DNA修复酶ppt课件
生物化学·DNA的复制和修复-PPT文档资料
（某些噬菌体DNA复制方式）
（线粒体DNA的复制 方式）
Байду номын сангаас成一次复制的时间：
细菌DNA复制叉移动速度：50 000bp/min 真核生物1000～3000bp/min 例：某细菌的染色体是环状的双链DNA分子，有 5.2×106个碱基对
三、原核生物DNA聚合反应有关的酶类
（一）DNA聚合酶(DNA polymetases) （二）引物酶(peimase)：启动RNA引 物链的合成。 (三） DNA连接酶（DNA ligase） p419（四）DNA的两条链解开后才能 作为模板，解开其双螺旋的结构是一 些酶和蛋白共同作用的结果，目前已 知的解旋、解链酶共3种，包括拓扑异 构酶(topoisomerase)、DNA解链酶 (DNA helicase)、DNA单链结合蛋白 (single-strand binding protein, SSB)。
反转录(reverse transcription)：
以RNA为模板将遗传信息 传给DNA的过程。
目
录
第一节 DNA的复制（DNA指导下的DNA合成） 第二节 DNA的损伤与修复
第三节 DNA突变
第一节 DNA的半保留复制
一、概念和实验依据
二、DNA复制的起始点和方式
三、 DNA聚合反应有关的酶类
DNA的半保留复制实验依据
1958年Meselson & stahl用同位素示踪标记和密度梯度 离心技术实验,证明了DNA是采取半保留的方式进行复制:
将E.Coli培养在以15NH4Cl为唯一氮源的培养基中生长； 提取其DNA；进行氯化铯密度梯度离心。再移至14N培养基 中生长、提取DNA、离心分析。
第十四章 DNA的复制和修复
第34章DNA复制和修复
蛋白质 DnaA
DnaB
结合到DNA双链复制起始部位 (需ATP)
解链酶的作用
引物合成酶 合成RNA引物
59
（六）DNA连接酶
催化二段DNA链之间3’,5’ 磷酸二酯键的形成
5’ ATP
3’
O 5’
OH O- P O
O-
3’
有缺口的DNA链
AMP+PPi
DNA连接酶
如缺少染色体间会互相粘连、出现结构 变化或其它错误行为，以致影响染色体 的生存和正确复制并进一步威胁到细胞 的存亡。
“端粒” （telomere）
92
端粒帽 染色体
端粒帽
希腊语末端“telos”和部分“meros”
端粒—— telomere
1978年首次发现四膜虫端粒的分子组成：
端粒 染色体DNA
含拓扑异构酶Ⅱ（及H1） ——与DNA复制及转录有关
51
52
1、大肠杆菌的拓扑异构酶
拓扑异构酶Ⅰ/Ⅲ 切断DNA双螺旋中一股， （topoisomeraseⅠ） 张力下降后封闭 消除负超螺旋 不需能量
拓扑异构酶Ⅱ/Ⅳ 切断DNA双链 旋转酶 （gyrase） 引入负超螺旋 需ATP供能
72
原核生物双向复制（θ型复制）
73
真核生物复制泡（复制起始点+复制叉） 74
DNA双链复制起始点
解旋酶
dnaA
拓扑异构酶
dnaB/dnaC
5’ 3’
解旋酶 SSB SSB
引发体
DNA双链解开成单链DNA
SSB
3’
5’
引物酶
RNA引物/3’-OH
DNA聚合酶Ⅲ dNTP
DNA损伤与修复ppt课件
生物多样性依赖于：
平衡 DNA突变
DNA修复
第一节
DNA损伤
DNA Damage
一、多种因素通过不同机制导致DNA损伤
（一）体内因素
DNA复制错误 DNA自身的不稳定性 机体代谢过程中产生的活性氧
DNA复制错误：
