DNA的损伤与修复
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DNA的损伤与修复
碱基切除修复依赖于生物体内存在的 一类特异的DNA糖基化酶。 切除修复过程： （1）识别水解 （2）切除 （3）合成 （4）连接
（二）核苷酸切除修复系统识别DNA双螺旋变形
这是细胞内最重要和有效的修复方式。
其过程包括去除损伤的DNA，填补空隙和连接。
主要由DNA-polⅠ和连接酶完成。
错配 (mismatch)
缺失 (deletion) 插入 (insertion)
框移 (frame-shift)
重排 (rearrangement)
（一）错配可导致编码氨基酸的改变
DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。 自发突变和不少化学诱变都能引起DNA上某一碱基的 置换。 点突变发生在基因的编码区，可导致氨基酸改变。
正常
5’ ……G C A G U A C A U G U C …… 丙 缬 组 缬 5’ ……G A G U A C A U G U C …… 谷 酪 蛋 丝
缺失C
（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病
1、DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。 2、移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置（倒位
（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸 排列顺序发生改变
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。
缺失或插入都可导致框移突变 。 3、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。
缺失引起框移突变：
嘧啶二聚体并与之结合形 成复合物；
⑵ 在 300 ～ 600nm 可见光照射
下，酶获得能量，将嘧啶 二聚体的丁酰环打开；
DNA损伤与修复ppt课件
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；
碱基之间发生错配 ：
➢ 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 自发碱基错配。
➢ 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。
DNA链发生断裂：
电离辐射、化学毒剂、磷酸二酯键的断裂、脱氧戊糖 的破坏、碱基的损伤和脱落都是引起DNA断裂的原因。 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。
第十五章
DNA损伤与修复
DNA Dam组成与结构的 变化称为DNA损伤（DNA damage）
DNA损伤的后果: 其一，DNA的组成和结构发生永久性改 变，即突变 a. 基因型突变 b. 表型突变 其二，导致DNA失去作为复制和/或转录 的模板的功能
① 复制与重组中出现的碱基配对错误； ② 因碱基损伤所致的碱基配对错误； ③ 碱基插入； ④ 碱基缺失。
E.coli错配修复系统修复复制差错
Dam甲基化酶（methylase）使E.coli处 于暂时的半甲基化状态，标记母链和新合成 的DNA链，帮助新合成的DNA链被错配修复 系统识别并修复。
遗传毒理学DNA损伤与修复.pptx
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）。
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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。
第27页/共55页
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。
第13页/共55页
