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DNA的修复-PPT文档资料56页_图文


DNA的修复

由于染色体DNA在生命过程中占有至高无上 的地位,DNA的复制的准确性以及DNA日常保养 中的损伤修复就有着特别重要的意义。下表是大 肠杆菌中的DNA修复系统:

DNA修复系统 错配修复 切除修复(碱基、核苷酸) 重组修复

功能 恢复错配 切除突变的碱基和核苷酸片段 复制后的修复

DNA直接修复 SOS系统

修复嘧啶二体 DNA的修复,导致变异

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? 重点内容:①DNA损伤修复方式;②DNA突 变类型
? 难点内容:①基因间校正
? 教学目的:①了解DNA损伤的原因及修复方 式;②突变的产生及校正。

引起损伤的因素: ? 自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变、
脱氨基、碱基丢失、 细胞的代谢产物对DNA的损伤) ? 物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线) ? 化学因素引起的损伤(烷化剂、碱基类似物) 引起损伤的类型:
碱基脱落、碱基(或核苷)改变、错误碱基(碱基的取 代)、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联(链内、链 间)、嘧啶二聚体等等

4.1 Gene Mutations
? Causes of Mutations
– Spontaneous Replication Errors – Spontaneous Chemical Changes – Chemically Induced Mutations – Radiation

化学因素: 常见的化学诱变剂

化合物类别

作用点

碱基类似物
如:5-BU

A ? 5-BU ? G

羟胺类(NH2OH)

T?C

亚硝酸盐(NO2)

C?U

烷化剂

G ? mG

如:氮芥类,Nitromins

分子改变

-A-

-G-

-T-

-C-

-T-

-C-

- A-

-G-

-G-

-A-

- C-

-T-

DNA缺失G

DNA的修复
DNA修复系统
? 直接修复 ? 错配修复 ? 切除修复 ? 重组修复 ? SOS修复

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DNA直接修复(direct repair)
生物体内存在多种DNA损伤以后而并不 需要切除碱基或核苷酸的机制,这种修复 方式称为DNA的直接修复。

嘧啶二聚体的产生
类型:TT二聚体 ( TT )、CC二聚体( CC)、 CT二聚体( CT )
CC
CC 相邻的胸腺嘧啶

光复活(photoreactivation)
可见光存在的条件下,在光复活酶作用下将UV引起嘧啶二 聚体分解为单体的过程。
过程 ①光复活酶与T=T结合形成复合物; ②复合物吸收可见光切断T=T之间的C-C共价键,使二 聚体变成单体; ③光复活酶从DNA链解离。

DNA紫外线损伤的光复合酶直接修复

光复活(photo reactivation ) 直接修复

----TT-------AA----

----TT-------AA----

? 复制前、不容易出错 ? 400 nm 蓝光、PR 酶
(photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶(photolyase)

可见光激活

----TT-------AA----
PR

----TT-------AA----

烷基化碱基的直接修复
在 大肠杆菌中O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(Ada), 通过从O6-甲基鸟嘌呤上把甲基直接转移到酶的半胱氨酸残 基上来直接回复DNA的损伤可修复甲基化的碱基和甲基化 的磷酸二酯键。(自杀性酶)

DNA断裂口直接修复:
在 DNA 5′ -P 端和 3′ -OH端未受损害的情况下, 连接酶能够直接修复DNA的断裂口。

切除修复
1、内切酶识别损伤部位,并在5′ 端切开;2、外切酶作用下 连同受损伤的部位,从5′ 端到3′ 端切除;3、合成新链填补 缺口;4、连接酶连接。
碱基切除修复:
BER可以去除因脱氨基或碱基丢失及其它因素产生 的DNA损伤。
?形成去AP位点 ?AP核酸内切酶切除受损片段 ?DNA聚合酶I和DNA连接酶修复DNA链

? 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。

Base Excision Repair

---TAGC-----ATCG---

---TAGC--AU CG

---TAGC-----ATCG---

ung-ase

---TAGC-----AUCG---

①AP内切酶U (Apurinase)



DNApol ---TAGC---

Ligase

---A CG---



? 核苷酸切除修复 DNA切割酶切割移去12-13个核苷酸 (原核)或27-29个核苷酸(真核) 的 单 链 DNA , 再 由 DNA 聚 合 酶 和 DNA连接酶修复DNA链

二聚体

错配修复(Mismatch repair)

错配修复碱基来源:校正活性所漏校的碱基

+ ----- A----- ------C----DNA mismatch

错配修复 系统(MRS
Mismatch Repair System)

+ ----- A----- ------T-----

错配修复(Mismatch repair)
原核细胞内存在Dam甲基化酶,能使位于 5`GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。
复制后DNA在短期内(数分钟)为半甲基化的 GATC序列,一旦发现错配碱基,即将未甲基化链 切除一段包含错误碱基的序列,并以甲基化的链 为模板进行修复。

★ DNA合成过程中的甲基化变化 DNA中的GATC (palindromic seq.) 为m6A甲基化敏感位点 平均每2kb左右有一GATC seq. 错配修复系统受甲基化的引导

? 错配修复
? 一旦在DNA复制过程中发生错配, 通过该系统几乎能完全修正。该系 统对DNA复制忠实性贡献很大。
? 修复过程:
– 识别错配, – 复合物的形成,甲基化及非甲基化链的
切开, – 切除含错配的部分DNA链, – 合成新链 – 新链再度甲基化

