DNA损伤修复
DNA损伤修复与遗传疾病的关系
DNA损伤修复与遗传疾病的关系DNA是我们体内所有基因的载体，DNA损伤修复是一个生命过程中不可或缺的部分。
然而，当DNA受到损伤并未得到及时修复时，就会导致一系列的疾病。
这些疾病通常都是遗传性的，可以遗传给后代。
本文将探讨DNA损伤修复与遗传疾病的关系。
DNA损伤修复的类型DNA可以受到多种类型的损伤。
细胞中有多种机制用于修复这些损伤，包括：直接行动型损伤修复（Direct action repair）、DNA碱基切换修复（Base excision repair）、肟类损伤修复（Oxidative damage repair）、DNA链中补丁型损伤修复（Mismatch repair）和双链断裂型损伤修复（Double-strand break repair）等等。
直接行动型损伤修复，是机体内最简单的DNA损伤修复方式，需要通过基因表达和功能基因调节进行修复。
碱基切换修复则是DNA碱基上的氧化、脱氨和脱甲基等反应造成的DNA结构改变，通过一个酶修复，能有效地去除或修复DNA中的氧化基团、脱氨基团和烷基，以此保持DNA未受损伤的准确性。
肟类损伤修复与碱基切换修复非常相似，只不过这种损伤是由人体内自由基产生而不是他物所造成的，肟类损伤修复需要通过维生素C及其他重要物质进行修复。
DNA链中补丁型损伤修复则是消除各种DNA序列不一致的修复机制。
所谓双链断裂型损伤修复，如同名称所表明的，就是当DNA出现双链断裂时的修复机制。
当我们受到辐射等对DNA有强烈影响的事件时，双链断裂型损伤修复便起到了重要作用。
DNA损伤的影响DNA损伤起到了决定性的角色，它能够影响包括DNA复制、细胞分裂和分子发育等等方面。
如果出现DNA突变，这就会引发一系列不可预测的结果，其中既包括可治愈的癌症，也包括无法治愈的神经退行性疾病和有机脑疾病等重大疾病。
‘神经退化’的常见症状，如记忆力的减退、运动能力的退化以及老年痴呆症等，是由于人体细胞DNA和其他脑部细胞DNA损伤的结果。
dna损伤后的修复机制
dna损伤后的修复机制DNA损伤后的修复机制DNA是细胞中的遗传物质，负责传递和保存生物体的遗传信息。
然而，由于细胞内外环境的影响，DNA会受到各种不同的损伤，如紫外线辐射、化学物质、热量等。
如果这些损伤不能及时修复，将会导致细胞功能异常甚至突变，进而引发疾病。
因此，细胞拥有一套复杂而高效的DNA损伤修复机制，以保证DNA的完整性和稳定性。
DNA损伤修复主要包括直接修复、错配修复、核苷酸切除修复和重组修复等几种机制。
首先是直接修复机制。
直接修复是指通过酶类催化，直接将DNA中的损伤部分修复回原来的结构。
其中，光修复是最为典型的直接修复方式，它通过光酶催化将紫外线引起的嘌呤二聚体修复为单个嘌呤。
此外，还有碱基烷基化修复、DNA链断裂修复等方法，这些修复机制主要依赖于特定的酶类催化。
其次是错配修复机制。
错配修复主要用于修复DNA复制过程中产生的错误。
当DNA复制时，DNA聚合酶有时会出错，将错误的核苷酸插入到新合成的链中。
此时，错配修复系统会寻找这些错误的碱基并将其修复。
错配修复主要依赖于错配修复酶的作用，它能够识别和修复错误的碱基。
核苷酸切除修复是一种常见的修复机制。
它主要用于修复DNA中的氧化损伤、化学物质引起的损伤以及紫外线引起的损伤等。
核苷酸切除修复的过程中，损伤的DNA部分被核酸内切酶切除，然后由DNA聚合酶和DNA连接酶进行修复。
核苷酸切除修复具有高度选择性和特异性，能够准确地识别和修复损伤的DNA部分。
最后是重组修复机制。
重组修复主要用于修复DNA双链断裂。
当DNA双链断裂时，细胞会通过同源重组、非同源重组等方式修复断裂的DNA。
同源重组是指通过与另一条同源染色体或同源DNA片段进行配对，从而恢复断裂的DNA。
非同源重组则是通过与非同源DNA 片段进行配对，从而完成断裂的修复。
重组修复机制在维持DNA完整性和稳定性方面起着重要的作用。
DNA损伤后的修复机制包括直接修复、错配修复、核苷酸切除修复和重组修复等多种机制。
DNA损伤修复
生物细胞内DNA分子受到损伤以后恢复 结构的现象
01 发展简史
03 检测方法 05 实践意义
目录
02 损伤类型 04 修复方式
