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DNA校对和修复
先看一道试题：
2015年诺贝尔化学奖表彰三位科学家在DNA修复机理研究贡献。阐明了在分子层面上细胞如何进行DNA修复，并确保其遗传信息安全的机制。请回答下列问题：
（1）DNA（脱氧核糖核酸）是一种解密生命密码的分子（见图），带有遗传信息的DNA片段被称为基因。细胞对DNA受损后进行基因修复，则DNA修复过程发生了______（填“物理”或“化学”）变化。修复机制确保了维持生命存在的遗传物质DNA的安全和稳定，这说明DNA分子能保持其______（填“化学”或“物理”）性质。
（2）细胞监控并修复紫外线对基因造成的侵害，分子修复功能适用于所有的生物。紫外线辐射改变DNA的化学结构，这一过程将_____能转化为化学能。
（3）细胞用来修复DNA的秘密武器是蛋白质，监控持续校对基因组，一旦发现基因发生受损，便对基因进行修复。下列物质不会使蛋白质发生化学变化，失去原有生理活性的是_____（填序号）。
a甲醛 b乙酸铅 c氯化钠 d尼古丁（烟碱）
（4）脱氧核糖是DNA的重要组成部分，其化学式为C5H10O4，则脱氧核糖属于_____（填“有机”或“无机”）化合物，其相对分子质量为___，其中碳、氢元素的原子个数比为_____，氧元素的质量分数为_____（计算结果精确到0.01%）。
（5）本年度获奖者发现三种基因修复机制和途径，打开了DNA修复研究领域的大门。神奇的DNA修复技术可应用到基因工程和现代医疗哪些方面？____________、______________（要求至少两点）。
答案：（1）化学 化学 （2）光 （3）c （4）有机134 1:2 （或5:10） 47.76%（5）检测基因来筛查诊断遗传性疾病研发抗癌新疗法:制造出能永驻青春的化妆品；生活中要远离烟酒，以减少对基因修复系统的干扰；通过修复 基因，让细胞慎发无限活力，人类有可能长生不老等
此题涉及了DNA损伤和修复。教材没有提到。
那么，DNA损伤校对和修复的机理是什么？
我们身体的细胞中实际上一直在发生复制错误和DNA损伤。在大多数情况下，它们不会导致基因突变或者引起疾病，这是因为体内存在DNA校对和修复机制。此外，如果DNA发生了损伤并无法修复，细胞将经历程序性细胞死亡（凋亡），以避免传递有缺陷的DNA。
校对
DNA聚合酶是DNA复制重要的酶。在DNA复制过程中，大多数DNA聚合酶可以在添加每个碱基时“检查它们的工作”，这个过程被称为校对。如果聚合酶检测到已经添加了错误的（配对不正确的）核苷酸，它将立即移除并替换该核苷酸，然后继续DNA合成
错配修复
虽然大多数错误可以通过校对进行纠正，但仍有一些“漏网之鱼”。错配修复发生在新的DNA生成后，其任务是去除并替换错配的碱基（在校对期间未被修复的碱基）。此外，错配修复还能检测并纠正聚合酶在模板上“滑动”时发生的小插入和缺失。
首先，一个蛋白质复合物（一组蛋白质）识别并结合到错配的碱基上。第二个复合物在错配附近切割DNA，更多的酶去除掉错配的核苷酸以及周围的一小片DNA。然后，DNA聚合酶用正确的核苷酸替换缺失的部分。最后，DNA连接酶封闭了缺口。
损伤修复
DNA在细胞的整个生命周期中几乎任何时刻都可能遭受损害，比如紫外线、化学物质和X射线。即使没有环境侵害，DNA也会发生自发的化学反应，这个过程也有可能发生损伤。
