损伤突变和修复学习教案.pptx

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1、会计学1损伤突变损伤突变(tbin)和修复和修复第一页，共30页。2第一节第一节多种因素多种因素(yn s)可引起可引起DNA损伤并损伤并具有各自的机制具有各自的机制第2页/共30页第二页，共30页。3一、引起一、引起一、引起一、引起DNA DNA 损伤损伤损伤损伤(snshng)(snshng)的因素的因素的因素的因素*紫外线照射紫外线照射*电离辐射电离辐射自发自发(zf)突变：突变：频率：频率：10-9*5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶(5-BU)*羟胺羟胺*亚硝酸盐亚硝酸盐*氮芥类氮芥类物理物理生物生物化学化学诱变诱变(yu bin)因素因素病毒等病毒等P70第3页/共30页第三页，共30页。4（一

2、）（一）（一）（一）DNA DNA 的自发性损伤的自发性损伤的自发性损伤的自发性损伤(snshng)(snshng)P701、DNA的复制的复制(fzh)错误错误2、DNA的修复合成的修复合成 修修复复系系统统将将DNA损损伤伤部部位位的的一一段段DNA切切除除，再再以以互互补补链链为为模模板板重重新新合合成成DNA，又又称称DNA非程序合成非程序合成。3、碱基的自发突变、碱基的自发突变脱氨基脱氨基:A、G、C环外氨基丢失环外氨基丢失碱基丢失碱基丢失:无碱基位点无碱基位点(AP部位部位)4、正常代谢产物对、正常代谢产物对DNA的损伤的损伤氧自由基氧自由基造成造成DNA链断裂链断裂第4页/共30

3、页第四页，共30页。5（二）环境造成（二）环境造成（二）环境造成（二）环境造成(zo chn)(zo chn)的的的的DNA DNA 损伤损伤损伤损伤P701、紫外线引起、紫外线引起(ynq)的的DNA损损伤伤 UVT G A A C CA C T T G G胸腺嘧啶胸腺嘧啶(m dn)二聚二聚体体DNA之间交联之间交联DNA与蛋白质交联与蛋白质交联DNA链断裂链断裂第5页/共30页第五页，共30页。62、电离辐射引起、电离辐射引起(ynq)DNA损伤损伤（1）导致碱基变化）导致碱基变化 主主要要由由OH自自由由基基引引起起，包包括括DNA链链上上碱碱基基氧氧化化修修饰饰、过过氧氧化化物物形形

4、成成、碱基环的破坏和脱落等。碱基环的破坏和脱落等。（2）导致脱氧核糖变化）导致脱氧核糖变化 脱脱氧氧核核糖糖上上每每个个碳碳原原子子和和羟羟基基上上氢氢都都能能与与OH反反应应,导导致致脱脱氧氧核糖分解，最终引起核糖分解，最终引起DNA链断裂链断裂（3）导致）导致DNA链断裂链断裂 可可使使脱脱氧氧核核糖糖破破坏坏或或磷磷酸酸二二酯酯键键断断开开而而导导致致DNA链链断断裂裂。有有单单链链断裂、双链断裂等不同形式。断裂、双链断裂等不同形式。（4）引起）引起DNA链交联链交联 DNA-DNA交交联联、DNA-蛋蛋白白质质交交联联。是是细细胞胞受受电电离离辐辐射射后后在在显显微微镜下看到的染色体畸

5、变的分子基础镜下看到的染色体畸变的分子基础第6页/共30页第六页，共30页。73、烷化剂引起、烷化剂引起(ynq)DNA损损伤伤（1）导致碱基烷基化）导致碱基烷基化 G的的N7和和A的的N3最最容容易易烷烷基基化化，G的的N7被烷基化后改与被烷基化后改与T配对，配对，G-CA-T（2）导致碱基脱落）导致碱基脱落 G烷烷基基化化后后的的糖糖苷苷键键不不稳稳定定，易易脱脱落落形形成成DNA上上无无碱碱基基位位点点，复复制制时时可插入任何核苷酸，使序列改变。可插入任何核苷酸，使序列改变。（3）导致）导致DNA链断裂链断裂 磷磷酸酸二二酯酯键键上上的的O易易烷烷基基化化，形形成成不不稳稳定定的的磷磷酸

