生物学--分生

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Chapter14RecombinationandRepair\nOverviewofRecombinationCrossover：當兩個DNA分子的股斷裂後，又互相結合所形成的結構稱為交換。Recombination：DNA染色體或其他分子的基因信息交換稱為重組作用。\n重組作用總覽在分子的層次中，這種驅動某段DNA分子互換的機制稱作重組作用(recombination)。真核生物的有性生殖過程中，減數分裂的過程讓DNA分子可以在同源染色體間(homologouschromosomes)互換，也因為有這樣的現象，增加了子代間的遺傳變異，而這樣的變異可以讓族群在演化篩選過程中，有較大的生存機會。在所有重組作用中，兩條DNA分子斷裂後，再相互接合在一起；形成一個結構稱作重組點(crossover)。一個重組點的形成通常只會造成短暫的雜合分子；兩個重組點的形成，會使某一段DNA片段在兩個DNA分子間轉移，這就是重組作用。\nFigure14.01TwocrossoversResultinRecombination\nMolecularbasisofHomologousRecombinationHeteroduplex：指一個雙股螺旋DNA，其兩條單股各來自兩個不同DNA分子。Hollidayjunction：重組時所形成的DNA結構，可在兩個DNA分子結合的交換點找到。Homologousrecombination：兩個相同或幾乎相同長度的DNA序列之間的重組作用。Non-homologousrecombination：兩個非常不同長度的DNA之間所發生的重組作用。這會牽涉到能識別各個序列並在序列之間形成交換的蛋白質。與定位重組同義。\nPatchrecombinant：由於暫時性互換而造成DNA雙螺旋帶著異複式短補丁的過程。Resolution：指兩個DNA分子結合一起的地方經過合體的卵裂後釋放兩個不同的DNA分子。另也表示重組作用所形成的交換及移位所形成的共同合成這兩個的斷裂。Resolvase：完成DNA分解的酵素。\nFigure14.02HomologousversusNon-homologousRecombination\nFigure14.03Formationofacrossover\nFigure14.04RearrangementandResolutionofaHollidayJunction\nFigure14.05MigrationofaHollidayJunction\nSingle-StrandInvasionandChiSites\nFigure14.06RecBCDRecognizesChiSites\nFigure14.07PromotesStrandInvasion\nWhatistheprocessbywhichDNAcanbeexchangedbetweenchromosomes?Whatisacrossover?Whatarethedifferencesbetweenhomologousandnon-homologousrecombination?WhatisaHollidayjunction?Whatisaheteroduplex?WhatarethepossibleresultsfromtheresolutionofaHollidayjunction?Whatisresolvase?Whatoccursduringsinglestrandinvasion?Whatisneededtocompletesinglestrandinvasion?\nSite-SpecificRecombination\nFigure14.08IntegrationofLambdaDNA-Overview\nExcisionase:酵素的一種，會移除dsDNA，逆轉DNA整合作用再密封裂口。特別是λ切出酶會移除已經整合的λDNA\nFigure14.09IntegrationofLambdaDNA-DetailofCrossover\nWhichkindofrecombinationtakesplacewhenthereislittlesequencesimilarity?HowdoeslambdaintegrateintotheE.colichromosome?Whatisthefunctionoftheattachmentsitesonthebacterialchromosomeandthelambdagenome?HowdoesRecApromotesinglestrandinvasion?Whatisneededforexcisionoflambdafromabacterialchromosome?Whenintheeukaryoticcellcycledoesrecombinationtakeplace?Whyisitconfinedtothisstage?\nRecombinationinHigherOrganismsFigure14.10TimelineofEukaryoticRecombinationinYeast\nFigure14.11SpoilPromotesDoubleStrandBreaks\nOverviewofDNARepairRadproteins:與酵母菌及動物細胞的DNA受損重組及修復有關的蛋白質組。Rad51相對於原核生物的RecA蛋白質\n高等生物的重組作用高等生物的重組大多發生於減數分裂早期。當同源染色體發生互換時，雙股斷裂必定參與其中──一種危險的過程。雙股斷裂的步驟發生在真核染色體的第一個減數分裂時期，也就是細線期(leptotene)；而成對的染色體連結則發生在下一個時期，就是接合期(zygotene)，此時期就形成重組所需的雜合接合結構，就像在細菌中產生的哈樂得氏接合但細節尚不清楚。分割作用發生在第三時期，稱為粗線期(pachytene)。最後，重組點分開，重組過後的染色體形成，此時期稱為雙線期(diplotene)。