在DNA复制过程中，碱基的异构互变、4种dNTP之间浓度 的不平衡等均可能引起碱基的错配 DNA复制的错配率约1/1010 复制错误还表现为片段的缺失或插入。 特别是DNA上的短片段重复序列，在真核细胞染色体上 广泛分布，导致DNA复制系统工作时可能出现“打滑” 现象，使得新生成的DNA上的重复序列拷贝数发生变化。 亨廷顿病、脆性X综合征、肌强直性营养不良等。
E.coli的NER主要由4种 蛋白质组成： UvrA UvrB UvrC UvrD
人类的DNA损伤核苷酸切除修复
① 首先由损伤部位识别蛋白XPC和XPA等，再加上DNA 复制所需的SSB，结合在损伤DNA的部位；
② XPB、XPD发挥解旋酶的活性，与上述物质共同作用 在受损DNA周围形成一个凸起；苷酸修复错配系统：
•MSH（MutS homologs）蛋白 •与MutL同源的MLH和PMS蛋白
•真核细胞错配修复系统即无MutH蛋白，也无半 甲基化标记母链。 •错配修复系统利用冈崎片段连接前的DNA缺口 辨别错配碱基所在的DNA链。
三、DNA严重损伤时需要重组修复
DNA自身的不稳定性 ：
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修复酶的结构与功能研究
DNA修复酶的结构与功能研究首先，DNA修复酶一般由蛋白质组成。
在人类细胞中已知有多种DNA修复酶，它们具有不同的结构特点。
例如，NER（核苷酸切除修复）系统中的XPA、XPC、XPD和XPG等酶，具有不同的结构域，可以相互协同工作来切除病变的DNA序列。
另外，BER（碱基切除修复）系统中的DNA聚合酶β（DNA polymerase β）和MUTYH等酶也具有不同的结构域，能够修复碱基损伤和碱基配对错误。
此外，DNA修复酶的结构还受到许多其他因素的调控，比如DNA序列的变化、蛋白质的修饰以及配体结合等。
1.修复氧化损伤：细胞内的氧化剂会导致DNA中的氧化损伤，例如碱基氧化、单链断裂等。
DNA修复酶可以通过去氧核糖苷酶活性切除病变的碱基，然后由核苷酸修复酶填充空缺并连接DNA链断裂的末端，最终实现完整的DNA修复。
2.修复双链断裂：DNA双链断裂是一种严重的DNA损伤，可以由内源性或外源性因素引起。
DNA修复酶可以通过非同源末端连接（NHEJ）或同源重组（HR）等不同途径修复双链断裂。
NHEJ过程中，DNA依赖蛋白激酶（DNA-PK）可以连接DNA断裂的末端；HR过程中，DNA修复酶可以使用同源染色体作为模板，实现DNA末端的粘连和修复。
3.修复DNA损伤：DNA损伤包括碱基损伤、链间交联和DNA交错等。
DNA修复酶可以识别和切除DNA链上的损伤，然后通过多种机制修复损伤的DNA序列。
例如，NER系统可以切除DNA链上的损伤，然后由DNA聚合酶填充空缺，最终恢复DNA的完整性。
此外，DNA修复酶还参与DNA合成、DNA重组和细胞凋亡等进程。
例如，在DNA合成过程中，DNA聚合酶可以通过“摇头酶”（proofreading）活性纠正DNA合成的错误；在DNA重组中，DNA修复酶可以重新连接DNA 的片段，实现基因重排和基因转移。
另外，DNA损伤严重时，细胞会选择凋亡途径，通过DNA修复酶介导的DNA切割活性，实现细胞死亡和清除。
DNA修复酶PARP1的结构与功能研究
DNA修复酶PARP1的结构与功能研究PARP1是一种重要的DNA修复酶，具有广泛的生物学作用。
最近的研究表明，PARP1在DNA损伤修复、基因表达、细胞存活和凋亡等方面发挥着重要的作用。
因此，深入了解PARP1的结构和功能对于探索其生物学功能和开发相关的药物具有重要的意义。
PARP1结构的研究PARP1结构研究的突破是基于大量的生物化学和结构生物学研究的成果。