DNA损伤修复（Repair of DNA Damage）在多种酶的作用下，生物细胞内的DNA分子受到损伤以后恢复结构 的现象。 DNA损伤修复的研究有助于了解基因突变的机制，衰老和癌变的原因，还可应用于环境致癌因子的检测。
关于DNA修复机制方面的许多问题还有待于进一步的研究阐明。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进化而发生演变的，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。
值得注意的是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修复功能并不低下,相反地却显 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。所 以DNA修复的研究可为肿瘤联合化疗提供方案。
以SV40病毒、腺病毒、疱疹病毒、噬菌体等感染培养的人体细胞或细菌，然后以紫外线等处理以造成病毒 DNA分子的损伤，因为病毒DNA分子损伤的修复是靠宿主细胞的修复酶系统，所以受损伤的病毒能否继续生存繁殖 可间接地反映宿主细胞的修复功能。
全称姐妹染色单体互换法，姐妹染色单体互换率的检测也能反映一部分DNA修复功能。人类中的某些先天性 DNA修复缺陷疾病如布卢姆氏综合征患者的自发SCE显著增高;另一些如着色性干皮病则诱发SCE增高。这是由于 DNA修复功能的缺陷导致染色体稳定性减弱所致。
dna损伤修复名词解释
dna损伤修复名词解释
DNA损伤修复是指生物体内存在的一种生物学过程，通过此
过程能够修复DNA分子所遭受的不同类型的损伤。
DNA是生物体遗传信息的载体，因此对其完整性的维护对于生物体的正常功能至关重要。
然而，DNA会遭受不同的损伤，包括化学
物质的作用、辐射、自然代谢产生的错误等。
DNA损伤修复
通过一系列复杂的修复机制，能够检测、识别和修复DNA中
的损伤。
常见的DNA损伤包括单链断裂、双链断裂、碱基损伤和交联等。
DNA损伤修复分为直接修复和间接修复两大类。
直接修
复主要通过特定的酶酶活性，例如光解酶和甲基转移酶，能够直接修复某些损伤，如嘧啶二聚体和甲基化。
间接修复则通过复杂的修复机制，包括核苷酸切除修复、同源重组修复和非同源末端连接等，能够修复更广泛的DNA损伤。
DNA损伤修复是维持基因组稳定性和遗传完整性的重要过程。
当DNA损伤修复机制受到破坏或不工作时，会导致细胞功能
失调、突变和肿瘤等疾病的发生。
因此，研究DNA损伤修复
机制对于理解疾病的发生和发展，以及开发相关的治疗方法具有重要的意义。
第15章DNA损伤与修复ppt课件
DNA突 变
平衡
DNA修 复
目录
第一节 DNA损伤
DNA Damage
目录
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
目录
n DNA复制错误：
n 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
目录
受损碱基位点
单核苷酸缺口
切除剩余磷酸核 糖，产生缺口
DNA糖 基 化 酶 识别并水解受 损碱基，产生 AP位点
AP 位 点
以对应链为模 板填补正常的 核苷酸并连接
n 核苷酸切除修复（nucleotide excision repair）
① 首先，由一个酶系统识别DNA损伤部位； ② 其次，在损伤两侧切开 DNA 链，去除两个切口之间的
n 单链断裂的直接修复
p DNA连接酶能够催化DNA双螺旋结构中一条链上缺口处 的5 -磷酸基团与相邻片段的3 -羟基之间形成磷酸二酯 键，从而直接参与部分DNA单链断裂的修复，如电离辐 射所造成的切口。
目录
二、切除修复是最普遍的DNA损伤修复方式
➢碱基切除修复 ➢ 核苷酸切除修复
目录
n 碱基切除修复（base excision repair）
■ 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。
(二)体外因素
生物体中dna损伤修复措施
生物体中dna损伤修复措施
DNA损伤可以分为外源性和内源性。