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错配修复系统组成(Mismatch repair system)
DNA腺嘌呤甲基化酶(m6A甲基化酶) DNA polymerase Ⅲ 填补单链 DNA 缺口 Helicase SSB 外切核酸酶 (Ⅰ和Ⅶ) 连接酶
MCE (mismatch correct enzyme)
3 subunits mut H, L, S
识别新生链中非 m6A 的GATC序列 扫描新生链中错配碱基 酶切含错配碱基的DNA区段

错配修复
大肠杆菌 DNA 甲基化位点 新合成的DNA

Mis-paired bases

DNA突变
突变(Mutation) :DNA碱基序列水平发生永久的 可遗传的改变称为突变。
突变体:携带突变的个体,群体或株系叫突变体。
突变型:
突变类型
点突变(point mutation): 移码突变(frame shift mutation):

突变的类型
1、碱基对的置换(substitution) 转换(Transition): 最普通的一种点突变,指一种嘧啶被另一种嘧啶代替, 一种嘌呤被另一种嘌呤代替。使GC对被AT对替换, 或者相反。 颠换(Transversion): 另一种不常见的点突变,嘌呤被嘧啶代替或者相反, 如AT对变成了TA、CG对。
2、移码突变(frameshift mutation) 由碱基的缺失或插入造成。

A

G

T

C

DNA突变的类型

野生型基因
-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-

碱基对的置换 (substitution)
转换
-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-

移码突变
(framesshift mutation)
插入
-T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-

颠换
-T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-

A 缺失
-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-
T

编码区突变类型
无义突变
突变 错义突变
中性突变 同义突变 无声突变

同义突变 Synonymous mutation
虽 然 , DNA 上 碱 基 发 生 了 变 化 , 但仅仅是改变了某种氨基酸的同义 密码子,基因表达的氨基酸序列不 变,生物活性不变。 属于“无声突变”。
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? e.g. 亮aa CUU CUA UUA 对应的DNA CTT CTA TTA e.g. 亮aa CUC CUG UUG
对应的DNA CTC CTG TTG

错义突变(Missense mutation ): 密码子的第一、二位碱基改变导致对应的aa改变

GAA

GTA

中性突变 Neutral mutation
虽然,DNA的碱基发生了改变, 但突变体的性状几乎不变,蛋白质 的活性几乎不变。 属于“错义突变”中的一种形式
也属于“无声突变 ” Silent mutation。
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无义突变 Nonsense mutation
因DNA上碱基的改变,或者碱基插 入、缺失造成移码现象,使原氨基酸 密码子变为终止密码子的过程。这种 突变会使得翻译过早的中断,表达的 蛋白质失去了活性。
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移码突变 Frameshift mutation
当DNA中插入或缺失核苷酸,或加入 嵌合剂时,造成阅读框的移动,使基 因转录的mRNA三联密码改变,表达的 氨基酸序列面目全非,或部分改变, 或不表达,甚至造成生物致死( Lethal)的现象。

回复突变

回复突变:

基因第二次突变时,在第一次突变位点上
恢复成原来碱基的现象。这种几率在自然界很 小。

A--------a

a-------------A

习惯上说的“回复突变”,确切地说是

“校正突变”。

基因校正
基因的第二个位点突变,来 抑制第一个位点突变的表现型 效应。使第二次表现型恢复为 野生型、或成为有活性的突变 体。
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校正方式:
?基因内校正 ?(两次突变位点,在同一条染色体上。) ? 基因间校正 ?(两次突变位点,在不同染色体上。)
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基因内校正
5 ′ -CAGGACAACACTGCATGCCCAAATACTTTGGGTGA-3 ′ 3 ′ -GTCCTGTTGTGACGTACGGGTTTATGAAACCCACT-5 ′
5 ′ -CAGGACAACACTGCATGCCCAAATAGTTTGGGTGA-3 ′ 3 ′ -GTCCTGTTGTGACGTACGGGTTTATCAAACCCACT-5 ′
5 ′ -CAGGACAACACTGCATGCCCAAACAGTTTGGGTGA-3 ′ 3 ′ -GTCCTGTTGTGACGTACGGGTTTGTCAAACCCACT-5 ′

基因内抑制突变

Lys +
Glu 野生型

第一次突变

1.回复突变

+

+

失活

第二次突变 有几种情况

2.同点抑制突变

3.异点抑制突变

+

Gl-u

-

有活性的突变体

L+ys

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基因间校正
第二次突变并不恢复已突变的蛋白 质结构,而是改变另一个蛋白质,来 补偿原来突变造成的缺陷。使第二次 表现型恢复为野生型,或成为有活性 的突变体。
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基因间直接校正

结构基因突变

tRNA基因也突变

野生型蛋白

翻译

突变的tRNA, 识别突变的mRNA, 带入原来的氨基酸。

突变mRNA

转录 。

转录

突变的 tRNA

。 突变mRNA
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错义突变的基因间校正

基因间间接校正

第一次突变

野生型酶蛋白
它们成了 同工酶

失活酶蛋白 第二次突变

有活性突变体 的酶蛋白

The End

Thank you



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