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1、DNA的生物合成的生物合成DNA Biosynthesis，Replication第九章第九章遗传的中心法则 19581958年年年年CrickCrick提出以提出以提出以提出以DNADNA为中心的遗传信息的传递规律，为中心的遗传信息的传递规律，为中心的遗传信息的传递规律，为中心的遗传信息的传递规律，即即即即DNADNA贮存的遗传信息通过复制传给子代贮存的遗传信息通过复制传给子代贮存的遗传信息通过复制传给子代贮存的遗传信息通过复制传给子代DNADNA，通过转录，通过转录，通过转录，通过转录传给传给传给传给RNARNA，再通过翻译传给蛋白质。遗传信息传递方向的，再通过翻译传给蛋白质。遗传信息传递
2、方向的，再通过翻译传给蛋白质。遗传信息传递方向的，再通过翻译传给蛋白质。遗传信息传递方向的这个规律被称为。这个规律被称为。这个规律被称为。这个规律被称为。DNADNARNARNA蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质复制复制复制复制复制复制复制复制转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译反转录反转录反转录反转录？Francis Crick复制复制( (replication)指生物体内以亲代指生物体内以亲代DNADNA分子两条链为分子两条链为模板，合成两个子代模板，合成两个子代DNADNA分子的过程。分子的过程。亲代亲代DNA复制复制子代子代DNA半保留复制半保留复制双向复制双向复制半不连续复制复制半不连续复制复制
3、高保真性高保真性复制的特点复制的特点 第一节第一节 DNA复制的基本特征复制的基本特征（一）、（一）、DNA以以半保留半保留方式进行方式进行复制复制子子代代DNA分分子子的的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是是新新合合成成的的。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。这这种种复复制制方方式式称称为为半保留复制半保留复制。半保留复制的概念半保留复制的概念半保留复制的理论设想半保留复制的理论设想TGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACCTGGTACTGCCACTGGACCATGACGG
4、TGACCCCACTGGGGTGACCTGGTACTGACCATGACACCATGACTGGTACTGTGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACC+母链母链DNA 复制过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNA 子链复制的几种可能方式子链复制的几种可能方式全全保保留留 半半保保留留 混混合合式式 亲代亲代DNA子代子代DNA首先在首先在1515NHNH4 4ClCl培养基中培养培养基中培养然后转到然后转到1414NHNH4 4ClCl培养基中培养培养基中培养 只在只在1515NHNH4 4Cl Cl 中培养中培养 只在只在1414NHNH4 4Cl Cl 中中培养培
5、养1414N N对照系统对照系统对照系统对照系统1515N N对照系统对照系统对照系统对照系统第一代第一代第二代第二代 提取提取DNA，进行密度梯度超离心，进行密度梯度超离心E.coli 细胞细胞用用1515N N标记的标记的亲本亲本DNA1414N N中第一中第一次复制次复制1414N N中第二次复制中第二次复制实验结果表明实验结果表明DNA复制是半保留复制复制是半保留复制半保留复制的意义半保留复制的意义半保留复制使子代半保留复制使子代DNA保留了亲代保留了亲代DNA的全部遗传信的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。息，体现了遗传的保守性。遗传的保守性是物遗传的保守性是物种稳定性的分子基础，种
6、稳定性的分子基础，但但不是绝对的不是绝对的。在强调遗传恒定性的在强调遗传恒定性的同时不能忽视其同时不能忽视其变异性变异性。（二二）、）、DNA复制复制从起点向两个方向延伸从起点向两个方向延伸原核生物原核生物DNA 复制时，复制时，DNA从从起始点起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为相反的复制叉，称为双向复制。双向复制。复制中的放射自显影图像（眼睛状图形）复制中的放射自显影图像（眼睛状图形）（大肠杆菌（大肠杆菌DNA经放射性标记后电镜下观察结果）经放射性标记后电镜下观察结果）真核生物真核生物u真核生物真核生物有多个染色体均需要复
7、制，每个染有多个染色体均需要复制，每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。色体有多个起始点，是多复制子的复制。u习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复复制子制子(replicon) 。u复制子是独立完成复制的功能单位。复制子是独立完成复制的功能单位。 u高等生物有数以万计的复制子，长度差异很大。高等生物有数以万计的复制子，长度差异很大。真核生物的多复制子复制真核生物的多复制子复制53oriorioriori5355335533复制子复制子已完成复制的复制子已完成复制的复制子DNA母链，母链，ori为复制点为复制点复制子的大小和起始的先后不同复制子的
