第十章dna的损伤修复与疾病课件

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DNA损伤的修复 ppt课件

DNA损伤的修复  ppt课件
与正常碱基类似、导致碱基置换(如玉米素、别嘌呤醇等)
(3)碱基修饰物:
修饰碱基某些基团、改变配对性质或阻断配对
(4)嵌入染料:(如吖啶橙、EB)
插入碱基对中,使DNA两条链错位,发生缺失、移码、插入。
1、缺失:一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上 消失。 2、插入:原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入 到DNA大分子中间。 3、缺失或插入都可导致移框 (frame-shift)突变。框 移突变是指三联体密码的阅读方式改变,造成蛋白 质氨基酸排列顺序发生改变。
第一节 DNA损伤
1 导致DNA损伤的多种因素及其机制 (二)环境因素 化学因素(自由基、碱基类似物、碱基修饰物、嵌入性染料) (1)自由基导致DNA损伤: 自由基的作用机制
与DNA之间发生化合反应、抽氢反应和加成反应等。
自由基的危害
损伤碱基、核糖、磷酸二酯键
第一节 DNA损伤
1 导致DNA损伤的多种因素及其机制 (二)环境因素 化学因素(自由基、碱基类似物、碱基修饰物、嵌入性染料) (2)碱基类似物:
T C
C U
烷化剂 G mG Nitromins 如:氮芥类,
DNA缺失G
NH 2 H N Deamination H N Cytosine O H H
O H N N Uracil O
Fig. 21- Deamination of cytosine to uracil.
第一节 DNA损伤
嘌呤)
• • 细胞呼吸的副产物O2、H2O2等会造成DNA损伤,能产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲 基尿嘧啶等碱基修饰物,引起DNA单链断裂等损伤。 每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率约为5万次。

DNA的甲基化、结构的其他变化等,这些损伤的积累可能导致老化。

《DNA的损伤和修复》PPT课件

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1. 转换 (transition):
同型碱基间的置换: 嘌呤代替另一嘌呤,嘧啶代替另一嘧啶
2. 颠换 (transversion):
异型碱基间的置换:嘌呤变嘧啶,嘧啶变嘌呤
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6
点突变-镰刀型红细胞贫血
正常红细胞
镰刀型红细胞
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7
血红蛋白HB基因发生碱基对置换,导致红细胞形状改变。
显性致死:杂合态即有致死效应。 隐性致死:纯合态时才有致死效应
4)条件致死突变:
在某些条件下致死,而在另些条件下成活的突变。
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24
(二)从对遗传信息的改变:
1)同义突变:
碱基置换后,原密码子变成了另一个密码子,但由于密码子
的兼并性,因而改变前、后密码子所编码的氨基酸不变,故
实际上不会发生突变效应。
DNA的损伤与修复
刘国红
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1
第一节 DNA损伤的概念、类型、意义
整理ppt
2
一 DNA损伤的概念
DNA损伤 (DNA damage) :
DNA复制过程中发生的DNA核苷酸序列的改变。 从分子水平看,指DNA分子碱基顺序或数目的改变。
DNA损伤又称基因突变(gene mutation):
2-氨基嘌呤(2-AP)
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5-BU是胸腺嘧啶(T)的结构类似物, 酮式结构易与A配对;烯醇式结构易与G配对。 两轮复制后,A-T替换为G-C.或G-C替换为A-T.
酮式
烯醇式
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2-AP是腺嘌呤A的类似物, 既可与T配对,也可与C配对。 A.T→ 2-AP.T→2-AP.C→G.C
1945.8 日本广岛、长崎原子弹事件,当地居民受核辐射影响,肿瘤、 白血病的发病率明显增高。