外源性DNA损伤主要由有毒物质引发，如致癌物、癌原物、毒素以及由放射性物质产生的放射性电离辐射。
而内源性DNA损伤则是由本身的活动产物，如氧自由基、自由基离子、亚硝酸盐等产生的。
外源性DNA损伤的修复措施包括：
1.单碱基替换：用DNA修复酶介导的碱基替换反应。
2. 双碱基替换：用DNA修复酶复制双碱基替代受损碱基。
3. 特异性切除：DNA修复酶除去了DNA序列中特定受损片段，从而修复DNA 序列。
4. 除去性修补：DNA修复酶切除多个碱基，修复后DNA序列会多出一个碱基缺口。
5. 酶标记修复：利用DNA修复酶标记修复受损的DNA，其过程类似双碱基替换，但是不存在复制的过程。
对内源性DNA损伤的修复措施，即抗氧化体系措施，包括：
1. 通过摄取天然的高抗氧化剂，如维生素C、维生素E及综合复合抗氧化剂，加强人体的抗氧化能力。
2. 多吃新鲜的海鲜、蔬菜及水果，以便获得丰富的矿物质如锌、铁和镁。
3. 多摄取大豆及其衍生物，如豆油、豆浆、豆粉等，以及单宁植物，如芦荟、桑叶、黄芩等，以缓解损伤。
4. 避免使用含有毒素的化妆品、婴儿用品等产品，及时回收有毒废弃物，减少自然环境中的污染。
DNA 损伤修复机制
DNA 损伤修复机制是维持生命稳定性和有序性的一个重要环节。
人类体内的DNA受到很多外部和内部因素的干扰，如紫外线、化学物质等，还有DNA本身存在的错误复制、重组等问题。
这些因素都会导致DNA损伤和异常，如果不及时修复，将会引起细胞的异常增殖和突变，进而导致癌症等疾病的发生。
DNA损伤修复包括 4 种基本类型：错配修复、碱基切除修复、直接损伤逆转修复和同源重组修复。
每种类型都有自己的特定方式。
错配修复（Mismatch Repair, MM）是修复DNA链复制过程中的错误配对。
在DNA发生失配错误的时候，Mismatch repair酶会在一端连接DNA链，并找到错误的碱基。
然后进行一系列酶催化反应，删去错误的碱基，进行DNA链合并后恢复正常序列。
MM 失效的话会导致基因突变、微卫星不稳性等。
碱基切除修复（Base Excision Repair, BER）是修复因鸟嘌呤、胸腺嘧啶等导致DNA单碱基改变的损伤。
这种损伤往往是由化学因素引起的，如机体内分泌功能异常、环境污染等，这些因素都会破坏DNA的碱基，使其失去其正常的结构和功能。
BER最主要特点是寻找已经被损害碱基团；切除损伤以及配对、合成，以便恢复原有碱基序列，保障基因组的稳定性。
直接损伤逆转修复（Direct Reversal, DR）是针对较小的损伤，如紫外线造成的嘌呤二聚体、内生性化学修饰等进行修复。
这种修复机制最为简单和直接，直接将损伤逆转就能修复了。
同源重组修复（Homologous Recombination，HR）主要用于修复DNA中较大的断裂而不是像其他几种修复方式一样用于修复单个损伤。
它有别于其它三种基本类型的修复，因为HR需要扩展完全逆转基因物质损伤。
这种修复机制在真核细胞中起着很大的作用，特别是在有丝分裂中的亚泥核分裂阶段，出现染色体断裂的情况。
HR的功能在胚胎生长、衰老和在某种程度上是维护基因组的稳定性中具有很重要的意义。
基因损伤修复方法
基因损伤修复方法一、直接修复直接修复是一种简单的修复机制，它通过直接逆转基因损伤来修复DNA。
该过程通常需要DNA合成酶或其他蛋白质参与。
这种修复机制对于嘧啶二聚体、DNA-RNA杂交体中的DNA损伤以及某些碱基类似物等较为有效。
二、切除修复切除修复是一种通过切除受损DNA片段，然后以未受损的DNA为模板合成新的片段进行替换的修复机制。
该过程可以分为碱基切除修复和核苷酸切除修复两种类型。
切除修复对于多种不同类型的DNA损伤具有修复作用，是生物体内最主要的DNA损伤修复机制。
三、重组修复重组修复是一种通过重组机制来修复DNA损伤的修复方式。
该过程涉及到DNA的复制和重组，通常需要多种蛋白质的参与。
重组修复对于DNA双链断裂等严重损伤具有较好的修复效果。
四、错配修复错配修复是一种针对DNA复制过程中出现的碱基错配进行修复的机制。
该过程涉及到DNA错配的识别和校正，通常需要特异的蛋白质参与。
错配修复对于维持基因组的稳定性和准确性具有重要意义。
五、转录偶联修复转录偶联修复是一种与DNA转录过程偶联的修复机制。
