微生物如何修复紫外线对其DNA造成的损伤

1. 紫外线对DNA分子损伤机理

答：紫外红照射DNA的损伤 紫外线(ULTRAVIOLET LIGHT,UV )是一种有效的杀菌剂。用紫外线照 射细菌并把细菌接角可见光，大部分细菌就能活下来这是光能修复辐射引起的损伤的证据。

紫外线主要作用在DNA上,因为用波长期260NM,紫外线照射细菌时,杀菌率和诱变率都有最强,而这个波长正是DNA的吸收峰 .紫外线照射后对DNA发生了什么影响呢?分析紫外线照射后DNA,发现有几个变化,其中最明显的变化是,同一链上的两个邻接嘧啶核苷酸的共价联结,形成嘧啶二聚体.嘧啶 二聚体(thymine dimer,T T )(图书12-23)，此外还有胞嘧啶二聚体腺(CC）以及胸嘧啶和胞嘧啶二聚体（CT）。

这些嘧啶二聚体使双螺的两链的键减弱，使DNA 结构局部变形，严重影响照射后DNA的复制和转录。含有嘧啶二聚体的DNA 的链接，使它不能作为DNA 复制的样板，新合成的链在二聚体的对面和两旁留下了缺口 。

紫外线引起的DNA 的损伤的修复，大致上通过3个途径：（1）在损伤部位就地修复——光复活；（2）取代损伤部位——暗修复或切除修复；（3）越过损伤部位而进行修复——重组修复

光复活 细菌经紫外线照射后，再放在波长310-440NM的可见光下，存活率大大提高，并且降低了穿梭变频 率，这是什么原因 呢？后来发现这人效应是一种光得活酶的作用 。在暗处，光复活酶能认了紫 外线照 射 所形成的嘧啶二聚体，如TT,并和它结合，形成酶和DNA 的复合物，但不能解 开二聚体。但照以可见光时，这光利用可见光提 供的的能量，使 二聚体解开成为单体，然后酶 从复合折中释放出来 。修复过程 完成。

光复活酶已在许多 生物体内发现，包括细菌，酵母菌，原后动物，藻灯，真菌，蛙，鸟类，哺乳动物中的有袋类以及人类和其他哺乳类的淋巴细胞和成纤维细胞等 。这种算盘复功能虽然要普遍存在，但主要是低等 生物的一种修复形式，随着生物进化地位的上升， 它所起的作用随之削弱。

暗复活 暗复活过程 具有更重要的意义 ，它并不表示修复过程只在黑暗中进行，而只是说，光不起任何作用 。这种修复过程不是简单地另一种酶来拆开二聚体，而 利用双链DNA中一段完整 的互补链，去恢复损伤名字所丧失的信息；就是把含 有二聚体的DNA 片段 切除，然后 通过 新的核苷酸酸 链的再合志进行修补，所以又叫做切除修 复，切除修复有两 种情况民，一是先补后切，一是先切后补。 一般认为先补后切比较合理。切除修 复不仅能除去嘧啶二聚体，而且还可以除DNA 上其它的损害。

人的色素性干症是常染色体隐 性基办决定的。隐性纯合体对阳光极度敏感，皮肤的癌 的发病力。这类皮肤癌 可能是体细胞突变的结果，而色素性干皮症患 者又很容易 得这类病 ，表明DNA修 复系统在保护我们不爱环境 中诱变和致辞癌 自物质 的作用 方面是很重要的。

重级修 复 重组和修 复有几个共同的地方 ：1都 需要核 酸 内切酶的存在，。用来切断DNA 双链中的一第链；2都 需要 核 酸 外切酶 的参与，把DNA片段切除；3都 需要 DNA多聚酶 的催化合成单链DNA 的片段，弥补DNA 链上的缺口；4都 需要连接酶的作用，把新链和旧链以共价键连接起来。因为DNA的重组和修复关系密切，所以DNA 分子的损伤很有可能通过 DNA 的重组和修 复关系来切，所以DNA 分子的损伤很有可能通过 DNA 分子间的重组来修 复，这就是所谓重组修复。
详细资料：
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. 大肠杆菌经UV照射后其DNA会发生哪些形式的损失可通过哪种机制进行修复

