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细胞遇到困难怎么办?(调侃DNA系列二:乐观面对!)

已有 6564 次阅读 2012-6-16 04:59 |系统分类:科研笔记| 困难, 细胞, 损伤, 修复

还是那句话,上帝造出来的这个细胞比我们想像的不知道要聪明多少倍。你想想自己遇到困难时怎么办的,我想起码有不少人会积极乐观地去面对困难吧?
 
细胞也一样。当DNA中出现损伤时,细胞中有大量的积极应对的措施。细胞要做的第一件事就是停住细胞分裂的周期(cell cycle arrest),这就和我们遇到困难时需要一段时间静下心来想想应对方案一样。在事情没搞清楚眉目之前,先停下来再说。在这段时间内,如果细胞发现问题不太大,自己还可以应付的话,细胞就会调动一切力量、找到最佳方案、发挥社会主义国家能够集中力量办大事的优越性,把问题解决好。
 
针对困难的不同(different DNA lesions),一般细胞有这么几种积极的解决方法:
 
1. 直接把损伤拿掉(direct reversal)。这个办法主要针对一些错误的DNA甲基化的问题,比如在鸟嘌呤的6位氧上发生的甲基化(O6-methylguanine)。有个很有名气的酶叫做没心没肺(学名MGMT, methylguanine methyltransferase)。这个酶就可以直接把甲基转移到自己身上而让DNA复原。说这酶叫没心没肺是因为他这么做需要超乎寻常的大度。这个酶把甲基放到自己身上后就会死掉。自己不要命都要让别人快活,是不是没心没肺?细菌中有个专门对付紫外线损伤的叫光解酶的东西(photolyase),也是用这个办法,只是他不去自杀。可惜上帝没把这个东西安在我们人身上。
 
2. 把损伤的那个碱基拿掉(base excision repair, BER)。这个方案属于很神通广大的那种。能够对付大量损伤,什么碱基甲基化、脱氨基化、水解、氧化等等,都不在话下。细胞中有一大堆对付这种损伤的水解酶。举几个例子:OGG1、UDG、NTH1、NEIL1/2/3、MYH、SMUG1、TDG、MBD等等。损伤的性质不同,选用的水解酶也不同。他们的作用就是拿掉唯一损伤的那个碱基。随后的什么这个那个动作(APE1、POLB等)都是要找个好的碱基(核苷酸更准确些,感谢福洋兄指正。)再补上去,要不能叫修复吗?
 
3. 把损伤的那一段拿掉(nucleotide excision repair, NER)。这个方案主要针对那些相对大型的损伤,比如紫外线造成的这个二聚体那个二聚体(TT dimer, 6-4PP啥的)和那些稀奇古怪的碱基加合物(Adducts)。这个方案代价高些,因为要拿掉20多个碱基的这么一段DNA才成。优点是不管它那大型损伤是什么,细胞只有两套用来识别的酶。一套属于狗皮膏药(叫Global Genomic NER),哪儿有问题都能看到他。另外一套是特制的、专门用来对付转录(transcription)过程中发现的损伤。学过点儿生物的童鞋估计明白为啥转录就有这特权呢?因为人家转录是中心法则中的核心啊!类似常委中的书记那意思?
 
4. 错配修复(mismatch repair, MMR)。DNA复制过程,大家还记得吧?这个复制用的酶可以比做红娘(把A和T配上,也把G和C配上)。她有些时候不太用心。日子久了程序性地经常配AT和GC,有点儿枯燥。有些时候索性她就硬把T和G配在一起,反正看上去差不多。强扭的瓜能甜吗?最后还得离了再结。这个MMR就是拆了再配的专家,比我头像中那两只不一样的袜子还是稍微复杂些。
 
5. 断裂修复(repair of strand breaks)。一般来讲,DNA是有两条链还是有两条链还是有两条链?这两条链的长度有点儿吓人,据说人体中的DNA如果连到一起的话,可以在地球与太阳之间走70个来回!一个细胞中的DNA加起来也有3米长,这么细长的DNA要是中间有一条或两条链同时断开还是不难啊。尤其是如果你经常胸透的话。所以细胞必须的有这么几套修复手段。其中一套很简单,就是直接把断开的两条链用胶水这么一粘就成(non-homologous end joining)。简单是简单,但经常错误连连,属于细胞没法子时用的。另外一套就精确多了(homologous recombination repair),但一般情况下需要细胞处在分裂中期,有参照物时才成。
 
6. 不行!没时间了。得去接孩子。正好这第6方案也是最复杂的,下次再侃吧。


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IP: 222.219.184.*   | 赞 +1 [11]fansg   2012-7-29 17:50
据说人体中的DNA如果连到一起的话,可以在地球与太阳之间走70个来回!
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来道常见的生化计算题:
如果人体有10∧14个细胞,每个体细胞的DNA含量为6.4×10∧9个碱基对。试计算人体DNA的总长度是多少?是太阳-地球之间距离(2.2×10∧9 km)的多少倍?已知双链DNA每1000个核苷酸重1×10∧-18 g,求人体的DNA的总质量。

