活性氧
自 发 性
紫外线 电离辐射
烷化剂 碱基类似物
修饰剂
物
化
理
学
因
因
素
素
DNA
病原生物基因的整合
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一、DNA分子的自发性损伤
(一)DNA复制产生误差
模板
错配碱基
核酸外切酶活性
DNA聚合酶Ⅰ
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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
体内识别 DNA 损伤最多的修复通路。 不识别任何特殊的碱基损伤，而是识别 双螺旋形状的改变；修复时切除含有损伤 碱基的那一段 DNA。
在含有错配碱基的DNA分子中，使正常核 苷酸序列恢复的修复方式。
过程：识别出不正确的链，切除掉不正确链的 部分，然后通过DNA聚合酶和DNA连接酶的作 用，合成正确配对的双链DNA。
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遗传性非息肉型结肠癌（hereditary non polyposis colorectal cancer，HNPCC）
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二、物理因素引起的DNA损伤
(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。
•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 •紫外线不能穿透皮肤，因此损伤只局限在皮肤中 •紫外线照射还能引起DNA链断裂等损伤
• 黄曲霉素B1 (G→T)
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损伤原因
自发性
物理因素
化学因素
各种DNA损伤
损伤程度
可修复的损伤
不可逆的损伤
细ห้องสมุดไป่ตู้反应
激活存活反应网络 细胞周期阻滞、修复
突变、染色体畸变
激活凋亡途径
细胞后果
细胞存活
细胞恶性转化
细胞死亡
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第二节 DNA修复(DNA repair)
DNA修复是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可 能使DNA结构恢复原样，重新执行原来的功能，但有时并非能 完全消除DNA的损伤，只是使细胞能够耐受这种DNA的损伤而 能继续生存。
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一、错配修复(mismatch repair)
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。
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错配修复
(大肠杆菌)
Mis-paired bases
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错配修复(大肠杆菌)
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2. 真核细胞错配修复机制
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错配修复（mismatch repair）：
A与C T与G
稀有形式
常见形式
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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)。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。
(C)
(U)
(A)
(H)
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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）。
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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
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3. 直接修复烷基化碱基
O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶 O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶通过将甲基从O6甲基鸟嘌呤转移到自身的半胱氨酸残基上来修 复DNA。
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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。
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胸腺嘧啶二聚体
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(二)电离辐射引起的DNA损 直接伤效应：
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。
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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
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• 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。
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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。
• HNPCC的临床特征 • 发病早 (-45 岁) • 肿瘤好发部位：结肠
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HNPCC与DNA的错配修复基因突变有关 MSH2, MSH6, PMS1 ， MLH1, MSH3, PMS2.
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二、直接修复
1. 单链断裂修复
在 DNA 5’-P 端和 3’-OH端未受损伤的情况下，连接酶能够直接 修复DNA的断裂口。
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（二）DNA的自发性化学变化 1. 碱基的异构互变
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 与T和C 与G碱基配对
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… ‥
互变异构效应 引起不正常的 碱基配对 A与T C与G
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三、化学因素引起的DNA损伤
(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
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(二)碱基类似物、修饰剂对DNA的改变
• 5-BrdU （ 5-BrdU-A； 5-BrdU-G）
酮式
烯醇式
• 亚硝酸盐能使C脱氨基变成U （C→U）
• 羟胺能使T脱甲基变成C （T→C）
损伤和修复课件
哺乳动物细胞DNA损伤的发生频率
DNA损伤类型 单链损伤 脱嘌呤 脱嘧啶 O6甲基鸟嘌呤 胞嘧啶脱氨基 胸腺嘧啶乙二醇 胸苷乙二醇
次·细胞- 1 ·天 – 1 55 000 10 000 200 3 100 200 270 70
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第一节 DNA损伤的原因及后果
复制错误 碱基脱落或部分脱落
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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。
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。
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碱基切除修复
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四、核苷酸切除修复
（nucleotide excision repair，NER）