第十三章 DNA损伤和损伤修复【生物化学与分子生物学 9版原版】
DNA的损伤和修复ppt课件

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(a)亚硝酸修饰G、C、A;(b)羟基修饰C;(c)甲基磺酸乙酯修饰T(引自Russell,1992).
3、嵌入染料对DNA的损伤作用
吖啶橙 (Acridine Orange AO) 溴化乙锭 (Ethidium Bromide EB )
扁平染料分子
分子插入
TAO T
-A
TTTCG -
-ATTTTTCG - AO -T
❖ 自由基可导致碱基、核糖、磷酸基的损伤,引起DNA的结构和 功能异常。
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(三)化学毒物致DNA损伤
❖ 按其作用原理可分为: 碱基类似物 碱基修饰物 嵌入染料
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1、碱基类似物(Base analog)
是指与DNA正常碱基结构类似的化合物,在DNA复制时掺入并与 互补链上碱基配对,从而引起碱基对的置换.
❖ 常见的DNA修复方式:直接修复、切除修复、错配修复和重 组修复
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(一)直接修复
❖ 直接修复
❖
细胞对DNA的某些损伤可以用很简单的方式加以修复
在单一基因产物的催化下,一步反应就可以完成。这种修复
方式叫直接修复。
包括:酶光学复活、嘌呤的直接插入、O6-甲基鸟嘌呤- DNA甲基转移、单链断裂重接等。
常见的损伤有:碱基脱落、碱基破坏、嘧啶二聚体形成、单链和 双链DNA断裂、DNA交联、DNA-蛋白质交联等。
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(一) 碱基和核糖的破坏
❖ 由于碱基或者核糖的损伤,在DNA链上形成不稳定位点,最 终可导致DNA链的断裂。
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(二)错配
《DNA的损伤和修复》PPT课件

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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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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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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(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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第一节 DNA损伤的概念、类型、意义
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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。
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回复突变
基因内校正
基因内校正与起始突变发生在相同的基因内, 它可能是通过点突变也可能通过移码突变来实 现校正,不过点突变一般只能通过点突变来校 正,移码突变只能通过移码突变来校正。
如果是通过点突变来校正,一般是通过恢复一 个基因产物内2个残基(氨基酸残基或核苷酸 残基)之间的功能联系来实现的。具体机制可 能是2次突变相互抵消了2个残基的变化,从而 恢复了2个残基之间的相互作用,致使基因产 物能够正确地折叠,或者是2个相同的亚基能 够组装成有功能的同源二聚体。
烷基化碱基的直接修复——由特定的烷基转 移酶催化
DNA链断裂的直接修复——由DNA连接酶 催烷基化碱基的直接修复
切除修复
切除修复先切除损伤的碱基或核苷酸,然后, 重新合成正常的核苷酸,最后,再经连接酶重 新连接,将原来的切口缝合。整个切除修复过 程包括识别、切除、重新合成和重新连接。
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DNA损伤的因素和损伤的主要类型
损伤类型
实例/原因
碱基丢失
自发脱碱基(热、酸),脱嘌呤>脱嘧啶,104嘌呤脱落/天/细胞(恒温动 物)
碱基修饰
形成碱基加合物,例如,8-羟基脱氧鸟嘌呤(离子辐射或活性氧),6-烷 基鸟嘌呤(烷基化试剂)
碱基交联 嘧啶二聚体和6-4光产物(UV)
碱基转换 C→U,A→I(自发脱氨基),100碱基脱氨基/天/细胞
回复突变与突变的校正
(一)回复突变 如果在老的突变位点上发生第二次突变,致使原来的
表现型得到恢复,这样的突变被称为回复突变。表现 型能够在回复突变中恢复可能是因为突变点编码的氨 基酸变成原来的氨基酸或者性质相似的氨基酸,从而 使原来的突变的蛋白质功能得到全部或部分恢复。 (二)校正突变 校正突变有时被称为假回复突变,它是指发生在非起 始突变位点上但能够掩盖或抵消起始突变的第二次突 变,它分为基因内校正和基因间校正。
医学分子生物学 DNA的损伤和修复

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(四)、错配修复
错配修复碱基来源:校正活性所漏校的碱基
使复制的保真性提高102~103倍
错配修复 系统(MRS Mismatch Repair System)
+ ----- A----- ------C--DNA mismatch
DNApol (ξ = 10-8) 经第二次校正ξ = 10-11 44
CTC GAG
镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) β亚基 肽链 N-val · ·leu · · · · his thr pro val glu ······ C 基因
CAC GTG
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(三) DNA链断裂
磷酸二酯键的断裂和脱氧戊糖的破坏是引起DNA链断
裂的直接原因。
碱基的破坏和脱落在DNA链上形成的不稳定位点是
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紫外线的致损伤作用 ∧ ---嘧啶二聚体 (TT dimer )
…C T T A…
U.V.