医学DNA损伤和损伤修复专题课件

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错配修复包括复制后错配修复和复制前错配修复两种途径。
复制前错配修复是指细胞内另一种酶在DNA复制开始前,对出现的错配进行纠正。
DNA损伤修复的生物学意义
03
防止基因组发生大规模突变
DNA损伤修复机制可以及时发现并修复DNA链上的损伤,防止因基因组发生大规模突变而导致细胞功能异常甚至癌变。
保持基因组的完整性
展望与未来研究方向
06
肿瘤的预防
通过研究DNA损伤和修复机制,可以更深入地了解肿瘤的发生和发展过程,从而制定出更加有效的预防措施。
肿瘤的治疗
通过研究DNA损伤和修复机制,可以发现新的治疗靶点,从而开发出更加有效的抗肿瘤药物和治疗方案。
在肿瘤的预防和治疗中的应用前景
通过研究DNA损伤和修复机制,可以深入了解某些遗传性疾病的发病机制,从而为这些疾病的治疗提供新的思路和方法。
Hale Waihona Puke 卵巢癌DNA损伤修复与抗肿瘤药物的研发
05
针对DNA聚合酶的药物研发
这类药物主要针对DNA聚合酶的活性中心,抑制其活性,从而抑制肿瘤细胞的DNA复制和损伤修复。
针对DNA连接酶的药物研发
这类药物主要针对DNA连接酶的活性中心,抑制其活性,从而影响肿瘤细胞的DNA损伤修复能力。
针对DNA损伤修复酶的药物研发
总结词
多个DNA修复基因突变与乳腺癌的发生有关,这些突变导致细胞对DNA损伤的修复能力下降,从而增加癌变的风险。
详细描述
乳腺癌
总结词
卵巢癌的发生与DNA损伤修复基因突变有关。
详细描述
BRCA1和BRCA2等DNA修复基因的突变与卵巢癌的发生密切相关。这些突变导致细胞对DNA双链断裂的修复能力下降,从而增加癌变的风险。

DNA的损伤与修复

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(2)SOS修复:前面介绍的DNA损伤修复功能可以不经诱导而产生,然而许多能造 成DNA损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导效应,称为应急反应(SOS response)。SOS反应包括诱导出现的DNA损伤修复效应、诱变效应、细胞分裂的 抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等。细胞的癌变也可能与SOS反应有关。
2、有差错修复系统:在这种修 复系统中,受损伤DNA并不因 修复而除掉损伤部位,但随着 修复的进行,受损伤DNA的浓 度越来越低,从而消除损伤的 影响。主要包括重组修复 (recombination repair)和 SOS修复(SOS repair)。
(1)重组修复:重组修复是发 生在DNA复制后的一种修复系 统。在复制时,受损伤部位可 被跳过,结果在子代链在损伤 相对应处留下一缺口,这种遗 传信息有缺损的子代DNA分子 可通过遗传重组而加以弥补, 即从完整的母链上将相应核苷 酸序列片段移至子链缺口处, 然后用再合成的序列来补上母 链的空缺(如右图)。此过程 称为重组修复,因为发生在复 制之后,故又称为复制后修复。
DNA的损伤修复—— 四种修复途径:光复活、切
除修复、复组修复和诱导修复(亦称暗修复)。
光复活:400nm左右的光激活光复活酶,专一分解紫外光照
射引起的同一条链上TT(CC CT)二聚体。(包括从单细胞生 物到鸟类,而高等哺乳动物无)
切除修复:将DNA分子中的受损伤部分切除,以完整 的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、DNA聚合 酶、 DNA外切酶、DNA连接酶均参与。(发生在DNA 复制前) 重组修复 (发生在复制后):复制时,跳过损伤部 位,新链产生缺口由母链弥补,原损伤部位并没有 切除但在后代逐渐稀释。P349 诱导修复:造成DNA损伤或抑制复制的处理均能引起 一系列复杂的诱导效应,称为应急反应(SOS response)。此过程诱导产生切除修复和重组修复 中的关键蛋白和酶,同时产生无校对功能的DNA聚合 酶。所以会有2种结果:修复或变异(进化)。