8、大小和起始的先后不同复制子长度为相邻起点间距离复制子长度为相邻起点间距离其中一个复制子已经完成复制其中一个复制子已经完成复制复复制制进进程程terA环状双链环状双链DNA及复制起始点（及复制起始点（ origin）B复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉（replication fork）C复制接近终止点复制接近终止点(termination, ter)复制叉复制叉指复制时，双链指复制时，双链DNA由由复制起始点处打开，沿两条解开的单复制起始点处打开，沿两条解开的单链模板合成链模板合成DNA新链，其形状像一个新链，其形状像一个叉子，称为复制叉。叉子，称为复制叉。E.coliorigin原核生物原
9、核生物（三）、复制的半不连续性（三）、复制的半不连续性5 3 解链方向解链方向35领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)3 5 3355领头链连续复制，领头链连续复制，随从链不连续复制，随从链不连续复制，这就是复制的半不连续性这就是复制的半不连续性DNA的两股链走向相反，一股为的两股链走向相反，一股为5至至3，另一股（互补链）为另一股（互补链）为3至至5 。复制叉上两。复制叉上两股母链也是走向相反。股母链也是走向相反。子链沿母链模板复制，只能从子链沿母链模板复制，只能从5向向3延伸。延伸。同一个复制叉只能有一个解链方向。同一个复制叉只能有一个解
10、链方向。 冈崎片段冈崎片段顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为这股链称为领头链。领头链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随随从链。从链。复制中的不连续片段称为复制中的不连续片段称为冈崎片段冈崎片段(okazaki fragment)。（四）复制的高保真性（四）复制的高保真性1. 遵守严格的碱基配对规律遵守严格的碱基配对规律2.聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能3.复
11、制出错时复制出错时DNA-pol的及时校读功能的及时校读功能二、二、DNA复制的复制的酶学和拓扑学变化酶学和拓扑学变化DNA复复制系统制系统底物底物dNTP聚合酶聚合酶DNA-pol模板模板解成单链解成单链的的DNA母链母链引物引物与模板互补的与模板互补的RNA片段片段其它酶其它酶和蛋白质因子和蛋白质因子底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP，DNA是单磷酸核苷，合是单磷酸核苷，合成时水解掉成时水解掉1分子分子PPi聚合酶聚合酶(polymerase): 依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶简写简写 为为 DNA-pol模板模板(template) :
12、解开成单链的解开成单链的DNA母链母链引物引物(primer): 提供提供3 -OH末端末端使使dNTP可以依可以依次聚合次聚合解螺旋酶解螺旋酶引物酶引物酶单链单链DNA结合蛋白结合蛋白DNA连接酶等连接酶等聚合反应的特点：聚合反应的特点：需要需要引物引物和和模板模板； 新链的延长新链的延长5 3 方向方向复复制制的的化化学学反反应应(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 1、DNA聚合酶聚合酶全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase，DDDP)u简称：简称：DNA-pol活性（作用）有两方面：活性（作用
13、）有两方面：u53 的的聚合聚合活性，活性， 沿沿53 方向方向延长脱氧核苷酸延长脱氧核苷酸链。链。u核酸核酸外切外切酶活性（两种情况）酶活性（两种情况） u3 5 外切酶活性，外切酶活性，能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。u5 3 外切酶活性，外切酶活性，能切除突变的能切除突变的 DNA片段。片段。核酸外切酶活性核酸外切酶活性3 5 外切酶外切酶活性活性能辨认错配的碱基对，能辨认错配的碱基对，并将其水解。并将其水解。 （校读）（校读）5 3 外切酶活外切酶活性能性能切除突变的切除突变的 DNA片片段段，切除切除RNA引物引物。 原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚
14、合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol 修复合成、去除引物、填补空缺修复合成、去除引物、填补空缺修复合成修复合成主要复制酶主要复制酶三种酶均具有三种酶均具有：5 3 聚合酶活性聚合酶活性3 5 外切酶活性外切酶活性 3 3 3 3 5 5 5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 外切酶外切酶外切酶外切酶 聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶N NC C 5 5 5 5 3 3 3 3外切酶外切酶外切酶外切酶小片段小片段小片段小片段大片段（大片段（ klenow片段片段）切除切除RNARNA引物引物损伤修复损伤修复校读功能校读功能（常用的工具酶常用的工具酶）聚合功能聚合功能DNA-pol（109
