DNA的损伤修复和突变培训课件.ppt

1、DNA的损伤修复和突变2DNA的损伤修复和突变 根据受损的部位，根据受损的部位，DNA损伤可以为两种：损伤可以为两种：n碱基损伤碱基损伤nDNA链的损伤链的损伤DNA损伤：损伤：一切使一切使DNA结构和功能发生结构和功能发生改变的改变的DNA变化，都可称为基因的损伤变化，都可称为基因的损伤。3DNA的损伤修复和突变 DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，维存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，维护护DNA分子的完整性对细胞至关紧要；分子的完整性对细胞至关紧要；修复修复DNA损伤的能力是生物能保持遗传稳定性所在；损伤的能力是生物能保持遗传稳定性所在；DNA分子的变化并不是全部都能被修复成原

2、样的，分子的变化并不是全部都能被修复成原样的，因此生物才会有变异、有进化。因此生物才会有变异、有进化。DNA损伤修复的重要性：损伤修复的重要性：4DNA的损伤修复和突变 细胞内在的因素和环境中的因素都可能细胞内在的因素和环境中的因素都可能导致导致DNA损伤，根据损伤的原因可以分为：损伤，根据损伤的原因可以分为：5DNA的损伤修复和突变1.碱基的异构互变碱基的异构互变2.碱基的脱氨基作用碱基的脱氨基作用3.脱嘌呤与脱嘧啶脱嘌呤与脱嘧啶(碱基丢失碱基丢失)4.活性氧引起的碱基修饰与链断裂活性氧引起的碱基修饰与链断裂6DNA的损伤修复和突变1.1.碱基的互变异构碱基的互变异构 DNA每种碱基有几种形

3、式，称互变异构体，每种碱基有几种形式，称互变异构体，异构体中原子的位置及原子之间的键有所不同。异构体中原子的位置及原子之间的键有所不同。碱基各自的异构体间可以自发发生变化（烯碱基各自的异构体间可以自发发生变化（烯醇式与酮基间互变）醇式与酮基间互变）;A=C T=G 上述配对发生在上述配对发生在DNA复制时，会造成子代复制时，会造成子代DNA序列与亲代序列与亲代DNA不同的错误损伤不同的错误损伤.7DNA的损伤修复和突变同型异构体转换同型异构体转换=O -OH8DNA的损伤修复和突变同型异构体转换同型异构体转换-NH2 -NH9DNA的损伤修复和突变10DNA的损伤修复和突变异构互变造成的复制损

4、伤异构互变造成的复制损伤11DNA的损伤修复和突变2.碱基的脱氨基作用碱基的脱氨基作用 碱基的环外氨基自发脱落，碱基的环外氨基自发脱落，C变为变为U，A变为次黄变为次黄嘌呤（嘌呤（I），），G变为黄嘌呤（变为黄嘌呤（X）。复制时，复制时，U与与A配对、配对、H和和X都与都与C配对会导致子代配对会导致子代DNA序列的错误变化。序列的错误变化。12DNA的损伤修复和突变13DNA的损伤修复和突变3.脱嘌呤与脱嘧啶脱嘌呤与脱嘧啶(碱基丢失碱基丢失)自发水解使嘌呤和嘧啶从自发水解使嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落。链的核糖磷酸骨架上脱落。哺乳类动物细胞，在哺乳类动物细胞，在30C下，下，20h

5、内内DNA链自发脱落嘌呤链自发脱落嘌呤约约1000个，嘧啶约个，嘧啶约500个。个。14DNA的损伤修复和突变4.活性氧引起的碱基修饰与链断裂活性氧引起的碱基修饰与链断裂 细胞呼吸的副产物细胞呼吸的副产物O2-,H2O2造成造成DNA损伤，产损伤，产生一些碱基修饰物（胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧生一些碱基修饰物（胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等），还可引起啶等），还可引起DNA单链断裂等损伤单链断裂等损伤;这些损失这些损失的积累可导致老化。的积累可导致老化。15DNA的损伤修复和突变16DNA的损伤修复和突变17DNA的损伤修复和突变 DNA受到大剂量紫外线（受到大剂量紫外线（260nm）照射时，

6、同照射时，同一条链上相邻的一条链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体嘧啶以共价键连成二聚体；TT,CC,CT之间都可形成二聚体。之间都可形成二聚体。复制时，此处产生空复制时，此处产生空耗过程，耗过程，DNA不能不能复制，细胞不能分裂，复制，细胞不能分裂，导致凋亡。导致凋亡。18DNA的损伤修复和突变紫外线引起的紫外线引起的DNA损伤损伤最易形成胸腺嘧啶二聚体（最易形成胸腺嘧啶二聚体（TT）19DNA的损伤修复和突变 细胞中的水经辐射解离后产生大量细胞中的水经辐射解离后产生大量OH-自由基，使自由基，使DNA链上的碱基氧化修饰、形成过氧化物的、导致碱链上的碱基氧化修饰、形成过氧化物的、导致碱基环的破坏

