一、DNA 分子的自发性损伤( 一)DNA 复制产生误差如大肠杆菌碱基配对的错误率为10-1-10-2  DNA 聚合酶校正后错误率为10-5-10-6  复制后经校正系统校正，错配率为10-9 左右（二）DNA 的自发性化学变化1.  碱基的异构互变DNA 分子中的4 种碱基各自的异构体间都可以自发地相互变化( 例如酮式- 烯醇式或氨基- 亚氨基之间的结构互变) ，使配对碱基间的氢键改变。2. 碱基的脱氨基作用碱基的环外氨基有时会自发脱落，从而胞嘧啶(C) 变成尿嘧啶(U) ，腺嘌呤(A) 变成次黄嘌呤(H) 、鸟嘌呤（G ）变成黄嘌呤(X) 等。复制时,U 与A 配对、H 与C 配对就会导致子代DNA 序列的错误变化。3 ．脱嘌呤与脱嘧啶即碱基脱落，是指从DNA 上丢失了嘌呤或嘧啶，形成无碱基位点，称为AP 部位（apurine,apyrimidine site, AP ）。复制时可以插入任何核苷酸。脱落碱基后的脱氧核糖3’端的磷酸二酯键易被水解，造成DNA 链断裂。在哺乳动物细胞基因组中，每天每个细胞因N- 糖苷键自发水解约丢失10 000 个嘌呤碱基和200 个嘧啶碱基。4 ．碱基修饰与链断裂细胞在正常生理活动中产生的活性氧会造成DNA 损伤，产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物，还可引起DNA 单链断裂等损伤。每个哺乳类细胞每天DNA 单链断裂发生的频率约为五万次。二、物理因素引起的DNA 损伤( 二) 电离辐射引起的DNA 损伤直接效应：DNA 直接吸收射线能量而遭损伤；间接效应：DNA 周围其他分子( 主要是水分子) 吸收射线能量而产生具有很高反应活性的自由基，进而损伤DNA 。　三、化学因素引起的DNA 损伤四、DNA 损伤的后果错配修复错配修复错配修复( 大肠杆菌)  4 ．直接插入嘌呤DNA 链上嘌呤的脱落造成无嘌呤位点，能被DNA 嘌呤插入酶(insertase) 识别结合，催化游离的嘌呤碱基与DNA 无嘌呤部位形成糖苷键。且催化插入的碱基有高度专一性、与另一条链上的碱基严格配对，使DNA 完全恢复。GG-NER 和TC-NER 的共同修复通路五、重组修复同源重组修复DNA 双链断裂（人类）非同源末端连接修复DNA 双链断裂（人类）2. 光分解酶( 光复活酶) 直接修复二聚体形成嘧啶二聚体光复活酶结合于损伤部位酶被可见光激活修复后释放酶3. 直接修复烷基化碱基O6- 甲基鸟嘌呤甲基转移酶三、碱基切除修复（base excision repair ，BER ）指切除和替换由内源性化学物作用产生的DNA 碱基损伤, 是切除修复的一种。受损碱基移除是由多个酶来完成的。主要针对DNA 单链断裂和小的碱基改变及氧化性损伤。碱基切除修复四、核苷酸切除修复（nucleotide excision repair ）体内识别DNA 损伤最多的修复通路主要修复可影响碱基配对而扭曲双螺旋结构的DNA 损伤，修复时切除含有损伤碱基的那一段DNA 。核苷酸切除修复( 大肠杆菌) UvrA: 识别损伤部位UvrB: 解旋双链，3’末端内切紫外线诱导uvrA 、uvrB 、uvrC 和uvrD 四种基因表达UvrC: 5’末端内切UvrD: 解旋酶核苷酸切除修复( 基因组修复–以人为例) 核苷酸切除修复( 转录偶联修复- 以人为例) 大肠杆菌重组修复根据DNA 末端连接需要的同源性，分为同源重组修复：需要多种蛋白参与, 在S/G2 期起主要作用。