第六章 DNA损伤与修复
DNA修复机制与DNA损伤的修复
DNA修复机制与DNA损伤的修复DNA是构成基因的基本物质，它负责着生命的遗传信息，在生命的分子层面上扮演着至关重要的角色。
由于DNA所承载的信息包括动植物的生存基础，因此它的完整性对生命的继续和良好的发展起着至关重要的作用。
不幸的是，DNA会受到外界环境和内部刺激的损伤。
损伤后的DNA如果无法及时进行修复，便会引起各种生物学问题。
这就是修复DNA的重要性所在。
DNA损伤的修复涉及多种机制，其中包括DNA修复机制。
DNA修复机制DNA修复是指受到各种损伤的DNA恢复成正常状态的过程。
在细胞内，DNA损伤的来源有很多，包括辐射、化学物质、病毒感染以及DNA自身的错误等等。
如何进行DNA的修复，是细胞在生存和发展中必须解决的问题。
每个DNA修复机制都有一个特定的任务，但它们也有很多共同点和相似之处。
1. 二重螺旋结构恢复DNA双链断裂是一种严重的损伤，它会导致DNA的丢失和基因突变。
因此，对于双链断裂损伤，细胞必须及时进行修复。
晚期末端粘合连接和同源重组两种机制是细胞用于修复DNA双链损伤的主要方式。
晚期末端粘合连接修复机制就是在DNA双链断裂后粘性末端过程中形成新的碱基配对。
这种断链重组的典型案例是免疫超变异和类癌症等情况的产生。
而同源重组是指利用同一基因座上的同一基因片段重新组合的DNA修复机制，可避免细胞死亡或基因失效的情况。
2. 碱基修复在DNA催化剂，DNA碱基遭到氧化或烷基化等化学作用会改变原有的碱基对。
碱基对错误可以导致突变或者DNA的损伤进一步累计，最终导致更严重的后果。
因此，细胞必须及时修复损坏的DNA碱基。
有不同的DNA碱基修复机制，包括直接推类碱基修复、贡献基碱基编辑和剪接、坏死修复以及核苷扭曲恢复等。
3. 核苷酸修复DNA修复机制中的核苷酸修复是用于修复DNA单链断裂的机制。
伴随着DNA链分解、DNA复制和重组过程等，细胞单链断裂是再普遍不过的了。
这时，细胞需要通过核苷酸修复进行快速修复。
《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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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
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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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47
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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48
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。
DNA损伤与修复
防止突变和癌症发生
DNA损伤可能导致基因突变， 进而引发癌症
DNA修复机制可以及时修复损 伤，防止突变积累
修复机制的缺陷可能导致突变 增加，增加癌症风险
了解DNA损伤与修复有助于预 防和治疗癌症
适应性进化
DNA损伤与修 复是生物进化 的基础，有助 于物种的适应 性和生存能力。
DNA损伤与修 复机制的突变 和变异是生物 进化的重要驱 动力，有助于 物种的多样性
激光辐射：导致DNA结构变化和 突变
添加标题
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电离辐射：直接或间接导致DNA 断裂或交联
极端温度：高温导致DNA变性， 低温引起结晶化
