微生物遗传育种翻译2

课程论文

微生物遗传育种翻译2

子代细胞中因为含有胸腺嘧啶二聚体的链会持续产生有缺口的子链，所以经过持续的复制而不能存活的。当复制叉进入缺口时，第一组有缺口的子链会被打碎。但可以通过互补链交换，可以形成一个完整的双链分子。

姐妹染色单体最重要的是从一个同源DNA片段剪切不受任何攻击的单链片段，插入有胸腺嘧啶二聚体产生的缺口。这一遗传重组需要RecA蛋白的参与。在DNA pol I 合成互补链时，DNA连接酶把插入片段连接到相邻DNA上来填补缺口。DNA pol I 和DNA连接酶也修复供体链上由剪切产生的缺口。胸腺嘧啶二聚体假如每一个都可以用这种方式修复的话，这样会形成两个完整的子链，每一个都作为下一个循环的模板合成正常的DNA分子。要注意，当两个胸腺嘧啶二聚体分别在相对链并且相互邻近，这样另一条链重组就不可用于没有未受损的姐妹链片段，该系统将会失效。重组的很多详细信息尚未被发现，所以图9-12中的模型仅仅是一个模型。

重组修复是一个非常重要的机制，因为它切除所有的胸腺嘧啶二聚体不需要延迟复制数小时。此外，一些不可以由剪切修正的损伤也可以由重组修复，例如，alteration不能引起双螺旋变形，但却可以终止DNA合成。

重组修复也可以出现在紫外线照射的噬菌体里。一个噬菌体菌株假如不能进行剪切修复，被紫外线照射后，涂布在recA上比recA+生长的数量少。

重组修复与剪切修复相比，出现在DNA复制后。重组修复也被称为复制后修复。重组修复也叫子链缺口复制。因为只有相对的二聚体形成缺口，而不是二聚体本身被修复。

SOS修复

我们知道紫外线是一个强大的诱变剂。而我们目前讨论的修复过程，并不是致突变的：光复活剪切修复重组修复都能准确的修复损伤。紫外线诱变不是紫外线线性相关的诱变作用：诱变需要高剂量的紫外线。这一发现说明当紫外线损伤超过超过准确的修复系统修复DNA损伤能力时，另外一种过程可以允许细胞存活但以突变为代价。这一过程叫SOS修复，因为它是最好一种允许DNA复制的渠道，即让细胞继续生存。因此好像未修复的的DNA 损伤在某种程度上诱导了SOS反应。

SOS修复是一种旁路系统以复制精确度为代价允许DNA链跨过损伤片段延伸。它是一个易出错的过程，即使整个DNA链形成了，连内经常包含错误碱基。SOS修复并未被完全研究透彻，但是结果显示，编辑系统忽略DNA双螺旋变形允许跨过二聚体是聚合继续。SOS 修复主要是紫外线和一些诱变剂引起的。

SOS反应的调节

在大范围DNA损伤后的SOS反应，涉及很多基因的开和闭。SOS反应曾是一个令人困解的难题，直到把RecA蛋白和噬菌体功能之间联系在一起。

噬菌体有两种生活方式：烈性繁殖感染或溶源生长整合到大肠杆菌染色体上。经整合后的噬菌体DNA叫前噬菌体，携带前噬菌体的叫溶源性细菌。前噬菌体产生一种前体蛋白，可以阻止噬菌体裂解细胞。紫外线损伤从细菌染色体的整合态到裂解状态诱导人前噬菌体。噬菌体在宿主细胞中经复制后，杀死和裂解宿主细胞，释放子代噬菌体（溶源诱导）。这一反应类型与老鼠逃离快要沉没的船类似：前噬菌体察觉到属猪细胞严重损伤而且快要死亡。宿主细胞假如死亡，噬菌体DNA还留在宿主DNA上，噬菌体也会死去。但噬菌体假如进

入裂解生长阶段，它可以复制并逃离损伤的细胞，且还可以找到一个未损伤的宿主并侵染。溶源性诱导有效引发SOS反应只发生在紫外线剂量的情况下，人溶源菌也是SOS反应的一部分。

来自RecA突变体自身的功能是第二个线索。RecA菌株对紫外线极其敏感。这一部分归因于重组修复缺陷的RecBC突变体需要RecA蛋白，而RecBC突变体对紫外线没有RecA菌株敏感。这一结果表明RecA蛋白除了在重组修复中担当重要作用而且还能在紫外线修复中担当另一个角色。进一步实验显示RecA突变体的诱变剂不是紫外线：在紫外线照射后RecA细胞死亡更多，但是存活下来的细胞突变率并没有增加。即SOS反应需要RecA 蛋白。在RecA突变体中，因SOS反应不能被打开，会导致紫外线诱变的缺失和对紫外线极度敏感。更重要的是，在RecA菌株中，被紫外线不能诱导人前噬菌体。这归因于紫外线照射对噬菌体产量的影响，因为用其它方法在RecA宿主菌株中可以对入前噬菌体所诱导。诱导前噬菌体需要cl前体蛋白失活，被人解码，而紫外线损伤与功能RecA蛋白相结合，在一定程度上影响人cl蛋白。

