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1、生物化學,DNA的突變與修復 DNA Mutation and Repair,DNA的突變與修復,DNA methylation Can also lead to mutations DNA repair Types of DNA damage Types of repair Direct repair Nucleotide excision repair base excision repair Postreplication repair Mismatch repair,突變由數種DNA鹼基序列改變所產生,一個鹼基對置換(substitution) 鹼基刪除(deletion):一或多對鹼
2、基被刪除 嵌入(insertion):一或多對的鹼基嵌入DNA一股中,一個鹼基對置換(transition),一個鹼基置換另一個是最常見的突變型式。有兩種可能的型式。 同類置換(transition)其為將一個嘌呤以另一種嘌呤置換或一種嘧啶被另一種嘧啶取代 。 相反地 異類置換(transversion) 則以嘧啶置換嘌呤，或以嘌呤置換嘧啶。,A,T,G,C,A,T,G,C,同類置換(transition),A,T,G,C,A,T,G,C,異類置換(transversion),鹼基對置換所造的突變,錯誤意義突變(missense mutation): 結果造成錯誤基因，錯誤胺基酸,鹼基對置換所
3、造的突變,無意義突變(nonsense mutation): 結果造成錯誤基因，出現停止訊息，提前終止蛋白質合成。,鹼基對置換所造的突變,有意義突變(sense mutation): 雖然基因突變，但基因意義並未改變，仍然出現相同的胺基酸。,突變由數種DNA鹼基序列改變所產生,鹼基刪除(deletion):一或多對鹼基被刪除 嵌入(insertion):一或多對的鹼基嵌入DNA一股中,N,N,N,H,C,H,O,5-methyl cytosine,N,N,O,H,T,O,thymine,N,N,N,H,C,H,O,5-methyl cytosine,N,N,O,H,U,O,uracil,+ H
4、2O,- NH3,DNA中的甲基化的胞嘧啶會以相當的速率自動地去胺形成尿嘧啶，他們之間僅有的不同只是胸腺嘧啶(thymine)的甲基代替了尿嘧啶 的C-5之氫。,尿嘧啶,胸腺嘧啶,甲基化的胞嘧啶,- NH3,胞嘧啶的去胺作用可能引起突變,胞嘧啶的去胺作用可能引起突變,胞嘧啶的去胺作用可能引起突變，因為尿嘧啶與腺嘌呤(adenine)配對，所以子股之一會含AU鹼基對而不是最初的GC鹼基對,C T,U,A,為什麼甲基化的鹼基被DNA使用而非RNA,胸腺嘧啶上的甲基是其與去胺胞嘧啶的分辨標籤。如果胸腺嘧啶在DNA中沒有被使用到，正確位置上的尿嘧啶便很難從脫胺形成的胞嘧啶中分辨出來。這個缺陷可能持續而
5、沒被注意到，則在子代DNA分子之一的一個GC鹼基對必然後突變成AU。避免這種突變則靠一種只找尿嘧啶而不理胸腺嘧啶的修補系統。在DNA中使用胸腺嘧啶。而不用尿嘧啶似乎是為了提高基因訊息的準確性。相反地，RNA不被修復，所以尿嘧啶在RNA中被使用，因為它是耗費較少的建造材料單元。,化學突變-5-溴尿嘧啶 (5-bromouracil),鹼基類似物 (Base analogs)，如 5-溴尿嘧啶 (5-bromouracil) ，可合併入 DNA 。在DNA 複製中 。因改變鹼基配對的結果而導至置換突變 5-溴尿嘧啶為胸腺嘧啶(thymine)的相似物 ，正常情況與腺嘌呤 (adenine)配對 。
