(二)切除修復(fù)(excision repair)
是修復(fù)DNA損傷最為普遍的方式，對(duì)多種DNA損傷包括堿基脫落形成的無堿基位點(diǎn)、嘧啶二聚體、堿基烷基化、單鏈斷裂等都能起修復(fù)作用。這種修復(fù)方式普遍存在于各種生物細(xì)胞中，也是人體細(xì)胞主要的DNA修復(fù)機(jī)制。修復(fù)過程需要多種酶的一系列作用，基本步驟如圖16?1所示，①首先由核酸酶識(shí)別DNA的損傷位點(diǎn)，在損傷部位的5′側(cè)切開磷酸二酯鍵。不同的DNA損傷需要不同的特殊核酸內(nèi)切酶來識(shí)別和切割。②由5′→3′核酸外切酶將有損傷的DNA片段切除。③在DNA聚合酶的催化下，以完整的互補(bǔ)鏈為模板，按5′→3′方向DNA鏈，填補(bǔ)已切除的空隙。④由DNA連接酶將新合成的DNA片段與原來的DNA斷鏈連接起來。這樣完成的修復(fù)能使DNA恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)。
圖16-22 DNA損傷后重組修復(fù)
(三)重組修復(fù)(recombinational repair)
上述的切除修復(fù)在切除損傷段落后是以原來正確的互補(bǔ)鏈為模板來合成新的段落而做到修復(fù)的。但在某些情況下沒有互補(bǔ)鏈可以直接利用，例如在DNA復(fù)制進(jìn)行時(shí)發(fā)生DNA損傷，此時(shí)DNA兩條鏈已經(jīng)分開，其修復(fù)可用圖16?2所示的DNA重組方式：①受損傷的DNA鏈復(fù)制時(shí)，產(chǎn)生的子代DNA在損傷的對(duì)應(yīng)部位出現(xiàn)缺口。②另一條母鏈DNA與有缺口的子鏈DNA進(jìn)行重組交換，將母鏈DNA上相應(yīng)的片段填補(bǔ)子鏈缺口處，而母鏈DNA出現(xiàn)缺口。③以另一條子鏈DNA為模板，經(jīng)DNA聚合酶催化合成一新DNA片段填補(bǔ)母鏈DNA的缺口，最后由DNA連接酶連接，完成修補(bǔ)。醫(yī)學(xué)全在線www.med126.com
重組修復(fù)不能完全去除損傷，損傷的DNA段落仍然保留在親代DNA鏈上，只是重組修復(fù)后合成的DNA分子是不帶有損傷的，但經(jīng)多次復(fù)制后，損傷就被“沖淡”了，在子代細(xì)胞中只有一個(gè)細(xì)胞是帶有損傷DNA的。
(四)SOS修復(fù)
“SOS”是國(guó)際上通用的緊急呼救信號(hào)。SOS修復(fù)是指DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式，修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯(cuò)誤較多，故又稱為錯(cuò)誤傾向修復(fù)(errorprone repair)，使細(xì)胞有較高的突變率。
圖16－23 SOS修復(fù)
如圖16－23所示，當(dāng)DNA兩條鏈的損傷鄰近時(shí)，損傷不能被切除修復(fù)或重組修復(fù)，這時(shí)在核酸內(nèi)切酶、外切酶的作用下造成損傷處的DNA鏈空缺，再由損傷誘導(dǎo)產(chǎn)生的一整套的特殊DNA聚合酶桽OS修復(fù)酶類，催化空缺部位DNA的合成，這時(shí)補(bǔ)上去的核苷酸幾乎是隨機(jī)的，但仍然保持了DNA雙鏈的完整性，使細(xì)胞得以生存。但這種修復(fù)帶給細(xì)胞很高的突變率。