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(二)自由基致DNA损伤
自由基:指能够独立存在,核外带有未配对电子的
原子和分子。
自由基的产生可以是外界因素与体内物质共同作用
的结果。
自由基可导致碱基、核糖、磷酸基的损伤,引起DNA
的结构和功能异常。
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后复制修复、E.coli的挽回系统
E.coli 存活%
w.t. UvrA+ RecA+
uvr arec aU.V 计量
该 系 统 存 在 的 实 验 证 据
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★ Rec-A. gene 以某种方式参与DNA损伤修复
♦ Rec修复系统比切除修复系统更有效 ♫ Uvr系统负责切除二聚体 ♫ Rec系统负责消除没有被切除的二聚体 可能造成的后果
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的损伤和修复 ppt课件

动脉硬化学湖南省重点实验室
2020/11/29
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DNA 的损伤和修复
Mutagen (诱变剂)
碱基的化学反应
2020/11/29
DNA 损伤
损伤的修复
不完全修复 畸变
完全修复 不能有效修复
回复正常
凋亡
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精品资料
• 你怎么称呼老师?
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点,你 是否会认为老师的教学方法需要改进?
基因 C
CTC GAG
镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) β亚基
肽链 N-val ·his ·leu ·thr ·pro ·val ·glu ······
基因 C
CAC
GTG
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(三) DNA链断裂
❖ 磷酸二酯键的断裂和脱氧戊糖的破坏是引起DNA链断裂的直 接原因。
❖ 碱基的破坏和脱落在DNA链上形成的不稳定位点是DNA链 断裂的间接原因。
❖ 自由基可导致碱基、核糖、磷酸基的损伤,引起DNA的结构和 功能异常。
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(三)化学毒物致DNA损伤
❖ 按其作用原理可分为: 碱基类似物 碱基修饰物 嵌入染料
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1、碱基类似物(Base analog)
是指与DNA正常碱基结构类似的化合物,在DNA复制时掺入并与 互补链上碱基配对,从而引起碱基对的置换.
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第二节 DNA损伤的修复
❖ DNA损伤的修复:指纠正错配的碱基,清除DNA链上的损 伤,恢复DNA正常结构的过程。
❖ 常见的DNA修复方式:直接修复、切除修复、错配修复和重 组修复
生物化学中的DNA损伤与修复
生物化学中的DNA损伤与修复DNA是细胞内的遗传物质,它承载着生物体的遗传信息,对生物的生长、发育和功能起着至关重要的作用。
然而,由于各种内外因素的影响,DNA会受到损伤,这可能会导致细胞异常甚至癌症等疾病的发生。
为了维护细胞的遗传信息的完整性,生物体进化出了一套复杂的DNA损伤修复系统。
一、DNA的损伤类型及原因DNA在细胞分裂、病原微生物感染以及放射线等外部环境因素的影响下,容易受到各种损伤。
DNA的损伤类型包括碱基损伤、单链断裂、双链断裂等。
1. 碱基损伤:碱基是DNA分子的组成部分,受到化学物质或环境因素的影响可能发生氧化、去氨基等改变,导致碱基不完整或错误配对。
2. 单链断裂:DNA分子中的一个链断裂,可能由于外界因素如紫外线、X射线的影响而发生。
3. 双链断裂:DNA两条链同时断裂,造成严重的DNA损伤,影响细胞的正常功能。
二、DNA损伤的后果DNA的损伤会导致细胞的基因突变,从而影响细胞的正常生理活动。
