当前课程知识点：分子生物学 > 第九章 突变及修复 > 9.2 突变的后果及修复 > 9.2 DNA修复
同学们好
上一次课我们讲了突变概述
这节课我们来讲一下
第二部分DNA的修复
根据DNA的损伤及修复情况
DNA修复可以分为以下七种修复系统
下面我们逐一讲解
一是错配修复
DNA在复制过程中如果发生错配
就要求按照“保存母链
修正子链”的原则进行修复
那我们如何区分母链和子链呢？
这就要求对母链进行标识
Dam甲基化酶可使母链
位于5’端GATC序列中
腺苷酸A进行甲基化
并且甲基化紧随DNA复制之后
当DNA复制发生错配时
可根据复制叉上DNA甲基化程度
切除尚未甲基化子链上的错配碱基
这个是错配修复的示意图
首先 MutS识别错配碱基
在水解ATP的作用下
MutS MutL与碱基错配点的DNA双链结合
形成三重聚合物
招募MutH （核酸内切酶）
MutS-MutL复合物在DNA双链上移动
会发现甲基化DNA 发现以后
由MutH切开非甲基化的子链
再根据错配碱基与切口的相对位置
启动两条修复途径
两者的区别仅在于所用的DNA外切酶不同
当错配碱基位于切口3’下游端时
所用的外切酶是DNA外切酶VI或RecJ核酸酶
是从3’向5’方向切除DNA
当错配碱基位于切口5’上游端时
所用的外切酶是DNA外切酶I或X
是从5’向3’方向切除DNA
两者都是在MutS-MutL复合物
DNA解链酶II DNA外切酶的共同作用下
从错配碱基开始切除单链DNA
直到原切口
并在DNA聚合酶III和SSB的作用下
重新合成新的子链片段
最后由DNA连接酶补齐切口
二是碱基切除修复
一些碱基在自发或突变下会发生脱氨基反应
改变其配对性质 从而造成置换突变
如腺嘌呤A脱氨后变为次黄嘌呤I
与胞嘧啶C配对
胞嘧啶C脱氨后变为尿嘧啶U
与腺嘌呤A配对
细胞中有不同类型的糖苷水解酶
能特异性切除受损核苷酸上的N-β糖苷键
在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点
统称为AP位点
某一类糖苷水解酶
一般只对应于某一特定类型的损伤
比如尿嘧啶糖苷水解酶可特异性识别
DNA中胞嘧啶自发脱氨形成的尿嘧啶
而不会水解RNA分子中尿嘧啶上的N-β糖苷键
DNA分子中一旦产生了AP位点
AP内切酶就会把受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开
并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段
由DNA聚合酶I合成新的片段
最终由DNA连接酶
把两者连成新的被修复的DNA链
把两者连成新的被修复的DNA链
这是尿嘧啶的切除修复示意图
尿嘧啶-DNA糖苷酶特异性
切除DNA链上的尿嘧啶 形成AP位点
AP内切酶把受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开
分别进行短修补和长修补
短修补是主要途径
只需合成属于AP位点的1个正常的核苷酸
长修补是次要途径
需要合成1小段的寡聚核苷酸
最后都是由DNA连接酶把两者连成新的DNA链
这是真核细胞的碱基切除修复示意图
修复过程跟原核一样
只是所用的酶有所不同
三是核苷酸切除修复
大致过程包括识别
切除
重新合成
和补平切口四部曲
这是核苷酸切除修复示意图
左边是大肠杆菌细胞 右边是人类细胞
首先由特异核酸内切酶识别到损伤位点
然后由DNA切割酶
在受损伤核苷酸的两端切开磷酸糖苷键
移去不同大小的片段
大肠杆菌大概移去13个核苷大小的片段
人类细胞大概移去29个核苷大小的片段
然后由DNA 聚合酶以未损伤链为模板
复制合成新的片段
最后由DNA连接酶将切口补平
我们刚刚讲了碱基切除修复和核苷酸切除修复
那两者有什么异同呢？
我们首先看一下相同之处
两者都是先切除损伤的碱基或核苷酸
再重新合成正常的碱基或核苷酸
最后 由连接酶连接
将原来的切口缝合
这是相同的
它们的不同之处在于
两者识别损伤的机制不同
前者直接识别具体的受损碱基
后者并不识别具体的受损核苷酸
而是识别损伤对DNA双螺旋结构造成的扭曲
四是双链断裂修复
当DNA发生双链断裂时
可通过同源重组修复
和非同源未端连接进行修复
同源重组修复
是利用细胞内同源染色体对应的DNA序列
作为修复的模板进行DNA修复的过程
是一种高保真的修复方式