\n\n\n像在細菌中，這單股會被用來侵入另一個DNA的雙股螺璇結構，存於酵母菌的Rad蛋白質(Radproteins)則監督這些過程的進行。尤其，酵母菌中的Rad51蛋白質和細菌中的RecA相似，會與自由單股DNA結合形程螺旋及附著蛋白質的細絲結構。\nDNA修復總覽若損害沒有修復或是在複製的過程，經過損害區間仍進行和加入不正確的鹼基，這些都會造成突變的發生。大部分的細胞內含各樣的控制損害的系統，這種系統可以去修復損害的DNA。有些不同的修復系統是為了因應處理各樣的損害問題；有些修復系統只是尋找DNA結構的扭曲變形區，而其他的系統則集中在特定的化學性缺陷上。\nDNAMismatchRepairSystemExcisionrepairsystem:一種DNA修復系統。能察覺DNA雙股螺旋的突起物，移除及取代受損。Mismatchrepairsystem:一種DNA修補系統，察覺配對錯誤的鹼基，然後剪掉有錯誤鹼基的部份。DNAadeninemethylase(Dam):一種會使GATC序列的腺嘌呤甲基化的細菌酵素。DNAcytosinemethylase(Dcm):一種會使CCAGG及CCTGG序列的胞嘧啶甲基化細菌酵素。\n\nFigure14.12PrincipleofMismatchRepair\nFigure14.13MethylatedBase-ChemicalStructure\nFigure14.14HemimethylatedDNA:OldStrandsVersusNew\nFigure14.15TheMutSHLMismatchRepairSystem\nWhataretheconsequencesofnotrepairingDNAdamageorthereplicationmechanismproceedingthroughdamagedareas?WhichrepairmechanismsmonitortheDNAdoublehelixfordamageratherthanindividualerrors?Whichmechanismismoresensitive?Inmismatchrepairhowdoestherepairmechanismknowwhichbaseisthewrongone?\nWhatkindofsequencesdoDamandDcmmethylaserecognize?Whatisspecialaboutthesesequences?Whatishemi-methylatoinandwhendoesittakeplace?WhatisthemajormismatchrepairsysteminE.coli?ThemajormismatchrepairsysteminE.coliismadeupof3proteins;whataretheyandwhatistheirfunction?\nFigure14.16TheUvrABCExcisionRepairSystemWhatkindofdamagedoestheexcisionrepairsystemfix?Whatkindofdamagedoestheexcisionrepairsystemfix?IntheUvrABexcisionrepairsystemwhichprotein(s)find(s)themismatches,whichprotein(s)cut(s)outthedamage,andhow?\nDNARepairbyExcisionofSpecificBasesDNAglycosylase:一種酵素，切斷DNA主幹上鹼基與去氧核醣之間的化學鍵\n\nSpecializedDNARepairMechanismsAPendonuclease:一種內酸酶，會造成在一個AP位置旁的DNA出現缺口。AP-site指少了一鹼基的某個DNA位置(AP=鹼基不見了，P代表嘌呤或嘧啶的意思。)Ungprotein:與尿嘧啶-N-醣甘酶同意。Uracil-N-glycosylase:會從DNA移除尿嘧啶的酵素\nFigure14.17RemovalofUnnaturalBases\nFigure14.18DealingwithOxidizedGuanine\nFigure14.19SuicideDemethylaseforO-methylBases\nFigure14.20AdaPlayaDualRoleRemovingAlkylGroups\nFigure14.21Photo-ReactivationCleavesPyrimidineDimers\nFigure14.22EukaryoticTranscription-CoupledExcisionRepair\nRecA\nFigure14.23\nFigure14.24RecAandLexAControltheSOSSystem\nFigure14.25DNAPolymeraseVisPartoftheSystem\nWhatareDNAglycosylases?Describetheremovalofunnaturalbases.Whatis“veryshortpatchrepair,”whatenzymesareinvolvedandwhatistheirrole?Whatisphoto-reactivationandwhatkindofdamagedoesitrepair?Howdoesthetranscriptioncoupledexcisionrepairsystemwork?\nHowdoesDNApolymeraseVdifferfromtheotherpolymerases?WhatproteinsareinvolvedinSOS?WhatproteinsmakeuppolymeraseVandhowisitactivated?\nFigure14.26Non-HomologousEndJoininginMammals\nFigure14.27GeneConversionFollowingCrossingOver\nFigure14.28endelianRatiosinAscosporeFormation