DNA损伤、突变的修复

三、DNA损伤、突变的修复

DNA损伤和修复是细胞内同时并存的两个过程，是保证遗传物质稳定性的重要机制。DNA修复（DNA repairing）是指针对已发生了的缺陷而实施的补救措施，主要有以下几种。

（一）光修复

1949年，Kellner首先发现可见光可以保护微生物避免死于致死剂量的紫外线照射。1958年，Rupert等称之为光复活修复（light repairing）。光复活修复是通过生物体内的光复活酶（photolyase）完成的。已发现多种生物含有光复活酶，但未发现人有此类酶。在大肠埃希菌中，光复活酶是由一单基因（phr）所编码的含有471个氨基酸的蛋白质，被光激活后能利用可见光所提供的能量使紫外线照射引起的嘧啶二聚体分开，恢复原来的两个核苷酸。

（二）切除修复

切除修复（excision repairing）是细胞内主要的修复方式。其作用机制是通过一种特殊的内切核酸酶将DNA分子中的损伤部分切除，同时以另一条完整的DNA链为模板，由DNA聚合酶Ⅰ催化填补切除部分的空隙，再由DNA连接酶封口，使DNA恢复正常结构。切除修复包括碱基切除修复（baseexcision repair，BER）和核苷酸切除修复（nucleotide excision repair，NER）。BER只是在酶（如糖基化酶）的作用下将受损碱基切去，不影响DNA的多核苷酸链骨架（图3-26）。

NER则涉及受损DNA片段的切除、新链的合成、连接等一系列反应。大肠埃希菌中存在一种Uvr ABC修复系统，有六种蛋白和酶参与这一修复（图3-27）。人的核苷酸切除修复十分复杂，需要30多种基因产物、蛋白因子的参与。

（三）重组修复

当DNA分子的损伤面积较大，还来不及修复就进行复制时，损伤部位因没有模板指引，复制出来的子链就会出现缺口，这时可利用重组过程进行修复，称为重组修（recombination repairing）。在这个过程中激活一种关键酶，即由RecA基因编码的RecA蛋白。RecA蛋白结合在子链的空缺处，引发对侧正常模板链与子链重组，从而将子链修复成完整子链。模板链上留下的空缺由DNA聚合酶Ⅰ合成DNA片段填补，最后由连接酶连接，使模板链重新成为一条完整的DNA链。通过重组过程后，DNA损伤可能仍保存下来，但随着多次复制及重组修复，损伤链所占比例越来越少，不影响细胞的正常功能。RecA是一种多功能酶，一旦重组修复完成，诱导信号消失，RecA蛋白不再活化，修复过程即被终止。

（四）SOS修复

当DNA分子受到严重损伤时，细胞处于危险状态，正常修复机制均已被抑制，此时只能进行SOS方式的修复。这种修复的机制是：DNA受到严重损伤时，RecA蛋白的蛋白酶活性被活化，使得LexA蛋白被水解。LexA蛋白是一种抑制蛋白，抑制与SOS修复有关的基因（RecA基因、UvrABC基因及其他SOS基因）的表达，当它被水解后，这些基因的抑制被解除，于是修复酶系大量表达。由此可知RecA蛋白不仅作为重组酶的功能参与重组修复，而且作为蛋白水解酶的功能参与SOS修复（图3-28）。

修复过程在生物体内是普遍存在的，也是正常的生理过程。细胞内修复机制障碍，DNA损伤不能及时修复，往往是衰老与疾病发生的原因。