第13章  DNA损伤与修复

一、教学目的

学习DNA损伤的诱发因素和类型，DNA损伤的修复方式，了解DNA损伤和修复的意义。

二、教学要求

（一）掌握DNA损伤的概念，紫外线损伤的机制。

（二）掌握DNA损伤的修复方式，包括直接修复、切除修复、重组修复等。

（三）熟悉DNA损伤的类型，移码突变的概念。

（四）熟悉DNA损伤修复的概念。

（五）了解DNA损伤的诱发因素，转换，颠换概念。

（六）了解DNA损伤和修复的意义。

三、教学内容

（一）DNA损伤：损伤的意义、引发损伤的因素、损伤的分子改变类型。

（二）DNA损伤的修复：DNA损伤的修复方式。

（三）DNA损伤和修复的意义。

二、名词解释
1.DNA repair
 DNA修复:是对已发生分子改变的补偿措施,使其恢复为原有的天然状态。即纠正DNA两条单链间错配的碱基、清除DNA链上受损的碱基或糖基、修补DNA断裂,恢复DNA正常结构的过程。常见的DNA损伤修复途径包括直接修复、切除修复、重组修复和损伤跨越修复等。

2.nucleotide excision repair

 核苷酸切除修复:是DNA切除修复的一种。在一系列酶的作用下,识别DNA损伤部位,并将DNA分子中受损伤部分切除。再以完好的那条链为模板,在DNA聚合酶作用下,合成一段新的DNA,填补缺损区;最后由连接酶连接,完成损伤修复,使DNA恢复原来的正常结构。

3. mismatch repair

 错配修复:碱基切除修复的一种特殊形式,主要修复非 Watson-Crick碱基配对,包括复制与重组中出现的碱基错配、碱基损伤导致的错配、碱基插入和碱基缺失。

4. base excision repair

 碱基切除修复:指依赖于DNA糖基化酶的修复。DNA糖基化酶特异识别受损碱基并将其水解去除,产生无碱基位点,核酸内切酶就会把受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开,并移去剩余的磷酸核糖部分,再由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,这一简要过程为:识别水解→切除→合成→连接。

5.  recombination  repair

 重组修复:是指依靠重组酶系,将另段未受损伤的DNA移到损伤部位,提供正确的模板,进行修复的过程。通常是当DNA严重损伤致双链断裂时,需要重组修复。依据机制的不同,重组修复可分为同源重组修复和非同源末端连接重组修复。

6. pyrimidine dimer

 嘧啶二聚体:紫外线造成DNA的损伤时,将DNA分子中的胸腺嘧啶以环丁基环形成二聚体,称为胸腺嘧啶二聚体。

三、填空题
1.DNA损伤的直接修复类型有               、                 、                 、和                  。 
答案：1.嘧啶二聚体的直接修复；烷基化碱基的直接修复；无嘌呤位点的直接修复；
单链断裂的直接修复；

2.依据修复机制的不同,重组修复可分为               和                           。
答案：同源重组修复；非同源末端连接重组修复；

3.生物界最普遍、最重要的一种DNA修复方式是             ，包括                 、

                     和                  3种形式。
答案：切除修复；碱基切除修复；核苷酸切除修复；碱基错配修复；

4.DNA损伤的化学因素中,亚硝酸能使碱基           ，可使胞嘧啶脱氨基成为          ，腺嘌呤脱氨基成为              。
答案：脱氨基；尿嘧啶；次黄嘌呤；

四、简答题
1.DNA损伤修复的主要方式有哪些?其中最重要的修复方式是怎样的修复机制？
 答：主要的修复方式有直接修复、切除修复、重组修复和损伤跨越修复等。其中切除修复是细胞内最重要的修复方式,包括核苷酸切除修复、碱基切除修复、错配切除修复。它通过切除损伤部位,剩下空隙由DNA聚合酶催化dNTP聚合而填补,最后由DNA连接酶接合裂隙。切除损伤在原核生物需Uvr蛋白类,真核生物需XP蛋白类。

2.试列举导致DNA损伤的因素。
答：DNA损伤可分为体内因素与体外因素。

体内因素包括以下三种。
(1)DNA复制错误:①碱基错配;②片段的缺失或插入。
(2)DNA自身的不稳定性。
(3)代谢过程中产生的活性氧。
体外因素包括:物理因素、化学因素及生物因素等。物理因素有电离辐射和非电离辐射;化学因素主要包括自由基、碱基类似物、碱基修饰物和嵌入染料等;生物因素主要有病毒、黄曲霉素等。

3.简述DNA损伤常见的修复机制及其修复对象。
 答：见下表。

DNA损伤常见的修复机制及其修复对象

五、论述题
试述点突变和框移突变定义,举例说明其与疾病的关系。

答案：答：点突变即碱基错配,指DNA链上的碱基被其他碱基置换,如果点突变发生在基因的编码区域,可能会导致氨基酸的改变进而由于一个氨基酸的改变,影响蛋白的表达及功能。例如镰刀形红细胞贫血,就是由于血红蛋白β链第六位谷氨酸由于发生了点突变,变成了疏水的缬氨酸,点突变导致的氨基酸改变影响了血红蛋白的结构,进而导致血红蛋白易于聚集、红细胞的形态改变,变成特有的镰刀状。镰状细胞黏附于血管壁阻碍血液流动,导致贫血、组织器官损伤。但有时,点突变不一定造成氨基酸的改变或非关键氨基酸改变,此时将不造成蛋白质功能的改变。框移突变是由缺失或插入(核苷酸)的突变,引起转录出的mRNA读码框不按原有的三联体密码次序进行阅读,而按新的阅读顺序,导致氨基酸排列顺序发生改变。其影响不限于突变点上的个别氨基酸,而是整条肤链的氨基酸序列变更,进而导致翻译出不是原来应有的(称为野生型)蛋白质,临床上有些病人缺乏某种蛋白质,其中,部分的原因可能是框移突变引起的。