PARP1由多个功能域组成，包括一个用于DNA结合的N末端结构域、一组CAT结构域、两个Zn2+结合结构域和一个PARP域。
其中，CAT结构域是PARP1最具特色的结构特征，由两个细胞色素P450β结构域组成，且在不同蛋白质中的同源结构域有高度保守性。
PARP1在DNA损伤修复中的作用PARP1在DNA损伤修复中发挥着核心作用，主要通过两种方式参与。
其一是直接将ADP-核糖酶结合到DNA上，并启动PARP1自身的自聚集和激活。
在损伤修复时，此过程将信号传导到下游修复蛋白，从而有效地修复DNA损伤。
其二是PARP1通过与DNA修复蛋白相互作用，促进细胞内DNA修复的正常发生。
尤其是对于DNA单链断裂的修复，PARP1在其中发挥着重要作用。
PARP1在细胞凋亡中的作用另一方面，PARP1在细胞凋亡中也发挥重要作用。
尤其是在非均一性细胞死亡过程中，PARP1的激活和表达是其关键因素之一。
在此过程中，PARP1的精确结构定位和修饰模式不仅能够有效推动相关蛋白的表达和激活，还能够与CASpase家族蛋白逐一相互作用，从而导致细胞快速的死亡。
PARP1的药物作用研究最近的一些研究表明，PARP1在药物开发领域中也具有很大的潜力。
PARP1的抑制剂已经在临床上展现出高度有效的抗肿瘤治疗效果，特别是在乳腺癌、卵巢癌等各种肿瘤的治疗中成功应用。
因此，发现更多的PARP1抑制剂并深入研究其作用对于开发更高效的抗肿瘤化疗方案具有重要的意义。
综上所述，PARP1在DNA修复和细胞凋亡中发挥着重要的作用，并且已经成为药物开发领域中的热门研究方向之一。
DNA修复酶—1994年度“明星分子”
DNA修复酶—1994年度“明星分子”DNA修复酶—1994年度“明星分子”1994年，DNA修复酶成为了当年的“明星分子”。
DNA修复酶是一类能够修复DNA中损伤的酶，对维持正常细胞功能至关重要。
本文将探讨DNA修复酶的重要性、类型以及其在科学研究和医学领域的应用。
DNA修复酶的重要性在于它们可以修复DNA分子中的各种损伤，确保DNA的稳定性和完整性。
在日常生活中，DNA会受到来自环境因素、化学物质或其他内外源性损害的影响，例如紫外线辐射、化学污染物和自然的DNA突变。
DNA损伤如果不及时修复，将导致细胞的突变、癌症的发生以及其他遗传疾病。
因此，DNA修复酶的发现和研究对于人类健康具有重要意义。
DNA修复酶按功能可分为多个类型，其中包括直接修复、碱基切除修复、错配修复、重组修复等。
直接修复是最简单的修复方式，该过程不需要酶的参与，仅通过物理或化学反应即可恢复DNA的结构，例如光反应修复和氨基酸修复。
碱基切除修复是较为常见的修复方式，其中最著名的是碱基切除修复（Base Excision Repair，BER）和核苷酸切除修复（Nucleotide Excision Repair，NER）。
BER主要修复DNA单个碱基的损伤，而NER则修复对DNA造成结构化破坏的损伤。
错配修复则纠正复制过程中产生的碱基匹配错误，该修复方式由错配修复酶复制级联实施。
最后，重组修复主要用于恢复DNA双链断裂，并通过重组机制修复断裂的DNA片段。
在科学研究领域，DNA修复酶的发现和研究给我们揭示了DNA损伤及其修复过程中的许多机制和原理，并为进一步研究DNA修复问题提供了理论基础。
科学家们通过研究DNA修复酶的结构、功能以及与其他蛋白质的相互作用，使我们对DNA修复过程中发生的细节和机制有了更深入的了解。
这些研究为今后开发新的DNA修复方法、药物以及基因治疗提供了理论依据。
在医学领域，DNA修复酶也被广泛应用于疾病治疗和诊断。
第三部分-DNA损伤和修复