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。
医学分子生物学 DNA的损伤和修复
42
43
（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
18
（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
5
紫外线的致损伤作用 ∧ ---嘧啶二聚体 (TT dimer )
…C T T A…
U.V.
6
（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。
37
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
38
★ 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
DNA损伤和修复的生物学意义
DNA损伤和修复的生物学意义DNA是构成生命的基础，它的完整性对生物的遗传信息传递和稳定性起着至关重要的作用。
然而，由于一些自然因素、环境因素和人为因素的影响，DNA会受到各种不同程度的损伤，这个过程会威胁到生物的健康和生存。
为了保护DNA 的完整性，在生物体内，DNA损伤和修复是一种必不可少的生物学过程。
本文将从以下三个方面来探讨DNA损伤和修复的生物学意义：一、DNA损伤的类型和影响DNA损伤主要表现为遗传物质分子链的断裂、突变和化学修饰等。
常见的DNA损伤类型包括辐射、化学物质、氧化等。
DNA的损伤对生物体产生的影响是多方面的，包括基因突变、癌症、衰老、畸变等，这些都会导致生物体的健康和发育受到影响。
因此，减少DNA的损伤和及时有效的修复有助于维护生物体的稳定和健康。
二、 DNA修复的机制和方式在固体物理学研究的启示下，科学家们逐渐揭示了DNA损伤的修复机制与方式。
目前已知的DNA修复机制包括直接重构、交错重组和非同等重组等，其中直接重构对轻微损伤的修复非常有效，而对于严重的化学或物理性损伤，需要以重新组合的方式进行修复。
比如，双链断裂可以通过同源重组或非同源性重组来修复，这需要依赖于一系列DNA修复酶的参与完成。
在DNA修复过程中相关的DNA修复酶，如 Topbp1 / RPA / ATR / Rad17 / CHK1 / FANCD2 ，等等，都发挥了不可替代的作用。
三、 DNA修复的意义DNA修复不仅在维护生物体的遗传稳定性等方面发挥重要作用，还在重要生物学进程，如DNA复制、基因转录、免疫反应等过程中起着非常重要的作用。
在复制和转录时，能够及时有效的修复DNA，有助于确保DNA在传递过程中的有效性和可靠性，从而避免了传递过程中的信息丢失和改变。
在免疫反应和免疫应答过程中，DNA损伤和修复也发挥了重要的作用。
比如，在身体免疫反应过程中，损伤的DNA链可以激活DNA修复酶，从而产生免疫反应物，并引起个体的相关免疫反应。
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的损伤与修复
•
• 碱基置换突变 • 移码突变
缺失突变 插入突变
• 同义突变 • 错义突变 • 无义突变
自发突变和诱发突变
外因
• 物理因素：x射线、激光、紫外线、伽马射线等。 • 化学因素：亚硝酸、黄曲霉素、碱基类似物等。 • 生物因素：某些病毒和细菌等。
内因
• DNA复制过程中，基因内部的脱氧核苷酸的数量、顺 序、种类发生了局部改变从而改变了遗传信息。
随着受体细胞的生长和分裂，使目标 DNA得到扩增或表达，从而改变受体细 胞性状或者获得目标基因表达产物的一种 技术。
聚合酶链式反应 （polymerse chain reaction，PCR）
TaqDNA聚合酶的保真性？
逆转录PCR
原核表达载体
植物表达载体
本章思考题：
1，原核生物DNA怎样保持复制的忠实性？ 2，简述原核生物DNA复制的起始过程。 3，DNA聚合酶I和III在原核生物DNA复制中的精细
二、位点专一性重组
• 指的是噬菌体基因组插入到细菌基因 组染色体上，这个过程也叫整合（inte gration）。
• 这种重组方式需要噬菌体DNA和细菌 DNA上的专一性位点，催化这个过程 的酶只能作用于这对专一位点。