DNA损伤修复。
大肠杆菌能修复有紫外线所造成的DNA损伤。当时把这种修复功能称为暗复活或者按修复。1958年，该项目由RL希尔证明。

3. DNA损伤的修复方式有哪些

1、光修复：

指细胞在酶的作用下，直接将损伤的DNA进行修复。修复是由细菌中的DNA光解酶完成，此酶能特异性识别紫外线造成的核酸链上相邻嘧啶共价结合的二聚体，并与其结合，这步反应不需要光；

结合后如受300-600nm波长的光照射，则此酶就被激活，将二聚体分解为两个正常的嘧啶单体，然后酶从DNA链上释放，DNA恢复正常结构。

2、切除修复：

（1）细胞内有多种特异的核酸内切酶，可识别DNA的损伤部位，在其附近将DNA单链切开，再由外切酶将损伤链切除，由聚合酶以完整链为模板进行修复合成，最后有连接酶封口；

（2）碱基脱氨形成的尿嘧啶、黄嘌呤和次黄嘌呤可被专一的N-糖苷酶切除，然后用AP核酸内切酶打开磷酸二酯键，进行切除修复。DNA合成时消耗NADPH合成胸腺嘧啶，可与胞嘧啶脱氨形成的尿嘧啶相区别，提高复制的忠实性。RNA是不修复的，所以采用“廉价”的尿嘧啶；

（3）切除修复不需光照，也称暗修复。大肠杆菌中有UvrABC系统，可切除修复嘧啶二聚体。人体缺乏相应系统则发生“着色性干皮病”，皮肤干燥，有色素沉着，易患皮肤癌。可加入T4内切酶治疗。

3、诱导修复：

DNA严重损伤能引起一系列复杂的诱导效应，称为应急反应，包括修复效应、诱变效应、分裂抑制及溶原菌释放噬菌体等。细胞癌变也可能与应急反应有关。应急反应诱导切除和重组修复酶系，还诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，加快修复，避免死亡，但提高了变异率。

单链DNA诱导重组蛋白A，可水解Lex A蛋白，使一系列基因得到表达，如RecA、UvrABC、SOS修复所需的酶等，产生应急反应。应急反应可作为致癌物的简易检测方法。采用缺乏修复系统、膜透性高的E.coli突变株，并添加鼠肝匀浆液。