6、酸三三酯酯键键，糖糖与与磷磷酸酸间间发生水解，发生水解，DNA链断裂。链断裂。（4）引起）引起DNA链交联链交联单功能基烷化剂：甲基甲烷碘酸单功能基烷化剂：甲基甲烷碘酸双功能基烷化剂：双功能基烷化剂：DNA链内、链间、链内、链间、以及与蛋白质的交联以及与蛋白质的交联 氮氮芥芥、硫硫芥芥；环环磷磷酰酰胺胺；二二乙乙基基亚硝酸亚硝酸第7页/共30页第七页，共30页。84、碱基类似物、修饰剂引起、碱基类似物、修饰剂引起(ynq)碱基对的改碱基对的改变变（1）碱基类似物用作促突变）碱基类似物用作促突变(tbin)剂或抗癌剂或抗癌药物药物 5-氟氟尿尿嘧嘧啶啶（5-FU）、5-溴溴尿尿嘧嘧啶啶（5-BU

7、）、2-氨氨基基(nj)腺嘌呤（腺嘌呤（2-AP）。）。（2）某些化学物质能专一修饰）某些化学物质能专一修饰DNA链上碱基链上碱基亚硝酸盐：使亚硝酸盐：使C脱氨变成脱氨变成U，经复制使，经复制使G-CA-T羟胺：使羟胺：使T脱甲基变成脱甲基变成C，结果，结果A-T G-C黄曲霉素黄曲霉素B：专一攻击：专一攻击DNA上碱基，导致序列变化上碱基，导致序列变化这些均为诱发突变的化学诱变剂或致癌剂这些均为诱发突变的化学诱变剂或致癌剂第8页/共30页第八页，共30页。9二、二、二、二、DNA DNA 损伤损伤损伤损伤(snshng)(snshng)的类型的类型的类型的类型单点突变单点突变(tbin)、多

8、点、多点突变突变(tbin)转换、颠换转换、颠换链内共价链内共价(n ji)交联交联链间共价链间共价(n ji)交联交联电离辐射、某些化学试剂电离辐射、某些化学试剂使链内磷酸二酯键断裂使链内磷酸二酯键断裂DNA重组重组DNA损伤损伤碱基突变碱基突变DNA链断裂链断裂DNA链交联链交联插入或缺失插入或缺失单个碱基、多个碱基、一段单个碱基、多个碱基、一段序列的插入或缺失序列的插入或缺失DNA分子内发生较大片段分子内发生较大片段的交换。的交换。P69第9页/共30页第九页，共30页。10第二节第二节DNA损伤损伤(snshng)修复机修复机制是遗传保守性的制是遗传保守性的重要保障重要保障第10页/共

9、30页第十页，共30页。11n nDNA损伤修复：对已发生(fshng)分子改变的DNA进行补偿措 施，使其回复为原有的天然状态。DNA损伤损伤修复的主要修复的主要(zhyo)机制机制（一）光修复（一）光修复(xif)（二）切除修复（二）切除修复(xif)（三）重组修复（三）重组修复(xif)（四）（四）SOS修复修复(xif)第11页/共30页第十一页，共30页。12一、某些一、某些一、某些一、某些DNA DNA 损伤可以直接损伤可以直接损伤可以直接损伤可以直接(zhji)(zhji)修复修复修复修复1、二聚体可被光复活酶直接、二聚体可被光复活酶直接(zhji)修复（光修复）修复（光修复）U

10、Vn n紫外线照射可引起核酸链上相邻的两个胸腺嘧啶形紫外线照射可引起核酸链上相邻的两个胸腺嘧啶形成二聚体成二聚体TTTT。n n光修复过程是通过光复活酶催化而完成光修复过程是通过光复活酶催化而完成(wn chng)(wn chng)的，需的，需 300 600 nm 300 600 nm波长照射激活。波长照射激活。嘧啶二聚体的形成与解聚嘧啶二聚体的形成与解聚光修复酶光修复酶P71第12页/共30页第十二页，共30页。132、DNA断裂口可以直接断裂口可以直接(zhji)修修复复 在在5-P端端和和3-OH端端未未受受损损伤伤情情况况下下，连连接接酶酶能能直直接接(zhji)修复因电离辐射等因素

