2.5DNA的突变与修复

这是一篇关于2.5DNA的突变与修复的思维导图，包括：DNA的突变、DNA损伤的修复、体内DNA重组的种类及特点。

2.5DNA的突变与修复

• DNA的突变
  • 基本概念
    • 主要来源：DNA复制过程中出现的错误、遗传物质的化学和物理损伤yi及转座子插入所造成的DNA序列变化
    • 复制错误和DNA损伤会造成的两种后果
      • 改变基因编码的序列，引起基因突变
      • DNA 的某些化学变化使得DNA不能再被用作模板进行复制和转录
    • 基因突变：是指在基因内的遗传物质发生可遗传的结构和数量的变化
  • 类型
    • 碱基对的置换（substitution）:又称点突变，是指DNA错配碱基在复制后被固定下来，由原来的一个碱基对被另一个碱基对所取代的突变
      • 转换（transition）：是指两种嘧啶之间或两种嘌呤之间互换
      • 颠换（transversion）：是指在嘌呤与嘧啶之间或嘧啶与嘌呤之间的互换，易错修复易发生颠换
    • 错义突变和无义突变
      • 错义突变（missense mutation）：是指三联体密码子发生突变导致蛋白质中原来的氨基酸被另一种氨基酸取代的突变
      • 无义突变（nonsense mutation）：是指氨基酸密码子变为终止密码子，导致翻译提前结束而常使产物失活的突变
    • 移码突变（frameshift mutation）：由于一个或多个非三整倍数的核苷酸对插入或缺失，而使编码区该位点后的三联体密码子阅读框架改变，导致后向氨基酸都发生错误，通常该基因产物会完全失活
  • 诱变剂的概念及种类
    • 诱变剂（mutagen）：是指能够提高突变率的物理化学因子
    • 种类
      • 碱基类似物（base analog）碱基类似物是与DNA正常碱基类似的化合物，能在DNA复制时取代正常碱基掺入并与互补链上碱基配对。
        • 但是易发生互变异构，在复制时改变配对的碱基，引起碱基对的置换。所有的碱基类似物引起的置换都是转换，而不是颠换
        • 5'-溴尿嘧啶BU是胸腺嘧啶类似物；2-氨基嘌呤AP是腺嘌呤的类似物，正常状态下与腺嘌呤配对，但以罕见的亚氨基状态存在时却与胞嘧啶配对
      • 碱基的修饰剂（base modifier）：某些化学诱变剂通过DNA 碱基的修饰作用，而改变其配对性质，不引起碱基对置换
        • 羟胺（[NH]_2 OH）只与胞嘧啶作用，结果GC对变为AT对
        • 烷化剂使DNA碱基上的氮原子烷基化：氮芥、硫芥、乙基甲烷磺酸EMS、乙基乙烷磺酸EES和亚硝基胍NTG等
      • 嵌入染料（intercalating dye）：扁平的稠环分子，如吖啶橙、原黄素、溴化乙锭等染料，可以插入到DNA碱基对之间，故称为嵌入染料
      • 紫外线和电离辐射
        • 紫外线照射：使同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体
        • 电离辐射
          • 直接效应：是指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分子产生多种变化，如剪辑版变化、脱氧核糖变化、DNA链断裂及交联
• DNA损伤的修复
  • 错配修复（mismatch repair）
    • 母链甲基化原则
      • 错配修复系统识别母链的依据来自Dam甲基化酶，它能使位于5'-GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化，一旦复制叉通过复制起始点，母链就会在DNA合成前被甲基化
    • 修复过程
      • 根据“保存母链，修正子链”的原则，找出错误碱基所在的DNA链
      • 在对应于母链甲基化腺苷酸上游鸟苷酸的5'位置切开子链
      • 根据错配碱基相对于DNA 切口的方位启动修复途径，合成新的子链DNA片段
  • 切除修复
    • 碱基切除修复BER
      • 不同类型的糖苷水解酶特异性识别并切除受损核苷酸上的N-β糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点，即AP位点
      • 产生AP位点之后，AP核酸内切酶吧受损核苷酸的糖苷-磷酸键切开，并移除包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA
      • 再由DNA聚合酶Ⅰ合成新的片段，最终由DNA连接酶 连成新的被修复的DNA链
    • 核苷酸切除修复NER
      • 首先DNA切割酶在已损伤的核苷酸5'和3'位分别切开磷酸糖苷键，产生一个核苷酸小片段
      • 移去小片段后由DNA 聚合酶Ⅰ（原核）或ε（真核）合成新的片段，并由DNA连接酶完成修复
  • 重组修复（HR）
    • 同源重组修复：是利用细胞内的同源染色体对应的DNA序列作为修复的模板进行DNA修复的过程
    • 先跳过DNA损伤部位，在新和成链中留下一个对应于损伤序列的缺口
    • 从同源DNA母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处
    • 再用新合成的序列补上母链空缺
    • 最后由DNA连接酶连接完成修复
  • DNA的直接修复
    • 直接修复是不需要切除碱基或核苷酸，把损伤的碱基回复到原来状态的一种修复
    • 最普遍的例子是在DNA光解酶的作用下把在光下或经紫外线照射形成的环丁烷胸腺嘧啶二聚体及6-4光化物还原为单体的过程
  • 跨损伤合成TLS
    • 遇到嘧啶二聚体或脱嘌呤位点使，使复制通过DNA 损伤继续进行，具有高易错性
  • SOS修复系统
    • 定义：SOS反应指细胞DNA 收到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，细胞位求生存而产生的一种应急措施
    • 内容：诱导DNA损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶源性细菌释放噬菌体等
    • 作用
      • DNA修复，利于细胞的存活
      • 产生变异，可能导致细胞癌变
• 体内DNA 重组的种类及特点
  • 同源重组
    • 依赖大范围的DNA同源序列的联会，DNA分子交换对等
  • 特异位点重组
    • 依赖小范围同源序列的联会，DNA分子不对等交换
  • 转座重组
    • 完全不依赖于序列间的同源性