(3)微生物如何修复紫外线对其DNA造成的损伤扩展阅读：

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。

参考资料来源：网络-DNA修复

4. 哪些因素能引起DNA损伤生物机体是如何修复的

一、定义：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）。
二、原因：
1.DNA分子的自发损伤：DNA复制过程中发生的错配、碱基的脱氨基作用、碱基的丢失（脱嘌呤与脱嘧啶）、活性氧引起的碱基修饰与链断裂
2.物理因素：紫外线、电离辐射、X射线
3.特殊物质引起的损伤：碱基类似物、修饰剂、烷基剂、嵌合剂、黄曲霉素
三、修复：
1、光复活：又称光逆转。这是在可见光（波长3000～6000埃）照射下由光复活酶识别并作用于二聚体，利用光所提供的能量使环丁酰环打开而完成的修复过程 (图2)。光复活酶已在细菌、酵母菌、原生动物、藻类、蛙、鸟类、哺乳动物中的有袋类和高等哺乳类及人类的淋巴细胞和皮肤成纤维细胞中发现。这种修复功能虽然普遍存在，但主要是低等生物的一种修复方式，随着生物的进化，它所起的作用也随之削弱。
光复活过程并不是PR酶吸收可见光，而是PR酶先与DNA链上的胸腺嘧啶二聚体结合成复合物，这种复合物以某种方式吸收可见光，并利用光能切断胸腺嘧啶二聚体间的C-C键，胸腺嘧啶二聚体变成单体，PR酶就从DNA上解离下来。
2、切除修复：又称切补修复。最初在大肠杆菌中发现，包括一系列复杂的酶促DNA修补复制过程,主要有以下几个阶段：核酸内切酶识别DNA损伤部位，并在5'端作一切口，再在外切酶的作用下从5'端到3'端方向切除损伤；然后在 DNA多聚酶的作用下以损伤处相对应的互补链为模板合成新的 DNA单链片断以填补切除后留下的空隙；最后再在连接酶的作用下将新合成的单链片断与原有的单链以磷酸二酯链相接而完成修复过程。
3、重组修复：重组修复从 DNA分子的半保留复制开始，在嘧啶二聚体相对应的位置上因复制不能正常进行而出现空缺,在大肠杆菌中已经证实这一DNA损伤诱导产生了重组蛋白,在重组蛋白的作用下母链和子链发生重组,重组后原来母链中的缺口可以通过DNA多聚酶的作用,以对侧子链为模板合成单链DNA片断来填补,最后也同样地在连接酶的作用下以磷酸二脂键连接新旧链而完成修复过程。重组修复也是啮齿动物主要的修复方式。重组修复与切除修复的最大区别在于前者不须立即从亲代的DNA分子中去除受损伤的部分,却能保证DNA复制继续进行。原母链中遗留的损伤部分,可以在下一个细胞周期中再以切除修复方式去完成修复。
4、SOS修复系统：是SOS反应的一种功能。SOS反应是DNA受到损伤或脱氧核糖核酸的复制受阻时的一种诱导反应。在大肠杆菌中,这种反应由recA-lexA系统调控。正常情况下处于不活动状态。当有诱导信号如 DNA损伤或复制受阻形成暴露的单链时，recA蛋白的蛋白酶活力就会被激活，分解阻遏物lexA蛋白,使SOS反应有关的基因去阻遏而先后开放,产生一系列细胞效应。引起SOS反应的信号消除后，recA蛋白的蛋白酶活力丧失，lexA蛋白又重新发挥阻遏作用。

5. 哪些因素能引起DNA损伤生物机体是如何修复的

引起dna损伤原因：①物理因素电离辐射可引起其它物质产生自由基，从而引起碱基氧化修饰、过氧化物的形成、碱基环的破坏和脱落等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。②化学因素a.烷化剂硫酸二甲酯、甲烷磺酸甲酯（mms）等烷化剂可将烷基加到嘌呤或嘧啶的n或o上使碱基烷基化。鸟嘌呤的n7和腺嘌呤的n3最容易受攻击，形成m7g和m3a烷基化的嘌呤碱基，导致复制时碱基错配。b.碱基类似物5-溴尿嘧啶（5-bu）、5-氟尿嘧啶（5-fu）、2-氨基腺嘌呤（2-ap）等。它们的结构与碱基相似，进入细胞能替代正常的碱基参入到dna链中而干扰dna复制合成。c.黄曲霉素黄曲霉素b、1,2-乙酰-氨基芴、苯并芘、吖啶等可插入碱基序列，引起移码。d.硝酸盐亚硝酸盐能使c脱氨变成u，经过复制就可使dna上的g-c变成a-t对。③碱基的自发改变和损伤a.碱基的异构互变4种碱基各自的异构体间都可自发地互变（烯醇式与酮式间的互变），这会使碱基间发生错配，使a-c、t-g等。b.碱基的脱氨基作用碱基的环外-nh2有时会自发脱落，使c→u、a→次黄嘌呤（i）、g→黄嘌呤（x）等，dna复制时，u-a、i-x、i-c配对，导致子代dna序列错误。④氧自由基伤害细胞代谢副产物o2-、h2o2等会造成碱基损伤，产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物，引起碱基配对错误。吖啶类分子带正电呈扁平状，易于嵌入dna碱基平面间，导致在复制或重组过程中缺失或插入一个碱基。dna聚合酶在复制过程中发生滑动，尤其在连续几个相同碱基的区段产生1个或几个碱基的缺失或插入。聚合酶在模板链上滑动易于造成缺失，在生长链上滑动易于造成插入。插入或缺失会导致读码框改变。dna受到紫外线照射时，使dna链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体。相邻2个t；或2个c；或c与t间都可形成环丁基二聚体；相邻2个t间最易形成tt二聚体。电离辐射可使dna链断裂；射线的直接和间接作用都可能使脱氧核糖破坏或磷酸二酯键断开而致dna链断裂。烷化剂也可使dna链断裂；dna链的磷酸二酯键上的氧易被烷化，结果形成不稳定的磷酸三酯键，在糖与磷酸间发生水解，使dna链断裂。对单倍体细胞一个双链断裂就是致死性事件。
dna修复机制：1光修复dna光解酶（photolyase）能特异性识别紫外线造成的dna链上相邻嘧啶结合的二聚体，并与其结合；结合后酶可被300~600nm的光激活，将二聚体分解为两个正常的嘧啶单体，然后酶从dna链上释放，dna恢复正常结构。2切除修复切除修复（excision
repair）对多种dna损伤包括碱基脱落形成的无碱基位点、嘧啶二聚体、碱基烷基化、单链断裂等都能起修复作用。3重组修复（recombination
repair）在没有互补链可直接利用时，如在dna复制进行时发生dna损伤，此时dna两条链已经分开，修复可用dna重组方式。4.错配修复错配修复是以模板链的信息来纠正新合成链错配碱基的一种修复方式。错配修复能区分新链及模板链。区分方式是用甲基化酶（dam）在模板链gatc中的a（n-6）上甲基化修饰。5sos修复sos修复是dna受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种dna修复方式，修复结果只是能维持基因组的完整性，但留下的错误较多，又称为错误倾向修复（error-prone
repair），使细胞有较高的突变率。5.sos修复是radman1975年提出的，uv照射可能在e.
coli中诱发出一种dna修复系统，增强dna损伤后的修复能力，同时促进突变

