1、DNA的損傷和突變 一、DNA損傷DNA存儲著生物體賴以生存和繁衍的遺傳信息，因此維護DNA分子的完整性對細胞至關重要。在細胞中能進行修復的生物大分子也就只有DNA。引起損傷的因素: 自發性損傷(復制中的損傷、堿基的自發性化學改變) 物理因素引起的損傷(電離輻射、紫外線） 化學因素引起的損傷（烷化劑、堿基類似物） 引起損傷的類型： 堿基脫落、堿基（或核苷）改變、錯誤堿基（堿基的取代）、堿基的插入或缺失、鏈的斷裂、鏈交聯（鏈內、鏈間）、嘧啶二聚體等。1.自發性損傷1.1 DNA復制中的錯誤堿基配對的錯誤頻率約為10-4-10-5；DNA聚合酶本身具有校對作用：將不正確插入的核苷酸切除掉，重新加上

2、正確的核苷酸。這樣，每摻入一個核苷酸，發生錯誤的機會有10-8-10-10。1.2 堿基的自發性化學變化a. 堿基的異構互變DNA中的4種堿基各自的異構體間自發地相互變化(例如烯醇式與酮式堿基間的互變)，使堿基配對間的氫鍵改變。異構體間自發地相互變化形成導致下一世代中GC配對取代AT配對。腺嘌呤的稀有互變異體與胞嘧啶胸腺嘧啶的稀有互變異構體與鳥嘌呤c.脫嘌呤（depurination）與脫嘧啶糖苷鍵斷裂, 嘌呤和嘧啶從DNA鏈的核糖磷酸骨架上脫落一個哺乳類細胞37，20h內DNA鏈自發脫落的嘌呤約1000個、嘧啶約500個，長壽命不復制繁殖的哺乳類細胞(如神經細胞)在整個生活期間自發脫嘌呤數約

3、為108，約占細胞DNA中總嘌呤數的3%。d.堿基修飾與鏈斷裂細胞呼吸的副產物O2、H2O2等會造成DNA損傷，能產生胸腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等堿基修飾物，引起DNA單鏈斷裂等損傷每個哺乳類細胞每天DNA單鏈斷裂發生的頻率約為5萬次。DNA的甲基化、結構的其他變化等，這些損傷的積累可能導致老化。2.2 電離輻射引起的DNA損傷直接效應是DNA直接吸收射線能量而遭損傷，間接效應是指DNA周圍其他分子(主要是水分子)吸收射線能量產生具有很高反應活性的自由基進而損傷DNA。電離輻射可導致DNA分子的多種變化。 a.堿基變化主要是由OH-自由基引起，包括DNA鏈上的堿基氧化修飾、過氧化物的形成、堿

4、基環的破壞和脫落等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。b.脫氧核糖變化脫氧核糖上的每個碳原子和羥基上的氫都能與OH-反應，導致脫氧核糖分解，引起DNA鏈斷裂。 c.DNA鏈斷裂射線的直接和間接作用都可能使脫氧核糖破壞或磷酸二酯鍵斷開。單鏈斷裂(single strand broken)，雙鏈斷裂(double strand broken)。單鏈斷裂發生頻率為雙鏈斷裂的10-20倍，但比較容易修復；對單倍體細胞來說(如細菌)一次雙鏈斷裂就是致死事件。d.交聯DNA鏈交聯：同一條DNA鏈上或兩條DNA鏈上的堿基間可以共價鍵結合。DNA-蛋白質交聯：組蛋白、染色質中的非組蛋白、調控蛋白、與復制和轉錄有關的酶都會

5、與DNA共價鍵連接。EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷化，結果產生的O-6-E-G和 O-4-E-T分別和T、G配對，導致GC對轉換成AT對；TA對轉換成CGb.堿基脫落 烷化鳥嘌呤的糖苷鍵不穩定，容易脫落形成DNA上無堿基的位點，復制時可以插入任何核苷酸，造成序列的改變。c.斷鏈 DNA鏈的磷酸二酯鍵上的氧也容易被烷化，形成不穩定的磷酸三酯鍵，易在糖與磷酸間發生水解，使DNA鏈斷裂。圖 氮芥引起DNA分子兩條鏈在鳥嘌呤上的交聯 (a)交聯附近的總圖；(b)交聯部分結構圖3.2 堿基類似物對DNA的損傷人工合成的一些堿基類似物，用作促突變劑或抗癌藥物，如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-氟尿

6、嘧啶(5-FU)、2-氨基腺嘌呤(2-AP)等。其結構與正常的堿基相似，進入細胞能替代正常的堿基參入到DNA鏈中而干擾DNA復制合成 2-氨基嘌呤(2-AP)也是堿基的類似物，有正常狀態和稀有狀態兩種異構體，可分別與T和C配對結合。當2-AP摻入到 DNA復制中時，由于其異構體的變換而導致AT變為 GC。其它誘發突變的化學物質或致癌劑：例如亞硝酸鹽能使C脫氨變成U，經過復制就可使DNA上的G-C變成A-T；羥胺能使T變成C，結果是A-T改成C-G；黃曲霉素B也能專一攻擊DNA上的堿基導致序列的變化。DNA損傷的后果信號傳導異常長時辰效應老化腫瘤疾病DNA 修復機制短期效應異常增生和代謝生理功能

7、紊亂細胞死亡細胞增殖減少基因表達異常基因組不穩定DNA損傷后分子的最終改變突變(一)點突變-指DNA分子上一個堿基的變異（置換）。1. 轉換：發生在同型堿基之間的置換 2. 顛換：發生在異型堿基之間的置換 （二）移碼突變 增加或減少一個或幾個堿基對的突變，引起密碼編組的移動。 DNA突變的類型 -T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-轉換 -T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-插入A -T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失T野生型基因 -T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C- -T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-A-