遗传毒理学DNA损伤与修复.pptx

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① 同义突变(synonymous mutation):由于密码子 具有兼并性,单个碱基置换后密码子所编码的是同 一种氨基酸,表型不改变。
正常
AGT CAG CAG CAG TTT TTA CGT AAC CCG … DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro
同义突变
• 转座子每次移动时携带着转座必需的基因一起在基因
组内跃迁,所以转座子又称跳跃基因(jumping
gene)。
第17页/共55页
第18页/共55页
转座子特点 • 转座以很低的频率发生,而且转座子的插入是随机的。 • 转座子有时插入到一个结构基因或基因调节序列内,引
起基因表达的改变。 • 转座子也可以引起基因组序列的重排,它们的移动也和
疟疾。 4. 产生遗传易感性;如:肿瘤易感性。 5. 引起遗传病。每个健康人均由5-6个有害突变。
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第二节 DNA损伤的修复机制
• 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。 • 目前对DNA损伤和修复的研究还不多,仅限于辐射- 生物反应方面。
随着世代传递长度增加,发病年龄提前,病情加重。
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1.3 突变的原因
两个概念:
自发突变(spontaneous mutation):由于正常的细 胞活动,或细胞与环境的随机相互作用,这些过程所引 起的生物DNA序列的改变。
诱发突变(induced mutation): 特定的化学或物理因 素引起的DNA序列改变。 Note: 所有突变都包含DNA序列的改变
半胱 丝氨 谷氨 缬氨
改半变胱 精氨 赖氨 亮氨
读码框 DNA TGC TCG CAA GTT GA

DNA的损伤与修复

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2013-8-7
紫外光是太阳光的一部分,紫外辐射具有很强的生物学 功能,损伤皮肤细胞中的DNA,造成突变。如果突变发生 在控制或影响细胞分裂的基因上,就会使这些细胞在分裂 时失去控制,从而产生皮肤癌。 γ射线和X射线能量更高,可以使一些分子离子化,形成 了自由基,含有氧的自由基非常活泼,可以直接攻击临近 的分子。活性氧可以使鸟嘌呤氧化产生8-氧代鸟嘌呤(8oxoguanine oxoG),它可与胞嘧啶(C)配对,也可以与腺嘌 呤(A)配对,具有高度的诱导突变作用,致癌作用的部分机 理。电离辐射还可以造成碱基开环,甚至使DNA的单链或 双链断裂,这也是治疗癌症的作用机理。
2013-8-7
二、切除修复( excision repairing )
切除修复 (excission repairing):也称核苷酸外切修复,这是 一种取代紫外线等辐射物质所造成的损伤部位的暗修复系统。 它是DNA损伤修复最为普遍的方式,对多种DNA损伤包括 碱基脱落形成的无碱基点、嘧啶二聚体、碱基烷基化、单链 断裂等都能起修复作用。此系统是在几种酶的协同作用下, 先在损伤的任一端打开磷酸二酯键,然后外切掉一段寡核苷 酸;留下的缺口由修复性合成来填补,再由连接酶将其连接 起来。不同的DNA损伤需要不同的特殊核酸内切酶来识别 和切割。切除修复有两种形式:一是碱基切除修复(base excision repair, BER),负责小片段,它是在DNA糖基化酶 的作用下从DNA中除去特定类型的损伤或者不合适的碱基。 一是核苷酸切除修复(nucleotide excision repair,NER)。
2013-8-7
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胞嘧啶可以脱去氨基形成尿嘧啶
脱氨基作用