答:每个体细胞的DNA的总长度为:6.4×10∧9×0.34 nm = 2.176×10∧9 nm= 2.176 m;
  人体内所有体细胞的DNA的总长度为:2.176 m×10∧14 = 2.176×10∧11 km;
  这个长度与太阳-地球之间距离(2.2×10∧9 km)相比为:2.176×10∧11/2.2×10∧9 =99倍,每个核苷酸重1×10∧-18 g/1000=10∧-21 g,所以,总DNA 6.4×10∧23×10∧-21=6.4×10∧2=640 g
IP: 202.66.131.*   | 赞 +1 [10]周效华   2012-6-21 12:58
嗯,谢谢张教授!我会努力,努力,再努力的。再苦再难,也要坚强! 期待有一天能美国见!
IP: 117.79.232.*   | 赞 +1 [9]周效华   2012-6-19 23:37
恩,有了这一番解释和关键词,我自己找没问题的,谢谢张教授。之前只知道transcription associated genome instability,不知道还有这个TCR,阅看越觉得学无止尽,但我越有劲,因为我知道The more knowledge I learned, the closer  to the truth I will be.(自己瞎写的,不知道名人都怎么说。(*^__^*) 嘻嘻……)
回复  我要是能有像你这样好学上进的学生博士后,还不知道能省多少心啊!效华加油!
2012-6-21 00:401 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 114.94.160.*   | 赞 +1 [8]陆俊茜   2012-6-19 22:58
博主回复(2012-6-19 22:54):难啊。科普小文不加也罢。感觉还是太专了些。  
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但是确实把非专业难以理解的东西写得通俗易懂了。

俺觉着好!呵呵...
回复  谢谢陆老师鼓励啦。感觉没白写。
2012-6-21 00:381 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 116.226.49.*   | 赞 +1 [7]陆俊茜   2012-6-18 16:15
加精!
回复  难啊。科普小文不加也罢。感觉还是太专了些。
2012-6-19 22:541 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 199.76.149.*   | 赞 +1 [6]唐凌峰   2012-6-18 11:29
很好的文章,非常好的比喻!看一遍就记住了不少(算是复习了一遍)。
回复  呵呵,估计比我师傅讲的差些。
2012-6-19 22:531 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 117.79.232.*   | 赞 +1 [5]周效华   2012-6-18 02:36
期待第六方案,接孩子重要,张教授果然好男人!我辈学习的楷模!
回复    
2012-6-19 22:491 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 117.79.232.*   | 赞 +1 [4]周效华   2012-6-18 02:33
可否详细请教一下那个“另外一套是特制的、专门用来对付转录(transcription)过程中发现的损伤。”我好找几篇文献好好读读。我们有邮箱联系,如果有现成的,有时间的话直接发到邮箱里面也行。先谢谢了,张教授。(*^__^*) 嘻嘻……
回复  这个修复途径叫做transcription-coupled repair (TCR)。这个修复途径对不再分裂且有重要功能的细胞(比如神经细胞)非常重要。因为它可以保持转录活跃基因不出问题。最后的结果就是转录不活跃的基因问题成堆,而转录活跃的基因完全无错误。TCR独有的基因有CSA, CSB等。综述随地都是。你找找看。我可以帮你找PDF。
2012-6-19 22:481 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 117.79.232.*   | 赞 +1 [3]周效华   2012-6-18 02:30
非常喜欢张教授的教学方式,直截了当还相当风趣。支持,一定要支持!
回复  谢谢效华夸奖。有点儿不好意思。
2012-6-19 22:391 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 221.223.61.*   | 赞 +1 [2]liulu1947   2012-6-16 10:23
把细胞设想成有意识,能自主应对环境变化的生命体是理解生命现象的关键所在。
回复  完全赞同中。。。
2012-6-19 22:361 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 113.240.234.*   | 赞 +1 [1]印大中   2012-6-16 09:00
好!这个系列俺需要系统地学习归纳一下。不过您这个系列似乎应该被称之为“细胞中由上帝设计的先天信息之维护”——“DNA 修复”更恰如其分。细胞损伤与修复还包括了其它一大堆内容,例如:细胞膜的修复,线粒体的维护,泛素系统对损伤蛋白的更换维修,不饱和脂肪酸的更新,溶酶体扫垃圾打扫卫生等等。
回复  是啊,我在系列一中提过,我只讲DNA的,呵呵。细胞的哪个部分都有机会遇到困难。
2012-6-19 22:321 楼(回复楼主) 赞 +1 |

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