烷化剂有两类:
单功能基烷化剂，如甲基甲烷碘酸，只能使一个位点烷基 化；

双功能基烷化剂，化学武器如氮芥、硫芥等，一些抗癌药 物如环磷酰胺、苯丁酸氮芥、丝裂霉素等，某些致癌物如 二乙基亚硝胺等均属此类，其两个功能基可同时使两处烷 基化，结果就能造成DNA链内、DNA链间，以及DNA与 蛋白质间的交联。

G C
O-6-E-G T
A T
T A
O-4-E-T G
C G
b.碱基脱落
烷化鸟嘌呤的糖苷键不稳定，容易脱落形成DNA上无碱基
的位点，复制时可以插入任何核苷酸，造成序列的改变。 c.断链
DNA链的磷酸二酯键上的氧也容易被烷化，形成不稳定的
磷酸三酯键，易在糖与磷酸间发生水解，使DNA链断裂。
d.交联
3.化学因素引起的DNA损伤

突变剂或致癌剂对DNA的作用。
3.1 烷化剂对DNA的损伤

是一类亲电子的化合物，很容易与生物体中大分子的亲核 位点起反应。 烷化剂的作用可使DNA发生各种类型的损伤：

a.碱基烷基化

烷化剂如甲基黄酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基黄酸甲脂 （MMS）,亚硝基胍（NG）等，它们的作用是使碱基烷基化， 将烷基加到DNA链中嘌呤或嘧啶的N或O上； EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷化，结果产生的O6-E-G和 O-4-E-T分别和T、G配对，导致G∶C对转换成 A∶T对；T∶A对转换成C∶G


d.碱基修饰与链断裂

细胞呼吸的副产物O2、H2O2等会造成DNA损伤，能产生 胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物，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5万次。 包括DNA的甲基化在内的结构的其他变化等，这些损伤 的积累可能导致老化。

2. 物理因素引起的DNA损伤
第十章 DNA的损伤修复 与疾病
第一节 DNA损伤 第二节 DNA修复 第三节 DNA损伤修复障碍所致疾病

第一节 DNA的损伤

DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，因此维 护DNA分子的完整性对细胞至关重要。
在细胞中能进行修复的生物大分子也就只有DNA。


在生物进化中突变又是与遗传相对立统一而普遍存在的现 象。
NH 2 H N Deamination H N Cytosine O H N Uracil O H N O H
Fig. 21- Deamination of cytosine to uracil.
c.脱嘌呤（depurination）与脱嘧啶

自发的水解可使嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱 落下来。 一个哺乳类细胞37℃，20h内DNA链自发脱落的嘌呤约 1000个、嘧啶约500个， 长寿命不复制繁殖的哺乳类细胞(如神经细胞)在整个生活期 间自发脱嘌呤数约为108，约占细胞DNA中总嘌呤数的3%。
A T
A BUK
酮式
G BUE
烯醇式
G C
A
2AP
2AP*
G
T
A BUK
酮式
G BUE
烯醇式
G C
A T
2AP T
2AP* C
G C
其它诱发突变的化学物质或致癌剂：

例如亚硝酸盐能使C脱氨变成U，经过复制就可使 DNA上的G-C变成A-T； 羟胺能使T变成C，结果是A-T改成C-G； 黄曲霉素B也能专一攻击DNA上的碱基导致序列
腺嘌呤的稀有互变异体与胞嘧啶 胸腺嘧啶的稀有互变异构体与鸟嘌呤 异构体间自发地相互变化形成导致下一世代中G－C配对取代A－T配对。
b.碱基的脱氨基(deamination)作用

碱基的环外氨基有时会自发脱落，从而胞嘧啶会变成尿嘧 啶、腺嘌呤会变成次黄嘌呤(H)、鸟嘌呤会变成黄嘌呤(X)等。

胞嘧啶自发脱氨基的频率约为每个细胞每天190个。
1.自发性损伤 1.1 DNA复制中的错误

碱基配对的错误频率约为10-4-10-5； DNA聚合酶本身具有校对作用：将不正确插入的核苷酸 切除掉，重新加上正确的核苷酸。这样，每掺入一个核苷 酸，发生错误的机会有10-8-10-10。
1.2 碱基的自发性化学变化
a. 碱基的异构互变

DNA中的4种碱基各自的异构体间自发地相互变化(例如烯 醇式与酮式碱基间的互变)，使碱基配对间的氢键改变。

2.2 电离辐射引起的DNA损伤

直接效应是DNA直接吸收射线能量而遭损伤， 间接效应是指DNA周围其他分子(主要是水分子)吸收射线 能量产生具有很高反应活性的自由基进而损伤DNA。 电离辐射可导致DNA分子的多种变化：

a.碱基变化

主要是由OH-自由基引起，包括DNA链上的碱基氧化修饰、 过氧化物的形成、碱基环的破坏和脱落等。
一般嘧啶比嘌呤更敏感。

b.脱氧核糖变化

脱氧核糖上的每个碳原子和羟基上的氢都能与OH-反应，导 致脱氧核糖分解，引起DNA链断裂。
c.DNA链断裂

射线的直接和间接作用都可能使脱氧核糖破坏或磷酸二酯键 断开。 单链断裂(single strand broken)， 双链断裂(double strand broken)。
2.1 紫外线引起的DNA损伤

紫外线照射，同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连成二 聚体，相邻的两个T、或两个C、或C与T间都可以环丁基环 (cyclobutane ring)连成二聚体。
胸腺嘧啶 残基间形 成二聚体
图
胸腺嘧啶二聚体的形成

人皮肤因受紫外线照射而形成二聚体的频率可达每小时 5×104/细胞，只局限在皮肤中。 微生物受紫外线照射后，会影响其生存。 紫外线照射还能引起DNA链断裂等损伤。
图3
氮芥引起DNA (a)交联附近的总图；(b)交联部分结构图
3.2 碱基类似物对DNA的损伤 人工合成的一些碱基类似物，用作促突变剂或抗癌药物， 如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-氟尿嘧啶(5-FU)、2-氨基腺嘌呤 (2-AP)等。 其结构与正常的碱基相似，进入细胞能替代正常的碱基参 入到DNA链中而干扰DNA复制合成。


单链断裂发生频率为双链断裂的10-20倍，但比较容易修复； 对单倍体细胞来说(如细菌)一次双链断裂就是致死事件。
d.交联

DNA链交联：同一条DNA链上或两条DNA链上的碱基
间可以共价键结合，

DNA-蛋白质交联：组蛋白、染色质中的非组蛋白、
调控蛋白、与复制和转录有关的酶都会与DNA共价键连 接。