7、和脱落等。基环的破坏和脱落等。脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的氢都能与脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的氢都能与OH-反反应，导致脱氧核糖分解，最后会引起应，导致脱氧核糖分解，最后会引起DNA链断裂。链断裂。20DNA的损伤修复和突变脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而导致脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而导致DNA链断裂。链断裂。一条链断裂称一条链断裂称单链断裂单链断裂（single strand broken）；DNA双链在同一处或相近处断裂称为双链在同一处或相近处断裂称为双链断裂双链断裂（double strand broken）。21DNA的损伤修复和突变 同一条同一条DNA链上或两条链上或两条D

8、NA链上的碱基间以共价链上的碱基间以共价键结合；键结合；DNA与蛋白质之间也以共价键相连；组蛋白、与蛋白质之间也以共价键相连；组蛋白、染色质中的非组蛋白、调控蛋白、与复制和转录有关染色质中的非组蛋白、调控蛋白、与复制和转录有关的酶都会与的酶都会与DNA以共价键连接。以共价键连接。胶联是细胞受电离辐射后在显微镜下看到的染色胶联是细胞受电离辐射后在显微镜下看到的染色体畸变的分子基础，会影响细胞的功能和体畸变的分子基础，会影响细胞的功能和DNA复制。复制。22DNA的损伤修复和突变23DNA的损伤修复和突变1.碱基类似物、修饰剂对碱基类似物、修饰剂对DNA的损伤；的损伤；2.烷化剂对烷化剂对DNA的

9、损伤；的损伤；3.嵌合剂对嵌合剂对DNA的损伤。的损伤。24DNA的损伤修复和突变 某些化学物质和正常的碱基在结构上类似，有某些化学物质和正常的碱基在结构上类似，有时会替代正常碱基而掺入时会替代正常碱基而掺入DNA分子，一旦这些碱基分子，一旦这些碱基类似物进人类似物进人DNA后，由于它们的配对能力不同于正后，由于它们的配对能力不同于正常碱基，便引起常碱基，便引起DNA复制过程中其对应位置上插入复制过程中其对应位置上插入不正确碱基。不正确碱基。25DNA的损伤修复和突变例如例如 5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（BU）和）和 5-溴脱氧尿嘧啶溴脱氧尿嘧啶（BrdU）是）是T结构类似物。细菌在含结构类似物。

10、细菌在含BU的培养基中培的培养基中培养时，部分养时，部分DNA中的中的T被被BU取代，取代，BU有两种互变异有两种互变异构体，一种是酮式结构（第构体，一种是酮式结构（第6位上有一个酮基），它位上有一个酮基），它可以代替可以代替T而掺入而掺入DNA，并与，并与A配对；当配对；当BU发生互变发生互变异构成为烯醇式（第异构成为烯醇式（第6位上是一个羟基）后，就容易位上是一个羟基）后，就容易和和G配对。配对。通常以酮式存在，有时也以烯醇式存在。当通常以酮式存在，有时也以烯醇式存在。当BU先以先以酮式掺入酮式掺入DNA，继而又变成烯醇式时，进一步复制使，继而又变成烯醇式时，进一步复制使DNA中中 A-T

11、对变成对变成 G-C对。同样道理也引起对。同样道理也引起 G-C向向 A-T的转换，的转换，BU可以使细菌的突变率提高近万倍。可以使细菌的突变率提高近万倍。26DNA的损伤修复和突变 除除BU外，还有外，还有5-溴脱氧尿苷、溴脱氧尿苷、5-氟尿嘧啶、氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶及它们的脱氧核苷。氯尿嘧啶及它们的脱氧核苷。另一种被广泛应用的碱基类似物是另一种被广泛应用的碱基类似物是2-氨基嘌呤氨基嘌呤（2-AP），是一种腺嘌呤），是一种腺嘌呤A类似物，可和胸腺嘧类似物，可和胸腺嘧啶啶T配对。可再和胞嘧啶配对。可再和胞嘧啶C 配对，配对，产生产生A-T、G-C的转换的转换，或，或2-AP以和胞嘧啶以和胞

12、嘧啶C 配对形式进入配对形式进入DNA后再和胸腺嘧啶后再和胸腺嘧啶T 配对后产生配对后产生G-C、A-T的转换。的转换。27DNA的损伤修复和突变 某些诱变剂不掺入某些诱变剂不掺入DNA，而通过改变碱基的结构，而通过改变碱基的结构从而引起特异性错配，如烷化剂（是一类亲电子的化从而引起特异性错配，如烷化剂（是一类亲电子的化合物，具有一个或多个活性烷基）。它们的诱变作用合物，具有一个或多个活性烷基）。它们的诱变作用是使是使DNA中的碱基烷化。中的碱基烷化。活性烷基不稳定，能转移到其他分子的电子密度较活性烷基不稳定，能转移到其他分子的电子密度较高的位置上，并置换其中的氢原子，使其成为不稳定高的位置上

