嘧啶二聚体的重组修复

DNA由于各种原因而受到损伤，这些损伤可由微生物本身存在于细胞内的各种修复系统加以修复。修复可有光复活作用、切除修复、重组修复和SOS修复等不同方式。

（一）光复活作用（photoreactivation）

这主要是对由紫外线引起的DNA损伤进行修复。紫外线可使同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体（图6-11）。二聚体的出现会减弱双链间氢键的作用，并引起双链结构发生扭曲变形，阻碍碱基间的正常配对，从而可能引起突变或死亡。在互补双链结构间形成嘧啶二聚体的机会较少，但一旦形成，就会妨碍双链的解开而影响DNA复制的转录，并使细胞死亡。

图6-11 紫外线产生的两种嘧啶二聚体

（1）每个嘧啶环的第5和第6个碳跨环连接；（2）5′嘧啶的6位碳与3′嘧啶的4位碳相连；（3）胸腺嘧啶-胞嘧啶6位碳～4位碳的结合产物；（4）相邻的胸腺嘧啶（左）和胞嘧啶（右）。●为NH2。

光解酶（photolyase）和O6-甲基鸟嘌呤甲基转移酶（O6-methylguanine methyltrans-ferase）在有光环境中能直接修复DNA而不需要切除部分碱基。嘧啶二聚体是一切光解酶的靶，此酶在黑暗中能专一性地识别并能与二聚体结合成酶-DNA复合物，在有光时可催化一个二次光化学反应，此反应利用可见光将环丁烷恢复成两个单独的嘧啶碱。

（二）切除修复（excision repair）

如果DNA的损伤较为严重，就必须进行切除修复。这是一种暗修复。切除修复的遗传信息来自DNA双螺旋的互补链。切除修复有多种方法将受损伤的碱基或DNA片段除去。所有的切除方法都基于在DNA受伤部位或是一条单链的断裂，或是产生了一个缺口，两个情况都提供了一个3′-羟基末端，从此开始DNA聚合酶可合成新的DNA片段，以代替切去的部分，切除修复的酶是DNA聚合酶Ⅰ ，此酶在一般情况下细胞突变体中的量是不足的，但在DNA严重损伤之后便大量合成此酶，以填补DNA的缺口。DNA连接酶是修复中的另一个重要的酶，在DNA聚合酶作用之后，DNA连接酶便来封闭所留下的缺口。

（三）重组修复（recombination repair）

以上修复的信息来自模板，但某些损伤不能用模板作为信息来源，如复制叉后面的损伤，互补链双方的碱基都已损伤，或者是被一个像丝裂霉素C那样的致癌化学剂交叉连接着，这样就没有哪一方可作为另一方的模板。还有如互补双方的DNA片断都丢失了，更无可能互相参照修复。在这种情况下，就只有从另外相同和相似的DNA分子上取得相应片断来修复，这种修复DNA的双链需要排列组合，称为重组修复。

重组修复的信息可来自复制的子代DNA，拷贝后的染色体、二倍体、同源染色体的相关片断等，但这些遗传信息的取得都要通过重组。

重组修复的关键酶为重组修复酶（recombinational repair enzyme），在大肠杆菌中为Rec A蛋白。此酶能使DNA上损伤两侧的序列与携带有丢失信息的相应片段退火，从而对损伤链进行修复。

（四）SOS修复（SOS repair）

SOS（国际通用的紧急呼救信号）修复是指紧急修复。SOS是一组基因，它是DNA修复最重要最广泛的基因集团，通常称为DNA紧急修复基因（SOS DNA repair gene），它们为DNA的损伤所诱导。这些修复基因包括recA、lexA、uvrA、uvrB、uvrC等。这些基因在DNA未受重大损伤时受LexA阻遏蛋白的抑制，使mRNA和蛋白质合成都保持在低水平状态，只合成少量Uvr修复蛋白用于零星损伤修复。一旦DNA受到重大损伤，少量存在的RecA蛋白立即与DNA单链结合，结合后其修复活性被激活，激活的RecA蛋白切除LexA阻遏蛋白，使基因得以修复表达，产生的修复蛋白对损伤的DNA部分（如形成的二聚体）进行切除而修复整个DNA。因此SOS修复是DNA分子受到重大损伤时诱导产生的保护DNA分子的一种应急反应。