的损伤和突变讲解材料课件.ppt

DNA的损伤和突变;一、DNA损伤;引起损伤的因素: ? 自发性损伤(复制中的损伤、碱基的自发性化学改变) ? 物理因素引起的损伤(电离辐射、紫外线） ? 化学因素引起的损伤（烷化剂、碱基类似物） 引起损伤的类型： 碱基脱落、碱基（或核苷）改变、错误碱基（碱基的取代）、碱基的插入或缺失、链的断裂、链交联（链内、链间）、嘧啶二聚体等。;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。;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、腺嘌呤变成次黄嘌呤(H)、鸟嘌呤变成黄嘌呤(X)等。 胞嘧啶自发脱氨基的频率约为每个细胞每天190个。 ;c.脱嘌呤（depurination）与脱嘧啶　 糖苷键断裂, 嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落 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%。 ;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。 DNA的甲基化、结构的其他变化等，这些损伤的积累可能导致老化。;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???，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)。 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。 ;3.化学因素引起的DNA损伤 3.1 烷化剂对DNA的损伤　 烷化剂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O-6-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 ;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 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。 ;图 氮芥引起DNA分子两条链在鸟嘌呤上的交联 (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; 2-氨基嘌呤(2-AP)也是碱基