DNA损伤、突变的引发因素
DNA分子结构的任何异常改变都可以被看做是DNA的损伤。根据引发因素DNA损伤可以分为自发性损伤和环境因素引起的损伤，但有时两者很难区分。两类引发因素中最常见的因素分别是复制错误与诱变剂（图3-25）。
（一）DNA的自发性损伤
1．复制错误 DNA的自发性损伤通常发生在复制过程中。如果复制过程中碱基发生错误配对，即可引起DNA损伤。DNA聚合酶催化DNA合成的忠实性受某些因素影响，如以Mn2＋或Ca2＋代替Mg2＋可以使DNA聚合酶催化DNA合成的准确性降低。对大肠埃希菌的研究表明，碱基配对的错误率为10-1～10-2。但由于体内修复校正机制的存在，DNA复制的实际错误率很低，通常可以降到10-9甚至更低。
2．修复合成 DNA损伤后修复系统将损伤部位DNA链上的一段DNA切除，在以互补链为模板重新合成DNA，这种DNA合成不同于DNA复制，称为DNA修复合成，又称为DNA非程序合成（unscheduled DNA synthesis，UDS）。参与DNA修复合成的DNA聚合酶所催化的DNA合成同样可以发生碱基配对错误，造成DNA损伤。
3．碱基自发突变 包括脱氨基和碱基丢失。
（1）脱氨基：即上述突变类型中的“转换”突变。胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤含有环外氨基，容易自发丢失。这三种碱基脱氨基后分别转变为尿嘧啶、次黄嘌呤及黄嘌呤。这种突变可以影响到DNA复制。如腺嘌呤脱氨后生成次黄嘌呤（I），复制时与C配对而不是与T配对，由原来的AT对变成IC对，进而在第三代变为GC对，由此造成突变。
图3-24 UV辐射诱导的光产物
图示含有两个相邻的胸腺嘧啶碱基的一段多聚核苷酸。A．一个胸腺嘧啶二聚体含有两个UV诱导的共价键，一个在6位连接碳原子，另一个在5位连接碳原子。B．（6-4）损伤指4位碳原子与相邻核苷酸6位碳原子之间形成共价键
（2）碱基丢失：所谓碱基丢失是指脱嘌呤或脱嘧啶作用，即从DNA上丢掉了嘌呤碱或嘧啶碱，形成无碱基位点，称为AP部位（apurine，apyrimidine site，AP）。嘧啶碱与脱氧核糖相连的糖苷键比嘌呤碱相应糖苷键稳定，所以脱嘌呤比较多见。丢掉碱基的脱氧核糖3′端的磷酸二酯键容易被水解，造成DNA链断裂。
4．正常代谢产物对DNA的损伤 细胞进行生物氧化代谢时不断产生氧自由基，氧自由基可以引起DNA的氧化损伤，造成DNA链断裂。其产物有胸腺嘧啶乙二醇、胸苷嘧啶乙二醇和羟甲基尿嘧啶等。这些损伤产物可以从尿中排出体外，因而测定尿中这些产物的量就可以推测受损伤DNA的清除率。(https://www.daowen.com)
（二）环境造成的DNA损伤
环境中许多物理和化学因素都能造成DNA分子结构的损伤，如电离辐射、紫外线、烷化剂、氧化剂等。一种因素可能造成多种类型的损伤，一种类型的损伤也可能来自不同因素的作用。对紫外线引起的DNA损伤研究得比较广泛。波长260nm紫外线（ultraviolet，UV）可以引起DNA链上相邻的两个嘧啶通过5、6双键的饱和作用形成共价结合的4元环结构，生成嘧啶二聚体，从而影响DNA的复制（图3-24）。此外，波长254nm紫外线还可引起DNA链的断裂。不少化学物质如烷化剂、农药、各种工业排放物、食品防腐剂、添加剂以及汽车排放的废气等均可引起DNA损伤。例如，烷化剂是一种亲电子化学物质，可以直接与DNA中碱基的亲核部位发生反应，造成对碱基的异常修饰。
图3-25 突变的例子
A．复制中的错误导致子代双螺旋中的一处错配，这里是由模板DNA的一个A的错误拷贝而导致T→C的改变。错配分子自身复制时，产生一个具有正确序列的双螺旋和一个含有突变序列的双螺旋。B．诱变剂改变了亲代分子的下面一条链中A的结构，形成不能与另一链中的T碱基配对的核苷酸X，结果造成一个错配。亲代分子复制时，X与C碱基配对，形成一个突变的子代分子。该子代分子复制时，两个子二代就继承了该突变
总之，无论是自发突变还是环境因素造成的DNA损伤，其发生的频率相当可观。这些损伤如不修复会严重影响DNA的复制和转录。生物在进化过程中，产生了一整套十分有效的修复系统，以保证遗传物质的稳定性。
