微生物如何修復紫外線對其DNA造成的損傷

1. 紫外線對DNA分子損傷機理

答：紫外紅照射DNA的損傷 紫外線(ULTRAVIOLET LIGHT,UV )是一種有效的殺菌劑。用紫外線照 射細菌並把細菌接角可見光，大部分細菌就能活下來這是光能修復輻射引起的損傷的證據。

紫外線主要作用在DNA上,因為用波長期260NM,紫外線照射細菌時,殺菌率和誘變率都有最強,而這個波長正是DNA的吸收峰 .紫外線照射後對DNA發生了什麼影響呢?分析紫外線照射後DNA,發現有幾個變化,其中最明顯的變化是,同一鏈上的兩個鄰接嘧啶核苷酸的共價聯結,形成嘧啶二聚體.嘧啶 二聚體(thymine dimer,T T )(圖書12-23)，此外還有胞嘧啶二聚體腺(CC）以及胸嘧啶和胞嘧啶二聚體（CT）。

這些嘧啶二聚體使雙螺的兩鏈的鍵減弱，使DNA 結構局部變形，嚴重影響照射後DNA的復制和轉錄。含有嘧啶二聚體的DNA 的鏈接，使它不能作為DNA 復制的樣板，新合成的鏈在二聚體的對面和兩旁留下了缺口 。

紫外線引起的DNA 的損傷的修復，大致上通過3個途徑：（1）在損傷部位就地修復——光復活；（2）取代損傷部位——暗修復或切除修復；（3）越過損傷部位而進行修復——重組修復

光復活 細菌經紫外線照射後，再放在波長310-440NM的可見光下，存活率大大提高，並且降低了穿梭變頻 率，這是什麼原因 呢？後來發現這人效應是一種光得活酶的作用 。在暗處，光復活酶能認了紫 外線照 射 所形成的嘧啶二聚體，如TT,並和它結合，形成酶和DNA 的復合物，但不能解 開二聚體。但照以可見光時，這光利用可見光提 供的的能量，使 二聚體解開成為單體，然後酶 從復合折中釋放出來 。修復過程 完成。

光復活酶已在許多 生物體內發現，包括細菌，酵母菌，原後動物，藻燈，真菌，蛙，鳥類，哺乳動物中的有袋類以及人類和其他哺乳類的淋巴細胞和成纖維細胞等 。這種算盤復功能雖然要普遍存在，但主要是低等 生物的一種修復形式，隨著生物進化地位的上升， 它所起的作用隨之削弱。

暗復活 暗復活過程 具有更重要的意義 ，它並不表示修復過程只在黑暗中進行，而只是說，光不起任何作用 。這種修復過程不是簡單地另一種酶來拆開二聚體，而 利用雙鏈DNA中一段完整 的互補鏈，去恢復損傷名字所喪失的信息；就是把含 有二聚體的DNA 片段 切除，然後 通過 新的核苷酸酸 鏈的再合志進行修補，所以又叫做切除修 復，切除修復有兩 種情況民，一是先補後切，一是先切後補。 一般認為先補後切比較合理。切除修 復不僅能除去嘧啶二聚體，而且還可以除DNA 上其它的損害。

人的色素性干症是常染色體隱 性基辦決定的。隱性純合體對陽光極度敏感，皮膚的癌 的發病力。這類皮膚癌 可能是體細胞突變的結果，而色素性干皮症患 者又很容易 得這類病 ，表明DNA修 復系統在保護我們不愛環境 中誘變和致辭癌 自物質 的作用 方面是很重要的。

重級修 復 重組和修 復有幾個共同的地方 ：1都 需要核 酸 內切酶的存在，。用來切斷DNA 雙鏈中的一第鏈；2都 需要 核 酸 外切酶 的參與，把DNA片段切除；3都 需要 DNA多聚酶 的催化合成單鏈DNA 的片段，彌補DNA 鏈上的缺口；4都 需要連接酶的作用，把新鏈和舊鏈以共價鍵連接起來。因為DNA的重組和修復關系密切，所以DNA 分子的損傷很有可能通過 DNA 的重組和修 復關系來切，所以DNA 分子的損傷很有可能通過 DNA 分子間的重組來修 復，這就是所謂重組修復。
詳細資料：
http://swzy.sde.net/dna/baseDNA/DNA%CB%F0%C9%CB%B5%C4%D0%DE%B8%B4.htm
第二段的正文。

