当前课程知识点：现代生物学导论 > 第六讲 遗传的分子基础 > 6.4 DNA的突变、损伤和修复 > 6.4 DNA的突变、损伤和修复
好，在这一小节中我们讨论DNA的损伤、突变和修复
我们首先讨论突变
说到突变，大家都会联想到什么
X-战警？或者是忍者神龟
不过生物学上的突变并没有那么炫酷
突变是指核苷酸序列上的永久改变
就像图中展示的一样，核苷酸的序列可以发生一个碱基的改变
比如说从碱基T突变到碱基A
核苷酸序列也可以出现插入一个碱基或者序列中缺失一个碱基的情况
突变不仅可以改变个别核苷酸序列，也可以改变染色体的结构
比如染色体的某一区域发生重复、缺失或者是插入
那么，突变对于生物体来说有什么意义呢
我们先来打一个比方：来看图中的两句英文
第一句是：I will now do this，第二句是：I will not do this
两句英文的字母拼写只有一个字母不同，一个是w，一个是t，但是意思就完全相反了
一个是“我现在去做”，而另外一个是“我不会去做”
如果把这两句英文类比成编码正常蛋白的基因和突变的基因
一个字母的改变代表着基因中一个碱基的改变
那么句子意思的不同就代表着基因产物的不同
好，下面呢我们举一个镰刀型贫血症的例子
这种疾病是由于编码红细胞中的beta-血红蛋白的基因发生了一个碱基的突变
导致beta-血红蛋白的异常，从而导致了红细胞形态功能的异常
那么，从上面这个例子我们可以看到突变可以影响基因产物
就是我们在前面遗传学那一章学到的表型
好，我们前面讲到DNA是遗传物质
遗传物质保持代代持续传递必须要把突变率维持在低水平上
生殖细胞系中高突变率将摧毁物种，而体细胞中高突变率将摧毁个体
活细胞需要成千上万个基因正确地行使功能
每一个基因都有可能毁于发生在众多位点上的某个突变
要使后代有很好的存活机会，DNA序列必须在生殖细胞系中基本不变地进行传递
同样，如果生物成体中的体细胞中突变率太高的话
这些细胞就不能够执行其功能
比如，癌症就是因为控制细胞周期的基因受损
导致细胞无法按照可控方式进行生长和分裂而产生的
突变有3个主要来源。第一个是DNA复制的不准确性
复制DNA的酶促机制试图通过校正读码来应对核苷酸的错误插入
就像我们前面提到的
但是仍然有些错误可以逃过检测
那么就像图中展示的一样，在第一轮复制中错误插入一个碱基引入一个突变
在第二轮的复制当中，突变就永久性地插入到DNA序列中了
有一种DNA序列尤其容易发生突变，被称为DNA微卫星
指2个或多个核苷酸重复排列，而且重复序列相邻的形式，长度约2到5个碱基对
由于重复单位及重复次数不同
使其在不同种族、不同人群之间的分布就有很大的差异性
突变的第二个来源是遗传物质的化学损伤
DNA是一个复杂而且脆弱的有机分子，其化学稳定性有限
它不仅会遭受自发的损伤比如像碱基缺失
而且还遭受天然的和非天然的化合物以及辐射的攻击
这些损伤可以使DNA骨架发生断裂并且改变其碱基的化学结构
复制错误和DNA损伤有两个后果
第一个是给DNA带来永久性的改变，即突变
这可能改变基因的编码序列或者基因的调控序列
第二个，DNA的某些化学变化使得DNA不能再用作复制和转录的模板
突变的第三个来源是由于转座子的DNA元件插入引起的，我们会在后面进行讨论
好，我们前面谈到DNA的突变对于生物体的可能的有害的影响
同时需要注意的是，如果继承的遗传物质具有绝对的忠实性
将失去驱动演化所需要的基因变异
那么新的物种，包括人类都不可能出现
因此，生命和生物多样性依赖于突变与修复之间的良好平衡
DNA修复是细胞中经常运行的一种进程
它使基因组免受损伤和突变，因此对细胞的生存是很重要的
在人的细胞当中，一般的代谢活动和环境因素（比如紫外线和放射线）都能够造成DNA损伤
导致每个细胞每天多达1,000,000次的分子损害
这些损害给DNA分子造成结构上的破坏，从而引发细胞中潜在的有害的突变
进而影响细胞的一系列正常活动
因此，DNA修复必须要经常运行，快速地改变DNA结构上的任何错误之处
现存细胞內的DNA修复机制中，由DNA损伤断裂的程度可以分为2种类型
一种是单链损害，另一种是DNA双链断裂
前者的修复机制通常需要借助其对应的互补链为模板
而后者则是从同源染色体序列或姊妹染色单体来寻求支援
下面我们以大肠杆菌为例讨论DNA修复系统中的一种修复方式
核苷酸切除修复
在大肠杆菌中的核苷酸切除修复是通过一系列Uvr蛋白来完成的
首先，UvrA和UvrB组成复合体扫描DNA，识别双螺旋形状上的扭曲
一旦遇到扭曲，复合体将停下来，UvrA退出复合体
UvrB停在受损部位，然后，UvrB募集UvrC
UvrC在受损部位的两侧分别产生两个缺口
