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DNA损伤是怎么发生的?什么是DNA损伤?

【导读】你知道什么是DNA损伤吗?你知道DNA损伤是怎么发生的吗?据最新消息显示,DNA损伤是复制过程中发生的DNA核苷酸序列永久性改变,并导致遗传特征改变的现象。情况分为:substitutation (替换)deletion (删除)insertion (插入)exon skipping (外显子跳跃)。

DNA损伤的原因

DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息,因此维护DNA分子的完整性对细胞至关紧要。外界环境和生物体内部的因素都经常会导致DNA分子的损伤或改变,而且与RNA及蛋白质可以在细胞内大量合成不同,一般在一个原核细胞中只有一份DNA,在真核二倍体细胞中相同的DNA也只有一对,如果DNA的损伤或遗传信息的改变不能更正,对体细胞就可能影响其功能或生存,对生殖细胞则可能影响到后代。 所以在进化过程中生物细胞所获得的修复DNA损伤的能力就显得十分重要,也是生物能保持遗传稳定性之所在。在细胞中能进行修复的生物大分子也就只有DNA,反映了DNA对生命的重要性。另一方面,在生物进化中突变又是与遗传相对立统一而普遍存在的现象,DNA分子的变化并不是全部都能被修复成原样的,正因为如此生物才会有变异、有进化。

DNA分子的自发性损伤

DNA复制中的错误

以DNA为模板按硷基配对进行DNA复制是一个严格而精确的事件,但也不是完全不发生错误的。硷基配对的错误频率约为10-1-10-2,在DNA复制酶的作用下碱基错误配对频率降到约10-5-10-6,复制过程中如有错误的核苷酸参入,DNA聚合酶还会暂停催化作用,以其3’-5’外切核酸酶的活性切除错误接上的核苷酸,然后再继续正确的复制,这种校正作用广泛存在于原核和真核的DNA聚合酶中,可以说是对DNA复制错误的修复形式,从而保证了复制的准确性。但校正后的错配率仍约在10-10左右,即每复制1010个核苷酸大概会有一个硷基的错误。

DNA的自发性化学变化

生物体内DNA分子可以由于各种原因发生变化,至少有以下类型:

①碱基的异构互变DNA中的4种碱基各自的异构体间都可以自发地相互变化(例如烯醇式与酮式硷基间的互变),这种变化就会使碱基配对间的氢键改变,可使腺嘌呤能配上胞嘧啶、胸腺嘧啶能配上鸟嘌呤等,如果这些配对发生在DNA复制时,就会造成子代DNA序列与亲代DNA不同的错误性损伤。

②碱基的脱氨基作用碱基的环外氨基有时会自发脱落,从而胞嘧啶会变成尿嘧啶、腺嘌呤会变成次黄嘌呤(H)、鸟嘌呤会变成黄嘌呤(X)等,遇到复制时,U与A配对、H和X都与C配对就会导致子代DNA序列的错误变化。胞嘧啶自发脱氨基的频率约为每个细胞每天190个。

③脱嘌呤与脱嘧啶自发的水解可使嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落下来。一个哺乳类细胞在37℃条件下,20h内DNA链上自发脱落的嘌呤约1000个、嘧啶约500个;估计一个长寿命不复制繁殖的哺乳类细胞(如神经细胞)在整个生活期间自发脱嘌呤数约为108,这占细胞DNA中总嘌呤数约3%。

④碱基修饰与链断裂细胞呼吸的副产物O2-、H2O2等会造成DNA损伤,能产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物,还可能引起DNA单链断裂等损伤,每个哺乳类细胞每天DNA单链断裂发生的频率约为5万次。此外,体内还可以发生DNA的甲基化,结构的其他变化等,这些损伤的积累可能导致老化。

由此可见,如果细胞不具备高效率的修复系统,生物的突变率将大大提高。

最后,小编在这里提醒大家,突变或诱变对生物可能产生4种后果:①致死性;②丧失某些功能;③改变基因型(genotype)而不改变表现型(phenotye);④发生了有利于物种生存的结果,使生物进化。

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