第十三章第十三章 DNA 生物合成生物合成内容提要内容提要DNA 的半保留复制的半保留复制依赖依赖 RNA 的的 DNA 合成合成DNA 损伤与修复损伤与修复2.12.1修复机制修复机制修复机制修复机制1.光复活光复活T TT T紫外线紫外线紫外线紫外线(260nm)(260nm)T(胸腺嘧啶）二聚体胸腺嘧啶）二聚体双键打开双键打开双键打开双键打开紫外光紫外光紫外光紫外光T-TT-T二聚体二聚体二聚体二聚体可见光激活该可见光激活该可见光激活该可见光激活该酶酶酶酶只有高等哺乳动物该功能退化掉了只有高等哺乳动物该功能退化掉了例例 对细菌紫外诱变或杀灭时尽量保持暗环境对细菌紫外诱变或杀灭时尽量保持暗环境光复活酶结合于损伤部位光复活酶结合于损伤部位光复活酶结合于损伤部位光复活酶结合于损伤部位2.切除修复切除修复核酸酶核酸酶核酸酶核酸酶DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶属于复制前的修复属于复制前的修复属于复制前的修复属于复制前的修复3.重组修复重组修复复制同时的修复复制同时的修复*复制复制复制复制DNADNA聚合酶、连接酶补缺聚合酶、连接酶补缺聚合酶、连接酶补缺聚合酶、连接酶补缺提问：提问：提问：提问：原损伤部位没有修复，对后代影响大吗？原损伤部位没有修复，对后代影响大吗？原损伤部位没有修复，对后代影响大吗？原损伤部位没有修复，对后代影响大吗？在后代中只有一个个体含有该条在后代中只有一个个体含有该条DNA，后代越多，影响比例，后代越多，影响比例越小，等于消除影响。
越小，等于消除影响4.SOS修复修复SOS求救信号求救信号DNA损伤严重，复制受到抑制，前几种方法难以奏效时：n诱导校对能力差的诱导校对能力差的DNA聚合酶形成，聚合酶形成，局部局部“乱配乱配”*进化、变种、癌症、诱变育种等等都是基于这一机理进化、变种、癌症、诱变育种等等都是基于这一机理n为了生存为了生存变变第一节第一节 DNA 的半保留复制的半保留复制DNA 半保留复制的理论半保留复制的理论参与参与 DNA 复制的酶复制的酶复制的起点和方式复制的起点和方式复制过程复制过程一、一、DNA 半保留复制的理论半保留复制的理论半保留复制的实验依据和意义半保留复制的实验依据和意义双向复制双向复制复制的半不连续性复制的半不连续性（一）半保留复制的实验依据和意义（一）半保留复制的实验依据和意义半保留复制的实验依据半保留复制的实验依据半保留复制的概念半保留复制的概念半保留复制的意义半保留复制的意义复制的半不连续性复制的半不连续性1. 半保留复制的实验依据半保留复制的实验依据1958年年，Meselson 证证明明：用用，15NH4Cl 唯唯一一氮氮源源培培养养大大肠肠杆杆菌菌，之之后后，用用 14NH4Cl 培培养养，然然后后进进行行 CsCl2 进进行行密密度度梯梯度度离离心心。
由由于于 15NH4Cl 密密度度大大于于 14NH4Cl，因因此此，形形成成不不同同区区带带，经经过过若若干干代代培培养养后后，两两个个 NH4Cl 区带增多区带增多2.半保留复制的概念半保留复制的概念DNA 生生物物合合成成时时，母母链链 DNA 解解开开为为两两股股单单链链，各各自自作作为为模模板板(template)按按碱碱基基配配对对规规律律，合合成成与与模模板板互互补补的的子子链链子子代代细细胞胞的的 DNA，一一股股单单链链从从亲亲代代完完整整地地接接受受过过来来，另另一一股股单单链链则则完完全全重重新新合合成成两两个个子子细细胞胞的的 DNA 都都和和亲亲代代 DNA 碱碱基基序序列列一一致致这这种复制方式称为半保留复制种复制方式称为半保留复制3. 半保留复制的意义半保留复制的意义按按半半保保留留复复制制方方式式，子子代代 DNA 与与亲亲代代 DNA 的的碱碱基基序序列列一一致致，即即子子代代保保留留了了亲亲代代的的全全部部遗传信息，体现了遗传的保守性遗传信息，体现了遗传的保守性遗遗传传的的保保守守性性，是是物物种种稳稳定定性性的的分分子子基基础础，但不是绝对的但不是绝对的。
二）双向复制（二）双向复制原核生物的原核生物的 DNA 双向复制双向复制真核生物的真核生物的 DNA 双向复制双向复制1. 原核生物的原核生物的 DNA 双向复制双向复制原原核核生生物物复复制制时时，DNA 从从起起始始点点(origin)向向两两个个方方向向解解链链，形形成成两两个个延延伸伸方方向向相相反反的的复复制制叉叉，称称为为双双向向复制复复制制起起始始点点（oriori）：DNADNA复复制制要要从从DNADNA分分子子的的特特定定部部位位开开始始，此此部部位位称称复复制制起起始点始点复制中的放射自显影图象复制中的放射自显影图象A. 环状双链环状双链 DNA 及复制起始点及复制起始点B. 复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C. 复制接近终止点复制接近终止点(termination, ter)oriterA B C2. 真核生物的真核生物的 DNA 双向复制双向复制真真核核生生物物每每个个染染色色体体有有多多个个起起始始点点，是是多多复复制制子的复制子的复制习习惯惯上上把把两两个个相相邻邻起起始始点点之之间间的的距距离离定定为为一一个个复复制制子子(replicon) 复复制制子子是是独独立立完完成成复复制制的的功功能能单单位。