15、kD）DNA-pol （120kD） DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活基因发生突变，细菌依然能存活 它参与它参与DNA损伤的应急状态修复。损伤的应急状态修复。 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 (250kD)7-107-10个亚基组成的不对个亚基组成的不对称二聚体称二聚体核心酶（核心酶（2 22 2 2 ）亚基催化磷酸二酯键的形成。亚基催化磷酸二酯键的形成。亚基具有亚基具有3 355核酸外切酶核酸外切酶 活性，起较正作用活性，起较正作用滑动夹子（两个滑动夹子（两个 亚基）亚基）（2 围绕双螺旋形成一个围
16、绕双螺旋形成一个 环，模板链从该环通过）环，模板链从该环通过）夹夹稳模板并沿模板滑动稳模板并沿模板滑动 复合物复合物 夹子装载夹子装载真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶细胞内细胞内定位定位53聚合活性聚合活性35外切活性外切活性功能功能核核核核线粒体线粒体核核核核+引物合成引物合成随从链部分随从链部分合成合成-+-低保真度的低保真度的复制复制线粒体线粒体DNA的的复制复制延长子链的延长子链的主要酶主要酶解螺旋酶活性解螺旋酶活性填补引物空隙填补引物空隙切除修复切除修复重组重组n依赖依赖DNA的的RNA聚合酶，可催化短片段聚合酶，可催化短片段RNA合成。合成。n可以催化游离可以催化游离NTP聚
17、合。聚合。n在大肠杆菌中，是在大肠杆菌中，是DnaG引物（引物（primer）：）： 是是由由引引物物酶酶催催化化生生成成的的短短链链RNA，它它可可为为DNA聚合提供聚合提供3-OH末端。末端。2 2、引物酶、引物酶(primerase)(primerase)解旋酶能在复解旋酶能在复制叉前解开一制叉前解开一小段小段DNA。每解开一个碱每解开一个碱基对需消耗基对需消耗2分分子子ATP。3.解螺旋酶解螺旋酶4、拓扑异构酶、拓扑异构酶(topoisomerase) 拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶作用特点既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键。能够可逆、又能连接磷酸二酯键。能够可逆的切断的切断DNAD
18、NA链，消除由于复制叉移动使链，消除由于复制叉移动使DNADNA双双链打结、缠绕而形成的正超螺旋。链打结、缠绕而形成的正超螺旋。1111个个螺旋螺旋 9 9个螺旋个螺旋被压缩被压缩 超螺旋局部解开后超螺旋局部解开后DNA复制过程中正超螺旋的形成复制过程中正超螺旋的形成 2复制过程中正超螺旋的形成复制过程中正超螺旋的形成 超螺旋解开前超螺旋解开前29解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNA解解链旋转不致打结；适当时候封闭切链旋转不致打结；适当时候封闭切口，口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓
19、扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA分子分子两股两股链，断端通过链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。切口旋转使超螺旋松弛。利用利用ATP供能，连接断端，供能，连接断端， DNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态。拓扑异构酶的作用拓扑异构酶的作用 5 5、单链结合蛋白、单链结合蛋白、单链结合蛋白、单链结合蛋白(single stranded DNA binding (single stranded DNA binding protein, SSB)protein, SSB)是同源四聚体，对单链是同源四聚体，对单链DNA有高的亲合力有高的亲合力能特异性的能特异性的结合到分开的单链结合到分开的单链
20、DNA上，作用：上，作用：1）防止单链重新生成超螺旋）防止单链重新生成超螺旋2）防止单链模板被水解。）防止单链模板被水解。引发体引发体引物酶引物酶DNA聚合酶聚合酶IIIDNA聚合酶聚合酶IDNA连接酶连接酶滞后链滞后链前导链前导链单链结合蛋白单链结合蛋白解旋酶解旋酶6、DNA连接酶连接酶 DNA连接酶连接酶(DNA ligase)作用方式作用方式连接连接DNA链链3 -OH末端和相邻末端和相邻DNA链链5 -P末端，使二者生成磷酸二酯键，把两段相邻末端，使二者生成磷酸二酯键，把两段相邻的的DNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。DNA连接酶连接酶ATPADPHO5353355353