2. 大腸桿菌經UV照射後其DNA會發生哪些形式的損失可通過哪種機制進行修復

DNA損傷修復。
大腸桿菌能修復有紫外線所造成的DNA損傷。當時把這種修復功能稱為暗復活或者按修復。1958年，該項目由RL希爾證明。

3. DNA損傷的修復方式有哪些

1、光修復：

指細胞在酶的作用下，直接將損傷的DNA進行修復。修復是由細菌中的DNA光解酶完成，此酶能特異性識別紫外線造成的核酸鏈上相鄰嘧啶共價結合的二聚體，並與其結合，這步反應不需要光；

結合後如受300-600nm波長的光照射，則此酶就被激活，將二聚體分解為兩個正常的嘧啶單體，然後酶從DNA鏈上釋放，DNA恢復正常結構。

2、切除修復：

（1）細胞內有多種特異的核酸內切酶，可識別DNA的損傷部位，在其附近將DNA單鏈切開，再由外切酶將損傷鏈切除，由聚合酶以完整鏈為模板進行修復合成，最後有連接酶封口；

（2）鹼基脫氨形成的尿嘧啶、黃嘌呤和次黃嘌呤可被專一的N-糖苷酶切除，然後用AP核酸內切酶打開磷酸二酯鍵，進行切除修復。DNA合成時消耗NADPH合成胸腺嘧啶，可與胞嘧啶脫氨形成的尿嘧啶相區別，提高復制的忠實性。RNA是不修復的，所以採用「廉價」的尿嘧啶；

（3）切除修復不需光照，也稱暗修復。大腸桿菌中有UvrABC系統，可切除修復嘧啶二聚體。人體缺乏相應系統則發生「著色性干皮病」，皮膚乾燥，有色素沉著，易患皮膚癌。可加入T4內切酶治療。

3、誘導修復：

DNA嚴重損傷能引起一系列復雜的誘導效應，稱為應急反應，包括修復效應、誘變效應、分裂抑制及溶原菌釋放噬菌體等。細胞癌變也可能與應急反應有關。應急反應誘導切除和重組修復酶系，還誘導產生缺乏校對功能的DNA聚合酶，加快修復，避免死亡，但提高了變異率。

單鏈DNA誘導重組蛋白A，可水解Lex A蛋白，使一系列基因得到表達，如RecA、UvrABC、SOS修復所需的酶等，產生應急反應。應急反應可作為致癌物的簡易檢測方法。採用缺乏修復系統、膜透性高的E.coli突變株，並添加鼠肝勻漿液。

(3)微生物如何修復紫外線對其DNA造成的損傷擴展閱讀：

DNA損傷的原因：

DNA存儲著生物體賴以生存和繁衍的遺傳信息，因此維護DNA分子的完整性對細胞至關緊要。外界環境和生物體內部的因素都經常會導致DNA分子的損傷或改變，而且與RNA及蛋白質可以在細胞內大量合成不同，一般在一個原核細胞中只有一份DNA，