11、造成的修复因电离辐射等因素造成的DNA断裂口断裂口。3、烷基化碱基可以直接、烷基化碱基可以直接(zhji)修修复复 大大肠肠杆杆菌菌中中有有一一种种Ada酶酶，能能将将烷烷基基不不可可逆逆地地转转移移到到自自身身，从从而而修修复复甲甲基基化化碱碱基基和和甲甲基基化化的的磷磷酸酸二二酯酯键键，同时其自身失活同时其自身失活 。第13页/共30页第十三页，共30页。14二、切除修复二、切除修复二、切除修复二、切除修复(excision repair)(excision repair)是常见是常见是常见是常见(chn jin)(chn jin)的修复方式的修复方式的修复方式的修复方式定定义义 在在有有

12、关关酶酶和和蛋蛋白白质质的的作作用用下下，去去除除DNADNA链链的的损损伤伤部部分分，用用执执行行修修复复功功能能的的DNADNA聚聚合合酶酶催催化化dNTPdNTP聚聚合合而而填填补补缺缺口口，最最后后用用连连接接酶酶将将修修复复过过的的链链与与无无损损伤伤的的链链两两端端连连接接起起来来。是是细细胞胞(xbo)(xbo)内内最最重重要要和和有有效效的修复机制，主要由的修复机制，主要由DNA-polDNA-pol和连接酶完成。和连接酶完成。过程过程识别、识别、切除、切除、合成、合成、连接连接P71第14页/共30页第十四页，共30页。151、单个核苷酸的切除、单个核苷酸的切除(qich)修

13、复修复 特定的特定的DNA糖苷酶识别并切除受损碱基糖苷酶识别并切除受损碱基 AP核酸内切酶识别裸露脱氧核糖上的核酸内切酶识别裸露脱氧核糖上的AP位点位点（apurinic and apyrimidinic sites,无嘌呤和无嘧啶位点）无嘌呤和无嘧啶位点）,在该位点在该位点5端切开，核酸外切酶从端切开，核酸外切酶从5 3方向切除脱方向切除脱氧核糖残基。氧核糖残基。由由DNA聚合酶和连接酶修复聚合酶和连接酶修复(xif)缺口缺口第15页/共30页第十五页，共30页。162、核苷酸片段切除、核苷酸片段切除(qich)修复修复原核原核(yun h)生物参与切除生物参与切除修复的酶及蛋修复的酶及蛋白

14、质白质 UvrA、UvrB(辨认和结合辨认和结合DNA损伤损伤(snshng)部位部位)UvrC(去除损伤去除损伤(snshng)链链)pol(填补空隙填补空隙)DNA连接酶连接酶(连接缺口连接缺口)真核生物除去损伤链：真核生物除去损伤链：XP蛋白蛋白第16页/共30页第十六页，共30页。175533 UvrA、UvrB辨认及结合辨认及结合DNA 损伤部位损伤部位 UvrBUvrAE.coli切除切除(qich)修复修复方式方式 UvrC置置换换UvrA UvrCUvrC5 5 3 3 UvrC切除切除损伤部位损伤部位POH切除切除(qich)修复过程（修复过程（E.coli）：）：DNA-p

15、ol填补空隙填补空隙 dNTP 5 5 3 3 POHOHDNA ligase 连接缺口连接缺口 ATP ADP 第17页/共30页第十七页，共30页。18三、重组三、重组三、重组三、重组(zhn z)(zhn z)修复修复修复修复(recombination(recombination repairing)repairing)n n当当DNADNA分子的损伤面较大时，来不及修复完善就进行复分子的损伤面较大时，来不及修复完善就进行复制，损伤部位因无模板指引，复制的新子链会出现缺口。制，损伤部位因无模板指引，复制的新子链会出现缺口。n n重组蛋白重组蛋白RecARecA将另一股健康的母链与缺口部

