嘧啶二聚体

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DNA胸腺嘧啶二聚体的形成。光子的作用所导致在一条DNA链上的两个连续碱基结合到一起,从而破坏正常碱基配对的双链结构。

嘧啶二聚体(pyrimidine dimer,简称PD),是DNARNA中的相邻碱基,如胞嘧啶胸腺嘧啶,在紫外线的诱导下進行光化学合成,於C=C碳雙鍵生成共价键而形成的一种化合物,是突变产生的原因之一。 [1][2][3]双链RNA中,紫外線也可能導致脲嘧啶二聚體生成。紫外線二聚體的常見例子包括环丁烷嘧啶二聚体及6-4光产物。它們改變了DNA原有結構,令聚合酶無法正常運作,DNA無法複製。嘧啶二聚体可通過光致活作用核苷酸切除修复的作用來修復。如果最終無法修復,可引致突變

二聚体的種類[编辑]

光化二聚體
胸腺嘧啶光化二聚體的例子包括:6-4光产物(左)及環丁烷(右)

環丁烷嘧啶二聚体(CPD)由嘧啶的C=C雙鍵的偶联反应所生成,共有四個環。 [4][5][6] 它們影響了DNA复制時的鹼基配對,導致突變。

6-4光产物又稱6,4嘧啶-嘧啶酮。它的生成率只有環丁烷嘧啶二聚体的三分之一,但有更大可能引發突變。[7]孢子光產物溶酶為修複胸腺嘧啶二聚體的另一途徑。[8]

誘變[编辑]

跨損傷聚合酶常令嘧啶二聚体轉化為突變。這種反應於原核生物SOS反应)及真核生物中都存在。雖然胸腺嘧啶二聚體是在紫外線損傷中較為常見,但因跨損傷聚合酶較常以腺嘌呤修復DNA,故胸腺嘧啶二聚體通常能正確修複。反之,環丁烷型嘧啶二聚体中的胞嘧啶則易受脫氨作用攻擊,轉化為胸腺嘧啶。[9]

DNA修復[编辑]

黑色素瘤,一種皮膚癌

嘧啶二聚體會導致DNA的局部構象改變,故可被修復酶察覺。[10]在絕大部分的生物中,損害亦可借由光致活作用修複,但諸如人類的胎盤動物則無此機制。[11]光致活作用中,光裂合酶將環丁烷嘧啶二聚体直接以光化学作用還原。修復酶察覺損傷後,會吸收波長>300 nm的光線(即荧光及紫外光),令光化学作用產生,將二聚体還原。[12]

核苷酸切除修复則是更通用的DNA維修方式。在這過程中,環丁烷嘧啶二聚体被切除,並合成新的DNA來填補該區域。[12]著色性乾皮症正是因患者無法進行核苷酸切除修复而導致的遺傳病,患者皮膚細胞被紫外光破壞後無法修復,導致皮膚變色及誘發癌變。人類中,沒有修復的嘧啶二聚體可引致黑色素瘤。[13]

参考文献[编辑]

  1. ^ S. E. Whitmore; C. S. Potten; C. A. Chadwick; P. T. Strickland; W. L. Morison. Effect of photoreactivating light on UV radiation-induced alterations in human skin. Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 2001, 17 (5): 213–217. PMID 11555330. doi:10.1034/j.1600-0781.2001.170502.x. 
  2. ^ David S. Goodsell. The Molecular Perspective: Ultraviolet Light and Pyrimidine Dimers. The Oncologist. 2001, 6 (3): 298–299. PMID 11423677. doi:10.1634/theoncologist.6-3-298. 
  3. ^ E. C. Friedberg; G. C. Walker; W. Siede; R. D. Wood; R. A. Schultz & T. Ellenberger. DNA repair and mutagenesis. Washington: ASM Press. 2006: 1118. ISBN 978-1-55581-319-2. 
  4. ^ R. B. Setlow. Cyclobutane-Type Pyrimidine Dimers in Polynucleotides. Science. 1966, 153 (3734): 379–386. PMID 5328566. doi:10.1126/science.153.3734.379. 
  5. ^ Expert reviews in molecular medicine. Structure of the major UV-induced photoproducts in DNA. (PDF). Cambridge University Press. 2 December 2002. (原始内容 (PDF)存档于2005年3月21日). 
  6. ^ Christopher Mathews & K.E. Van Holde. Biochemistry 2nd. Benjamin Cummings Publication. 1990: 1168. ISBN 978-0-8053-5015-9. 
  7. ^ Van Holde, K. E.; Mathews, Christopher K. Biochemistry. Menlo Park, Calif: Benjamin/Cummings Pub. Co. 1990. ISBN 0-8053-5015-2. 
  8. ^ Jeffrey M. Buis; Jennifer Cheek; Efthalia Kalliri & Joan B. Broderick. Characterization of an Active Spore Photoproduct Lyase, a DNA Repair Enzyme in the Radical S-Adenosylmethionine Superfamily. Journal of Biological Chemistry. 2006, 281 (36): 25994–26003. PMID 16829680. doi:10.1074/jbc.M603931200. 
  9. ^ J. H. Choi; A. Besaratinia; D. H. Lee; C. S. Lee; G. P. Pfeifer. The role of DNA polymerase iota in UV mutational spectra. Mutat. Res. 2006, 599 (1–2): 58–65. PMID 16472831. doi:10.1016/j.mrfmmm.2006.01.003. 
  10. ^ Kemmink Johan; Boelens Rolf; Koning Thea M.G.; Kaptein Robert; Van, der Morel Gijs A.; Van Boom Jacques H. Conformational Changes in the oligonucleotide duplex d(GCGTTGCG)•d(GCGAAGCG) induced by formation of a cissyn thymine dimer. European Journal of Biochemistry. 1987, 162: 31–43. PMID 3028790. doi:10.1111/j.1432-1033.1987.tb10538.x. 
  11. ^ Essen LO, Klar T. Light-driven DNA repair by photolyases. Cell Mol Life Sci. 2006, 63 (11): 1266–77. PMID 16699813. doi:10.1007/s00018-005-5447-y. 
  12. ^ 12.0 12.1 Friedberg, Errol C. (23 January 2003) "DNA Damage and Repair". Nature 421, 436-439. doi:10.1038/nature01408
  13. ^ Vink Arie A.; Roza Len. Biological consequences of cyclobutane pyrimidine dimers. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2001, 65 (2–3): 101–104. doi:10.1016/S1011-1344(01)00245-7.