Roberts结合这些线索起来后，检验了紫外线照射后人前体的命运。他解释说原cl前体是38KDa的蛋白质，但是随后的处理中紫外线减半。当前噬菌体发生RecA突变体时，没有cl前体蛋白，结果表明RecA蛋白可能是和重组蛋白质一样是蛋白酶。用纯的cl前体和RecA蛋白可以证实这个形象的实验。体外系统需要两个额外组分，分别是单链DNA片段和ATP。RecA蛋白与前体蛋白剪切自己前两个组分结合。然后，RecA蛋白结合单链DNA 和ATP变成能剪切cl前体的蛋白酶（recA*）。后续研究显示recA*不是蛋白酶。蛋白酶活性只对ci前体有效。recA*通过与前体蛋白相互作用保持自我切割cl前体，引起前提蛋白构象改变。这使蛋白酶活性位点对切割的前体蛋白关闭。recA*有助于SOS修复方式对其它蛋白进行的自行切割。RecA蛋白在SOS修复中起一定的作用。它可以通过与嘧啶二聚体产生的变形区域紧密结合，直接抑制DNA pol III的功能，与pol III产生一个RecA结合的二聚体位点。RecA与pol III负责3’-5’校正的亚基结合，抑制校正功能，允许复制叉前进。由于大部分紫外线损伤是在胸腺嘧啶二聚体发生，pol III很少加到子链上两个腺嘌呤。错配是由变形引起的，RecA激活校正反应。RecA出现在在二聚体位点上，抑制校正，允许错配碱基作为突变留在子链中。

易出错的修复需要umuDC基因产物。激活RecA蛋白有助于umuD蛋白的水解切割，产生umuD，活性C末端片段。现在还不清楚umuD和umuC的生化机制，但是似乎umuC-umuD复合物直接与RecA蛋白作用，失活的DNA聚合酶增强了易错复制。但并不是所有可使用的umuDC基因的细菌都很难被紫外线诱变，例如，Salmonella typhimurium 很难被紫外线诱变除非质粒上有umuD相同的基因。

DNA的损伤诱导了修复系统的出现是SOS修复另一个重要特征。来自对紫外线照射细菌宿主上的的紫外线灭活的噬菌体的分析是支持这一观点最好的证据。用紫外线强烈照射人噬菌体，由于不能被修复的DNA损伤噬菌体效价减少。假如紫外线照射的人粒子侵染紫外线照射的大肠杆菌细胞，生存的噬菌体比未照射的属猪产生更多感染中心，这一现象称为紫外复活或w复活。紫外线损伤参与细胞细胞中一个修复过程的诱导。紫外复活仅出现在recA+而不需uvr基因。此外，有更多的噬菌体生存，照射过的噬菌体就出现高的突变比例。SOS系统打开被紫外线照射的宿主。

因为SOS修复允许增加复制错误频率，所以它必须用一个开关方式来使错误频率正常降低。修复只有在DNA损伤时才需要进行，同其它紫外线修复一样，即有一些损伤可能充当引导物，如重组修复和剪切修复。这些系统可诱导且可被SOS修复调节。这些修复系统加上一些其它操纵子SOS调节子。

SOS调节系统有两个组分，分别是lexA基因和recA基因的产物（如图9-14）。这些

基因产物有三个重要功能：

1.lexA基因编码一个SOS操纵子的前体。lexA前体与每一个基因或与操纵子相邻

的操纵子序列相结合。lexA基因通过与lexA到与lexA基因相邻的操纵子位点相

结合后自我调节，因而lexA是自动调节的。

2.RecA蛋白通过促进lexA前体蛋白水解打开SOS反应，如广告所描述的人ci

前体。

3.DNA损伤引起了RecA蛋白的构象变化（转化为recA*），增强了lexA和人ci

的水解。

在没有DNA损伤时，就不需要SOS蛋白。当DNA损伤出现，蛋白质就一定会被表达，但当修复完成，蛋白质马上优化关闭。SOS调节子有三个特点能允许一下事件发生：（1）RecA辅助活性蛋白酶（recA*）被损伤诱导激活，（2）lexA蛋白对蛋白质水解敏感，（3）lexA基因的自发调节

在未有DNA损伤的细胞中，RecA蛋白缺失能加快lexA前体自行切割的能力。细胞经紫外线照射，RecA与单链DNA结合（可能是胸腺嘧啶二聚体变形产生的单链片段）。RecA 蛋白结合DNA引起蛋白质构象发生变化，增加了蛋白酶辅助因子活性。激活的RecA蛋白能促进lexA前体进行切割，让SOS调节子增加50倍的操纵子转录。这些导致了用来修复DNA损伤的SOS蛋的白高水平性。因为lexA是自动调节，lexA蛋白也维持在高水平。只要DNA损伤存在，SOS调节子得所有蛋白都会持续产生，大量激活的recA*蛋白持续促进lexA的切割。一旦DNA修复完成，RecA失去蛋白质水解活性，lexA一般在被切割。当出现RecA蛋白酶活性降低，lexA会迅速聚集、结合，关闭SOS操纵子，细胞这一状态一直持续到DNA损伤再次出现。

修复系统的总结

E.coli和S.typhimurium有四种不同的修复紫外线引起的损伤的系统。起初观察到生活在暗处如肠中的微生物需要保护DNA以免受紫外线伤害，这看起来有些奇怪。然而还发现这些微生物成长在光线强烈的水中。此外，暗修复系统对其它试剂如化学物引起的损伤也起作用。唯一一个针对用可见光修复紫外线损伤的修复系统——光复活，，有广的光谱如从太阳光引起DNA损伤的紫外线到需要修复损伤的波长。最后一个试图修复基因组DNA的方法是SOS修复。剧烈照射的细胞似乎容忍来复制自身染色体的突变。这些是 E.coli和S.typhimurium用来修复全部紫外线损伤的修复系统吗？从phr- recA- uvrA-大肠杆菌突变体使每个细胞产生一个胸腺嘧啶二聚体的紫外线剂量下致死率看来似乎是这样的。