在真核二倍體細胞中相同的DNA也只有一對，如果DNA的損傷或遺傳信息的改變不能更正，對體細胞就可能影響其功能或生存，對生殖細胞則可能影響到後代。

參考資料來源：網路-DNA修復

4. 哪些因素能引起DNA損傷生物機體是如何修復的

一、定義：DNA損傷是復制過程中發生的DNA核苷酸序列永久性改變，並導致遺傳特徵改變的現象。情況分為：substitutation （替換）deletion （刪除）insertion （插入）exon skipping （外顯子跳躍）。
二、原因：
1.DNA分子的自發損傷：DNA復制過程中發生的錯配、鹼基的脫氨基作用、鹼基的丟失（脫嘌呤與脫嘧啶）、活性氧引起的鹼基修飾與鏈斷裂
2.物理因素：紫外線、電離輻射、X射線
3.特殊物質引起的損傷：鹼基類似物、修飾劑、烷基劑、嵌合劑、黃麴黴素
三、修復：
1、光復活：又稱光逆轉。這是在可見光（波長3000～6000埃）照射下由光復活酶識別並作用於二聚體，利用光所提供的能量使環丁醯環打開而完成的修復過程 (圖2)。光復活酶已在細菌、酵母菌、原生動物、藻類、蛙、鳥類、哺乳動物中的有袋類和高等哺乳類及人類的淋巴細胞和皮膚成纖維細胞中發現。這種修復功能雖然普遍存在，但主要是低等生物的一種修復方式，隨著生物的進化，它所起的作用也隨之削弱。
光復活過程並不是PR酶吸收可見光，而是PR酶先與DNA鏈上的胸腺嘧啶二聚體結合成復合物，這種復合物以某種方式吸收可見光，並利用光能切斷胸腺嘧啶二聚體間的C-C鍵，胸腺嘧啶二聚體變成單體，PR酶就從DNA上解離下來。
2、切除修復：又稱切補修復。最初在大腸桿菌中發現，包括一系列復雜的酶促DNA修補復制過程,主要有以下幾個階段：核酸內切酶識別DNA損傷部位，並在5'端作一切口，再在外切酶的作用下從5'端到3'端方向切除損傷；然後在 DNA多聚酶的作用下以損傷處相對應的互補鏈為模板合成新的 DNA單鏈片斷以填補切除後留下的空隙；最後再在連接酶的作用下將新合成的單鏈片斷與原有的單鏈以磷酸二酯鏈相接而完成修復過程。
3、重組修復：重組修復從 DNA分子的半保留復制開始，在嘧啶二聚體相對應的位置上因復制不能正常進行而出現空缺,在大腸桿菌中已經證實這一DNA損傷誘導產生了重組蛋白,在重組蛋白的作用下母鏈和子鏈發生重組,重組後原來母鏈中的缺口可以通過DNA多聚酶的作用,以對側子鏈為模板合成單鏈DNA片斷來填補,最後也同樣地在連接酶的作用下以磷酸二脂鍵連接新舊鏈而完成修復過程。重組修復也是嚙齒動物主要的修復方式。重組修復與切除修復的最大區別在於前者不須立即從親代的DNA分子中去除受損傷的部分,卻能保證DNA復制繼續進行。原母鏈中遺留的損傷部分,可以在下一個細胞周期中再以切除修復方式去完成修復。
4、SOS修復系統：是SOS反應的一種功能。SOS反應是DNA受到損傷或脫氧核糖核酸的復制受阻時的一種誘導反應。在大腸桿菌中,這種反應由recA-lexA系統調控。正常情況下處於不活動狀態。當有誘導信號如 DNA損傷或復制受阻形成暴露的單鏈時，recA蛋白的蛋白酶活力就會被激活，分解阻遏物lexA蛋白,使SOS反應有關的基因去阻遏而先後開放,產生一系列細胞效應。引起SOS反應的信號消除後，recA蛋白的蛋白酶活力喪失，lexA蛋白又重新發揮阻遏作用。