细胞拥有修复机制，能够检测和纠正许多类型的DNA损伤。帮助修复受损DNA的修复过程包括：
直接逆转：细胞中的一些酶可以直接“撤销”一些对DNA的损伤化学反应。
切割修复：对DNA中一个或几个碱基的损伤通常通过移除（切割）和替换受损区域来修复。在碱基切割修复中，只有受损的碱基被移除。前面所说的错配修复一样，在核苷酸切割修复中，一小片核苷酸被移除。
双链断裂修复：用于修复DNA双链断裂的两个主要途径是非同源末端连接和同源重组（即整个染色体分裂成两段时
直接逆转
在某些情况下，细胞可以通过反转引起DNA损伤的化学反应来修复DNA损伤。
其实，“DNA损伤”通常只是通过化学反应将一组额外的原子附着到DNA上。例如，鸟嘌呤（G）可以经历一种反应，将一个甲基（ CH3 CH3）基团附着到碱基中的氧原子上。如果不修复，带有甲基的鸟嘌呤在DNA复制过程中将与胸腺嘧啶（T）配对，而不是胞嘧啶（C）。在人类和许多其他生物的体内都拥有一种酶，可以去除甲基基团，逆转反应并使碱基恢复正常。
碱基切割修复
碱基切割修复是一种用于检测和移除某些类型受损碱基的机制。糖基化酶（glycosylase）在碱基切割修复中发挥关键作用，每个糖基化酶都能检测并去除特定类型的受损碱基。
例如，一种称为脱氨基的化学反应可以将胞嘧啶碱基转化为尿嘧啶，尿嘧啶通常只在RNA中找到。在DNA复制过程中，尿嘧啶将与腺嘌呤配对，而不是鸟嘌呤（如果碱基仍然是胞嘧啶的话）。因此，未经修复的胞嘧啶到尿嘧啶的变化可能导致突变。
为了防止这种突变，碱基切割修复途径中的一种糖基化酶能够检测并去除脱氨基的胞嘧啶。一旦碱基被移除，DNA骨架上的“空白”部分也会被移除，并由其他酶填充和封闭该缺口。
核苷酸切割修复
核苷酸切割修复是另一种用于去除和替换受损碱基的途径。核苷酸切割修复能够检测和纠正扭曲DNA双螺旋的损伤类型，该途径可以检测到已被大块化学基团修饰的碱基。
核苷酸切割修复还用于修复一些由紫外线辐射引起的损伤类型，例如晒伤。紫外线辐射可以使胞嘧啶和胸腺嘧啶碱基与邻近的同样是C或T的碱基发生反应，形成扭曲双螺旋并导致DNA复制中的错误的键。最常见的连接类型是胸腺嘧啶二聚体，由两个胸腺嘧啶碱基相互反应并化学连接而成。
在核苷酸切割修复中，受损的核苷酸及其周围的一小片DNA都会被移除。在这个过程中，一个螺旋酶（DNA开启酶）扭动打开DNA形成一个气泡，DNA切割酶切除气泡中受损的部分。DNA聚合酶替换缺失的DNA，而DNA连接酶封闭链的骨架中的缺口。
双链断裂修复
一些环境因素，如高能辐射，可能导致DNA发生双链断裂（将染色体分为两半）。
双链断裂是很危险的，因为如果不修复，染色体的大片段和它们所包含的数百个基因可能会丢失。
涉及到修复双链DNA断裂的两个途径是非同源末端连接和同源重组。
在非同源末端连接中，染色体的两个断裂端简单地被粘在一起。这种修复机制比较“凌乱”，通常涉及在切口处失去或有时添加一些核苷酸。因此，非同源末端连接往往会产生突变，但这比另一种可能性（失去整个染色体臂）更好。
在同源重组中，与受损染色体匹配的同源染色体的信息（或者如果DNA已经被复制，则是来自姊妹染色单体）被用来修复断裂。在这个过程中，两个同源染色体相互结合，同源染色体或染色单体的未受损区域被用作模板，替换断裂染色体的受损区域。同源重组比非同源末端连接更“干净”，通常不会引起突变。

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