如果受损的DNA不能及时修复,细胞将积累大量的突变,并可能导致疾病的发生。
1. 氧化损伤:细胞内部的氧化剂对DNA造成氧化损伤,导致DNA 碱基的氧化损伤和碱基对的不正确序对,可能引发癌症等疾病。
2. 紫外线损伤:紫外线是DNA的天然损伤因子之一,长时间暴露在紫外线下会造成DNA损伤,引发皮肤癌等。
3. 放射线损伤:X射线、γ射线等电离辐射可以直接或间接地导致DNA的单双链断裂,增加遗传信息的不稳定性,可能导致细胞凋亡或癌变。
三、DNA的修复机制为了应对各种类型的DNA损伤,生物体进化出了多种DNA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。
1. 直接修复:直接修复是通过一些特定的酶或光反应酶来修复DNA中的损伤,包括光解修复、甲基化修复等。
2. 错配修复:错配修复是一种修复DNA中碱基配对错误的机制,通过某些酶对DNA进行切除和合成,还原正确的碱基序列。
3. 核苷酸切除修复:核苷酸切除修复是一种常见的DNA损伤修复机制,它能够修复各种类型的损伤,包括氧化损伤、紫外线损伤等。
《DNA损伤与修复》课件
深入研究DNA损伤与修复的分子机 制和调控机制,为相关疾病的预防 和治疗提供更多有效的方法和手段
研究DNA损伤与修复的分子机制和调 控机制,有助于提高人类对疾病的认 识和治疗水平
研究DNA损伤与修复的分子机制和调 控机制,有助于推动医学科学的发展
汇报人:
研究进展:近年来, 科学家对SOS修复机 制的研究不断深入, 发现了许多新的修复 因子和机制
PART FOUR
DNA损伤与修复 是维持基因组稳 定性的重要机制
DNA损伤可能导 致基因突变、染色 体畸变等遗传异常
DNA损伤与修复的 生物学意义在于保 持基因组的完整性 和稳定性
DNA损伤与修复的 生物学意义在于维 持生物体的正常生 理功能
机制:通过同源 重组修复DNA损 伤
过程:识别损伤、 切割、重组、修 复
特点:高效、精 确、需要模板
应用:基因编辑、 基因治疗
机制:DNA损伤后, 细胞启动SOS修复 机制,通过同源重 组修复DNA损伤
特点:SOS修复是一 种ห้องสมุดไป่ตู้效、精确的修复 方式,但需要消耗大 量能量和资源
应用:在生物医学 领域,SOS修复机 制被用于基因治疗 和药物研发
PART SIX
DNA损伤 与修复机 制的研究 进展
DNA损伤 与修复机 制在疾病 治疗中的 应用前景
DNA损伤 与修复机 制在生物 进化中的 作用
DNA损伤 与修复机 制在环境 保护中的 意义
DNA损伤 与修复机 制在生物 技术中的 应用前景
DNA损伤 与修复机 制在生物 安全中的 重要性
DNA损伤与修复的分子机制和调控机 制是未来研究的重点
修复过程:识别损 伤、切除损伤、修 复损伤
修复效果:修复后 的DNA与原始 DNA相同
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体内因素
DNA损伤诱发因素
体外因素
机体自身代谢物 DNA短重复序列(复制打滑) 碱基异构互变 4种dNTP浓度不平衡 DNA本身的热不稳定性
药物 环境辐射 化学毒物 病毒感染 其他生物代谢物
物理和化学因素 引发DNA的损伤
X
低波长紫外线照射致使胸腺嘧啶二聚体形成
二. DNA损伤有多种类型
DNA损伤的类型
400nm光子
次甲四氢叶酸
FADH2
T-TT+T
嘧啶二聚体的直接修复
甲基化碱基的直接修复
带有活性SH基团的甲基转移 酶结合在甲基化的碱基部位
DNA复制
6-O-甲基鸟嘌呤
甲基转移酶将甲基结合 在自身SH上,完成修复
修复的结果
甲基化后失活 的甲基转移酶
DNA复制
突变的结果
单链断裂切口的直接修复
5′
第13章
DNA损伤和损伤修复
作者 : 李恩民 吴炳礼
单位 : 汕头大学医学院
第一节 DNA损伤 第二节 DNA损伤修复 第三节 DNA损伤及其修复的意义
重点难点
掌握 直接修复、切除修复、重组修复和跨越损伤修复等DNA损伤 修复途径。
熟悉 不仅DNA损伤,DNA损伤修复障碍同样与肿瘤、衰老以及免 疫性疾病等多种疾病的发生密切关联
3′
5′
3′
DNA连接酶
二. 切除修复
碱
DNA糖苷酶特 异性识别并水
基
解受损碱基,
产生AP位点
切
除
修
复
AP 位 点 的 形 成 机 制
核苷酸切除修复
着色性干皮病(xeroderma pigmentosum,XP)
着色性干皮病相关基因, XPA、XPC、XPD、XPF 和XPG编码蛋白参与核苷 酸切除修复系统。