應(yīng)該說目前對(duì)真核細(xì)胞的DNA修復(fù)的反應(yīng)類型、參與修復(fù)的酶類和修復(fù)機(jī)制了解還不多，但DNA損傷修復(fù)與突變、壽命、衰老、腫瘤發(fā)生、輻射效應(yīng)、某些毒物的作用都有密切的關(guān)系。人類遺傳性疾病已發(fā)現(xiàn)4000多種，其中不少與DNA修復(fù)缺陷有關(guān)，這些DNA修復(fù)缺陷的細(xì)胞表現(xiàn)出對(duì)輻射和致癌劑的敏感性增加。例如著色性干皮病(xeroderma pigmentosum)就是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的DNA修復(fù)缺陷性遺傳病，患者皮膚和眼睛對(duì)太陽光特別是紫外線十分敏感，身體暴光部位的皮膚干燥脫屑、色素沉著、容易發(fā)生潰瘍、皮膚癌發(fā)病率高，常伴有神經(jīng)系統(tǒng)障礙，智力低下等，病人的細(xì)胞對(duì)嘧啶二聚體和烷基化的清除能力降低。
小結(jié)
環(huán)境和生物體內(nèi)的因素都經(jīng)常會(huì)使DNA的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。DNA的復(fù)制會(huì)發(fā)生堿基的配對(duì)錯(cuò)誤；體內(nèi)DNA會(huì)有自發(fā)性結(jié)構(gòu)變化，包括DNA鏈上的堿基異構(gòu)互變、脫氨基、堿基修飾、DNA鏈上的堿基脫落等。外界射線的照射等物理因素，烷化劑、堿基類似物、修飾劑等化學(xué)因素都能損傷DNA的結(jié)構(gòu)，變化包括有相鄰嘧啶共價(jià)二聚體的形成、堿基、脫氧核糖和磷酸基團(tuán)的烷基化和其它修飾、堿基脫落、DNA單鏈斷裂、雙鏈斷裂、DNA鏈內(nèi)交聯(lián)、鏈間交聯(lián)、DNA與周圍的蛋白質(zhì)交連等。最后能導(dǎo)致DNA的點(diǎn)突變、DNA核苷酸的缺失、插入或轉(zhuǎn)位、DNA鏈的斷裂等，結(jié)果可能影響生物細(xì)胞的功能和遺傳特性，這些改變可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡、也有機(jī)會(huì)使細(xì)胞獲得新的功能或進(jìn)化，也可能細(xì)胞只有DNA結(jié)構(gòu)的遺傳性改變而沒有表型變化，視DNA結(jié)構(gòu)變化的部位、類型和范圍不同而異。
生物在進(jìn)化過程中獲得的DNA修復(fù)功能，對(duì)生物的生存和維持遺傳的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。對(duì)有些DNA的損傷，細(xì)胞能將其完全修復(fù)到原樣，如可將嘧啶二聚體切開、DNA單鏈斷裂可重新連接、堿基缺失可再配對(duì)插入、加成的烷基可以移除、一條鏈上的堿基或核苷酸的錯(cuò)誤可以切除并依賴互補(bǔ)鏈作模板而復(fù)制重新修復(fù)等。對(duì)DNA較嚴(yán)重的損傷，細(xì)胞可采取重組修復(fù)、SOS修復(fù)等方式進(jìn)行反應(yīng)，以期提高細(xì)胞的存活率，但不能完全消除DNA的損傷，會(huì)帶給細(xì)胞較高的突變率。
DNA的損傷和修復(fù)與遺傳、突變、壽命、衰老、輻射效應(yīng)、腫瘤發(fā)生、某些毒劑的作用、以及某些遺傳性疾病等有密切的關(guān)系。目前對(duì)DNA損傷修復(fù)的認(rèn)識(shí)還不透徹。
復(fù)習(xí)思考題
1.為什么說細(xì)胞對(duì)DNA損傷的修復(fù)能力對(duì)細(xì)胞的生存是至關(guān)重要的?
2.體內(nèi)那些因素會(huì)導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)的變化?細(xì)胞能采取那些辦法保持DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?
3.那些環(huán)境因素容易損傷生物體內(nèi)的DNA?損傷有那些方式和類型?結(jié)果對(duì)生物細(xì)胞會(huì)有些什么影響?
4.現(xiàn)在所知生物細(xì)胞對(duì)DNA損傷修復(fù)有那些方式?修復(fù)反應(yīng)的結(jié)果會(huì)如何?