胞嘧啶
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DNA损伤与修复ppt课件

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物理和化学因素对DNA的损伤
-
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二、DNA损伤有多种类型
➢碱基脱落 ➢碱基结构破坏 ➢嘧啶二聚体形成 ➢DNA单链或双链断裂 ➢DNA交联
-
13
碱基损伤与糖基破坏:
➢ 化学毒物可通过对碱基的某些基团进行修饰而 改变碱基的性质。
➢ 由于碱基损伤或糖基破坏,在DNA链上可能形 成一些不稳定点,最终可导致DNA链的断裂。
碱基损伤或糖基破坏可引起DNA双螺旋局部变性,形 成酶敏感性位点,特异的核酸内切酶能识别并切割这 样的部位,造成链断裂。
DNA链上被损伤的碱基也可以被另一种特异的DNA糖基化酶除去,形成无嘌呤嘧啶位点(apurinicapyrimidinic site, AP site),或称无碱基位点(abasic site),这些位点在内切酶等的作用下可形成链断裂。
-
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化学因素: 常见的化学诱变剂
化合物类别
碱基类似物 如:5-BU
作用点
A 5-BU G
羟胺类(NH2OH)
T C
亚硝酸盐(NO2)
C U
烷化剂 如:氮芥类,Nitromins
G mG
分子改变
-A-
-G-
-T-
-C -
-T-
-C -
-A-
-G-
-G-
-A -
-C-
-T -
DNA缺失G
-
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DNA结构自身的不稳定性是DNA自发性损伤中最频繁和 最重要的因素。
当DNA受热或所处环境的pH值发生改变时, DNA分子上 连接碱基和核糖之间的糖苷键可自发发生水解,导致碱基 的丢失或脱落,其中以脱嘌呤最为普遍。
含有氨基的碱基还可能自发脱氨基反应,转变为另一种碱 基,即碱基的转变,如C转变为U,A转变为I(次黄嘌呤) 等。

DNA的修复PPT课件

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❖ 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
★ 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:
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----
修复嘧啶二体 DNA的修复,导致变异
2020/12/27
1
• 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:
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烷化剂有两类:
单功能基烷化剂,如甲基甲烷碘酸,只能使一个位点烷基 化;

双功能基烷化剂,化学武器如氮芥、硫芥等,一些抗癌药 物如环磷酰胺、苯丁酸氮芥、丝裂霉素等,某些致癌物如 二乙基亚硝胺等均属此类,其两个功能基可同时使两处烷 基化,结果就能造成DNA链内、DNA链间,以及DNA与 蛋白质间的交联。

G C
O-6-E-G T
A T
T A
O-4-E-T G
C G
b.碱基脱落
烷化鸟嘌呤的糖苷键不稳定,容易脱落形成DNA上无碱基
的位点,复制时可以插入任何核苷酸,造成序列的改变。 c.断链
DNA链的磷酸二酯键上的氧也容易被烷化,形成不稳定的
磷酸三酯键,易在糖与磷酸间发生水解,使DNA链断裂。
d.交联
3.化学因素引起的DNA损伤

突变剂或致癌剂对DNA的作用。
3.1 烷化剂对DNA的损伤

是一类亲电子的化合物,很容易与生物体中大分子的亲核 位点起反应。 烷化剂的作用可使DNA发生各种类型的损伤:

a.碱基烷基化

烷化剂如甲基黄酸乙脂(EMS),氮芥(NM),甲基黄酸甲脂 (MMS),亚硝基胍(NG)等,它们的作用是使碱基烷基化, 将烷基加到DNA链中嘌呤或嘧啶的N或O上; EMS使G的第6位烷化,使T的第4位上烷化,结果产生的O6-E-G和 O-4-E-T分别和T、G配对,导致G∶C对转换成 A∶T对;T∶A对转换成C∶G


d.碱基修饰与链断裂

细胞呼吸的副产物O2、H2O2等会造成DNA损伤,能产生 胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物,引起 DNA单链断裂等损伤 每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率约为5万次。 包括DNA的甲基化在内的结构的其他变化等,这些损伤 的积累可能导致老化。

2. 物理因素引起的DNA损伤
第十章 DNA的损伤修复 与疾病
第一节 DNA损伤 第二节 DNA修复 第三节 DNA损伤修复障碍所致疾病

第一节 DNA的损伤

DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息,因此维 护DNA分子的完整性对细胞至关重要。
在细胞中能进行修复的生物大分子也就只有DNA。


在生物进化中突变又是与遗传相对立统一而普遍存在的现 象。
NH 2 H N Deamination H N Cytosine O H N Uracil O H N O H
Fig. 21- Deamination of cytosine to uracil.
c.脱嘌呤(depurination)与脱嘧啶