CBS@CAU
三、转座重组
• 指DNA上的核苷酸序列在不同染色体之间 或者同一染色体的不同区段之间移动，这 些可以移动的DNA片段称为转座子（transp on）。
• 1950年在PNAS发表论文。 • The Origin and Behavior of Mutable Loci in Maize
• Ac-Ds转座系统。 • 1983年获得诺贝尔奖。
第四节 重组DNA技术
重组DNA技术就是利用人工手段将目 标DNA与特定的载体DNA连接，形成重 组DNA分子，并将其转入受体细胞中。
DNA的损伤和修复
MCE (mismatch correct enzyme)
3 subunits mutH, L, S 识别新生链中非 m6A 的GATC序列 扫描新生链中错配碱基 酶切含错配碱基的新生DNA区段
39
★
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
8
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. 5-溴尿嘧啶 5-Bromine Uracil O Br NH2 2-氨基嘌呤
2-Amino purine
O
9
OH
H
O
Br
AGCTTCCTA TCGAAGGAT
4
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5
•
紫外线的致损伤作用
6
（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。
7
（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
与S.S, DNA结合
激活RecA-p的proteinase活性 修复损伤 LexA-p降解 RecA-p高效表达 SOS open
46
当DNA复制度过难关后 RecA-p很快消失 LexA gene on SOS off
SOS repair 是一种错误倾向性极强的修复机制 是进化中形成的“ 竭尽全力，治病救人” 的措施 （正常状态下，SOS是关闭的）
DNA损伤与修复
是一种切除修复 有缺陷的遗传性疾 病。XP病人由于XP 基因(其表达产物类 似Uvr蛋白)有缺陷， 不能修复紫外线照 射引起的DNA损伤， 因此易发生皮肤癌。
碱基错配修复（ mismatch repair）
三、DNA严重损伤时需要重组修复 四、某些修复发生在跨越损伤DNA复制事件之目后录
谢谢
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（base excision repair）
目录
核苷酸切除修复（nucleotide excision repair）
E.coli的NER主要由4种 蛋白质组成： UvrA UvrB UvrC UvrD
目录
着色性干皮病（xeroderma pigmentosis，XP）
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，可导致：
•错配 (mismatch)
•缺失 (deletion) •插入 (insertion)
框移 (frame-shift)
•重排 (rearrangement)
（一）错配（张冠李戴）
DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。
缺失使阅读框前移 插入使阅读框后移 缺失或插入点以后的密码全部改变
（三）重排（颠三倒四 ）
DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。 如地中海贫血
假如孩子从小就出现面色苍白，而且腹部逐渐隆起（脾脏肿 大） ，生长发育较同龄儿落后，面貌变得比较特殊（在我国
南方沿海地区，常可看到一种长相特殊的孩子：头大，额部 隆起，颧骨突出，鼻梁凹陷，嘴唇厚，两眼距离宽。这就是 地中海贫血孩子的特殊面容。治疗地中海贫血症的惟一途径 是输血、骨髓移植，或者是找脐带血移植 ）
碱基错配修复（ mismatch repair）