当DNA在转录过程中出现损伤时，该机制能够通过暂停转录、修复损伤和恢复转录的方式进行修复。
转录偶联修复对于维持转录过程的正常进行和基因表达的稳定性具有重要作用。
六、跨损伤修复跨损伤修复是一种能够修复多种不同类型的DNA损伤的修复机制。
该机制涉及到一些特定的蛋白质和酶，通过特定的反应途径进行修复。
跨损伤修复在某些特定情况下发挥着重要作用，例如在DNA损伤较为严重或常规修复途径受阻时。
七、表观遗传修饰修复表观遗传修饰是指DNA序列不发生变化的情况下，基因的表达却发生了改变，这种改变包括基因型未发生变化时基因的表达水平改变，以及基因型发生改变后基因的表达水平变化。
这种变化可以通过一些特殊的反应途径进行修复，如DNA 甲基化、组蛋白乙酰化等。
表观遗传修饰修复对于维持基因表达的稳定性和细胞的正常生长具有重要意义。
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黑龙江大学课程论文题目：DNA损伤修复---重组修复系院：生命科学学院专业：生物工程起止时间：2013年5月—— 2013年6月DNA损伤修复---重组修复摘要：DNA损伤修复(repair of DNA damage)在多种酶的作用下,生物细胞内的DNA分子受到损伤以后恢复结构的现象。
DNA损伤修复的研究有助于了解基因突变机制,衰老和癌变的原因 还可应用于环境致癌因子的检测。
DNA损伤的修复模式有很多种 在这里主要谈有关重组修复方面的关键词：重组修复、同源重组修复、DNA损伤DNA damage and repair --- recombination repairLiuDongdong(The 1th class of Biotechnology , College of Life Science, Heilongjiang University, Harbin,150080)Abstract：DNA damage repair (repair of DNA damage) in the role of a variety of enzymes, the DNA molecules within living cells by the phenomenon of structural damage after recovery. DNA damage and repair studies help to understand the reasons for the gene mutation mechanisms, aging and cancer, can also be applied to the detection of the environmental carcinogen. DNA damage repair model there are many, here mainly with regard to recombination repair.Key words：recombination repair、homologous recombination repair、DNA damage重组修复(recombination repairing)：复制含有嘧啶二聚体或其它结构损伤的DNA，但当复制到损伤的部位时，子代DNA链中与损伤部位相对应的部位出现缺口，新合成的子链比未损伤的DNA链要短一些。
完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。
合成重组后，母链中的缺口通过DNA 多聚酶的作用，合成核苷酸片段，然后由连接酶使新片段与旧链联结，重组修复完成。
重组修复的主要步骤有：复制：含有TT或其他结构损伤的DNA仍然可以正常的进行复制，但当复制到损伤部位时，子代DNA链中与损伤部位相对应的位置出现切口，新合成的子链比未损伤的DNA链要短。
重组：完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。
再合成：重组后母链中的缺口通过DNA多聚酶的作用合成核酸片段，然后由连接酶使新片段与旧链连接，至此重组修复完成。
重组修复并没有从亲代DNA中去除二聚体。