6. 紫外线造成的DNA损伤是如何进行修复的

光复活
DNA损伤修复（repair of DNA damage）
在多种酶的作用下，生物细胞内的DNA分子受到损伤以后恢复结构的现象。DNA损伤修复的研究有助于了解基因突变机制，衰老和癌变的原因，还可应用于环境致癌因子的检测。
简史 1949年A．凯尔纳偶然发现灰色链丝菌等微生物经紫外线（UV）照射后如果立即暴露在可见光下则可减少死亡。此后在大量的微生物实验中都发现了这种现象，并证明这是许多种微生物固有的DNA损伤修复功能，并把这一修复功能称为光复活。1958年R．L．希尔证明即使不经可见光的照射，大肠杆菌也能修复它的由紫外线所造成的DNA损伤，而后又证明其他微生物也有这种功能，当时就把这种修复功能称为暗复活或暗修复。此后发现暗修复普遍地存在于原核生物、低等真核生物、高等真核生物的两栖类乃至哺乳动物中，并证实暗修复包括切除修复和复制后修复两种。1968年美国学者J．E．克利弗首先发现人类中的常染色体隐性遗传的光化癌变疾病——着色性干皮病（XP）是由基因突变造成的DNA损伤切除修复功能的缺陷引起的。这一发现为恶性肿瘤的发生机理提供了一个重要的分子生物学证据，也使DNA损伤修复的研究进入了医学领域。
可参考
http://218.22.166.105:8000/RESOURCE/CZ/CZSW/SWTS/ZGDBK/4329_SR.ehmc

7. 紫外线对DNA的损伤及其修复是如何进行的

UV加快目的分子震动,促进分子中电子向高能级跃迁,导致新的化学键.最常见的是相邻两个嘧啶形成二聚体如（TT）.
修复：光活化作用（photoreaction）.在可见光下,DNA 光裂解酶（photolyases）可以特异识别嘧啶二聚体,从而达到无错修复.