非同源末端连接修复（NHEJ）
是当细胞内无同源DNA的情况下
让断裂末端直接相互连接的修复过程
是一种易错的修复方式
这是DNA双链断裂同源重组修复示意图
DNA双链断裂
在特定蛋白和酶的作用下
先对损伤位点进行加工处理
在3’未端形成核蛋白丝
在RAD蛋白的协助下搜索同源序列
入侵同源染色体相对应的DNA
以同源的DNA为模板进行复制
最后通过连接酶把两段DNA连接起来
这是一种高保真的修复
这是哺乳动物细胞DNA双链断裂的
非同源末端连接修复
DNA双链断裂
高度保守的蛋白家族Ku结合到DNA断裂处
招募依赖于DNA的蛋白激酶
断裂未端被并置在一起
然后通过核酸酶 DNA聚合酶的加工
最后由XRCC4（X光修复交叉互补蛋白4）
和DNA连接酶IV将未端连接起来
这是一种易错修复
五是DNA的直接修复
包括嘧啶二聚体的直接修复
和烷基化碱基的直接修复
上图是紫外照射诱发形成的
环丁烷胸腺嘧啶二体和6-4光化物
DNA光解酶可直接识别和结合嘧啶二聚体
并利用辅基捕捉到的光能
将嘧啶二聚体直接打开 恢复为单体
下图是甲基转移酶
可使O6-甲基鸟嘌呤核苷酸脱甲基
直接恢复为鸟嘌呤核苷酸
六是跨损伤合成
跨损伤合成是一类复制后修复
当遇到较严重DNA损伤时
复制机器必须越过损伤
以防止复制叉的崩塌
机体必须启动跨损伤合成系统
并忽略已存在的损伤
跨损伤合成由一个独特的
但分布广泛的DNA聚合酶家族所催化
这些独特的DNA聚合酶为模板依赖性
但在掺入核苷酸时却不依赖于碱基配对
具有高度的易错性
但避免了染色体不完全复制的更坏后果
这是大肠杆菌DNA的跨损伤合成示意图
当细胞发生较强烈DNA损伤时
形成较多的嘧啶二聚体时
大肠杆菌的DNA聚合酶IV和V得到表达
这些独特的DNA聚合酶
取代正常的DNA聚合酶
让暂停的复制继续
但复制具有高度的易错性 易引入突变
最后一种是SOS修复
SOS修复是指细胞在受到潜在致死性压力下做出的
有利于细胞生存的应急反应
SOS修复广泛存在于原核生物和真核生物中
包括易错的跨损伤合成
切除修复的激活等
涉及到近20个“sos”基因的表达
整个反应受到LexA 阻遏蛋白
和RecA激活蛋白的共同调节
这是大肠杆菌的SOS反应示意图
当大肠杆菌处于紧急状态时
DNA严重受损
会形成一些DNA单链
本底水平的RecA激活蛋白被激活
具有蛋白酶的活性
可以特异性切割LexA 阻遏蛋白
使其失去阻遏活性
受其阻遏的许多sos效应基因开放表达
表达产物如上述的DNA聚合酶IV和V
可以完成对DNA的跨损伤修复
好 这节课我们讲到这里
要求同学们熟练掌握7种DNA的修复机理
我们下次课再见
-1.1 a brief history of molecular biology
--分子生物学的历史
-2.1 生物大分子
-2.2 生物大分子复合物
-第二章单元测试
-3.1 核酸的结构
-3.2 核酸的理化性质
-3.3 染色体的结构
-3.4 基因，基因组及人类基因组的特点
-第三单元测试
-4.1 the discovery of genetic material
--4.1 遗传物质的发现the discovery of genetic material
-4.2 半保留复制的过程和特点
-4.3 几种特殊的复制形式
-4.4 随机复制对半保留复制的补充
-第四章单元测试
-5.1 转录的起始及RNA聚合酶
-5.2 启动子的特点及转录因子
-5.3 转录的延伸和终止
-5.4 转录后的加工
-第五章单元测试
-6.1 遗传密码子的破解和密码子的“简并性”
-6.2 tRNA的结构特点
-6.3 核糖体的结构特点
-6.4 蛋白质的翻译过程
-6.5 蛋白质的翻译后修饰
-6.6 mRNA在细胞内的非随机分布与翻译
-第六章单元测试
-7.1 氨基酸与蛋白质
-7.2 蛋白质的四级结构
--蛋白质的四级结构
-7.3 蛋白质的理化性质
--蛋白质的理化性质
-7.4 蛋白质的结构域，蛋白质家族及种系进化分析
-第七章单元测试
-8.1 操纵子模式及原核基因表达的调控
-8.2 真核基因表达转录和转录后水平的调控
-第八章单元测试
-9.1 突变概述
--9.1 突变概述
-9.2 突变的后果及修复
-9.3 人工突变，表型筛选及育种
--9.3 诱突育种
-第九章单元测试
-10.1 DNA指纹与个体识别
-10.2 基因编辑与伦理
-第十章单元测试