13、，并置换其中的氢原子，使其成为不稳定的物质。的物质。烷化剂的种类很多，常见的有甲磺酸乙酯（烷化剂的种类很多，常见的有甲磺酸乙酯（EMS）、）、亚硝基胍（亚硝基胍（NG）和芥子气等。）和芥子气等。28DNA的损伤修复和突变 EMS能使鸟嘌呤的能使鸟嘌呤的 N位置上有乙基，成为位置上有乙基，成为7一一乙基鸟嘌呤。与胸腺嘧啶配对，故乙基鸟嘌呤。与胸腺嘧啶配对，故能使能使G-C转换成转换成A-T。烷化剂的另一作用是烷化剂的另一作用是脱嘌呤脱嘌呤。例如烷基在鸟嘌。例如烷基在鸟嘌呤呤N位上活化糖苷键引起断裂，使嘌呤从位上活化糖苷键引起断裂，使嘌呤从DNA链上链上脱掉，产生缺口。复制时，与缺口对应的位点上可

14、脱掉，产生缺口。复制时，与缺口对应的位点上可能配上任一碱基，从而引起转换或颠换；而且去嘌能配上任一碱基，从而引起转换或颠换；而且去嘌呤后的呤后的DNA容易发生断裂，引起缺失或其他突变。容易发生断裂，引起缺失或其他突变。29DNA的损伤修复和突变3.嵌合剂的致突变作用嵌合剂的致突变作用 嵌合染料是另一类重要的嵌合染料是另一类重要的DNA修饰剂。包括修饰剂。包括吖啶橙（吖啶橙（acridine orange）、原黄素（）、原黄素（proflavin）、）、溴化乙锭（溴化乙锭（EB）等染料。）等染料。这些试剂为平面分子，其分子大小与碱基对这些试剂为平面分子，其分子大小与碱基对大小差不多，可以嵌入到大

15、小差不多，可以嵌入到DNA双链碱基对之间，双链碱基对之间，在嵌入位置上引起单个碱基对的插入或缺失突变。在嵌入位置上引起单个碱基对的插入或缺失突变。嵌合染料也能嵌入单链嵌合染料也能嵌入单链DNA的碱基之间，这些突的碱基之间，这些突变都会引起阅读框的改变，造成移码突变。变都会引起阅读框的改变，造成移码突变。30DNA的损伤修复和突变荧光显微镜下（选用蓝色激发滤片），可见含荧光显微镜下（选用蓝色激发滤片），可见含DNA的细的细胞核显示黄绿色荧光，含胞核显示黄绿色荧光，含RNA的细胞质及核仁显示橘红的细胞质及核仁显示橘红色荧光。色荧光。体外培养的肝癌细胞吖啶橙荧光染色体外培养的肝癌细胞吖啶橙荧光染色3

16、1DNA的损伤修复和突变32DNA的损伤修复和突变 如果如果DNA的损伤得不到有效的修复，就会造的损伤得不到有效的修复，就会造成成DNA分子上可遗传的永久性结构变化，称为分子上可遗传的永久性结构变化，称为突变突变（mutation）。少数突变甚至有可能对细胞）。少数突变甚至有可能对细胞是有利的。有利突变的累积可以使生物进化，使是有利的。有利突变的累积可以使生物进化，使其能更好地适合于其生存的环境。但绝大部分突其能更好地适合于其生存的环境。但绝大部分突变是有害的，对于单细胞生物，不少有害突变是变是有害的，对于单细胞生物，不少有害突变是致死的，对于多细胞的高等生物，有害突变会造致死的，对于多细胞的

17、高等生物，有害突变会造成病变，如代谢病和肿瘤。成病变，如代谢病和肿瘤。33DNA的损伤修复和突变导致导致DNA分子结构变化（亦即发生突变）；分子结构变化（亦即发生突变）；生物体在表型上突变。生物体在表型上突变。34DNA的损伤修复和突变(1)点突变（点突变（point mutation）也称为简也称为简单突变或单一位点突变。其最主要的单突变或单一位点突变。其最主要的形式为碱基对置换，专指形式为碱基对置换，专指DNA分子单一位点上分子单一位点上所发生的碱基对改变，分为转换（所发生的碱基对改变，分为转换（transitions）和颠换（和颠换（transversions）两种形式。）两种形式。35

18、DNA的损伤修复和突变转换转换（transition）：）：两种嘧啶碱基（两种嘧啶碱基（T和和G）或）或两种嘌呤碱基（两种嘌呤碱基（A和和G）之间的相互转变。）之间的相互转变。颠换颠换（transvertion）：）：嘧啶碱基和嘌呤碱基之间嘧啶碱基和嘌呤碱基之间的互变。的互变。36DNA的损伤修复和突变 点突变带来的后果取决于其发生的位置和具体点突变带来的后果取决于其发生的位置和具体的突变方式。的突变方式。如果是发生在基因组的垃圾如果是发生在基因组的垃圾DNA上，就可能不产生上，就可能不产生任何后果，引物其上的碱基序列缺乏编码和调节基任何后果，引物其上的碱基序列缺乏编码和调节基因表达的功能；因