三、DNA严重损伤时需要重组修复 四、某些修复发生在跨越损伤DNA复制事件之目后录
谢谢
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（base excision repair）
目录
核苷酸切除修复（nucleotide excision repair）
E.coli的NER主要由4种 蛋白质组成： UvrA UvrB UvrC UvrD
目录
着色性干皮病（xeroderma pigmentosis，XP）
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，可导致：
•错配 (mismatch)
•缺失 (deletion) •插入 (insertion)
框移 (frame-shift)
•重排 (rearrangement)
（一）错配（张冠李戴）
DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。
缺失使阅读框前移 插入使阅读框后移 缺失或插入点以后的密码全部改变
（三）重排（颠三倒四 ）
DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。 如地中海贫血
假如孩子从小就出现面色苍白，而且腹部逐渐隆起（脾脏肿 大） ，生长发育较同龄儿落后，面貌变得比较特殊（在我国
南方沿海地区，常可看到一种长相特殊的孩子：头大，额部 隆起，颧骨突出，鼻梁凹陷，嘴唇厚，两眼距离宽。这就是 地中海贫血孩子的特殊面容。治疗地中海贫血症的惟一途径 是输血、骨髓移植，或者是找脐带血移植 ）
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较常见的烷化剂有亚硝胺化合物，包括 二甲基亚硝胺和二乙基亚硝胺，亚硝基胍 （NTG） 化合物如N, N′-硝基-N-甲基亚 硝基胍，亚硝基脲化合物如乙基亚硝基脲，
一些扁平的稠环分子， 如吖啶橙（acridine orange）、原黄素 （proflavin）、溴化乙锭 （ethiduium bromide, EB） 等染料，可插入到DNA 分子碱基对之间，故称 为嵌入染料（intercalated dye）。这些扁平分子插 入DNA后正好占据了一 个碱基的位置，将碱基 对间的距离加大约1倍， 可造成DNA两条链的错 位。
校正突变的分类
1）基因内校正 2）基因间校正 3）迂回校正
5.2.3诱变剂和致癌剂的检测
由于基因突变而是生物体的性状由野生型变为突变型， 则这样的突变称作正向突变。
回复突变(reverse mutation): 突变体(mutant) 经过第二次突变又完全地或部分地恢复为原来的基因型 和表现型.完全恢复是由于突变的碱基顺序经第二次突 变后又变为原来的碱基顺序,故亦称真正的回复突变.部 分恢复是由于第二次突变发生在另一部位上,其结果是 部分恢复原来的表现型.亦称为第二位点突变(second site mutation)或基因内校正(intragenic suppression) 校正突变：指发生在另外一个位点上，且能够中和或 抵消起始突变的第二次突变。
如果突变发生在基因表达的调控区，则可能 影响记忆表达的效率，甚至完全 关闭基因的 表达，从而引起生物体表现型的变化。
移码突变：在正常地DNA分子中,碱基缺失或增加非3地倍数,造成这 位置之后的一系列编码发生移位错误的改变，这种现象称移码突变。 例如原来的mRNA是GAA、GAA、GAA、GAA……按照密码子所合 成的肽链是一个谷氨酸的多肽。如果开头增加一个G，那么mRNA 就变成了GGA、AGA、AGA、AGA……按照这些密码子合成的肽 链就是一个一甘氨酸开头的精氨酸的多肽。移码突变的结果将引起 该段肽链的改变，而肽链的改变将引起蛋白质性质的改变，最终引 起性状的变异。严重是会导致个体的死亡。 隐性突变和显性突变
细胞内存在完善的DNA损伤修复系统， 以保障遗传物质的稳定性。不同类型的 DNA损伤，由不同的途径进行修复。根据 修复的机理，DNA损伤的修复一般可分为 直接修复、切除修复、双链断裂修复、易 错修复和重组修复等。
5.2基因的突变