非同源末端连接：DNA 分子之间不需要广泛的同源性，在G1/G0 期起主要作用。* 第六章DNA 损伤与修复 DNA damage and repair 曾海涛中南大学生物科学与技术学院分子生物学研究中心哺乳动物细胞DNA损伤的发生频率DNA 损伤类型次· 细胞- 1 · 天–1 单链损伤55 000 脱嘌呤10 000 脱嘧啶200 O6 甲基鸟嘌呤3 100 胞嘧啶脱氨基200 胸腺嘧啶乙二醇270 胸苷乙二醇70 第一节DNA 损伤的原因及后果电离辐射氧自由基烷化剂复制错误碱基类似物紫外线模板核酸外切酶活性DNA 聚合酶Ⅰ错配碱基碱基的互变异构效应碱基T 和G 能够以酮式或烯醇式两种互变异构的状态出现碱基C 和A 能够以氨基式或亚氨基式两种互变状态出现一般生理条件下，碱基互变平衡反应倾向于酮式或氨基式，故A:T 和C G 碱基配对互变异构效应引起不正常的碱基配对稀有形式常见形式( 一) 紫外线照射引起的DNA 损伤同一条DNA 链相邻嘧啶以共价键连成二聚体(T-T 、C-T 、C-C) ，导致复制不能进行。胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶- 胞嘧啶二聚体电离辐射引起DNA 损伤的机理间接作用直接作用电离辐射引起DNA 损伤的类型产生·OH 自由基，导致碱基变化脱氧核糖分解DNA 链断裂交联包括DNA 链交联和DNA- 蛋白质交联( 一) 烷化剂对DNA 的损伤　　1 ．碱基烷基化2. 碱基脱落　　3 ．断链4. 交联鸟嘌呤胞嘧啶O6- 乙基鸟嘌呤胸腺嘧啶碱基烷基化碱基烷基化　　烷化剂很容易将烷基加到DNA 链中嘌呤或嘧啶的N 或O 上, 烷基化的嘌呤碱基配对会发生变化。双功能基烷化剂，化学武器氮芥、硫芥等抗癌药物如环磷酰胺、苯丁酸氮芥、丝裂霉素等致癌物如二乙基亚硝胺等同时使两个位点烷基化5-BrdU （5-BrdU-A ；5-BrdU-G ）酮式烯醇式( 二) 　碱基类似物、修饰剂对DNA 的损伤　　亚硝酸盐能使胞嘧啶脱氨基变成尿嘧啶（C→U ）羟胺能使胸腺嘧啶脱甲基变成胞嘧啶（T→C ）黄曲霉素B (G→T)  1. 点突变(point mutation)  2. 缺失(deletion)  3. 插入(insertion)  4. 倒位或转位(transposition)  5. DNA 断裂(DNA break) 第二节DNA 修复主要类型: 错配修复直接修复光裂合酶修复切除修复重组修复跨损伤修复(SOS 修复)  一、错配修复错配修复可校正DNA 复制和重组过程中发生的碱基错配。错配的碱基可被错配修复酶识别后进行修复。1. E.coli错配修复机制错配修复系统组成（Mismatch repair system ）DNA 腺嘌呤甲基化酶(m6A 甲基化酶) 解旋酶Helicase 、SSB 、外切核酸酶(Ⅰ、Ⅶ、X 和RecJ) 、DNA polymerase Ⅲ、连接酶MCE (mismatch correct enzyme) 3 subunits mut S, L, H 扫描新生链中错配碱基识别新生链中非m6A 的GATC 序列酶切含错配碱基的DNA 区段( 大肠杆菌) Mis-paired bases 2. 真核细胞错配修复机制二. 直接修复1. 单链断裂修复DNA 单链断裂是损伤的一种常见形式，可以通过DNA 连接酶的重接而修复。*