19、表达的功能；如果发生在一个基因的启动子或其他调节基因表达如果发生在一个基因的启动子或其他调节基因表达的区域，则可能会影响到基因表达的效率；的区域，则可能会影响到基因表达的效率；如果发生在一个基因的内部，就有多种可能性，这如果发生在一个基因的内部，就有多种可能性，这一方面取决于突变基因的终产物是蛋白质还是一方面取决于突变基因的终产物是蛋白质还是RNA，即是蛋白质基因还是即是蛋白质基因还是RNA基因，另一方面如果是蛋基因，另一方面如果是蛋白质基因，还取决于究竟发生在它的编码区，还是白质基因，还取决于究竟发生在它的编码区，还是非编码区，是内含子，还是外显子。非编码区，是内含子，还是外显子。37DNA

20、的损伤修复和突变 发生在蛋白质基因编码区的点突变有三发生在蛋白质基因编码区的点突变有三种不同的结果：种不同的结果：突变的密码子编码同样的氨基酸，这样的突变对蛋突变的密码子编码同样的氨基酸，这样的突变对蛋白质的结构和功能不会产生任何影响，因此被称为白质的结构和功能不会产生任何影响，因此被称为沉默突变或同义突变。沉默突变或同义突变。突变的密码子编码不同的氨基酸，导致一种氨基酸突变的密码子编码不同的氨基酸，导致一种氨基酸残基取代另一种氨基酸残基，这样的突变可能对蛋残基取代另一种氨基酸残基，这样的突变可能对蛋白质的功能不产生任何影响或影响微乎其微，也可白质的功能不产生任何影响或影响微乎其微，也可能产生

21、灾难性的影响而带来分子病。能产生灾难性的影响而带来分子病。突变的密码子变为终止密码子或相反。突变的密码子变为终止密码子或相反。38DNA的损伤修复和突变又称移框突变，是指一个蛋白质基因的编码区发又称移框突变，是指一个蛋白质基因的编码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。由于遗传密码是由由于遗传密码是由3个核苷酸构成的三联体密码，个核苷酸构成的三联体密码，因此，这样的突变将会导致翻译的阅读框架发生因此，这样的突变将会导致翻译的阅读框架发生改变，致使插入点或缺失点下游的氨基酸序列发改变，致使插入点或缺失点下游的氨基酸序列发生根本性的变

22、化，但也可能会提前引入终止密码生根本性的变化，但也可能会提前引入终止密码子而使多肽链被裁短。移码突变对蛋白质功能的子而使多肽链被裁短。移码突变对蛋白质功能的影响取决于插入点或缺失点于起始密码子的距离。影响取决于插入点或缺失点于起始密码子的距离。39DNA的损伤修复和突变DNA链上一个或一段核苷酸的消失或加入。链上一个或一段核苷酸的消失或加入。40DNA的损伤修复和突变 例如在例如在 E.coli的的lacl基因中发现一种基因中发现一种 4个碱基序列个碱基序列(CTGG)在野生型中连续重复了在野生型中连续重复了 3次。次。J.Miller等人研等人研究了这个基因突变热点（究了这个基因突变热点（h

23、ot Spots）产生的原因。发）产生的原因。发现某些热点是由重复序列引起的。所谓现某些热点是由重复序列引起的。所谓热点热点即一个基即一个基因中比其他位点更容易发生突变的位点。因中比其他位点更容易发生突变的位点。由于插入或缺失突变引起由于插入或缺失突变引起DNA的阅读框（的阅读框（ORF）发生改变，从而产生不同蛋白质的过程。发生改变，从而产生不同蛋白质的过程。41DNA的损伤修复和突变 DNA重组使其中一段核苷酸倒置，或从一处迁移重组使其中一段核苷酸倒置，或从一处迁移到另一处。到另一处。42DNA的损伤修复和突变（1）致死性）致死性:突变发生在对生命至关重要的基因上，突变发生在对生命至关重要的

24、基因上，可导致个体或细胞的死亡。可导致个体或细胞的死亡。43DNA的损伤修复和突变致死突变致死突变：严重影响生物体生活力，导致个体死亡的：严重影响生物体生活力，导致个体死亡的突变。突变。可分为可分为显性致死突变显性致死突变（杂合态即可致死）和（杂合态即可致死）和隐性致死隐性致死突变突变（纯合态才致死）。（纯合态才致死）。44DNA的损伤修复和突变（2）基因功能的改变）基因功能的改变 突变是某些疾病的发病基础，包括遗传病、肿突变是某些疾病的发病基础，包括遗传病、肿瘤及有遗传倾向的病。有些已知其遗传缺陷所在。瘤及有遗传倾向的病。有些已知其遗传缺陷所在。但大多数尚在研究中。但大多数尚在研究中。突变影