基因突变是指基因组DNA分子发生的突然的 可遗传的变异。从分子水平上看，基因突变是 指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的 改变。基因虽然十分稳定，能在细胞分裂时精 确地复制自己，但这种隐定性是相对的。在一 定的条件下基因也可以从原来的存在形式突然 改变成另一种新的存在形式，就是在一个位点 上，突然出现了一个新基因，代替了原有基因， 这个基因叫做突变基因。于是后代的表现中也 就突然的祖先从未有的新性状。
DNA分子中碱基的环外氨基有时会自发脱 落，结果使C变为U，A变为I，G变为X（黄 嘌呤）。在DNA复制时，母链的上述变化 会在子链中产生错误而导致损伤。
A → I-C，下一轮G-C，引起AT → GC的变；
C → U-A，下一轮T-A，引起GC → AT的突 变；
G → X-C，下一轮G-C，损伤不扩大。
隐形突变：在真核生物中，如果只发生在同源染色体其中的一条上， 另一条同源染色体上正常基因的产物能够抵消或中和突变基因对细 胞功能的可能的改变。如果突变发生在同源染色体上的两个等位基 因都发生突变，才能改变生物的表现型。
显性突变：在真核生物中有一些基因，只要同源染色体任意一个等 位基因发生突变，就引起生物的表现型的改变。
研究DNA损伤与修复的机制，有两个方面的实际意义。 其一，防止DNA的损伤，是预防不少疾病的有效途径。
其二，在育种工作中，常常要诱发突变再筛选有优良性 状的植株或微生物株系。
§ 5.1 DNA损伤的产生
DNA损伤指在内外因素的影响下，体内 DNA双螺旋结构发生的任何改变。
若碱基的改变是两种嘌呤或两种嘧啶之间 的互换，称作转换（transitions）。
DNA分子容易吸收波长
在260nm左右的紫外线
（UV），大剂量的UV照射，
可以使DNA分子一条链上
相邻的两个嘧啶共价结合，
形成环丁烷嘧啶二聚体。相
邻的两个T或两个C，以及C
和T之间均可形成嘧啶二聚
体，但最易形成的是T-T二
聚体和6-4光产物
电离辐射如X 射线和γ射线等， 可以引起DNA的 直接损伤和间接 损伤。
羟胺（NH2OH）与DNA分子上碱基的 作用特异性很强，它只与胞嘧啶作用，生 成4-羟胺胞嘧啶（HC），后者与腺嘌呤配
烷化剂（alkylating agent） 能使DNA碱基上 的氮原子烷基化，最常见的是鸟嘌呤第6位 氮原子的烷基化，改变碱基配对性质，如6甲基鸟嘌呤（MG）与胸腺嘧啶配对。如果 直接与配对有关的基团被烷化，则可完全 阻断复制时的碱基配对。
诱变剂和致癌剂的检测
自然条件下发生的突变称为自发突变，其发生的频率 非常低，大肠杆菌和果蝇的自发突变率都在10左右。能 够提高突变率的诱变剂主要有物理诱变剂和化学诱变 剂两类。 物理诱变剂通过离子辐射如吸收X射线和r射线，引起 目标分子的电子转移，造成DNA发生广泛的损伤。化 学诱变剂主要是通过对碱基的修饰、碱基对的插入或 缺失起作用。
（3）无义突变和通读突变
无义突变：若突变使为氨基酸编码的密码子变为终止密码子，导致 多肽链的合成被中断。如Cys的密码子变成TGC突 变成终止密码子TGA。 通读突变：若突变使终止密码子变成了为氨基酸编码的密码子，会 使mRNA在翻译的时候发生通读，从而使肽链加长，也称加长突变。
如果突变发生在蛋白质基因的内含子序列， 一般对表达产物没影响。但有时可影响到个 别 基因的转录，转录后加工或翻译等。
尽管细胞内的修复系统能及时修复绝大多数的DNA 损伤，但修复系统并不是万无一失的。如果损伤在 下一轮DNA复制之前还没有被修复，有的会被固定 下来传给子代细胞，有的则通过易错的跨损伤合成 产生新的错误，并最终也被保留下来。因此，生物 体难免会发生这样那样的突变，并带有一定的基因、 基因组、细胞或个体被称为突变体。单细胞生物能 够将新产生的突变基因直接传给其后代，而多细胞 生物能否将突变传给后代则取决于 突变四发生在生殖细胞还是体细胞。 如果突变发生在生殖细胞，则可以传给后代。 如果是发生在体细胞，则一般不会传给后代， 除非后代是由突变的体细胞克隆而成的。
点突变带来的后果取决于其发生的位 置和具体的突变方式。如果是发生在 基因组的垃圾DNA上，因为其碱基 序列缺乏编码和调节基因表达的功能， 就不可能产生任何的后果。如果发生 在一个基因的启动子或其他基因表达