5. 哪些因素能引起DNA損傷生物機體是如何修復的

引起dna損傷原因：①物理因素電離輻射可引起其它物質產生自由基，從而引起鹼基氧化修飾、過氧化物的形成、鹼基環的破壞和脫落等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。②化學因素a.烷化劑硫酸二甲酯、甲烷磺酸甲酯（mms）等烷化劑可將烷基加到嘌呤或嘧啶的n或o上使鹼基烷基化。鳥嘌呤的n7和腺嘌呤的n3最容易受攻擊，形成m7g和m3a烷基化的嘌呤鹼基，導致復制時鹼基錯配。b.鹼基類似物5-溴尿嘧啶（5-bu）、5-氟尿嘧啶（5-fu）、2-氨基腺嘌呤（2-ap）等。它們的結構與鹼基相似，進入細胞能替代正常的鹼基參入到dna鏈中而干擾dna復制合成。c.黃麴黴素黃麴黴素b、1,2-乙醯-氨基芴、苯並芘、吖啶等可插入鹼基序列，引起移碼。d.硝酸鹽亞硝酸鹽能使c脫氨變成u，經過復制就可使dna上的g-c變成a-t對。③鹼基的自發改變和損傷a.鹼基的異構互變4種鹼基各自的異構體間都可自發地互變（烯醇式與酮式間的互變），這會使鹼基間發生錯配，使a-c、t-g等。b.鹼基的脫氨基作用鹼基的環外-nh2有時會自發脫落，使c→u、a→次黃嘌呤（i）、g→黃嘌呤（x）等，dna復制時，u-a、i-x、i-c配對，導致子代dna序列錯誤。④氧自由基傷害細胞代謝副產物o2-、h2o2等會造成鹼基損傷，產生胸腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等鹼基修飾物，引起鹼基配對錯誤。吖啶類分子帶正電呈扁平狀，易於嵌入dna鹼基平面間，導致在復制或重組過程中缺失或插入一個鹼基。dna聚合酶在復制過程中發生滑動，尤其在連續幾個相同鹼基的區段產生1個或幾個鹼基的缺失或插入。聚合酶在模板鏈上滑動易於造成缺失，在生長鏈上滑動易於造成插入。插入或缺失會導致讀碼框改變。dna受到紫外線照射時，使dna鏈上相鄰的嘧啶以共價鍵連成二聚體。相鄰2個t；或2個c；或c與t間都可形成環丁基二聚體；相鄰2個t間最易形成tt二聚體。電離輻射可使dna鏈斷裂；射線的直接和間接作用都可能使脫氧核糖破壞或磷酸二酯鍵斷開而致dna鏈斷裂。烷化劑也可使dna鏈斷裂；dna鏈的磷酸二酯鍵上的氧易被烷化，結果形成不穩定的磷酸三酯鍵，在糖與磷酸間發生水解，使dna鏈斷裂。對單倍體細胞一個雙鏈斷裂就是致死性事件。
dna修復機制：1光修復dna光解酶（photolyase）能特異性識別紫外線造成的dna鏈上相鄰嘧啶結合的二聚體，並與其結合；結合後酶可被300~600nm的光激活，將二聚體分解為兩個正常的嘧啶單體，然後酶從dna鏈上釋放，dna恢復正常結構。2切除修復切除修復（excision
repair）對多種dna損傷包括鹼基脫落形成的無鹼基位點、嘧啶二聚體、鹼基烷基化、單鏈斷裂等都能起修復作用。3重組修復（recombination
repair）在沒有互補鏈可直接利用時，如在dna復制進行時發生dna損傷，此時dna兩條鏈已經分開，修復可用dna重組方式。4.錯配修復錯配修復是以模板鏈的信息來糾正新合成鏈錯配鹼基的一種修復方式。錯配修復能區分新鏈及模板鏈。區分方式是用甲基化酶（dam）在模板鏈gatc中的a（n-6）上甲基化修飾。5sos修復sos修復是dna受到嚴重損傷、細胞處於危急狀態時所誘導的一種dna修復方式，修復結果只是能維持基因組的完整性，但留下的錯誤較多，又稱為錯誤傾向修復（error-prone
repair），使細胞有較高的突變率。5.sos修復是radman1975年提出的，uv照射可能在e.
coli中誘發出一種dna修復系統，增強dna損傷後的修復能力，同時促進突變

6. 紫外線造成的DNA損傷是如何進行修復的

光復活
DNA損傷修復（repair of DNA damage）
在多種酶的作用下，生物細胞內的DNA分子受到損傷以後恢復結構的現象。DNA損傷修復的研究有助於了解基因突變機制，衰老和癌變的原因，還可應用於環境致癌因子的檢測。
簡史 1949年A．凱爾納偶然發現灰色鏈絲菌等微生物經紫外線（UV）照射後如果立即暴露在可見光下則可減少死亡。此後在大量的微生物實驗中都發現了這種現象，並證明這是許多種微生物固有的DNA損傷修復功能，並把這一修復功能稱為光復活。1958年R．L．希爾證明即使不經可見光的照射，大腸桿菌也能修復它的由紫外線所造成的DNA損傷，而後又證明其他微生物也有這種功能，當時就把這種修復功能稱為暗復活或暗修復。此後發現暗修復普遍地存在於原核生物、低等真核生物、高等真核生物的兩棲類乃至哺乳動物中，並證實暗修復包括切除修復和復制後修復兩種。1968年美國學者J．E．克利弗首先發現人類中的常染色體隱性遺傳的光化癌變疾病——著色性干皮病（XP）是由基因突變造成的DNA損傷切除修復功能的缺陷引起的。這一發現為惡性腫瘤的發生機理提供了一個重要的分子生物學證據，也使DNA損傷修復的研究進入了醫學領域。
可參考
http://218.22.166.105:8000/RESOURCE/CZ/CZSW/SWTS/ZGDBK/4329_SR.ehmc

7. 紫外線對DNA的損傷及其修復是如何進行的

UV加快目的分子震動,促進分子中電子向高能級躍遷,導致新的化學鍵.最常見的是相鄰兩個嘧啶形成二聚體如（TT）.
修復：光活化作用（photoreaction）.在可見光下,DNA 光裂解酶（photolyases）可以特異識別嘧啶二聚體,從而達到無錯修復.