16、分进行交换将另一股健康的母链与缺口部分进行交换(jiohun)(jiohun)，以填补缺口。，以填补缺口。n n健康的母链产生的缺口由健康的母链产生的缺口由pol Ipol I和连接酶复原。和连接酶复原。n n原有的损伤仍存在，但随着多次复制，损伤的比例越占原有的损伤仍存在，但随着多次复制，损伤的比例越占越少。越少。P71第18页/共30页第十八页，共30页。19切切下下正正常常母母链链的的DNA片片段段并并插插入入因因损损伤伤而而未未被被复复制制的的子子链链缺缺口口上上；正常母链带缺口正常母链带缺口 RecA重重组组后后，一一个个子子代代DNA双双链链中中，母母链链仍仍有有缺缺陷陷，但但子子

17、链链正正常常；而而另另一一个个正正常常子子链链复复制制复原复原 pol IDNA损损伤部位伤部位重组重组(zhn z)修复修复第19页/共30页第十九页，共30页。20四、四、四、四、SOSSOS修复修复修复修复(xif)(xif)n nSOSSOS是国际海难信号，在此用以表示应急性的复制方式。是国际海难信号，在此用以表示应急性的复制方式。n n除了需要复制、修复的酶系统外，还需重组除了需要复制、修复的酶系统外，还需重组(zhn z)(zhn z)蛋蛋白白RecARecA及调控蛋白及调控蛋白LexALexA（抑制与（抑制与SOSSOS修复有关的基因表修复有关的基因表达）。达）。n n机制：机制

18、：DNADNA严重受损时，严重受损时，RecARecA作为蛋白水解酶使作为蛋白水解酶使LexALexA蛋白水解，从而解除与蛋白水解，从而解除与SOSSOS修复有关的基因的抑制，修修复有关的基因的抑制，修复酶系大量表达。复酶系大量表达。P71第20页/共30页第二十页，共30页。21 SOS修复系统对碱基的识别、选择能力差，是以牺牲复制的准确性而换取细胞的生存，使DNA保留(boli)的错误会较多，从而引起广泛、长期的突变。这是SOS修复的主要特点。人类细胞中尚未发现这种修复系统。P71第21页/共30页第二十一页，共30页。22五、细胞周期检查点控制五、细胞周期检查点控制五、细胞周期检查点控制

19、五、细胞周期检查点控制(kngzh)(kngzh)是真核生是真核生是真核生是真核生物物物物 诱导修复的主要机制诱导修复的主要机制诱导修复的主要机制诱导修复的主要机制 真真核核细细胞胞有有复复杂杂的的控控制制体体系系，DNA受受损损时时，往往往往无无法法依依靠靠单单纯纯的的修修复复机机制制进进行行修修复复，需需要要通通过过细细胞胞周周期期检检查查点点控控制制(checkpoint control,又又称称关关卡卡(gunqi)控控制制）来来对对DNA损伤作出应答。损伤作出应答。细胞周期检查点控制机制最早在酵母细胞周期检查点控制机制最早在酵母(jiom)细胞中发现细胞中发现第22页/共30页第二十

20、二页，共30页。23第三节第三节DNA损伤、修损伤、修复复与人类与人类(rnli)疾病疾病P72第23页/共30页第二十三页，共30页。24一、核苷酸切除一、核苷酸切除一、核苷酸切除一、核苷酸切除(qich)(qich)修复与着色修复与着色修复与着色修复与着色性干皮病性干皮病性干皮病性干皮病P72着着色色(zhu s)性性干干皮皮病病（xeroderma pigmentosum，XP）无法修复紫外线造成的损伤无法修复紫外线造成的损伤核苷酸切除修复核苷酸切除修复(xif)相关基因：相关基因：XPA、B、C、D、E、F、G 其中任何一个基因突变都可以引起其中任何一个基因突变都可以引起XP病。病。细