8. dna的损伤是怎样修复的其修复的生物学意义是什么

1. 直接修复 1949年已发现光复活现象，可见光（最有效400nm）可激活光复活酶，此酶能分解由于紫外线形成的嘧啶二聚体。高等哺乳动物没有此酶。

2. 2.切除修复 在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除，并以完整的那一条链为模板，合成出切去部分，DNA恢复正常结构。

3. 3.结构缺陷的修复： （1）核酸内切酶识别DNA损伤部位，在其附近将其切开。 （2）核酸外切酶切除损伤的DNA。 （3）DNA聚合酶修复。 （4）DNA连接酶连接。

4. 4.无嘌呤无嘧啶——碱基缺陷或错配——脱碱基（N-糖苷酶）： 甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤第7位氮原子烷基化，活化β-糖苷键，造成脱嘌呤作用；酸也能使DNA脱嘌呤。 DNA复制时，DNA聚合酶对dTTP和dUTP分辨力不高，有少量dUTP掺入DNA链。细胞中的尿嘧啶-N-糖苷酶可以切掉尿嘧啶。腺嘌呤脱氨形成次黄嘌呤时也可以被次黄嘌呤-N-糖苷酶切掉次黄嘌呤。对于无嘌呤无嘧啶的损伤有两种修复方法： （1）AP核酸内切酶切开，核酸外切酶切除，DNA聚合酶修复，DNA连接酶连接。 （2）插入酶插入正确碱基。

5. 5.重组修复 切除修复发生在DNA复制之前，而当DNA发动复制时尚未修复的损伤部位，可以先复制，再重组修复。 在重组修复过程中，DNA链的损伤并未除去。 重组修复至少需要4种酶组分。重组基因recA编码一种分子量为40000的蛋白质，它具有交换DNA链的活力。RecA蛋白被认为在DNA重组和重组修复中均起关键作用。recB、recC基因分别编码核酸外切酶V的两个亚基。此外，修复合成还需要DNA聚合酶和连接酶。

6. 6.易错修复和应急反应（SOS反应） 诱导修复是细胞DNA受到严重损伤或DNA复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的一系列诱导性修复。 SOS反应诱导的修复系统包括避免差错的修复（无差错修复）和易错的修复。 避免差错的修复：SOS反应能诱导光复活切除修复和重组修复中某些关键酶和蛋白质的产生，从而加强光复活切除修复和重组修复的能力，这属于避免差错的修复。  易错的修复：SOS反应还能诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，它能在DNA损伤部位进行复制而避免了死亡，可是却带来了高的突变率，这属于易错的修复。  SOS反应是由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的。RecA蛋白不仅在同源重组中起重要作用，而且它也是SOS反应的最初发动因子。在有单链DNA和ATP存在时，RecA蛋白被激活而表现出蛋白水解酶的活力，它能分解λ噬菌体的阻遏蛋白和LexA蛋白。LexA蛋白（22Kd）许多基因的阻遏物，当它被RecA的蛋白水解酶分解后就可以使一系列基因得到表达其中包括紫外线损伤的修复基因uvrA、uvrB、uvrC（分别编码核酸内切酶的亚基）以及recA和lexA基因本身，还有单链结合蛋白基因ssb，与λ噬菌体DNA整合有关的基因himA、与诱变作用有关的基因umuDC，与细胞分裂有关的基因sulA，ruv，和lon，以及一些功能不清楚的基因dinA，B，D，F等。 

   DNA的修复机制对保证遗传信息在传递过程中的忠实性，连续性具有重要的意义。

9. 紫外线造成的DNA损伤是如何进行修复的

uv加快目的分子震动，促进分子中电子向高能级跃迁，导致新的化学键。最常见的是相邻两个嘧啶形成二聚体如（tt）。
修复：光活化作用（photoreaction）。在可见光下，dna
光裂解酶（photolyases）可以特异识别嘧啶二聚体，从而达到无错修复。

10. 细菌经紫外线诱变后,具有哪几种修复机制

有两种修复机制，光修复和暗修复。
光修复是可见光激活光修复酶，光修复酶把DNA链里由于紫外照射而形成的二聚体解聚，在接下来的DNA复制中就不会因二聚体而发生错误，即修复使突变不发生。
暗修复不依赖可见光，是通过内切酶的作用去除掉有二聚体的一小段DNA链，用另一条正常链为模板重新合成DNA。暗修复的发生与培养条件相关，如温度等。