DNA损坏和修复

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这与我的课程有什么关系?

这个背景解释了细胞对DNA损害的不同方式。

脱氧核糖核酸(DNA)是一种重要的生物分子。它在你的所有细胞中。DNA就像你的身体的使用说明书。它告诉您的细胞如何进行日常流程。

有时,DNA分子被诸如此类的事物损坏电离辐射.电离辐射是我们周围的,始终是。事实上,地球上的生命在电离辐射存在下进化。

随着时间的推移,生物体进化出了修复DNA损伤的方法。幸运的是,人类细胞的修复过程非常擅长修复DNA损伤。

DNA结构显示DNA股的部位
DNA结构显示DNA股的部分(让我们使用图像谈论科学狗万实力大网ttsz通过Istockphoto.

DNA损伤是如何发生的?

辐射造成的大多数DNA损伤都涉及化学修饰核苷酸.这些修饰引入了不应该存在的化学键。这些化学键会扭曲DNA的形状。

细胞有许多不同的方法来修复这种损伤。他们使用的修复机制取决于DNA序列的损坏。

碱基切除修复是DNA修复最简单的形式之一
基底切除修复是最简单的DNA修复形式之一(来源:Let’s Talk Science基于LadyofHats[公共领域]的图像狗万实力大网维基共享).

如何修复核苷酸的损伤?

有时,辐射损坏了一股DNA的单个碱。当羟基(OH-)自由基与氢原子反应并形成过氧化氢时,这可以进行化学发生(H.2O2).这样的损坏是很容易修复的,如果补充(或相反)股线是没有润润的。这是因为互补链上的DNA序列可以作为模板DNA复制

在这种情况下,该小区使用称为的机制基地切除修复(BER)。这是一个切割和替换单个核苷酸的过程。

首先是一种叫做DNA糖基化酶提取损坏的部分。然后叫做酶美联社核酸内切酶找到糖-磷酸主干的空隙并移除邻近的核苷酸。接下来,DNA聚合酶组装缺失的基础。最后,DNA连接酶重新加入糖磷酸盐骨干。

有时一系列基地损坏。在这种情况下,酶不仅可以移除并替换单个碱基。相反,它们将切出DNA链的整个受损段并更换它。这个过程叫做核苷酸切除修复(NER)

如何修复糖磷酸盐骨架中的休息时间?

高能的电离辐射可以爆炸穿过糖-磷酸盐的主干。这个原因单链断裂(SSB)或双链断裂(DSB)。

对于SSB,第一步是检测断裂。这是一个叫做酶的工作聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP).这种酶会向其他修复蛋白发出信号,让它们来断裂。多核苷酸激酶(PNK)然后清理磷酸主干断裂的末端,而DNA聚合酶则填补这个空白,直到只剩下一个很小的空白。这个缺口通过DNA连接酶再次连接在一起。这个过程叫做单链断裂修复(SSBR)。

单链断裂修复的过程
(来源:Let 's Talk Science基于LadyofHats[公共领域]的图像狗万实力大网维基共享).

与SSB不同的是,dsb对细胞极其有害。它们会干扰DNA复制蛋白质合成.它们也会导致染色体重排.当一块染色体附着在另一种染色体上时,发生这种情况。重排与某些癌症有关,例如慢性骨髓白血病

DSB通过两种机制之一进行修复:非同源端连接(NHEJ)和同源重组(HR)。

NHEJ是由电离辐射引起的主要方式。在NHEJ,Aku hiderodimer.与DNA的断裂结合,并帮助两条股线正确排列。然后通过去除邻近的核苷酸来清除脱核酸酶(Artemis)。一种非同源端连接因子(XLF)准备链接的结扎(连接在一起)由一种叫做第四DNA连接酶.连接酶利用靠近磷酸主干断裂处的DNA片段填补空白,并重新连接链。

非同源终端连接的过程
非同源终结的过程(来源:让我们基于Ladyofhats [Public Domain]的图像基于图像的狗万实力大网谈话科学维基共享).

在人力资源,同源染色体(妹妹)用作修复的模板。DNA股的类似或相同的部分是切除了(剪下)。然后一个Strand收购发生。DSB在破碎的股线上创造了一个空隙。在收购期间,股线的健康部分被复制并用于填补这种差距。

如何修复氢键中的断裂?

有时电离辐射可以破坏连接底对的氢键。幸运的是,氢键不是共价.这意味着电子不被原子共享。正因为如此,这些键可以相对容易地断裂和重新结合。

DNA中的氢键
腺嘌呤有两个氢键与胸腺嘧啶相连胞嘧啶有三个氢键与鸟嘌呤相连。(狗万实力大网让我们谈谈科学使用的图像ttsz通过Istockphoto.).

你每天都暴露在少量的电离辐射中。电离辐射会损害DNA。但正如你刚刚了解到的,你的身体有真正非凡的生化机制来修复这些损伤!

了解更多

DNA损伤与修复机制(2016)

戴夫教授的信息视频(11:29分钟)解释说解释了DNA损伤和修复的机制;一些概念相当高,但解释是清晰可访问的。

DNA复制:复制生命分子(2016)

戴夫教授的一段视频(6:15分钟)解释了DNA复制;包括描述过程的背景信息和图表。

参考文献

Kanehisa实验室。(2015年1月20)。非同源终端连接

Kanehisa实验室。(2016年9月20日)。同源重组

国家人类基因组研究所。(2015年6月16日)。脱氧核糖核酸

NDT资源中心。(N.D.)。细胞辐射敏感度

史密斯,K。C.(2008年9月10日)。DNA双股休息