21、胞融合实验发现：来自于不同患者的皮肤成纤维细胞融合实验发现：来自于不同患者的皮肤成纤维细胞对紫外线损伤的修复有互补作用，甚至可以使细胞对紫外线损伤的修复有互补作用，甚至可以使核苷酸切除修复能力恢复正常。核苷酸切除修复能力恢复正常。第24页/共30页第二十四页，共30页。25二、错配修复与遗传性非息肉二、错配修复与遗传性非息肉二、错配修复与遗传性非息肉二、错配修复与遗传性非息肉(xru)(xru)型结肠型结肠型结肠型结肠癌癌癌癌P72 HNPCC是是最最常常见见的的遗遗传传性性肿肿瘤瘤之之一一，是是常常染染色色体体显显性性遗遗传传疾疾病病，其其癌癌瘤瘤细细胞胞常常表表现现出出微微卫卫星星DNA的

22、的不不稳稳定定性性，长度较正常细胞或长或短。，长度较正常细胞或长或短。微微卫卫星星DNA的的不不稳稳定定性性在在多多个个位位点点存存在在，可可以以作作为为错配修复功能缺陷的标志。错配修复功能缺陷的标志。HNPCC家家族族中中表表型型正正常常者者，其其错错配配修修复复基基因因只只有有一一个个(y)拷拷贝贝失失活活，有有较较高高肿肿瘤瘤易易发发性性。当当基基因因的的第第二二个个拷拷贝贝失失活活时时，错错配配修修复复能能力力丧丧失失，导导致致高高突突变变表表型型出出现现。修修复复能能力力的的降降低低使使其其无无法法修修复复癌癌基基因因、抑抑癌癌基基因因关关键键部部位位的突变，有利于细胞恶性生长。的突

23、变，有利于细胞恶性生长。第25页/共30页第二十五页，共30页。26三、转录三、转录三、转录三、转录(zhun l)(zhun l)偶联修复与偶联修复与偶联修复与偶联修复与CockayneCockayne综合综合综合综合征（征（征（征（CSCS）P72转录偶联修复（转录偶联修复（transcription-coupled repair,TCR）1982年年提提出出。转转录录过过程程有有利利于于DNA损损伤伤(snshng)修修复复的的进进行行，基基本本转转录录因因子子(TFH)是是转转录录启启动动所所必必需需的的，也也是是参参加加核核苷苷酸酸切切除除修修复复不不可可缺缺少少的的蛋蛋白白质质因因

24、子子。修修 复复 与与 转转 录录 过过 程程 的的 偶偶 联联 通通 过过 转转 录录 修修 复复 偶偶 联联 因因 子子(transcription repair coupling factor,TRCF)来实现的。来实现的。若若TRCF基基因因发发生生突突变变，损损伤伤(snshng)的的DNA在在被修复以后，不能继续进行转录，从而导致病变。被修复以后，不能继续进行转录，从而导致病变。第26页/共30页第二十六页，共30页。27CockayneCockayne综合征（综合征（综合征（综合征（CSCS）P72 常常染染色色体体隐隐性性遗遗传传疾疾，病病变变涉涉及及多多个个(du)系系统统，

25、但皮肤癌易患率很低，有别于但皮肤癌易患率很低，有别于XP。CS由两组基因突变引起：由两组基因突变引起：CS-A,CS-B/ERCC6 基因突变，患者表现典型基因突变，患者表现典型(dinxng)CS症状症状 XPB，XPD或或XPG 基因突变，患者表现基因突变，患者表现XP-CS症状症状第27页/共30页第二十七页，共30页。28四、线粒体四、线粒体四、线粒体四、线粒体DNADNA修复修复修复修复(xif)(xif)与衰老与衰老与衰老与衰老P72线粒体：真核细胞重要的细胞器线粒体：真核细胞重要的细胞器 氧化磷酸化，动力氧化磷酸化，动力(dngl)工厂工厂 产生氧自由基产生氧自由基 若不能及时清除，会损伤若不能及时清除，会损伤DNA 研研究究发发现现，35岁岁以以上上成成人人心心肌肌细细胞胞逐逐渐渐会会出出现现线线粒粒体体DNA片片段段丢丢失失现现象象(xinxing)，在在其其他他组组织织中中也也存存在在，随随年龄增长更为明显。年龄增长更为明显。第28页/共30页第二十八页，共30页。29第29页/共30页第二十九页，共30页。30感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第30页/共30页第三十页，共30页。