8. dna的損傷是怎樣修復的其修復的生物學意義是什麼

1. 直接修復 1949年已發現光復活現象，可見光（最有效400nm）可激活光復活酶，此酶能分解由於紫外線形成的嘧啶二聚體。高等哺乳動物沒有此酶。

2. 2.切除修復 在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷部分切除，並以完整的那一條鏈為模板，合成出切去部分，DNA恢復正常結構。

3. 3.結構缺陷的修復： （1）核酸內切酶識別DNA損傷部位，在其附近將其切開。 （2）核酸外切酶切除損傷的DNA。 （3）DNA聚合酶修復。 （4）DNA連接酶連接。

4. 4.無嘌呤無嘧啶——鹼基缺陷或錯配——脫鹼基（N-糖苷酶）： 甲基磺酸甲酯可使鳥嘌呤第7位氮原子烷基化，活化β-糖苷鍵，造成脫嘌呤作用；酸也能使DNA脫嘌呤。 DNA復制時，DNA聚合酶對dTTP和dUTP分辨力不高，有少量dUTP摻入DNA鏈。細胞中的尿嘧啶-N-糖苷酶可以切掉尿嘧啶。腺嘌呤脫氨形成次黃嘌呤時也可以被次黃嘌呤-N-糖苷酶切掉次黃嘌呤。對於無嘌呤無嘧啶的損傷有兩種修復方法： （1）AP核酸內切酶切開，核酸外切酶切除，DNA聚合酶修復，DNA連接酶連接。 （2）插入酶插入正確鹼基。

5. 5.重組修復 切除修復發生在DNA復制之前，而當DNA發動復制時尚未修復的損傷部位，可以先復制，再重組修復。 在重組修復過程中，DNA鏈的損傷並未除去。 重組修復至少需要4種酶組分。重組基因recA編碼一種分子量為40000的蛋白質，它具有交換DNA鏈的活力。RecA蛋白被認為在DNA重組和重組修復中均起關鍵作用。recB、recC基因分別編碼核酸外切酶V的兩個亞基。此外，修復合成還需要DNA聚合酶和連接酶。

6. 6.易錯修復和應急反應（SOS反應） 誘導修復是細胞DNA受到嚴重損傷或DNA復制系統受到抑制的緊急情況下，為求得生存而出現的一系列誘導性修復。 SOS反應誘導的修復系統包括避免差錯的修復（無差錯修復）和易錯的修復。 避免差錯的修復：SOS反應能誘導光復活切除修復和重組修復中某些關鍵酶和蛋白質的產生，從而加強光復活切除修復和重組修復的能力，這屬於避免差錯的修復。  易錯的修復：SOS反應還能誘導產生缺乏校對功能的DNA聚合酶，它能在DNA損傷部位進行復制而避免了死亡，可是卻帶來了高的突變率，這屬於易錯的修復。  SOS反應是由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的。RecA蛋白不僅在同源重組中起重要作用，而且它也是SOS反應的最初發動因子。在有單鏈DNA和ATP存在時，RecA蛋白被激活而表現出蛋白水解酶的活力，它能分解λ噬菌體的阻遏蛋白和LexA蛋白。LexA蛋白（22Kd）許多基因的阻遏物，當它被RecA的蛋白水解酶分解後就可以使一系列基因得到表達其中包括紫外線損傷的修復基因uvrA、uvrB、uvrC（分別編碼核酸內切酶的亞基）以及recA和lexA基因本身，還有單鏈結合蛋白基因ssb，與λ噬菌體DNA整合有關的基因himA、與誘變作用有關的基因umuDC，與細胞分裂有關的基因sulA，ruv，和lon，以及一些功能不清楚的基因dinA，B，D，F等。 

   DNA的修復機制對保證遺傳信息在傳遞過程中的忠實性，連續性具有重要的意義。

9. 紫外線造成的DNA損傷是如何進行修復的

uv加快目的分子震動，促進分子中電子向高能級躍遷，導致新的化學鍵。最常見的是相鄰兩個嘧啶形成二聚體如（tt）。
修復：光活化作用（photoreaction）。在可見光下，dna
光裂解酶（photolyases）可以特異識別嘧啶二聚體，從而達到無錯修復。

10. 細菌經紫外線誘變後,具有哪幾種修復機制

有兩種修復機制，光修復和暗修復。
光修復是可見光激活光修復酶，光修復酶把DNA鏈里由於紫外照射而形成的二聚體解聚，在接下來的DNA復制中就不會因二聚體而發生錯誤，即修復使突變不發生。
暗修復不依賴可見光，是通過內切酶的作用去除掉有二聚體的一小段DNA鏈，用另一條正常鏈為模板重新合成DNA。暗修復的發生與培養條件相關，如溫度等。