请扼要说明SOS修复系统。
参考答案:
SOS修复是一种旁路系统,它允许新生的DNA链越过胸腺嘧啶二聚体而生长。其代价是保真度的极大降低,这是一个错误潜伏的过程。有时尽管合成了一条和亲本一样长的DNA链,但常常是没有功能的。其原则是:丧失某些信息而活存总比死亡好一些。SOS修复的机制至今还没有透彻地理解,但据认为是SOS修复系统引起校对系统的松懈,以使聚合作用能够向前越过二聚体(超越二聚体合成),而不管二聚体处双螺旋结构的变形。
当SOS修复系统被活化以后,校对系统就大大地丧失了识别双螺旋结构变形的能力,从而结束了空耗过程,而使复制又继续前进。两个腺嘌呤也加到与二聚体相对的位置上。关于SOS修复的一些早期的假说认为,在二聚体相对的位置上,可以是任何碱基,因而引起突变。但是新近的研究结果表明,错误的碱基可以出现在生长链上的任何位置,而不一定要在二聚体相对的位置上。由于校对功能的丧失,在新合成的链有比正常情况下多得多的不配对碱基。尽管这些错配碱基可以被错配修复系统和切除修复系统纠正,但因数量太大,没有被纠正的错配碱基仍然很多。现在看来,SOS修复系统的介入是紫外线诱发突变的主要原因。SOS系统可能以某种方式对PolⅢ进行修饰,如改变某一个负责校对功能的亚基。基因umuC的产物可能是这个错误潜伏的修复系统的重要组分,因为umuC的突变使SOS的诱变作用丧失。
SOS修复(或许还有重组修复)与切除修复不同,切除修复系统的酶在正常细胞中就已存在;而SOS系统的酶只到细胞受到损伤时才出现。这可以从这样的一个实验得到证明:紫外线照射过的E. coli比没有照射过的E. coli更能支持紫外线照射过的λ噬菌体的生长。这种现象,叫做UV复活或者W复活(为了纪念这一现象的发现者Jean Weigle)。这个现象显然牵涉到一种修复过程,而且只有当细胞是recA+时才出现;然而它并不需要uvr基因。现在认为,这种现象就是因为SOS系统在起作用,当紫外线照射细菌时,SOS系统就被开启。
SOS修复系统牵涉到几个基因,其中最清楚的是recA基因和lexA基因(即对紫外线抗性基因)。在正常细胞内,SOS系统是关闭的。生物在长期进化过程中,已经有了优良的校对功能以在复制中保持极高的准确性,因此必须使SOS这个错误潜伏的复制过程关闭。这个作用是通过lexA基因产物而实现的。LexA蛋白是一种阻抑蛋白,结合于SOS系统中各基因的操作子上,使得这些基因没有活性,很少产生转录产物,从转录水平上控制了这些基因。再说recA基因,它的产物有三种主要的生物化学活性:一是重组活性;二是单链DNA结合活性;三是蛋白酶活性。在细胞内,DNA合成正常进行时,RecA蛋白是没有蛋白酶活性的。然而,当DNA合成受到阻碍时,一部分已经存在于细胞中的RecA蛋白就转变成有活性的蛋白酶。这种活化作用需要单链DNA,很可能与RecA蛋白结合,因为RecA蛋白有单链DNA结合活性。RecA蛋白酶活性仅作用于少数特定的蛋白质,LexA蛋白就是其中之一。LexA蛋白被水解成两个片段,就不再阻止SOS的基因的转录,因而就开启了SOS系统。当修复完成时,DNA合成转入正常,RecA蛋白又推动了蛋白酶活性,LexA蛋白又得以控制SOS系统的基因的转录,从而使SOS系统处于关闭状态。
SOS修复只是SOS反应的一部分。细菌在UV、丝裂霉素C、烷化剂等作用下,造成了DNA的损伤,从而抑制了DNA的复制。在这种情况下,细胞就会产生一系列的表型变化,包括对损伤DNA的修复能力迅速增强、诱变率的提高、细胞分裂停止以及λ原噬菌体的诱导释放等。这些反应通称为SOS反应。不单造成DNA损伤的因素可以引起SOS反应,其他凡能抑制DNA复制的因素,如胸腺嘧啶饥饿、加入DNA复制的抑制剂以及某些重要基因的突变等,均能触发SOS反应。