自发的水解可使嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱 落下来。 一个哺乳类细胞37℃,20h内DNA链自发脱落的嘌呤约 1000个、嘧啶约500个, 长寿命不复制繁殖的哺乳类细胞(如神经细胞)在整个生活期 间自发脱嘌呤数约为108,约占细胞DNA中总嘌呤数的3%。
A T
A BUK
酮式
G BUE
烯醇式
G C
A
2AP
2AP*
G
T
A BUK
酮式
G BUE
烯醇式
G C
A T
2AP T
2AP* C
G C
其它诱发突变的化学物质或致癌剂:

例如亚硝酸盐能使C脱氨变成U,经过复制就可使 DNA上的G-C变成A-T; 羟胺能使T变成C,结果是A-T改成C-G; 黄曲霉素B也能专一攻击DNA上的碱基导致序列
腺嘌呤的稀有互变异体与胞嘧啶 胸腺嘧啶的稀有互变异构体与鸟嘌呤 异构体间自发地相互变化形成导致下一世代中G-C配对取代A-T配对。
b.碱基的脱氨基(deamination)作用

碱基的环外氨基有时会自发脱落,从而胞嘧啶会变成尿嘧 啶、腺嘌呤会变成次黄嘌呤(H)、鸟嘌呤会变成黄嘌呤(X)等。

胞嘧啶自发脱氨基的频率约为每个细胞每天190个。
1.自发性损伤 1.1 DNA复制中的错误

碱基配对的错误频率约为10-4-10-5; DNA聚合酶本身具有校对作用:将不正确插入的核苷酸 切除掉,重新加上正确的核苷酸。这样,每掺入一个核苷 酸,发生错误的机会有10-8-10-10。
1.2 碱基的自发性化学变化
a. 碱基的异构互变

DNA中的4种碱基各自的异构体间自发地相互变化(例如烯 醇式与酮式碱基间的互变),使碱基配对间的氢键改变。

2.2 电离辐射引起的DNA损伤

直接效应是DNA直接吸收射线能量而遭损伤, 间接效应是指DNA周围其他分子(主要是水分子)吸收射线 能量产生具有很高反应活性的自由基进而损伤DNA。 电离辐射可导致DNA分子的多种变化:

a.碱基变化

主要是由OH-自由基引起,包括DNA链上的碱基氧化修饰、 过氧化物的形成、碱基环的破坏和脱落等。
一般嘧啶比嘌呤更敏感。

b.脱氧核糖变化

脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的氢都能与OH-反应,导 致脱氧核糖分解,引起DNA链断裂。
c.DNA链断裂

射线的直接和间接作用都可能使脱氧核糖破坏或磷酸二酯键 断开。 单链断裂(single strand broken), 双链断裂(double strand broken)。
2.1 紫外线引起的DNA损伤

紫外线照射,同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连成二 聚体,相邻的两个T、或两个C、或C与T间都可以环丁基环 (cyclobutane ring)连成二聚体。
胸腺嘧啶 残基间形 成二聚体

胸腺嘧啶二聚体的形成

人皮肤因受紫外线照射而形成二聚体的频率可达每小时 5×104/细胞,只局限在皮肤中。 微生物受紫外线照射后,会影响其生存。 紫外线照射还能引起DNA链断裂等损伤。
图3
氮芥引起DNA (a)交联附近的总图;(b)交联部分结构图
3.2 碱基类似物对DNA的损伤 人工合成的一些碱基类似物,用作促突变剂或抗癌药物, 如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-氟尿嘧啶(5-FU)、2-氨基腺嘌呤 (2-AP)等。 其结构与正常的碱基相似,进入细胞能替代正常的碱基参 入到DNA链中而干扰DNA复制合成。


单链断裂发生频率为双链断裂的10-20倍,但比较容易修复; 对单倍体细胞来说(如细菌)一次双链断裂就是致死事件。
d.交联

DNA链交联:同一条DNA链上或两条DNA链上的碱基
间可以共价键结合,

DNA-蛋白质交联:组蛋白、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DNA共价键连 接。
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