Autosomal recessive
基因名称 XPA XPB XPC XPD XPE XPF
XPG
人类XP相关的DNA损伤核苷酸切除修复系统缺陷基因
基因定位
9q22.3 2q21 3p25 19q13.3 11q12-13 11p11-12 16p13.12
13q33
编码蛋白大小aa
273 782 940 760 1140 427 905
了解 1)DNA损伤的类型;2)究竟有哪些因素可引发DNA损伤; 3)体外因素是通过体内因素引发DNA损伤的。
第一节
DNA损伤
一. 多种因素通过不同机制导致DNA损伤 二. DNA损伤有多种类型
一. 多种因素通过不同机制导致DNA损伤
DNA损伤的定义
各种体内外因素所导致的DNA组成与结构的变化称为DNA损 伤(DNA damage)
3
链交换
列同源
3′ 5′
5′
Rad51
XRCC RPA
3′
3′ • 左图D,两个方向的重组合
5′
成的DNA中,只有右侧的酶
5′ 3′
或相关蛋白被标示出来。
4 DNA合成
• 左图E, 红色线条框所示的四
3′ 5′
条DNA单链的交叉互补中,
53′′
灰色的DNA单链与浅蓝色的 DNA单链互补,后者是前者
1186
编码蛋白定位
编码蛋白的主要功能
细胞核 细胞核 细胞核 细胞核 细胞核
可能结合受损DNA,为修复复合体其他因子 到达DNA受损部位指示方向
在DNA切除修复中,发挥解螺旋酶的功能
可能是受损DNA识别蛋白
转录因子TFⅡH的一个亚单位,与XPB一起, 在受损DNA修复中,发挥解螺旋酶功能
主要结合受损DNA的嘧啶二聚体
细胞核 细胞核
结构专一性DNA修复核酸内切酶,在DNA损 伤切除修复中,在受损DNA的5端切口
镁依赖的单链核酸内切酶,在DNA损伤切除 修复中,在受损DNA的3端切口
转录偶联修复 • 核苷酸切除修复不仅能够修复整个基因组中的损伤,而且还能够
修复那些正在转录的基因的模板链上的损伤,后者又称为转录偶 联修复。
• 在转录偶联修复中,由RNA聚合酶承担起识别损伤部位的任务。
三. 重组修复
A 5′ 3′
B 5′ 3′
同 源
C 5′ 3′
重
组 修
5′
D 3′ 3′
5′
复
5′
E
3′ 3′
5′
5′
F 3′ 3′ 5′
DNA双联断裂损伤部位
MreⅡ
Rad50
Nbs
5′
3′ 5′ 5′ 3′
1
DNA末端加工
3′
5′
• DNA分子一条链上的碱基与另一条链上的碱基以共价键结合, 称为链间交联(DNA interstrand cross-linking)。
• DNA分子还可与蛋白质以共价键结合,称为DNA-蛋白质交联( DNA protein cross-linking)。
第二节
DNA损伤修复
一. 直接修复 二. 切除修复 一. 重组修复 二. 跨越损伤修复
脱氧鸟苷的氧化
糖基破坏
DNA分子中的戊糖基的碳原子和羟基上的氢可能与自由基 反应,由此戊糖基的正常结构被破坏。
碱基错配
• 碱基类似物的掺入、碱基修饰剂的作用可改变碱基的性质 ,导致DNA序列中的错误配对。
• 在正常的DNA复制过程中,存在着一定比例的自发的碱基 错配发生,最常见的是组成RNA的尿嘧啶替代胸腺嘧啶掺 入到DNA分子中。
3′
3条组成的
3′
DNA 双 链 为 断 裂 损 伤 的 DNA
5′
双链。
Rad52
2
DNA末端加工
• 由深蓝色与浅蓝色线条组成
3′ 5′
5′ 3′
3′
的 DNA 双 链 为 完 好 DNA 双 链
5′
,与断裂损伤的DNA双链序
Rad51B/Rad51C/Rad51D XRCC2/XRCC3
碱基损伤 糖基破坏 碱基错配 DNA断裂 DNA交联
碱基损伤
化学毒性分子通过对碱基的某些基团进行修饰,改变碱基的 理化性质,破坏碱基的结构。比如, 亚硝酸等可导致碱基 脱氨; 在羟自由基的攻击下,嘧啶碱基易发生加成、抽氢 等反应,导致碱基环破裂; 具有氧化活性的物质可造成 DNA中嘌呤或嘧啶碱基的氧化修饰,形成8-羟基脱氧鸟苷或6甲基尿嘧啶等氧化代谢产物。
DNA断裂
• DNA断裂包括DNA单链断裂和DNA双链断裂。 • DNA链断裂是电离辐射致DNA损伤的主要形式。 • 某些化学毒剂也可导致DNA链断裂。 • 碱基损伤和戊糖基破坏均是引起DNA断裂的原因。
DNA交联
• DNA损伤中有多种DNA交联形式。
• DNA分子中同一条链中的两个碱基以共价键结合,称为DNA链 内交联(DNA intrastrand cross-linking)。低波长紫外线照射后 形成的嘧啶二聚体就是DNA链内交联的最典型的例子。