化学因素导致的损伤
烷化剂：导致DNA加合物的形 成
碱基类似物：与DNA碱基配对 错误
甲醛：导致DNA的交联和突变
紫外线：引发嘧啶二聚体的形 成
揭示生物进化历程： DNA损伤与修复的研究 有助于揭示生物的进化历 程，为生物多样性的研究 提供有力支持。
探索生物进化方向：通 过研究DNA损伤与修复 的机制，可以预测生物 未来的进化方向，为生 物多样性的保护提供科 学依据。
05
DNA损伤与修复的挑战和未来发展方向
损伤和修复机制的深入研究
挑战：DNA损伤的类型和复杂 性
的复杂性
挑战：寻找更 有效的修复方
法
未来发展方向： 利用基因编辑 技术治疗遗传
性疾病
未来发展方向： 开发新型药物
和治疗方法
感谢观看
汇报人：XX
阐述如何利用 DNA损伤与修复 机制开发新型抗 癌药物
介绍一些成功的 基于DNA损伤与 修复机制的抗癌 药物案例
分析未来在抗癌 药物研发中DNA 损伤与修复领域 的发展趋势和挑 战
细胞的DNA损伤与修复
揭示生命活动规律和疾病发生机制
阐明细胞周期调控与DNA损伤修复的关系
细胞周期调控机制确保DNA在复制和分裂前得到完整修复，从而维持基因组的稳定性。
揭示遗传性疾病的发生机制
基因突变或DNA损伤修复缺陷可能导致遗传性疾病的发生，如癌症、神经退行性疾病等 。
探究环境因素对DNA损伤的影响
紫外线、化学物质、辐射等环境因素可能导致DNA损伤，进而诱发疾病。
02
伦理与社会问题
关注基因隐私、基因歧视等伦理和社会问题，制定合理的 法律法规进行规范。
03
未来发展方向
深入研究DNA损伤修复的分子机制和网络调控，探索新的 治疗策略和方法；加强跨学科合作，推动基础研究与临床 应用的转化；关注新兴技术如人工智能、单细胞测序等在 DNA损伤修复研究中的应用前景。
THANKS
在DNA损伤识别过程中，可能会存在一些误差来源，如损伤感应蛋白的 误识别、信号传导途径的异常激活等。
这些误差可能会导致修复过程的不准确或延迟，从而增加细胞突变和癌 变的风险。
因此，细胞需要采取一系列措施来减少这些误差的发生，如通过冗余机 制确保损伤识别的准确性、通过负反馈机制避免信号传导途径的过度激 活等。
化学物质
许多化学物质如烷化剂、交联剂等能与DNA发生反应，导致DNA 结构改变和功能丧失。
氧化应激
细胞内活性氧物质过多可引发氧化应激反应，导致DNA氧化损伤 。
细胞周期调控在DNA修复中作用
01
细胞周期检查点
细胞周期检查点可识别DNA损伤并阻止细胞进入下一个周期阶段，为
DNA修复提供时间。
02
DNA修复与细胞周期的关系
特定DNA修复过程发生在细胞周期的特定阶段，如G1/S期、G2/M期
DNA的损伤、修复和基因突变
人一天摄入1g亚硫酸盐时不会明显危害，摄入4～6g 可造成胃肠障碍，引起剧烈腹泻。慢性中毒，可引起头 疼，肾脏障碍，红血球和血红蛋白减少等症状。
为使用多年之合法食品添加物，不仅是非常有效的酵 素抑制剂、漂白剂、抗氧化剂、还原剂及防腐剂，且价格 便宜。
亚硫酸盐广泛使用於脱水蔬菜、脱水水果、动物胶 、糖蜜、糖飴、糖渍果实、虾类、贝类、水果酒、淀 粉等產品中。
置的可逆变化，是一种互变异构提变成另种异构
体，使碱基配对发生改变，这样在复制后的子链
上就可能出现错误。
CH3 O
NT N
H H
O
Thymine
H H
N
NA N
NN
H
Adenine
H
N H
C
N
N
O
HO
H
NG
N
cytosine
H N
N
N
H
H
Guanine
H
N H
C
N
N
H
O
cytosine
H H
N
NA N
单个碱基的改变双螺旋结构的异常扭曲dnadamage自发损伤物理损伤化学损伤生物因素损伤611dna分子的自发性损伤活活性性氧氧引引起起的的诱诱变变碱碱基基丢丢失失dna聚聚合合酶酶的的打打滑滑碱碱基基脱脱氨氨基基作作用用碱碱基基之之间间的的互互变变异异构构移移位位1010dna结合蛋白和其他因素碱基突变率dna合成因素105106101102有有dna聚合酶校正无无dna聚合酶校正经过dna聚合酶校正单链结合蛋白等综合校对因素仍未被校正的dna的损伤即为dna分子的自发性损伤
