《DNA的损伤与修复》课件

损伤与修复DNA分子在生命过程中随时面临着各种损伤如辐射、化学品等因素的侵袭了DNA,解修复机制对于预防遗传病及癌症发生具有重要意义本节将系统介绍DNA损伤的类型及相应的修复过程DNA结构与功能DNA双螺旋结构呈现双螺旋结构由两条糖磷酸骨架和四种碱基组成DNA,-遗传信息携带携带大量遗传信息决定生物体的基因表达和特征DNA,自我复制具有高度复制能力确保遗传信息能够稳定地传递给后代DNA,的稳定性DNA高度有序的结构精确的复制过程有效的修复机制DNA分子由两条反平行的脱氧核糖核酸链复制过程由高保真的聚合酶确保细胞内部存在多种修复途径能够及时DNA DNA DNA DNA,通过弱键相互结合而形成的双螺旋结构这能够精准复制遗传信息维持的稳定性识别和修复遭受的各种损伤确保,,,DNA DNA,种独特的结构赋予了极高的稳定性信息的完整性DNA DNA损伤的原因DNA自发性损伤环境因素引起的化学物质引起的辐射引起的损伤DNA DNA DNA DNA损伤损伤分子在细胞内部自然发高能电磁辐射和粒子辐射会使DNA生的化学反应会导致碱基和糖紫外线照射、电离辐射、化学一些化学药剂、农药、工业污分子链发生断裂产生偏DNA,磷酸骨架的改变造成物质和微生物感染等环境因素染物及其代谢产物会直接作用离正常结构的碱基对-,DNA损伤如碱基水解、氧化反应都会造成分子结构的损于分子导致碱基改变和DNA DNA,和甲基化等坏断裂自发性损伤DNA细胞新陈代谢水解反应分子在细胞内部的正常代分子中化学键会随时间发DNA DNA谢过程中会自然发生一些化学反生自发性水解产生碱基丢失或,应导致的结构出现一些零单链断裂等损伤,DNA星的损坏氧化反应细胞内活性氧分子会氧化碱基造成氧化损伤这种损伤随细胞代谢DNA,而不断发生环境因素引起的损伤DNA自然辐射紫外线来自宇宙的宇宙射线以及大地上太阳辐射中的紫外线会直接作用的放射性物质会产生离子化辐射于分子引起碱基的化学反应,DNA,会损害并引起基因突变和双链断裂DNA化学污染工厂排放和汽车尾气所含的有机化合物会通过吸入或皮肤接触进入人体引,起化学损伤化学物质造成的损伤DNA化学物质入侵各种化学品和污染物会通过各种途径进入人体内部直接与分子发生反应造成不同形式,DNA,的损伤碱基烷基化化学物质可能会与碱基发生化学结合导致碱基的结构改变影响正常的复制和转录DNA,,氧化性损伤一些化学物质会导致分子中的碱基发生氧化反应从而失去正常的结构和功能DNA,辐射引起的损伤DNA非电离辐射间接损伤碱基损伤紫外线属于非电离辐射能引辐射还能引起水分子电离产辐射导致的碱基损伤包括嘧啶,,起分子的碱基损伤如生自由基进而攻击造二聚体、羟基鸟嘌呤等影DNA,,DNA,8-,嘧啶二聚体的形成成间接损伤响的正常功能DNA电离辐射电离辐射如射线和射线Xγ能直接与分子发生作用DNA导致碱基损伤、糖磷酸骨架,断裂等损伤的类型DNA碱基损伤碱基脱落碱基分子结构遭到改变影响复制和转录常见如氧化、碱基从骨架中丢失形成空位容易引起链断裂,DNA DNA,,DNA烷基化等碱基错配单链断裂复制时碱基配对错误造成遗传信息改变单链断裂可能导致部分遗传信息丢失DNA,,DNA,碱基损伤氧化损伤脱氨损伤12活性氧可以直接氧化碱基导致结构改变和功能障碍某些环境因素会引起碱基上氨基的脱落改变序列DNA,,DNA烷基化损伤光化学损伤34一些化学物质会在碱基上引入烷基基团影响它们的性质紫外线辐射会引起嘧啶碱基之间产生共价键形成双嘧啶产,,物碱基脱落结构损坏自发性碱基脱落化学损伤引起的碱基脱落DNA碱基脱落是损伤的一种常见类型指即使在正常的细胞代谢中分子也会出某些化学物质例如烷基化试剂和自由基能DNA,,DNA,,分子上