结构推理 细胞内受到损伤的RNA及蛋白质能很快被编码的DNA信息取代而得以修复,然而DNA的损伤却不能被自身的信息所取代,DNA的损伤是依靠细胞内多重系统进行修复,请描述目前已知的可导致DNA损伤的物理化学因素以及细胞内的多重DNA修复系统,并结合相关知识,以癌症为例讨论“DNA的修复决定人的生死”的含义。
【正确答案】导致DNA损伤的物理化学因素:紫外线、电离辐射和化学诱变剂。
   细胞内具有一系列起修复作用的酶系统,可以除去DNA上的损伤,恢复DNA的正常双螺旋结构。目前已经知道有五种修复系统:错配修复,直接修复,切除修复,重组修复和诱导修复。
   错配修复:DNA的错配修复机制是在对大肠杆菌的研究中被阐明的。DNA在复制过程中发生错配,如果新合成链被校正,基因编码信息可得到恢复,但是如果模板链被校正,突变就被固定。细胞错配修复系统能够区分“旧”链和“新”链。Dam甲基化酶可使DNA的GATC序列中腺嘌呤N6位甲基化。复制后DNA在短期内(数分钟)为半甲基化的GATC序列,一旦发现错配碱基,即将未甲基化的链切除,并以甲基化的链为模板进行修复合成。
   直接修复:直接修复由很多修复类型,常见的有光复活修复。光复活作用是一种高度专一的修复方式。它只作用于紫外线引起的DNA嘧啶二聚体。光复活酶在生物界分布很广,从低等单细胞生物一直到鸟类都有,而高等的哺乳类却没有,这说明在生物进化过程中该作用逐渐被暗修复系统所取代,并丢失了这个酶。
   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掉,并以完整的那一条链为模板,合成出切去的部分,然后使DNA恢复正常结构的过程,这是比较普遍的一种修复机制,它对多种损伤均能起修复作用。参与切除修复的酶主要有:特异的核酸内切酶、外切酶、聚合酶和连接酶。细胞内有多种特异的核酸内切酶可识别由紫外线或其他因素引起的DNA的损伤部位,在其附近将核酸单链切开(incision),再由核酸外切酶将损伤链切除(excision),然后由DNA聚合酶进行修复合成,最后由DNA连接酶将新合成的DNA链与已有的链接上。大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ兼有5'核酸外切酶活力,因此修复合成和切除两步可由同一酶来完成。真核细胞的DNA聚合酶不具有外切酶活力,切除必须由另外的外切酶来进行。现在已能利用有关的酶在离体情况下实现DNA损伤的切除修复。
   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: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;插入酶插入正确碱基。
   由此可见修复作用是一种普遍的功能,它并不局限于某种特殊原因造成的损伤,而能一般地识别DNA双螺旋结构的改变,对遭到破坏而呈现不正常结构的部分加以去除。细胞的这种功能对于保护遗传物质DNA使它不轻易被破坏是有很大意义的。失去这种修复功能的细菌突变株,即表现出容易被紫外线所杀死,同样也提高了化学诱变剂的致死效应。
   重组修复:遗传信息有缺损的子代DNA分子可通过遗传重组而加以弥补,即从完整的母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处,然后用再合成的序列来补上母链的空缺。此过程称为重组修复,因为是发生在复制之后,又称为复制后修复。
   在重组修复过程中,DNA链的损伤并未除去。当进行第二轮复制时,留在母链上的损伤仍会给复制带来困难,复制经过损伤部位时所产生的缺口还需通过同样的重组过程来弥补,直至损伤被切除修复所消除。但是随着复制的不断进行,若干代后,即使损伤始终未从亲代链中除去,而在后代细胞群中也已被稀释,实际上消除了损伤的影响。
   诱导修复: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反应广泛存在于原核生物和真核生物,它是生物在极为不利的环境中求得生存的一种基本功能。然而癌变有可能也是通过SOS反应造成的,因为能引起SOS反应的作用剂通常都具有致癌作用,如X-射线,紫外线,烷化剂,黄曲霉素等,而某些不能致癌的诱变剂并不引起SOS反应,如5-溴尿嘧啶。目前,有关致癌物的一些简便检测方法就是根据SOS反应原理而设计的,即测定细菌的SOS反应。
   与癌症相关的基因有原癌基因和抑癌基因,只有原癌基因被激活而抑癌基因突变失去活性才会导致癌症。这是一个突变积累的过程。
【答案解析】