的调控区，则可能会影响基因表达的
（1）沉默突变：由于遗传密码又兼性，若突变 的密码子编码同样的氨酸一般对蛋白质的结构和
互变异构移位（tautomeric shift）是碱基发生了烯醇
式-酮式结构互变，造成碱基配对发生改变，使复制后的 子链上出现错误。生理条件下，碱基上的基团主要以酮式 和氨基的形式存在，但也可能发生瞬间的互变异构，造成 碱基错配。如图所示，若 A以稀有的亚氨基形式出现，即 可与C配对，经过DNA的两轮复制，在1/4的子代分子中， A-T对变成了G-C对。因此在DNA复制时，若模板上出现 烯醇式或亚氨基异构体时，子链上就可能产生错配的碱基 对。
分子生物学作业
内容：第五章 DNA的损伤与修复
制作人：生科四班学生
陈玥 40908199
周红 40908200
李茜 40908201
李姗姗 40908202
李婷婷 40908203
§1.DNA损伤的产生 § 2.基因的突变 § 3.DNA损伤的修复 § 4.损伤跨越 § 5.DNA修复缺陷与癌症的关系
活性氧指反应活性很 高的含氧自由基和H2O2， 不少含氧自由基可在细 胞正常代谢过程中生成。 含氧自由基可造成碱基 的氧化，如7, 8-二氢-8氧鸟嘌呤（7, 8-oxoG, GO）就是一种氧化碱基， 可与C或A配对，造成GC → T-A的颠换，DNA pol I和DNA pol II的校正 活性不能校正其错配， 故这种损伤可以积累。
在DNA复制时，有时会出现模板链或 新生链碱基的环出（looping out）现象，被 称作 DNA聚合酶的“打滑”（slippage）。 如图所示，第一次复制时新生链一个或数 个碱基的环出，在第二次复制时，可引起 同样数量碱基的插入。第一次复制时模板 链一个或数个碱基的环出，在第二次复制 时，可引起同样数量碱基的缺失。这种错 误易发生在模板上有碱基串联重复的部位，
DNA在生理条件下可通过自发性水 解，使嘌呤碱和嘧啶碱从磷酸脱氧核 糖骨架上脱落下来。细胞受热或pH降 低，可加剧脱嘌呤反应，强致癌剂黄 曲霉毒素B1也能加剧脱嘌呤反应。
细胞内一些天然的烷基化试剂，如S-腺 苷甲硫氨酸，可使DNA分子中的某些碱基 甲基化，造成碱基错配，经DNA复制，形 成碱基对的改变。
突变的类型
5.2.1突变的类型 5.2.2突变的回复和校正 5.2.3诱变剂和致癌剂的检测
点突变也称作单碱基替换（single
base substitution），指由单个碱基改 变发生的突变。 可以分为转换和颠 换两类。
转换：嘌呤和嘌呤之间的替换，或嘧 啶和嘧啶之间的替换。 颠换：嘌呤和嘧啶之间的替换。
DNA链的断裂 会随着照射剂量 的增大而加剧。 若DNA双链中只 有一条链断裂， 称为单链断裂，
许多天然的或合成的有机和无机化学物 质均可与DNA发生反应，改变其结构。能 诱发DNA损伤的化学物质称化学诱变剂 （mutagen），常见的化学诱变剂可以大致 分为3类
碱基类似物（base analog）能在DNA复制 时取代正常碱基与模板链的碱基配对，从 而掺人DNA。
一些扁平的稠环分子， 如吖啶橙（acridine orange）、原黄素 （proflavin）、溴化乙锭 （ethiduium bromide, EB） 等染料，可插入到DNA 分子碱基对之间，故称 为嵌入染料（intercalated dye）。这些扁平分子插 入DNA后正好占据了一 个碱基的位置，将碱基 对间的距离加大约1倍， 可造成DNA两条链的错 位。
校正突变的分类
1）基因内校正 2）基因间校正 3）迂回校正
5.2.3诱变剂和致癌剂的检测
由于基因突变而是生物体的性状由野生型变为突变型， 则这样的突变称作正向突变。
回复突变(reverse mutation): 突变体(mutant) 经过第二次突变又完全地或部分地恢复为原来的基因型 和表现型.完全恢复是由于突变的碱基顺序经第二次突 变后又变为原来的碱基顺序,故亦称真正的回复突变.部 分恢复是由于第二次突变发生在另一部位上,其结果是 部分恢复原来的表现型.亦称为第二位点突变(second site mutation)或基因内校正(intragenic suppression) 校正突变：指发生在另外一个位点上，且能够中和或 抵消起始突变的第二次突变。
