嘧啶二聚體

化合物

嘧啶二聚體(pyrimidine dimer,簡稱PD),是DNARNA中的相鄰鹼基,如胞嘧啶胸腺嘧啶,在紫外線的誘導下進行光化學合成,於碳-碳雙鍵生成共價鍵而形成的一種化合物,是突變產生的原因之一。 [1][2][3]雙鏈RNA中,紫外線也可能導致脲嘧啶二聚體生成。紫外線二聚體的常見例子包括環丁烷嘧啶二聚體及6-4光產物。它們改變了DNA原有結構,令聚合酶無法正常運作,DNA無法複製。嘧啶二聚體可通過光致活作用核苷酸切除修復的作用來修復。如果最終無法修復,可引致突變

DNA胸腺嘧啶二聚體的形成。光子的作用所導致在一條DNA鏈上的兩個連續鹼基結合到一起,從而破壞正常鹼基配對的雙鏈結構。

二聚體的種類

 
胸腺嘧啶光化二聚體的例子包括:6-4光產物(左)及環丁烷(右)

環丁烷嘧啶二聚體(CPD)由嘧啶的碳-碳雙鍵的偶聯反應所生成,共有四個環。 [4][5][6] 它們影響了DNA複製時的鹼基配對,導致突變。

6-4光產物又稱6,4嘧啶-嘧啶酮。它的生成率只有環丁烷嘧啶二聚體的三分之一,但有更大可能引發突變。[7]孢子光產物溶酶為修複胸腺嘧啶二聚體的另一途徑。[8]

誘變

跨損傷聚合酶常令嘧啶二聚體轉化為突變。這種反應於原核生物SOS反應)及真核生物中都存在。雖然胸腺嘧啶二聚體是在紫外線損傷中較為常見,但因跨損傷聚合酶較常以腺嘌呤修復DNA,故胸腺嘧啶二聚體通常能正確修複。反之,環丁烷型嘧啶二聚體中的胞嘧啶則易受脫氨作用攻擊,轉化為胸腺嘧啶。[9]

DNA修復

 
黑色素瘤,一種皮膚癌

嘧啶二聚體會導致DNA的局部構象改變,故可被修復酶察覺。[10]在絕大部分的生物中,損害亦可藉由光致活作用修複,但諸如人類的胎盤動物則無此機制。[11]光致活作用中,光裂合酶將環丁烷嘧啶二聚體直接以光化學作用還原。修復酶察覺損傷後,會吸收波長>300 nm的光線(即熒光及紫外光),令光化學作用產生,將二聚體還原。[12]

核苷酸切除修復則是更通用的DNA維修方式。在這過程中,環丁烷嘧啶二聚體被切除,並合成新的DNA來填補該區域。[12]着色性乾皮症正是因患者無法進行核苷酸切除修復而導致的遺傳病,患者皮膚細胞被紫外光破壞後無法修復,導致皮膚變色及誘發癌變。人類中,沒有修復的嘧啶二聚體可引致黑色素瘤。[13]

參考文獻

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