚体变为两两个个单体，恢复正常，而后体，恢复正常，而后PR酶就从就从DNA上解离下来。上解离下来。83-过去去认为，光复活，光复活酶存在于存在于细菌和低等真核生物体菌和低等真核生物体内。研究内。研究发现在在鸟类和有袋和有袋类中也有存在。中也有存在。BMSutherland（1974）报道，在人道，在人类白白细胞胞中中发现光复活光复活酶。随后。随后发现存在于人存在于人类的成的成纤维细胞和胞和淋巴淋巴细胞中。胞中。说明明这种种酶在生物界分布广泛，在生物界分布广泛，这一修复一修复机制在哺乳机制在哺乳动物中也起重要作用。物中也起重要作用。在在Ecoli中，光复活中，光复活酶（471aa）是由）是由Phr基因基因编码，酶在暗在暗处不能起作用，不能起作用，还需要其他的需要其他的酶来修复来修复 UV损伤。在植物和果。在植物和果蝇中也中也发现能逆能逆转6-4光生成物的光光生成物的光解解酶。光复活的修复功能。光复活的修复功能虽然普遍存在，但主要是原核然普遍存在，但主要是原核生物中的一种修复方式。生物中的一种修复方式。84-2）单链断裂修复断裂修复DNA单链断裂断裂是是损伤的一种常的一种常见形式，其中形式，其中有一部分有一部分单链断裂是通断裂是通过DNA连接接酶的的简单重接重接而修复的。而修复的。DNA连接接酶能催化能催化DNA双螺旋双螺旋结构中的一条构中的一条链上缺口上缺口处的的5磷酸末端与相磷酸末端与相邻的的3羟基末端形基末端形成成3，5-磷酸二磷酸二酯键，连接需要的能量来自接需要的能量来自NAD+（E.coil）或）或ATP（动物物细胞），胞），DNA连接接酶在各在各类生物的各种生物的各种细胞中普遍存在，而且修复胞中普遍存在，而且修复反反应很容易很容易进行。行。85-3）烷基基转移修复移修复烷化化剂所引起的最常所引起的最常见的的DNA损伤是使是使鸟嘌呤呤O6位甲基化，从而改位甲基化，从而改变它的碱基配它的碱基配对性性质，使，使C与与T配配对而不再与而不再与G配配对。O6-甲基甲基鸟嘌呤呤-DNA甲基甲基转移移酶直接修复。直接修复。通通过从从O6-甲基甲基鸟嘌呤上把甲基直接呤上把甲基直接转移到移到酶的半的半胱氨酸残基上来直接回复胱氨酸残基上来直接回复DNA的的损伤。86-四四.大大肠杆菌的挽回系杆菌的挽回系统 挽回系挽回系统（retrieval system）也称）也称“复制后修复复制后修复”（post-replication repair）因）因为它它们在复制后起在复制后起作用。也称作用。也称为“重重组修复修复”（recombination-repair）。此系）。此系统在在处理复制含有理复制含有损伤碱基模板后碱基模板后产生的子代二倍体的缺陷中起作用。生的子代二倍体的缺陷中起作用。87-复制后修复复制后修复是一种越是一种越过损伤部位部位进行修复的途径。行修复的途径。重重组修复（修复（recombinational repair）是）是对尚未修尚未修复的复的损伤 DNA先复制再修复。先复制再修复。以胸腺以胸腺嘧啶二聚体二聚体为例，含有二聚体的例，含有二聚体的DNA仍仍可可进行复制，但复制到二聚体行复制，但复制到二聚体时要要暂停一下，然后停一下，然后越越过此此处障碍，在二聚体的后面又以未知的机制开障碍，在二聚体的后面又以未知的机制开始复制，始复制，这种起始复制可能不需引种起始复制可能不需引发。这样在合成的子在合成的子链上留下一个大缺口，而其互上留下一个大缺口，而其互补链则复制成完整的双复制成完整的双链。然后由完整双。然后由完整双链中的母中