6、,化學突變-2-aminopurine,2-aminopurine通常與胸腺嘧啶配對 。 2-Aminopurine可與 胞嘧啶(cytosine)形成單一的氫鍵 。2-aminopurine可以產生 ATGC 置換。,其他突變原-化學性修飾DNA鹼基,原本腺嘌呤(adenine)與胸腺嘧啶配對 亞硝酸(nitrous acid)與含胺基的鹼基反應。腺嘌呤(adenine)被氧化性去胺反應成為亞黃嘌呤(hypoxanthine) 結果亞黃嘌呤與胞嘧啶配對。而不與胸腺嘧啶配對。,其他突變原-化學性修飾DNA鹼基,原本胞嘧啶(cytosine)與鳥糞嘌呤(guanine)配對 胞嘧啶經由去胺作用(
7、deamination)成為尿嘧啶(uracil)，結果尿嘧啶與腺嘌呤配對而不是鳥糞嘌呤配對,DNA 修補（DNA repair),所有的細胞擁有修補的機制:鹼基可能被改變或丟失，支架磷酸二酯鍵(phosphodiester bond)可能被破壞，而雙股間可能共價性地交叉連接。這些損傷是由於離子化放射線，紫外線和許多化學物質所引起。 大部分DNA所受的破壞可以被修補，因為遺傳訊息是貯存在雙股螺旋的兩股上，因此一股失去的訊息可由另一股取回。,照射紫外光引起DNA的損傷 -嘧啶二聚體(pyridine dimers),DNA股上鄰近的嘧啶殘基可以變成共價連結。如此的嘧啶二聚體不能適合雙螺旋，因此複
8、製和基因表現會受到阻礙，直到損傷被移除。,嘧啶二聚體的切除-Uvr ABC酵素複合體,2個 UvrA 蛋白質與 UvrB蛋白組成一個酵素複合體 偵測到嘧啶二聚體所產生的扭曲變形 利用ATP水解， UvrA 蛋白質解離 留下UvrB 蛋白質與扭曲不為結合,現在 UvrB 結合 UvrC 蛋白質 UvrC 活化 UvrB在二聚體的5側第7個核苷酸遠處及3第4個核甘酸遠處 UvrC 與 UvrB 結合在DNA扭曲變形的片段上,由高專一性的excinuclease( UvrD)切除，然後離開。順便移走Uvr C DNA聚合酶進入這個裂隙以完成修補合成。裂痕(nicked)股的3端是primer，而完整
9、的互補股是模板。也移走Uvr B 最後，新合成的DNA片段與DNA鏈的原來部分由DNA連接酶加以連接,嘧啶二聚體的切除-光解酶(photolyase),嘧啶二聚體也可以被光化學反應所分割。 細胞含有一種光反應酶(photoreactivating enzyme)稱為光解酶(photolyase)。 當光解酶結合到DNA的變形區域時，即具近紫外光及藍色的光譜區域的吸收帶。吸收光子造成了激動態切割二聚體回到其原始鹼基。,鹼基刪除修補(BER, base excision repair)-特定的N-糖苷酶(N-glycosylases)會移除突變的鹼基,一種特定的N-糖苷酶水解核苷酸間的糖苷鍵。 完
10、整的DNA的骨架中一個鹼基遺失了。這個洞叫做AP位置， 一個核酸內切酶(endonucleases)或辨認出這個缺陷，並割裂失去的鹼基旁邊之骨架。 DNA聚合酶切除殘基單位並嵌入需修補的鹼基，即受末破壞互補股上鹼基存在之指示。 最後，由DNA連接酶(DNA ligase)來封閉修復股。,DNA糖苷酶結合受損部位,無嘌呤核酸內切酶(apurinc endonucleases)或無嘧呤核酸內切酶(apyrimidine endonucleases)負責辨識移除後所留下的AP位置，並將包含空隙在內的一小段DNA切除，,DNA聚合酶會以剩下的一股DNA為模板，進行DNA之合成，最終DNA連接酶將新 合成的DNA與舊有的DNA連接起來。,水解核醣糖苷鍵 出現一個洞叫做AP位置,烷化劑(alkylating agent),烷化劑(alkylating agent)通常會把甲基或乙基加在DNA的氮鹼基上，以致DNA複製時發生錯誤配對，最後導致DNA的突變。 此細胞必須使用刪除修補(excision repair)來移除經烷化劑修飾的鹽基或受損的DNA，以避免DNA序列發生突變。,N,N,N,N,H2N,sugar,會把甲基或乙基加在DNA的氮鹼基,guanine,O6-alkyl guanine,G C,烷化的O6-methylguanine造成GCAT置換,