DNA链间和链内交联的机制与生物学意义346

脱氧核糖核酸（DNA）是生命的基本组成部分，负责储存和传递遗传信息。DNA 分子由核苷酸链组成，这些链通过氢键相互连接形成双螺旋结构。除了氢键之外，DNA 还存在交联，这是一种通过共价键形成的化学键，可以连接同一 DNA 分子内的不同碱基链或连接不同 DNA 分子。

DNA 交联的类型

DNA 交联有两种主要类型：链间交联和链内交联。

链间交联

链间交联发生在不同 DNA 链之间的碱基之间。它们可以通过以下机制形成：* 紫外线辐射：紫外线辐射会导致 adjacent 胸腺嘧啶（T）残基形成嘧啶二聚体。
* DNA 交联剂：某些化学物质，如顺铂和白消安，可以与 DNA 反应并形成交联。
* 自由基损伤：反应性氧种类（ROS）可以损伤 DNA，导致碱基氧化，从而促进交联的形成。

链内交联

链内交联发生在同一 DNA 链内的不同碱基之间。它们可以通过以下机制形成：* 脱水反应：碱基之间脱水反应导致形成特殊类型的交联，称为α-羟基烷基化加合物。
* 碱基错配：在 DNA 复制或修复过程中，碱基错误配对可以导致形成交联。
* DNA 拓扑异构酶错误：DNA 拓扑异构酶是解开 DNA 螺旋结构的酶。它们错误的活性可能会导致交联的形成。

DNA 交联的影响

DNA 交联可以对细胞功能产生重大影响：* DNA 复制和转录阻断：交联可以通过物理阻碍 DNA 解旋和转录复合物的移动来阻断 DNA 复制和转录。
* 染色体断裂：如果交联没有得到修复，它们可能会导致染色体断裂，进而导致基因组不稳定和细胞死亡。
* 启动 DNA 修复机制：交联会激活 DNA 修复机制，如核苷酸切除修复（NER）和同源重组（HR）。

DNA 交联的生物学意义

DNA 交联在多种生物学过程中扮演着至关重要的角色：* 基因组稳定性：交联有助于维持基因组稳定性，因为它们可以防止 DNA 链断裂和重排。
* 细胞分化：链间交联在细胞分化过程中发挥作用，因为它们可以抑制转录并促进染色质折叠。
* DNA 修复：交联可以通过激活 DNA 修复机制来保护细胞免受 DNA 损伤的影响。
* 抗癌治疗：DNA 交联剂是常用于癌症治疗的化疗药物，因为它们可以通过诱导 DNA 损伤和细胞死亡来靶向癌细胞。

修复 DNA 交联

细胞拥有多种机制来修复 DNA 交联：* 核苷酸切除修复（NER）：NER 负责修复由紫外线辐射引起的嘧啶二聚体和某些 DNA 交联剂。
* 同源重组（HR）：HR 可以修复较大的 DNA 交联，它使用姐妹染色单体或同源染色体作为模板。
* 碱基切除修复（BER）：BER 负责修复由脱水反应形成的 α-羟基烷基化加合物。

DNA 交联是通过共价键连接 DNA 链的分子结构。它们可以阻断 DNA 复制和转录、导致染色体断裂并启动 DNA 修复机制。DNA 交联在维持基因组稳定性、细胞分化、DNA 修复和抗癌治疗中发挥着重要的生物学作用。

2024-12-09

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