DNA损伤和修复目录Ⅰ、DNA损伤Ⅱ、DNA损伤应答Ⅲ、DNA修复1、直接修复2、碱基切除修复（BER）3、核苷酸切除修复（NER）4、跨损伤修复5、错配修复（MMR）6、双链断裂修复重组修复（HR）非同源末端连接（NHEJ）7、链间交联修复一、主要的DNA损伤（1）DNA损伤类型图1 主要的DNA损伤类型（1）复制叉停顿（2）甲基化/烷基化——如 O6MeGua 使正常 DNA pol 不能识别，随机插入核苷酸而产生突变（3）紫外光照射——T-T 二聚化（4）Nick（单链切口）（5）Gap（单链缺口）（6）DSB（双链断裂）（7）交联（cross-link）DNA结构损伤引出DNA修复反应。
上图展示出了一些DNA基本骨架的损伤和非经典的DNA结构损伤。
O 6MeGua代表甲基托养鸟嘌呤核苷酸，T<>T代表环丁烷胸腺嘧啶二聚体，cross-link代表顺铂G-G链交叉。
（2）内源性DNA损伤1、胞嘧啶到尿嘧啶的脱氨基作用能自发的产生引起U—G错配；2、DNA一个碱基的脱嘌呤阻止了复制和转录；3、DNA非正常代谢产生的错配。
二、DNA损伤应答（1）DNA损伤的细胞反应当下的关于DNA损伤应答反应单信号通路的一般概述。
箭头代表激活事件，其垂涎代表抑制事件。
Stop标识代表细胞周期，墓碑标识代表细胞凋亡。
有箭头的DNA双螺旋代表者损伤诱导的转录，带有许多椭圆形子单元的DNA双螺旋代表着损伤诱导修复。
简便起见，相互作用的通路网络被描绘成了线性通路，其中包括信号、感受器、传感器和效应器。
（即主要有细胞周期阻滞、凋亡、诱导转录、DNA损伤修复等方面的细胞反应）图2 DNA损伤的细胞反应（2）E.coli中的SOS反应1、SOS反应：当DNA分子损伤范围较大且复制受到抑制时出现的一种修复作用。
是一种旁路修复系统，正常情况下关闭。
2、主要观点：DNA损伤导致LexA触发SOS反应，包括对许多修复酶的基因编码。
dna修复需要的酶
dna修复需要的酶DNA修复需要的酶是一类能够帮助修复DNA分子中受到损伤的酶，它们的作用在于保持DNA分子的完整性和稳定性，维护细胞的正常生长和分裂。
DNA受损的原因很多，可能是自然环境中的化学物质、辐射和热量的影响，也可能是基因突变导致的DNA内部结构损伤。
因此，人体的细胞不断需要DNA修复酶来帮助修复这些受损的DNA结构。
首先，DNA修复酶和DNA损伤的检测和信号转导非常密切相关。
当DNA损伤发生时，细胞内某些蛋白质能够检测到这些损伤，并将信号传递给其他的信号传递蛋白质，进而引发DNA修复酶的活性。
这些信号传递机制主要是通过蛋白质间相互作用实现的，例如ATM、ATR以及CHK1等蛋白质可以与DNA结合并进行修复。
其次，DNA修复酶分为直接修复、碱基切除修复、核苷酸切换修复、同源重组修复以及非同源末端连接等几种类型，它们的作用及机理也不同。
比如，直接修复酶主要作用于DNA中的一些较小的缺损，例如在DNA中出现的甲基化等现象，可以通过一些化学反应进行修复。
碱基切除修复酶能够在DNA中出现碱基丢失的情况下进行修复，核苷酸切换修复就是一种针对嵌合体的DNA修复，非常常见于粘着体上述之类的多重重组事件之中，同源重组修复则是一种复杂的DNA修复机制，多数用于染色体损伤的修复。
最后要说的是，DNA修复酶的不足会导致遗传病的发生。
因为缺乏DNA修复酶的保护，DNA分子可能会有损伤的区域长期存在，进而导致某些基因的突变，从而引起一些遗传性疾病。
例如，如果体细胞受损严重，突然激增，那么可能会引起癌症等疾病，而一旦这些细胞开始分裂，癌症就难以根治。
因此，维护DNA修复酶的正常活性是非常重要的，这也是保证人类健康的一个重要环节。