的碱基被水解或其他化学反应现少量碱基脱落特别是甲基胞嘧啶这些进一步加速碱基的水解脱落过程给带DNA,,DNA破坏而脱离这会导致双螺旋结构的小损伤通常能被修复系统快速识别和修复来严重损害这需要更复杂的修复机制来修DNA稳定性下降复碱基错配碱基错配的成因碱基错配的修复碱基错配的潜在影响碱基错配是复制过程中常见的错误主细胞内部有专门的错配修复机制来识别和纠如果碱基错配未得到及时修复将会引发各DNA,,要由复制酶的错误插入导致这种错正碱基错配以维护的完整性和遗传信种遗传性疾病如肿瘤、遗传性非息肉性结DNA,DNA,误会导致遗传信息的改变可能产生有害的息的准确性肠癌等因此维持碱基配对的准确性十分,,突变重要单链断裂定义原因影响检测方法单链断裂是分子中的一单链断裂通常由于氧化应激、单链断裂可能导致复制和转录使用单细胞凝胶电泳法即DNA条链断裂但另一条链仍保持辐射或化学试剂的作用而产生障碍并增加染色体异常和基可以检测单链,,comet assay完整这种损伤可能会导致遗它也可能是其他损伤因突变的风险如果修复不当断裂这种方法能够评估DNA传信息的丢失类型修复过程中的中间产物还可能导致细胞死亡损伤水平并确定修复效,DNA率双链断裂双链断裂双链断裂是分子上两条链同时断开的损伤类型这类损伤十分严重如果得不到及时修复DNA,可能导致基因组的重大改变修复过程细胞有多种机制来修复双链断裂包括同源重组和非同源末端连接等这些过程需要多种特殊,酶的参与修复失败后果如果双链断裂得不到修复可能导致染色体异常、细胞凋亡或基因组不稳定从而引发癌症等严,,重疾病损伤的检测DNA紫外线检测1利用紫外线照射后细胞的特异性损伤反应DNA化学物质检测2通过分析细胞与化学物质作用后的特征性改变DNA辐射检测3利用辐射引起的细胞结构损伤进行分析DNA科学家已经建立了多种检测损伤的方法包括利用紫外线、化学物质和辐射等诱发损伤并分析其特征性改变这些检测技术为研DNA,DNA究损伤的机制和修复提供了有力工具DNA紫外线诱导的损伤检测DNA细胞培养和处理损伤检测技术分子生物学分析DNA123将细胞暴露于不同剂量的紫外线辐射利用特异性抗体检测紫外线诱导的通过、免疫荧光等分析手段定PCR用于模拟自然环境中的损伤损伤如环状嘧啶二聚体和量评估不同处理条件下的损伤,DNA DNA,6-4DNA光产物水平化学物质引起的损伤检测DNA检测免疫检测HPLC高效液相色谱法可以检测化学物利用特异性抗体可以检测受DNA质引起的碱基损伤如谷氨酸损后产生的修饰碱基如差基脱DNA,,8-取代、苷酸修饰等通过分离和氧鸟苷这种方法灵敏度高可用,鉴定损伤的碱基可以定量分于细胞和组织样品的检测DNA,析化学物质的损伤程度质谱分析质谱法能检测化学物质引起的各类损伤如单链断裂、交联等通过分DNA,子量测定和结构解析可以鉴定损伤的类型和程度,DNA辐射引起的损伤检测DNA射线检测中子活化分析γ使用射线检测可以测量双该方法可以检测样品中微量元素γDNA链断裂程度是最常用的辐射损伤的变化从而推断辐射损伤情,,DNA检测方法况免疫荧光技术单细胞凝胶电泳利用特异性抗体检测辐射诱导的也称彗星检测法能够检测单链断,损伤标记可以定量评估损伤裂和双链断裂等辐射诱导的DNA,DNA程度损伤修复机制DNA直接修复通过酶直接修复碱基损伤迅速恢复完整性,DNA碱基切除修复识别并切除损坏的碱基再利用完整的模版进行重建,DNA错配修复识别并纠正链上的碱基错配维持遗传信息的准确性DNA,双链断裂修复通过多种机制重建断裂的双链保护基因组完整性DNA,直接修复快速修复直接修复是一种快速修复损伤的机制可以立即恢复原有的碱基序列DNA,酶促作用直接修复需要一些特定的酶来切除并重建受损的碱基化学反应直接修复通过一系列化学反应迅速恢复的正常结构,DNA碱基切除修复修复过程关键酶修复类型效率高碱基切除修复是一种常见的该过程依赖于多种酶包括碱基切除修复可以修复单碱基相比于其他修复机制碱基切,,修复机制它通过切除糖基化酶、核酶和损伤如氧化损伤、烷基化损除修复通常效率较高可以快DNA