DNA解旋酶UvrD将单链片段从双螺旋上释放出来
然后UvrB，UvrC和UvrD从DNA链上解离下来
DNA聚合酶和连接酶对缺口进行修复和填补
-1.1 生物学的基本主题
-1.2 科学方法
--1.2 科学方法
-1.3 如何正确地评价科学结果
-1.4 施一公老师和不同院系本科生座谈（上）
-1.5 施一公老师和不同院系本科生座谈（下）
-课前小短片
--课前短片
-2.1 元素和化学键
-2.2 水和生命
--2.2 水和生命
-2.3 碳和生命的分子多样性
-2.4 大生物分子
-2.5 营养以及身体健康
-第二讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-3.1 细胞的结构和功能
-3.2 细胞膜和跨膜运输
-3.3 细胞间交流
-3.4 细胞分裂和细胞周期
-3.5 癌症与细胞分裂
-第三讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-4.1 热动力学和代谢
-4.2 自由能和代谢
-4.3 ATP的工作原理
-4.4 活化能和酶
-4.5 酶的反应特性和酶的调控
-4.6 细胞呼吸
--4.6 细胞呼吸
-4.7 光合作用
--4.7 光合作用
-第四讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-5.1 减数分裂和生命周期
-5.2 孟德尔遗传学
-5.3 孟德尔遗传学的延伸
-5.4 基因连锁和染色体互换
-5.5 伴性遗传
--5.5 伴性遗传
-5.6 非孟德尔遗传
-5.7 人类遗传学疾病及诊断
-第五讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-6.1 DNA是遗传物质
-6.2 DNA结构和染色体结构
-6.3 DNA的复制
-6.4 DNA的突变、损伤和修复
-6.5 DNA重组
-第六讲 遗传的分子基础--第六讲小测验
-课前小短片
--课前小短片
-7.1 基因表达综述
-7.2 基因表达的具体步骤
-7.3 突变和表型
-7.4 基因表达调控的特点
-7.5 原核生物的基因表达调控
-7.6 真核生物的基因表达调控
-7.7 表观遗传
--7.7 表观遗传
-第七节小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-8.1 重组DNA
-8.2 电泳技术、PCR和DNA测序
-8.3 转基因动物、克隆动物和干细胞研究
-8.4 转基因植物
-8.5 DNA技术的应用
-8.6 生物的信息时代
-8.7 新药研发的基本过程
-第八章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-9.1 演化理论的介绍
-9.2 演化的证据
-9.3 Hardy-Weinberg定律
-9.4 改变种群中等位基因频率的机制
-9.5 自然选择
--9.5 自然选择
-9.6 物种的形成
-9.7 地球上生命的历史
-第九章小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-10.1 动物的结构与功能
-10.2 反馈调节
-10.3 植物的结构和生长
-10.4 植物的营养和运输
-第十讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-11.1 病原体
--11.1 病原体
-11.2 免疫系统介绍
-11.3 先天性免疫
-11.4 适应性免疫中的受体识别
-11.5 体液免疫和细胞免疫
-11.6 免疫系统疾病
-11.7 免疫知识的应用
-第十一讲 免疫系统--第十一讲小测验
-12.1 神经元的结构和功能
-12.2 静息电位和动作电位
-12.3 突触传导和神经递质
-12.4 神经系统的组成
-12.5 脑的结构和功能
-12.6 神经系统疾病
-第十二章小测验--作业
-13.1 激素的介绍
-13.2 内分泌系统
-13.3 动物的生殖---配子的形成
-13.4 动物的生殖---激素调节动物生殖
-13.5 动物的生殖---胚胎在子宫中的发育
-13.6 动物发育(1)
-13.7 动物发育(2)
-13.8 动物发育(3)
-第十三讲小测验--作业
-14.1 生态学的基本内容
-14.2 种群生态学
-14.3 种群间的相互作用
-14.4 生态系统
-14.5 生态系统中的物质循环
-14.6 生物多样性和物种