总之，DNA修复酶在维护人类健康中扮演着重要角色，不同的酶在修复不同类型的DNA损伤时都是十分必要的，我们应该积极保护DNA 分子的完整性和稳定性，从而保证我们的身体能够正常生长和发展。
DNA重组及重组DNA技术PPT课件
切割：以内切方式水解双链DNA中的磷酸二酯键， 产生的DNA片段5’ 端为磷酸基，3’ 端为羟基。
II型酶切割双链DNA产生3种不同的切口
在对称轴中心同时切割双链，产生平末端或 称钝性末端（blunt end），如Hpa I：
5' …GTT▼AAC…3' Hpa I 5' …GTT AAC…3'
• 多聚核苷酸激酶 • 碱性磷酸酶
合成双链cDNA分 子
5ˊ羟基末端 磷酸化
切除末端 磷酸基
1. 限制性核酸内切酶
（restriction endonuclease, RE）
能识别DNA的特异序列，并在识别位点 或其周围切割双链DNA的一类核酸内切酶。
由于能限制外源DNA的 “入侵”而得名。与甲 基化酶共同构成细菌的 限制修饰系统，限制外 源DNA， 保护自身DNA
3' …CAA▲TTG…5'
3' …CAA TTG… 5'
在对称轴两侧相对位点分别切割一条链。从 5' 端切割产生5' 端突出的粘性末端，如EcoR Ⅰ ：
5' …G▼AATT C…3' EcoR I 5' …G
3' …C TTAA▲G…5'
3' …CTTA A 5'
5' AATTC…3' G… 5'
基因克隆的主要操作步骤
分(分离) 目的基因
粘性末端
切(切割)
质粒
粘性末端
匹配的粘性末端
酶切后的目的基因片段 接(连接)
连接后的重组 质粒DNA分子
转(转化)
目的基因
染色体
重组质粒
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复第五节 DNA的损伤与修复
第五节 DNA的损伤与修复
图2-13 DNA分子上的胸腺嘧啶二聚体结构
第五节 DNA的损伤与修复
图2-11 甲基介导的错配修复模 型
第五节 DNA的损伤与修复
3．核苷酸切除修复 核苷酸切除修复系统几乎能够修复紫外线照射引起的 各种损伤。包括环丁烷二聚体、6–4损伤、碱基-糖基交联 等引起DNA双螺旋大扭曲(major distortion)，而不能修 复由于碱基错配、O6–甲基鸟嘌呤、O4–甲基胸腺嘧啶、8– oxoG或碱基类似物引力是非常重要的。
第五节 DNA的损伤与修复
二、DNA的修复 1．错配修复 E.coli避免突变的主要途径之一就是甲基指导的错配修复系统。 这个系统是非特异性的，它能修复引起DNA双螺旋轻微扭曲的任何扭 伤，包括错配、移码、碱基类似物的掺人和某些类型微小扭曲的烷基 化损伤。 2．碱基切除修复 是一种在细胞中存在较普遍的修复过程。在细胞中都有不同类型、 能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能特意性切除受损核苷酸上的 N—β-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（AP位点）。DNA 分子中一旦产生了AP位点，核酸内切酶就会把受损核酸的糖苷-磷酸 键切开，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA，由DNA聚合酶I 合成新的片段，最终由DNA连接酶把两者连成新的被修复的DNA链。
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【 · · · 对 抗 肿 瘤 】
所以DNA修复的研究可为肿瘤联合化疗提供方案。