DNAAP,,含有损伤的碱基并用正聚合酶等它们协同工作伤和脱氨基作用导致的损伤速修复上的损伤DNA,DNA,DNA确的碱基进行替换从而修复完成修复,DNA错配修复识别错配切除错配碱基12错配修复系统能识别双链识别到错配后相关酶会切除含DNA,中的碱基错配和小插入缺失有错配的碱基片段重合成缺失片段连接修复34聚合酶利用完整的互补链修复后的片段通过连接酶DNA DNA作为模板重新合成缺失的片段与原有链接合完成修复,双链断裂修复非同源末端连接同源重组修复细胞周期检查点细胞利用非同源末端连接修复机制直接将细胞还可以利用同源染色体或姐妹染色单体当检测到双链断裂时细胞会暂停细胞DNA,双链断裂的两端连接起来但可能会造作为修复模板进行同源重组精确地修复周期以给修复机制足够的时间修复损DNA,,,,DNA成小的缺失或插入这种快速的修复方式可双链断裂这种修复方式保持了伤这样可以防止损伤的进入细胞分DNA DNA DNA以及时修复损伤维持基因组完整性序列的完整性但需要更多时间和能量裂保护基因组完整性DNA,,,核黄素辅酶在修复中的作DNA用能量供给辅酶功能核黄素辅酶在细胞呼吸中起重要核黄素辅酶作为多种修复酶DNA作用为修复反应提供必要的的辅酶参与碱基切除修复、双链,DNA,断裂修复等过程ATP基因表达调控核黄素辅酶可通过影响关键修复基因的转录来调控细胞的修复能DNA DNA力蛋白在修复中的作用p53DNA蛋白的保护作用协调细胞周期检查点诱导程序性细胞死亡p53DNA p53p53蛋白被称为基因组守护者，起着关键蛋白可以暂时停止细胞周期给修若损伤太严重无法修复会触发细p53p53,DNADNA,p53作用它能检测损伤并激活修复机制以时间修复损伤避免损坏的被胞凋亡阻止含有大量基因缺陷的细胞继续DNA,DNA,DNA,复机制阻止损坏细胞的复制从而维护基因复制到子细胞存在防止其成为癌细胞,,,组的稳定性细胞周期检查点在修复中的作用DNA细胞周期检查点监测调节修复酶活性协调修复机制维持基因组稳定性DNA细胞周期检查点能够监测检查点信号还能激活一系列细胞周期检查点能够协调不同完整的细胞周期检查点系统能损伤的程度并根据检测修复酶提高它们的活性修复途径的时间顺序使够最大限度地修复损害DNA,DNA,,DNA,DNA,结果暂时阻止细胞周期进程从而加快修复的效率修复过程更加有序和高效从而保证基因组的稳定性和细DNA这给予细胞足够的时间修复损胞的正常功能坏的DNA修复能力的调控DNA基因表达调控酶活性调节12修复基因的表达水平通过修复蛋白通过磷酸化、乙DNADNA转录因子和染色质重塑等机制酰化等翻译后修饰来调节其活进行调控性和功能细胞周期检查点细胞命运决定34损伤会激活细胞周期检查过度损伤会触发细胞凋亡DNADNA点在损伤修复期间暂时阻止细或衰老程序以维持基因组稳定,,胞分裂性修复能力的障碍DNA遗传缺陷某些遗传突变会导致修复机制发生故障降低细胞自身修复损伤的能力DNA,DNA环境因素紫外线辐射、化学毒素等环境因素会直接损害修复酶的功能阻碍修复过程DNA,衰老过程随着年龄的增长细胞的修复能力会逐渐降低这是导致老年疾病的一个重要因素,DNA,总结与展望在学习了损伤和修复的基本知识之后我们对这一重要生命过程有了更深入DNA,的认知未来修复研究将继续深入探索为疾病诊治、药物开发等提供新,DNA,的突破口同时我们也应该更好地利用这些知识提高人类健康和福祉,,。