25、响生物的代谢过程，导致一个特定生化突变影响生物的代谢过程，导致一个特定生化功能的改变或丧失。功能的改变或丧失。45DNA的损伤修复和突变 突变导致生物体外观上可见的形态结构的改突变导致生物体外观上可见的形态结构的改变。例如果蝇的红眼变。例如果蝇的红眼白眼突变：白眼突变：46DNA的损伤修复和突变例例:UVB 所致的基因突变所致的基因突变 UVB:290-320nm 由于修复系统的缺陷或偶发的错误修复，则由于修复系统的缺陷或偶发的错误修复，则会导致某些基因突变，使得角质形成细胞的细胞会导致某些基因突变，使得角质形成细胞的细胞周期的调控出现异常，进一步发生周期的调控出现异常，进一步发生克隆性增生克

26、隆性增生和和永生化生长永生化生长而导致皮肤癌的发生。而导致皮肤癌的发生。47DNA的损伤修复和突变 管理基因管理基因(caretaker genes):执行执行DNA的损伤修复，的损伤修复，维持基因组的完整性。如着色性干皮病的修复基因维持基因组的完整性。如着色性干皮病的修复基因XPAXPF。看门基因看门基因(gatekeeper genes):控制细胞信号传导，控制细胞信号传导，调控细胞的增殖、分化和凋亡。如调控细胞的增殖、分化和凋亡。如p53、patched基基因和因和ras等。皮肤癌的发生与看门基因突变关系密等。皮肤癌的发生与看门基因突变关系密切。切。48DNA的损伤修复和突变 着色性干皮

27、病（着色性干皮病（xeroderma pigmentosis，XP）是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。在研究其发病机制时，发现一些相关的基在研究其发病机制时，发现一些相关的基 因，称为因，称为XPA、XPB、XPC等。这些基因的表达产物起辨认等。这些基因的表达产物起辨认和切除损伤和切除损伤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线照射引起的DNA损伤，因此易发生皮肤癌。损伤，因此易发生皮肤癌。49DNA的损伤修复和突变p53 当当UVB损伤损伤DNA造成造成p53突变后，突变型突变后，突变型

28、p53因失因失去了对细胞周期的正常调控，使得损伤的去了对细胞周期的正常调控，使得损伤的DNA继继续复制，从而提高了染色体畸变的偶发率和遗传续复制，从而提高了染色体畸变的偶发率和遗传的不稳定性，角质形成细胞极易发生克隆增生和的不稳定性，角质形成细胞极易发生克隆增生和恶性转化。恶性转化。50DNA的损伤修复和突变（3）突变导致基因型改变）突变导致基因型改变:这种突变只有基因型的改变，而没有可察觉的表这种突变只有基因型的改变，而没有可察觉的表型改变。型改变。多态性多态性(polymorphism)：是用来描述个体之间的基因型差别现象。利用是用来描述个体之间的基因型差别现象。利用DNA多态性分析技术，

29、可识别个体差异和种、株间差多态性分析技术，可识别个体差异和种、株间差异。异。控制一些次要性状基因即使发生突变，也不会影控制一些次要性状基因即使发生突变，也不会影响生物的正常生理活动，仍能保持其正常的生活力和响生物的正常生理活动，仍能保持其正常的生活力和繁殖力，为自然选择保留下来。繁殖力，为自然选择保留下来。51DNA的损伤修复和突变 对生物个体而言，基因突变的影响不对生物个体而言，基因突变的影响不外乎以下四种：外乎以下四种：产生轻微的、不易被察觉的有害或有利的生物学产生轻微的、不易被察觉的有害或有利的生物学效应，或者形成生物群体的遗传多态性；效应，或者形成生物群体的遗传多态性；产生不利于个体生

30、存或发育，但可遗传的生物学产生不利于个体生存或发育，但可遗传的生物学效应，导致遗传学疾病；效应，导致遗传学疾病；产生有利于个体生存和发育，且可遗传的生物学产生有利于个体生存和发育，且可遗传的生物学效应，促使生物进化；效应，促使生物进化；产生致死性突变，导致生物个体在发育过程中死产生致死性突变，导致生物个体在发育过程中死亡，因而不将突变传递给后代亡，因而不将突变传递给后代。52DNA的损伤修复和突变突变是进化、分化的分子基础突变是进化、分化的分子基础:进化过程是突变的不断发生所造成的。没进化过程是突变的不断发生所造成的。没有突变就没有今天的五彩缤纷的世界。有突变就没有今天的五彩缤纷的世界。遗传学

31、家认为：没有突变就不会有遗传学。遗传学家认为：没有突变就不会有遗传学。大量的突变都属于由遗传过程自然发生的，大量的突变都属于由遗传过程自然发生的，叫自发突变或自然突变（叫自发突变或自然突变（spontaneous mutation）。）。53DNA的损伤修复和突变3.突变的原因突变的原因（1）自发突变（）自发突变（spontaneous mutations）由内在因素引起的突变称为自发突变。由内在因素引起的突变称为自发突变。自发点突变自发点突变自发移码突变自发移码突变54DNA的损伤修复和突变 由外在因素引发的突变。主要有碱基类似物、烷基化试由外在因素引发的突变。主要有碱基类似物、烷基化试剂、