位53oriorioriori535533553复制子33. 复制的半不连续性复制的半不连续性顺顺着着解解链链方方向向生生成成的的子子链链，复复制制是是连连续续进进行行的的，这股链称为这股链称为领头链（先导链）领头链（先导链）另另一一股股链链因因为为复复制制的的方方向向与与解解链链方方向向相相反反，不不能能顺顺着着解解链链方方向向连连续续延延长长，这这股股不不连连续续复复制制的的链链称称为为随随从从链链（滞滞后后链链）复复制制中中的的不不连连续续片片段段称称为为岡岡崎崎片片段段(okazaki fragment) 领领头头链链连连续续复复制制而而随随从从链链不不连连续续复复制制，就就是是复复制制的的半不连续性半不连续性3 3 5 5 3 3 5 5 解链方向解链方向3 3 5 5 3 3 3 3 5 5 领头链（先导链）领头链（先导链）(leading strand)(leading strand)随从链（滞后链）随从链（滞后链）(lagging strand)(lagging strand)二、参与二、参与 DNA 复制的酶复制的酶DNA 聚合反应聚合反应DNA 聚合酶聚合酶DNA 连接酶连接酶DNA 解旋相关酶类解旋相关酶类引物酶引物酶( (PrimasePrimase) )和引发体和引发体参与参与 DNA 复制复制的物质的物质 底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP聚聚合合酶酶(polymerase): 依依赖赖 DNA 的的 DNA 聚聚合合酶酶，简简写写 为为 DNA-pol模板模板(template) : 解开解开成单链成单链的的 DNA 母母链链引引物物(primer): 提提供供 3 -OH 末末端端使使 dNTP 可可以以依依次次聚聚合合 其他的酶和蛋白质因子其他的酶和蛋白质因子（一）（一）DNA 聚合反应聚合反应聚合反应方程式聚合反应方程式聚合反应的特点聚合反应的特点1. 聚合反应方程式聚合反应方程式n1d ATPn2d CTPn3d GTPn4d TTPDNA聚合酶聚合酶DNA模板模板DNA +（n1+n2+n3+n4)PPiPPi 随即被焦磷酸酶水解，从而推动随即被焦磷酸酶水解，从而推动聚合反应的进行。
聚合反应的进行dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 2. 聚合反应的特点聚合反应的特点以四种脱氧核苷三磷酸为底物；以四种脱氧核苷三磷酸为底物；DNA 新链生成需引物和模板；新链生成需引物和模板； 新链的延长只可沿新链的延长只可沿 5 3 方向进行；方向进行；产物产物 DNA 的性质与模板相同的性质与模板相同反应需反应需 Mg+ 激活二）（二） DNA 聚合酶聚合酶原核生物的原核生物的 DNA 聚合酶聚合酶真核生物的真核生物的 DNA 聚合酶聚合酶1. 原核生物的原核生物的 DNA 聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol IVDNA-pol V1)1)大肠杆菌大肠杆菌三种三种DNADNA聚合酶比较聚合酶比较DNADNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计数每个细胞的分子统计数5 5 -3 -3 聚合酶作用聚合酶作用3 3 -5 -5 核酸外切酶作用核酸外切酶作用5 5 -3 -3 核酸外切酶作用核酸外切酶作用转化率转化率主要功能主要功能活性（活性（nt/minnt/minDNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶（复合物）（复合物）109109，000000400400+ + + +1 1校读校读, ,修复修复10001000120120，0000004040+ + +- -0 .050 .05400400，00000010-2010-20+ + + +5050复制复制100000100000特特 性性不清不清填补缺口填补缺口50505 u ucgagccgagcu uag-ag-OH OH 3 5 u ucgagccgagcu uagagDNA poldNTP2)52)5 3 3 聚合作用聚合作用3 agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc 5 3 agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc 5 catcggatcgcatcgtcacgtgctag catcggatcgcatcgtcacgtgctag 3 53内切酶内切酶外切酶外切酶3)3)外切外切酶与内切酶作用图解酶与内切酶作用图解5 5 3 3 外切酶活性的功能外切酶活性的功能 切除引物，切除突变片段切除引物，切除突变片段534)34)35 5 外切酶活性外切酶活性 校校 读读 错配碱基错配碱基小片段小片段 大片段大片段（Klenow fragmentKlenow fragment）5 5 3 3 聚合功能聚合功能 3 5 3 5 外切酶活性外切酶活性5353外切酶活性外切酶活性5)DNA 5)DNA pol Ipol I功能：功能：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。
是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶 DNA-pol ：由由十十种种亚亚基基组组成成，其其中中亚亚基基具具有有 53 聚聚合合 DNA 的的酶酶活活性性，因因而而具具有有复复制制 DNA 的的功功能能；而而 亚亚基基具具有有 3 5 外外切切酶酶的的活活性性，因因而而与与 DNA 复复制制的的校校正正功功能能有有关关 (250 kD)6) DNA-pol 2. 真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol : 起始引发，有引物酶活性起始引发，有引物酶活性DNA-pol : 参与低保真度的复制参与低保真度的复制 DNA-pol : 线粒体线粒体 DNA 复制中起催化作用复制中起催化作用DNA-pol : 延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性DNA-pol : 复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用l在在真真核核生生物物中中，目目前前发发现现的的 DNA 聚聚合合酶酶有有五五种种，分分别别命命名名为为 DNA 聚聚合合酶酶 （pol ），DNA 聚聚合合酶酶 （pol ），DNA 聚聚合合酶酶 （pol ），DNA 聚聚合合酶酶 （pol ），），DNA 聚合酶聚合酶 （pol ）。
l其其中中，参参与与。