6.2.4 重组修复（recombination repair）
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。
细胞核内的DNA损伤和修复机制
细胞核内的DNA损伤和修复机制细胞核内的DNA是细胞内最为重要的基因物质，对于生命的维持至关重要。
然而，DNA在生命过程中难免会遭到损伤，这些损伤通常来自于内在和外在因素的影响。
为了维持正常的基因组结构和功能，细胞内存在着一些复杂的DNA修复机制，用以保护DNA免受不良因素的影响。
DNA损伤的种类及其影响DNA损伤可分为不同的类型，包括单链断裂、双链断裂、碱基损伤、缺失、插入等。
这些损伤可引起基因组的不稳定性，影响基因的表达和调控，从而导致各种生命过程中的异常现象。
例如，如果不及时修复双链断裂，则会导致染色体的丢失、易位、复制以及逆转录等现象。
这些异常的发生将直接导致细胞的生长减缓、凋亡和肿瘤等疾病的产生。
DNA损伤和修复机制的基本流程DNA损伤和修复机制主要通过一系列特定的化学反应和酶的作用来实现。
首先，在DNA损伤产生或发现时，活性氧自由基或者其他复杂的化学物质会与DNA相互作用，导致DNA的碱基或者核糖分子被氧化或者降解。
这些反应将导致DNA链断裂，或者形成缺失或插入等形式的损伤。
当DNA损伤发生时，细胞内的一些特定的酶会被触发，开始进行修复工作。
在DNA单链断裂的修复过程中，细胞会运用漏洞填补机制使DNA单链断裂处两端相连接，修复过程结束后，损伤部位处的DNA链结构与周围的DNA链结构是完全一致的。
在DNA双链断裂的修复过程中，细胞会运用同源重组修复机制来修复断裂部位。
这种修复需要两个相同的DNA片段作为模板，从而使断裂的两端都得以修复。
此时，需要在待查的DNA链上寻找与另一个DNA上完全一致的序列，促使DNA序列重组发生，最终修复双链断裂。
DNA碱基损伤等其他形式的化学反应则需要通过细胞内特定的酶来实现反应的修复过程。
在这一过程中，酶会将已经被氧化或降解的DNA碱基移除，替换为新的碱基，使DNA链得以修复。
DNA损伤和修复机制的复杂性和多样性尽管众多的DNA损伤和修复机制已经被鉴定出来，但是受损DNA的检测和修复过程仍然十分复杂且多样性。
DNA损伤和修复专题知识
1 DNA结构发生永久性改变，即突变 2 DNA失去作为复制和/或转录模板功效
DNA损伤后果:
DNA损伤和修复专题知识
第3页
生物多样性依赖于：
DNA突变
DNA修复
平衡
DNA损伤和修复专题知识
第4页
DNA损伤DNA Damage
DNA损伤与修复 DNA Damage and Repair
第十五章
DNA损伤和修复专题知识
第1页
本章重点
１DNA损伤原因（熟悉） ２DNA损伤类型（了解） ３DNA损伤修复（掌握切除修复，其 它了解）
DNA损伤和修复专题知识
第2页
第二节
DNA损伤和修复专题知识
第14页
DNA修复：纠正DNA两条单链间错配碱基、去除DNA链上受损碱基或糖基、恢复DNA正常结构过程。是机体维持DNA结构完整性与稳定性，确保生命延续和物种稳定主要步骤。
DNA损伤和修复专题知识
第15页
一、直接修复
嘧啶二聚体直接修复 烷基化碱基直接修复 无嘌呤位点直接修复 单链断裂直接修复
DNA损伤和修复专题知识
第8页
化学原因：
自由基造成DNA损伤碱基类似物造成DNA损伤 碱基修饰剂、烷化剂造成DNA损伤 嵌入性染料造成DNA损伤
DNA损伤和修复专题知识
第9页
二、DNA损伤有各种类型
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
DNA损伤和修复专题知识
第10页
DNA损伤可造成
碱基置换缺失 插入 链断裂
DNA损伤和修复专题知识
第11页