32、脱氨基试剂、羟胺等各种诱变剂。剂、脱氨基试剂、羟胺等各种诱变剂。每一种诱变剂有其对应的特异性（如对每一种诱变剂有其对应的特异性（如对G-C，A-T转换）转换）和对特定的突变位点的偏好，例如：甲磺酸乙酯（和对特定的突变位点的偏好，例如：甲磺酸乙酯（EMS）和）和紫外线（紫外线（UV）“偏好偏好”G-C，A-T转换，黄曲霉素转换，黄曲霉素B1（AFB1）则偏好于）则偏好于C-G，A-T颠换。颠换。诱变机制：诱变机制：诱变剂通过诱变剂通过3种机制诱发突变：取代种机制诱发突变：取代DNA中的一个碱基；中的一个碱基；改变一个碱基使之发生错配；破坏一个碱基使之在正常情况改变一个碱基使之发生错配；破坏一个碱

33、基使之在正常情况下无法配对。下无法配对。55DNA的损伤修复和突变 黄曲霉素（黄曲霉素（AFB）引起肝癌，紫外线（）引起肝癌，紫外线（UV）照射）照射会导致皮肤癌。会导致皮肤癌。肿瘤抑制基因是一种编码抑制肿瘤形成的蛋白质肿瘤抑制基因是一种编码抑制肿瘤形成的蛋白质基因。如果发生突变则会致癌。对南非和东亚肝癌病基因。如果发生突变则会致癌。对南非和东亚肝癌病人的人的P53基因的分析发现，基因的分析发现，AFB特异性诱导特异性诱导G-T颠换，颠换，引起引起P53发生突变，而在同一地区的肺癌、肠癌和乳发生突变，而在同一地区的肺癌、肠癌和乳腺癌的病人中未发现此现象。腺癌的病人中未发现此现象。56DNA的损

34、伤修复和突变黄曲霉素黄曲霉素B1（aflatoxin B1，AFB1）一种很强的致癌剂。一种很强的致癌剂。在鸟嘌呤在鸟嘌呤 N-7位置上形成一加成复合物后产位置上形成一加成复合物后产生无嘌呤位点。修复要求生无嘌呤位点。修复要求SOS系统参与。系统参与。SOS越越过无嘌呤位点并在这些位点对应处选择性插入过无嘌呤位点并在这些位点对应处选择性插入腺嘌呤，使鸟嘌呤残基脱嘌呤的试剂偏向于产腺嘌呤，使鸟嘌呤残基脱嘌呤的试剂偏向于产生生G-C，T-A颠换。颠换。57DNA的损伤修复和突变 现代生活环境使人可能接触各种各样药品、化妆现代生活环境使人可能接触各种各样药品、化妆品、食物防腐剂、杀虫剂、工业用试剂、

35、污染物等，品、食物防腐剂、杀虫剂、工业用试剂、污染物等，其中很多化合物已被证明具有致癌性质。其中很多化合物已被证明具有致癌性质。研究表明在研究表明在175种已知的致癌剂中，有种已知的致癌剂中，有157种是诱种是诱变剂。这些物质是通过诱导体细胞突变而致癌的。例变剂。这些物质是通过诱导体细胞突变而致癌的。例如食物防腐剂如食物防腐剂AF-2。食物熏蒸剂二溴乙烯、抗血吸虫。食物熏蒸剂二溴乙烯、抗血吸虫药物、多种染发添加剂以及工业化合物氯乙烯等都具药物、多种染发添加剂以及工业化合物氯乙烯等都具致癌性。致癌性。58DNA的损伤修复和突变有害物质富集有害物质富集例例:DDT在水环境中存在量仅为在水环境中存在

36、量仅为310-6ppm(mg/L)的时候，当的时候，当它进入浮游动物体内就被富集为它进入浮游动物体内就被富集为0.04ppm；浮游动物被小鱼吃了，小鱼体内浮游动物被小鱼吃了，小鱼体内DDT富集量就变为富集量就变为0.5ppm；当小鱼被大鱼吃了，大鱼体内当小鱼被大鱼吃了，大鱼体内DDT富集量就升高为富集量就升高为2ppm；当大鱼被鹰吃了，鹰体内当大鱼被鹰吃了，鹰体内DDT富集量就变为富集量就变为25ppm，DDT浓浓度整整富集了度整整富集了1000万倍。万倍。如果人吃了鱼或鹰，那么人体内如果人吃了鱼或鹰，那么人体内DDT富集量更是高得可怕。富集量更是高得可怕。会会引起突变引起突变“低剂量、长期暴

37、露的蓄积作用低剂量、长期暴露的蓄积作用”59DNA的损伤修复和突变60DNA的损伤修复和突变 野生型等位基因：野生型等位基因：将自然界中普遍出现或指定实验用将自然界中普遍出现或指定实验用的某一品系的性状作为的某一品系的性状作为“野生型野生型”或或“正常正常”的性状，的性状，与这种性状相关的等位基因称为野生型等位基因。与这种性状相关的等位基因称为野生型等位基因。突变型等位基因：突变型等位基因：任何不同于野生型等位基因的相同任何不同于野生型等位基因的相同座位的基因称为突变型等位基因。座位的基因称为突变型等位基因。正向突变正向突变：从野生型等位基因变为突变型等位基因。：从野生型等位基因变为突变型等位