如果突变发生在基因表达的调控区，则可能 影响记忆表达的效率，甚至完全 关闭基因的 表达，从而引起生物体表现型的变化。
移码突变：在正常地DNA分子中,碱基缺失或增加非3地倍数,造成这 位置之后的一系列编码发生移位错误的改变，这种现象称移码突变。 例如原来的mRNA是GAA、GAA、GAA、GAA……按照密码子所合 成的肽链是一个谷氨酸的多肽。如果开头增加一个G，那么mRNA 就变成了GGA、AGA、AGA、AGA……按照这些密码子合成的肽 链就是一个一甘氨酸开头的精氨酸的多肽。移码突变的结果将引起 该段肽链的改变，而肽链的改变将引起蛋白质性质的改变，最终引 起性状的变异。严重是会导致个体的死亡。 隐性突变和显性突变
细胞内存在完善的DNA损伤修复系统， 以保障遗传物质的稳定性。不同类型的 DNA损伤，由不同的途径进行修复。根据 修复的机理，DNA损伤的修复一般可分为 直接修复、切除修复、双链断裂修复、易 错修复和重组修复等。
5.2基因的突变
基因突变是指基因组DNA分子发生的突然的 可遗传的变异。从分子水平上看，基因突变是 指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的 改变。基因虽然十分稳定，能在细胞分裂时精 确地复制自己，但这种隐定性是相对的。在一 定的条件下基因也可以从原来的存在形式突然 改变成另一种新的存在形式，就是在一个位点 上，突然出现了一个新基因，代替了原有基因， 这个基因叫做突变基因。于是后代的表现中也 就突然的祖先从未有的新性状。
DNA分子中碱基的环外氨基有时会自发脱 落，结果使C变为U，A变为I，G变为X（黄 嘌呤）。在DNA复制时，母链的上述变化 会在子链中产生错误而导致损伤。
A → I-C，下一轮G-C，引起AT → GC的变；
C → U-A，下一轮T-A，引起GC → AT的突 变；
G → X-C，下一轮G-C，损伤不扩大。
隐形突变：在真核生物中，如果只发生在同源染色体其中的一条上， 另一条同源染色体上正常基因的产物能够抵消或中和突变基因对细 胞功能的可能的改变。如果突变发生在同源染色体上的两个等位基 因都发生突变，才能改变生物的表现型。
显性突变：在真核生物中有一些基因，只要同源染色体任意一个等 位基因发生突变，就引起生物的表现型的改变。
研究DNA损伤与修复的机制，有两个方面的实际意义。 其一，防止DNA的损伤，是预防不少疾病的有效途径。
其二，在育种工作中，常常要诱发突变再筛选有优良性 状的植株或微生物株系。
§ 5.1 DNA损伤的产生
DNA损伤指在内外因素的影响下，体内 DNA双螺旋结构发生的任何改变。
若碱基的改变是两种嘌呤或两种嘧啶之间 的互换，称作转换（transitions）。
DNA分子容易吸收波长
在260nm左右的紫外线
（UV），大剂量的UV照射，
可以使DNA分子一条链上
相邻的两个嘧啶共价结合，
形成环丁烷嘧啶二聚体。相
邻的两个T或两个C，以及C
和T之间均可形成嘧啶二聚
体，但最易形成的是T-T二
聚体和6-4光产物
电离辐射如X 射线和γ射线等， 可以引起DNA的 直接损伤和间接 损伤。
羟胺（NH2OH）与DNA分子上碱基的 作用特异性很强，它只与胞嘧啶作用，生 成4-羟胺胞嘧啶（HC），后者与腺嘌呤配
烷化剂（alkylating agent） 能使DNA碱基上 的氮原子烷基化，最常见的是鸟嘌呤第6位 氮原子的烷基化，改变碱基配对性质，如6甲基鸟嘌呤（MG）与胸腺嘧啶配对。如果 直接与配对有关的基团被烷化，则可完全 阻断复制时的碱基配对。
诱变剂和致癌剂的检测
自然条件下发生的突变称为自发突变，其发生的频率 非常低，大肠杆菌和果蝇的自发突变率都在10左右。能 够提高突变率的诱变剂主要有物理诱变剂和化学诱变 剂两类。 物理诱变剂通过离子辐射如吸收X射线和r射线，引起 目标分子的电子转移，造成DNA发生广泛的损伤。化 学诱变剂主要是通过对碱基的修饰、碱基对的插入或 缺失起作用。
（3）无义突变和通读突变