免 疫 缺 陷
DNA修复功能先天缺陷的病人的免疫系统也常是有缺陷的， 主要是T淋巴细胞功能的缺陷。 随着年龄的增长细胞中的DNA修复功能逐渐衰退, 如果同时发生免疫监视机能的障碍， 便不能及时清除癌化的突变细胞,从而导致发生肿瘤。 所以, 衰老、DNA修复、免疫和肿瘤四者是紧密关联的。
生 化 检 测
关于DNA修复机制方面的许多 问题还有待于迚一步的研究阐 明。例如从原核生物开始到真 核生物的高等哺乳类动物各依 靠哪些方式来修复受损伤的 DNA分子,修复方式又是怎样随 物种的迚化而发生演变的，修 复缺陷的遗传异质性的本质又 是什么,免疫缺陷和DNA修复功 能缺陷的因果关系又是怎样的 等等。
【免疫缺陷】
【生化检测】
_
各种原因引起的DNA损伤可以通过各种方式修复。 如果修复功能有缺陷,DNA损伤就可能造成两种结果： 一是细胞死亡；二是发生基因突变,或迚而恶性转化为肿瘤细胞。 _ 【着色性干皮病】· 【范可尼贫血】· 【布卢姆氏综合征】· 【毛细血管扩张共济失调】 _ DNA修复功能缺陷虽可引起肿瘤的发生,但已癌化细胞本身的DNA修复功能却显著地升高， 并能够充分地修复化疗药物引起的DNA损伤, 这也是大多数抗癌药物不能奏效的原因。 _ 地鼠细胞的DNA损伤修复的方式以复制后修复为主, 如果在地鼠的浆细胞瘤细胞的培养物中加入环磷酰胺等抗癌药后，瘤细胞照样生长， 如果加入环磷酰胺的同时再加入咖啡因（复制后修复的抑制剂）， 则瘤细胞的生长受到了明显的抑制。
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一般的方法是在体外传代培养的 正常人皮肤成纤维细胞或大鼠原 代培养的肝细胞中加入被检物, 培养一定时间后再加入继续培养 ，然后收集细胞作放射自显影或 液体闪烁的测试，如果参入量显 著增高，表明被检物可疑为诱变 剂或致癌剂。微生物培养的方法 则更为简便、迅速，例如可以用 枯草杆菌重组功能发生缺陷的突 变型来迚行检测，这些突变型由 于丧失了重组功能而不能迚行重 组修复，因而更容易为许多诱变 剂和致癌剂所杀伤致死。
DNA修复酶
我们的DNA之所以能年复一年地保持完整，
归功于一系列分子修复机制的存在： 众多蛋白质监控着基因们。 它们持续地校对着并对损伤迚行修复。
DNA修复酶
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糖基化酶
【结合】 · 【弯曲】 · 【翻转】 · 【分离】 · 【取代】
【生命延续】
【对抗肿瘤】
DNA修复如何与我们息息相关
【延缓衰老】
· 果壳网，【2015诺贝尔奖】化学奖：是什么在修复你的DNA · 中国生物技术信息网，2015年10.21 ·
人类中常染色体隐性遗传的早老症和韦尔纳氏综合征患者一般早年死于心血管疾病或恶性肿瘤； 患者的体细胞极易衰老, 是研究老年病与DNA修复关系的很好模型。
【
DNA修复与皮肤衰老】
试问哪个女孩不想永进十八岁
核苷酸修复法
外因： 有害辐射
eg .
Байду номын сангаас
紫外线
内因：代谢过程产生的活性氧
参考文献：
· 高桥庆人，《重点提高内在ＤＮＡ修复能力的抗衰老方法》
DNA修复的研究已被应用于检测各种化学致癌物。
从DNA修复功能的比较研究中发现 寿命长的动物（象、牛等）修复功能较强； 寿命短的动物 (仓鼠、小鼠、鼩鼱等)修复功能较弱。
衰 老
。
人的DNA修复功能也很强，但到一定年龄后逐渐减弱， 同时突变细胞数也相应增加，所以老年人癌的发病率也比较高。 检测各年龄组正常人的染色体畸变率和 DNA修复功能证实了这一点。