38、基因。回复突变回复突变：从突变型等位基因变为野生型等位基因。：从突变型等位基因变为野生型等位基因。61DNA的损伤修复和突变 一个基因内有很多突变位点，所以，一个基因的一个基因内有很多突变位点，所以，一个基因的突变也有多方向性，从而导致一个基因可以有两个以突变也有多方向性，从而导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。62DNA的损伤修复和突变63DNA的损伤修复和突变 为了保证遗传信息的高度稳定性，生物细胞在进为了保证遗传信息的高度稳定性，生物细胞在进化过程中形成了一系列多步骤的修复机制。化过程中形成了一系列多步骤的修复机制。目前对目前对DNA损伤和修复的研究还

39、不多，仅限于辐损伤和修复的研究还不多，仅限于辐射生物反应方面。射生物反应方面。64DNA的损伤修复和突变一一.错配修复错配修复 一旦在一旦在DNA复制过程中发生错配，细复制过程中发生错配，细胞能够通过准确的错配修复系统识别新合胞能够通过准确的错配修复系统识别新合成链中的错配并加以校正，成链中的错配并加以校正，DNA子链中的子链中的错配几乎完全能被修正，充分反映了母链错配几乎完全能被修正，充分反映了母链序列的重要性。因此，错配修复系统对序列的重要性。因此，错配修复系统对DNA复制忠实性有很大的贡献。复制忠实性有很大的贡献。65DNA的损伤修复和突变 错配修复可以纠正几乎所有的错配错配修复可以纠正

40、几乎所有的错配。此外对于对。此外对于对于插入或删除引起的于插入或删除引起的DNA遗传信息的改变也有作遗传信息的改变也有作用。用。错配修复是以底物链上的信息为模板进行的，因错配修复是以底物链上的信息为模板进行的，因此此这个系统有区分底物链和新合成链的机制，细这个系统有区分底物链和新合成链的机制，细胞通过识别胞通过识别DNA链的甲基化状态来区分底物链和链的甲基化状态来区分底物链和新合成的链新合成的链。整个修复过程可以分为识别、切除。整个修复过程可以分为识别、切除和修补等步骤。和修补等步骤。66DNA的损伤修复和突变 Dam甲基化酶使母链位于甲基化酶使母链位于5GATC序列中腺甘酸的序列中腺甘酸的N

41、6位甲基化；位甲基化；一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会再开始一旦复制叉通过复制起始位点，母链就会再开始DNA合成前的几秒至几分钟内被甲基化；合成前的几秒至几分钟内被甲基化；此后，只要两条此后，只要两条DNA链上碱基配对出现错误，错链上碱基配对出现错误，错配修复系统就会根据配修复系统就会根据“保存母链，修正子链保存母链，修正子链”的原的原则，找出错误碱基所在的则，找出错误碱基所在的DNA链，并在对应于母链，并在对应于母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的5位置切口子链，再位置切口子链，再根据错配碱基相对于根据错配碱基相对于DNA切口的方位启动修复途切口的方位启动修复途径，合成

42、新的子链径，合成新的子链DNA片段。片段。67DNA的损伤修复和突变DNA的半甲基化的半甲基化修复机制：修复机制：错配修复系统错配修复系统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.68DNA的损伤修复和突变1.碱基切除修复碱基切除修复（base-excise repai

43、r，BER）一些碱基在自发或诱变下会发生脱酰胺，然一些碱基在自发或诱变下会发生脱酰胺，然后改变配对性质，造成氨基转换突变。后改变配对性质，造成氨基转换突变。腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对；腺嘌呤变为次黄嘌呤与胞嘧啶配对；鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对；鸟嘌呤变为黄嘌呤与胞嘧啶配对；胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对；胞嘧啶变为尿嘧啶与腺嘌呤配对；二二.切除修复切除修复69DNA的损伤修复和突变 BER可以去除因脱氨基或碱基丢失，无氧射线可以去除因脱氨基或碱基丢失，无氧射线辐射或内源性物质引起的环氮类的甲基化等因辐射或内源性物质引起的环氮类的甲基化等因素产生的素产生的DNA损伤。损伤。BER是维持是维持

44、DNA稳定的重要修复方式稳定的重要修复方式，其步，其步骤是骤是N-糖苷键水解，从而切除发生变化的碱基。糖苷键水解，从而切除发生变化的碱基。碱基释放过程是由碱基释放过程是由DNA糖苷酶糖苷酶催化的。催化的。70DNA的损伤修复和突变胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶胞嘧啶去氨基生成尿嘧啶71DNA的损伤修复和突变如果复制发生就会产生一个突变如果复制发生就会产生一个突变72DNA的损伤修复和突变糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从糖甘水解酶识别改变了的碱基，把碱基从N-糖糖苷键处切下来，在苷键处切下来，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，统称为位点，统称为AP位点位点。73DNA的损伤修