无义突变：若突变使为氨基酸编码的密码子变为终止密码子，导致 多肽链的合成被中断。如Cys的密码子变成TGC突 变成终止密码子TGA。 通读突变：若突变使终止密码子变成了为氨基酸编码的密码子，会 使mRNA在翻译的时候发生通读，从而使肽链加长，也称加长突变。
如果突变发生在蛋白质基因的内含子序列， 一般对表达产物没影响。但有时可影响到个 别 基因的转录，转录后加工或翻译等。
尽管细胞内的修复系统能及时修复绝大多数的DNA 损伤，但修复系统并不是万无一失的。如果损伤在 下一轮DNA复制之前还没有被修复，有的会被固定 下来传给子代细胞，有的则通过易错的跨损伤合成 产生新的错误，并最终也被保留下来。因此，生物 体难免会发生这样那样的突变，并带有一定的基因、 基因组、细胞或个体被称为突变体。单细胞生物能 够将新产生的突变基因直接传给其后代，而多细胞 生物能否将突变传给后代则取决于 突变四发生在生殖细胞还是体细胞。 如果突变发生在生殖细胞，则可以传给后代。 如果是发生在体细胞，则一般不会传给后代， 除非后代是由突变的体细胞克隆而成的。
点突变带来的后果取决于其发生的位 置和具体的突变方式。如果是发生在 基因组的垃圾DNA上，因为其碱基 序列缺乏编码和调节基因表达的功能， 就不可能产生任何的后果。如果发生 在一个基因的启动子或其他基因表达
的调控区，则可能会影响基因表达的
（1）沉默突变：由于遗传密码又兼性，若突变 的密码子编码同样的氨酸一般对蛋白质的结构和
互变异构移位（tautomeric shift）是碱基发生了烯醇
式-酮式结构互变，造成碱基配对发生改变，使复制后的 子链上出现错误。生理条件下，碱基上的基团主要以酮式 和氨基的形式存在，但也可能发生瞬间的互变异构，造成 碱基错配。如图所示，若 A以稀有的亚氨基形式出现，即 可与C配对，经过DNA的两轮复制，在1/4的子代分子中， A-T对变成了G-C对。因此在DNA复制时，若模板上出现 烯醇式或亚氨基异构体时，子链上就可能产生错配的碱基 对。
分子生物学作业
内容：第五章 DNA的损伤与修复
制作人：生科四班学生
陈玥 40908199
周红 40908200
李茜 40908201
李姗姗 40908202
李婷婷 40908203
§1.DNA损伤的产生 § 2.基因的突变 § 3.DNA损伤的修复 § 4.损伤跨越 § 5.DNA修复缺陷与癌症的关系
活性氧指反应活性很 高的含氧自由基和H2O2， 不少含氧自由基可在细 胞正常代谢过程中生成。 含氧自由基可造成碱基 的氧化，如7, 8-二氢-8氧鸟嘌呤（7, 8-oxoG, GO）就是一种氧化碱基， 可与C或A配对，造成GC → T-A的颠换，DNA pol I和DNA pol II的校正 活性不能校正其错配， 故这种损伤可以积累。
在DNA复制时，有时会出现模板链或 新生链碱基的环出（looping out）现象，被 称作 DNA聚合酶的“打滑”（slippage）。 如图所示，第一次复制时新生链一个或数 个碱基的环出，在第二次复制时，可引起 同样数量碱基的插入。第一次复制时模板 链一个或数个碱基的环出，在第二次复制 时，可引起同样数量碱基的缺失。这种错 误易发生在模板上有碱基串联重复的部位，
DNA在生理条件下可通过自发性水 解，使嘌呤碱和嘧啶碱从磷酸脱氧核 糖骨架上脱落下来。细胞受热或pH降 低，可加剧脱嘌呤反应，强致癌剂黄 曲霉毒素B1也能加剧脱嘌呤反应。
细胞内一些天然的烷基化试剂，如S-腺 苷甲硫氨酸，可使DNA分子中的某些碱基 甲基化，造成碱基错配，经DNA复制，形 成碱基对的改变。
突变的类型
5.2.1突变的类型 5.2.2突变的回复和校正 5.2.3诱变剂和致癌剂的检测
点突变也称作单碱基替换（single
base substitution），指由单个碱基改 变发生的突变。 可以分为转换和颠 换两类。
转换：嘌呤和嘌呤之间的替换，或嘧 啶和嘧啶之间的替换。 颠换：嘌呤和嘧啶之间的替换。
DNA链的断裂 会随着照射剂量 的增大而加剧。 若DNA双链中只 有一条链断裂， 称为单链断裂，
许多天然的或合成的有机和无机化学物 质均可与DNA发生反应，改变其结构。能 诱发DNA损伤的化学物质称化学诱变剂 （mutagen），常见的化学诱变剂可以大致 分为3类
碱基类似物（base analog）能在DNA复制 时取代正常碱基与模板链的碱基配对，从 而掺人DNA。