重组蛋白质则可能通过其蛋白质间相互作用而组成大的蛋白质复合物或重组体,并装配于DNA 受损部位以启动同源重组修复。
在对DNA 损伤剂反应时,Rad51、Rad51 同系物及其他许多已知的重组蛋白质共定位于核内,这类核灶区的形成表明DNA 双链断裂修复正在进行[1]。
另外,该复制叉也可回行并以一条原始链为模板而进行断裂链修复, 这将导致新合成的两条链退火和在复制叉处形成四道联接,从而完成Rad51依赖性的DNA 同源重组修复[2]。
在同源重组配对及链交换过程中Rad51必须首先装配于单链DNA而形成核蛋白细丝, 在该核蛋白细丝中,DNA以高度伸展状态与蛋白质结合。
虽然尚未完全确定各种Rad51同系物和或其复合物的精确的生物学功能及其分子作用机制,但在5种人类Rad51同系物分别缺陷的5种突变细胞中由DNA 损伤而诱导的Rad51 核灶区的形成均显著减弱,因而提示5种人类Rad51 同系物均参与将Rad51 送至DNA 损伤部位的过程[3]。
同源重组修复(HR)是一种重要的修复机制,对维持遗传物质的正常功能和稳定性具有重要作用[4]。
X线修复交叉互补基因2和X线修复交叉互补基因3(XRCC3)编码的蛋白是参与HR的元件,可修复DNA链的断裂和交联损伤[5]。
目前研究认为,XRCC2c.Arg188His和XRCC3c.Thr241Met的多态是两个基因最为重要的多态,影响到它们编码产物修复DNA损伤的能力[6,7],与机体对多种毒物或致癌物的易感性有关。
修复不正确也会引起基因的突变和染色体的重组。
真核生物对这些断裂的修复有两种机理:非同源末端连接和同源重组。
1.HR的过程:HR的分子机制最早在细菌和酵母中被阐明,在哺乳动物中保守。
HR需要有一个与损伤区域的DNA序列具有高度同源性的完整双链DNA 分子作为模板,其中首选的模板是损伤分子的姐妹染色单体。
HR 的主要过程可分为:(1)DNA损伤位点的加工处理;(2)链侵入和修复性合成;(3)Holliday联结的形成与解离[8]。
HR修复的关键步骤是RAD51依赖性链侵入过程。
RAD51是大肠杆菌RecA在真核细胞中的同源物,具有DNA依赖的ATPase 活性,是HR修复通路的核心分子,催化同源序列的寻找、链配对和链交换过程。
RAD51引导核蛋白丝识别同源DNA 模板并催化DNA链的配对、延伸、形成Holliday 联结完成链交换过程。
Holliday联结经核酸酶和连接酶切割和再连接后解体,得到两个完整的双链DNA 分子[9]。
2.参与HR调控的重要分子:除上文中提到的直接参与HR的分子,还有多个分子对HR 通路起着重要的调控作用, 如ATM、ATR、BRCA1、BRCA2、p53等。
ATM缺失细胞株具有染色体不稳定、对电离辐射敏感、细胞周期阻滞缺陷等特征。
ATR是AT和RAD3相关型蛋白。
两者同属PI3KK 家族, 是调控细胞DNA损伤激活的各条信号通路的核心分子, 能够识别损伤并通过磷酸化下游分子如H2AX、SMC1、CHK1、CHK2、p53、FANCD2等激活多条信号通路。
HR 通路被激活时, 细胞内能检测到明显的RAD51灶(RAD51foci),被认为是RAD51激活的表现。
ATM功能缺失的细胞在发生DNA 损伤时不能及时形成RAD51灶。
复制依赖的DSBs主要激活ATR,后者通过磷酸化CHK1调控RAD51的激活进而影响HR修复系统的效率[10]。
ATM和ATR同等重要, 但两者的功能各有侧重: ATR具有比ATM 更广的损伤应答范围。
ATM几乎专一地作用于DSBs的应答,而ATR对于UV和DNA 复制阻碍诱导的损伤都可产生应答;在DSBs激活的两条通路中, ATM 都有重要作用,而ATR只与HR通路密切相关。
结束语：同源重组对于基因组的维持和遗传多样性的形成均是一个必需的过程。
已经明确, Rad51蛋白质是同源重组的关键酶。
诸多研究提示, 许多相关蛋白质以复合物的形式共同参与DNA 的核苷酸切除性修复,Rad51 蛋白质及其同系物是这类复合物的重要组成成分之一。
在Rad51蛋白质及其同系物参与的受损DNA 的重组修复领域中,还需进行深入研究以阐明这类蛋白质复合物的分子组成及其分子作用机制。
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