45、复和突变由由AP磷酸内切酶将受损核磷酸内切酶将受损核甘酸的糖甘甘酸的糖甘-磷酸键切开磷酸键切开74DNA的损伤修复和突变DNA连接酶连接连接酶连接利用利用DNA聚合酶聚合酶I切切除损伤部除损伤部位，补上位，补上核苷酸核苷酸75DNA的损伤修复和突变2.核苷酸切除修复核苷酸切除修复（nucleotide excise repair,NER）当当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无链上相应位置的核苷酸发生损伤，导致双链之间无法形成氢键，则由法形成氢键，则由NER负责修复。负责修复。NER的关键特征是对损伤的的关键特征是对损伤的DNA链的两端进行切割链的两端进行切割。NER可以修复可以

46、修复UV照射形成的嘧啶二聚体以外，还能消除体照射形成的嘧啶二聚体以外，还能消除体内产生的各种嘌呤和嘧啶加合物。内产生的各种嘌呤和嘧啶加合物。NER在已研究过的真核生物中都很相似，说明其在进化过在已研究过的真核生物中都很相似，说明其在进化过程中高度保守。程中高度保守。76DNA的损伤修复和突变1）通过特异的核酸内切酶识别损伤部位；）通过特异的核酸内切酶识别损伤部位；2）由酶的复合物在损伤的两边切除几个核）由酶的复合物在损伤的两边切除几个核苷酸；苷酸；3）DNA 聚合酶以母链为模板复制合成新子聚合酶以母链为模板复制合成新子链；链；4）DNA连接酶将切口补平。连接酶将切口补平。77DNA的损伤修复和

47、突变识别损伤部位识别损伤部位损伤的两边切除几个损伤的两边切除几个核苷酸（核酸外切酶）核苷酸（核酸外切酶）DNA 聚合酶以母链为聚合酶以母链为模板复制合成新子链模板复制合成新子链DNA连接酶将切口补平连接酶将切口补平78DNA的损伤修复和突变 “切补切封切补切封”79DNA的损伤修复和突变三三.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损伤逆转到正常状态的修复。酸就可以将损伤逆转到正常状态的修复。可分可分为以下几种：为以下几种：1）光复活）光复活 酶学光复活过程酶学光复活过程是修复是修复UV导致的环丁烷嘧啶导致的环丁烷嘧啶

48、二聚体的直接机制，这种修复具有高度的专一二聚体的直接机制，这种修复具有高度的专一性。性。81DNA的损伤修复和突变 （主要对胸腺嘧啶二聚体而言）（主要对胸腺嘧啶二聚体而言）修复机制：在修复机制：在可见光可见光（300 600nm）活化之下，由光复活化之下，由光复活酶（活酶（photo reactivating enzyme，PR）催化胸腺嘧啶催化胸腺嘧啶二聚体分解为单体。二聚体分解为单体。参与的酶：光复活酶（参与的酶：光复活酶（PR）82DNA的损伤修复和突变 光复活酶修复：波长光复活酶修复：波长400400nmnm可见光激活可见光激活83DNA的损伤修复和突变 光复活是针对紫外线引起光复活是

49、针对紫外线引起DNA损伤而形成的胸腺损伤而形成的胸腺嘧啶二聚体，在损伤部位进行修复的修复途径。光复嘧啶二聚体，在损伤部位进行修复的修复途径。光复活作用在可见光的活化下，由光复活酶（活作用在可见光的活化下，由光复活酶（PR)，又称，又称光解酶催化胸腺嘧啶二聚体分解成为单体。光解酶催化胸腺嘧啶二聚体分解成为单体。PR酶先与酶先与DNA链上的胸腺嘧啶二聚体结合成复合链上的胸腺嘧啶二聚体结合成复合物；复合物以某种方式吸收可见光，并利用光能切断物；复合物以某种方式吸收可见光，并利用光能切断二聚体之间的两个二聚体之间的两个C-C键，使胸腺嘧啶二聚体变为两键，使胸腺嘧啶二聚体变为两个单体，恢复正常，而后个单

50、体，恢复正常，而后PR酶就从酶就从DNA上解离下来。上解离下来。84DNA的损伤修复和突变过去认为，光复活酶存在于细菌和低等真核生物过去认为，光复活酶存在于细菌和低等真核生物体内。研究发现在鸟类和有袋类中也有存在。体内。研究发现在鸟类和有袋类中也有存在。BMSutherland（1974）报道，在人类白细胞）报道，在人类白细胞中发现光复活酶。随后发现存在于人类的成纤维细胞中发现光复活酶。随后发现存在于人类的成纤维细胞和淋巴细胞中。说明这种酶在生物界分布广泛，这一和淋巴细胞中。说明这种酶在生物界分布广泛，这一修复机制在哺乳动物中也起重要作用。修复机制在哺乳动物中也起重要作用。在在Ecoli中，光