21、535353ATP ADPDNA连接酶连接酶（一）复制的起始（一）复制的起始1. DNA解开成单链，形成复制叉，提供模板。解开成单链，形成复制叉，提供模板。2. 形成引发体并合成引物，提供形成引发体并合成引物，提供3 -OH末端。末端。三、原核生物三、原核生物DNA复制过程复制过程 解链过程解链过程（P286）DnaA、B、C三种蛋白参与DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaCDnaA蛋白蛋白四个相同亚基组成四个相同亚基组成3 5 5 3 DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaC Dna ASSBDnaG引物酶引物酶DNA拓拓扑扑异异构构酶酶3 5 5 3 DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaCSSBDNA拓拓扑扑
22、异异构构酶酶合成引物合成引物 DnaG引物酶引物酶解链方向解链方向（二）复制的延长（二）复制的延长复制的延长指在复制的延长指在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTP3 3dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTP 5 35OH 3DNA-pol复制的延长复制的化学反应单链延长的方向单链延长的方向 单
23、链延长的方向单链延长的方向 新链生成需引物；新链生成需引物； 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 。脱氧核糖核苷酸之脱氧核糖核苷酸之间生成间生成 3，5磷磷酸二酯键而逐一聚酸二酯键而逐一聚合合DnaGSSB SSB SSBDNA-Pol 前导链前导链后随链后随链-冈崎片断冈崎片断5 3 3 5 3 5 5 3 DnaB解螺旋酶解螺旋酶5 3 5 3 冈崎片断的连接冈崎片断的连接5 5 DNA Pol-DNA pol I水解水解RNA引物留下空引物留下空隙隙填补引物水解后留下的空隙，保留缺口填补引物水解后留下的空隙，保留缺口DNA连接酶连接酶DNA连接酶连接酶ATP ADP
24、+Pi5 5 DNA连接酶连接酶5 5 P形成磷酸二酯键连接片段之间缺口形成磷酸二酯键连接片段之间缺口原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制，双向复制的复制片段在复制的终止点片段在复制的终止点(ter)处汇合。处汇合。（三）复制的终止（三）复制的终止滚环复制滚环复制(噬菌体噬菌体)dNTPDNA-pol D环复制环复制(线粒体线粒体 P296)第一引物以内环为模板延伸第一引物以内环为模板延伸第二引物（反向）以外环为第二引物（反向）以外环为模板进行反向延伸模板进行反向延伸四、真核生物的四、真核生物的DNA复制过程复制过程（一）真核生物（一）真核生物DNA复制的特点：复制的特点
25、：1、多复制子复制、多复制子复制2、RNA引物和冈崎片段短引物和冈崎片段短真核引物真核引物10个核苷酸，原核可高达数十个；真核冈崎片段个核苷酸，原核可高达数十个；真核冈崎片段100-200个碱基，原核高达个碱基，原核高达1000-2000个。个。3、起始过程复杂、起始过程复杂4、真核生物、真核生物DNA复制和核小体装配同步进行复制和核小体装配同步进行5、端粒、端粒DNA的合成的合成真核生物线性染色体末端有端粒结构。真核生物线性染色体末端有端粒结构。 端粒端粒(telomere)功能功能维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性维持维持DNA复制的完整性复制的完整性1)随着年龄的增长、衰老进行，随着年
26、龄的增长、衰老进行，端粒端粒DNA长度也在相应缩短长度也在相应缩短 。2)长期慢性的紧张和压力可以长期慢性的紧张和压力可以影响端粒长度缩短的速度影响端粒长度缩短的速度 。3)孩童时期的不幸经历孩童时期的不幸经历令孩子们的端粒令孩子们的端粒DNA长度普遍缩短。长度普遍缩短。 线性线性DNA复制的末端复制的末端复制完成后子链末端留下空隙，母链成单链复制完成后子链末端留下空隙，母链成单链功能功能 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 保证保证DNA复制的完整性复制的完整性端粒的结构特点端粒的结构特点 由末端单链由末端单链DNA序列和蛋白质构成。序列和蛋白质构成。 末端末端DNA序列是多次重复的富含序
27、列是多次重复的富含T 、 G碱碱基的短基的短 序列。序列。TTTTGGGGTTTTGGGG端粒酶端粒酶(telomerase)作用：作用：RNA模板模板逆转录酶逆转录酶端粒酶的分子结构端粒酶的分子结构组成：组成：端粒酶端粒酶RNA 端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶端粒酶的端粒酶的RNA端粒端粒DNA末端末端1 1、端粒酶靠、端粒酶靠hTRhTR（AnCnAnCn）x x与母链与母链DNADNA端粒结合端粒结合2 2、以端粒酶、以端粒酶RNARNA为模版，逆转录，延长为模版，逆转录，延长DNADNA母链母链3 3、端粒酶移位、空出、端粒酶移位、空出RNARNA模板，再次延
28、长母链，同时模板，再次延长母链，同时DNADNA母母链反摺利于下游复制延伸。链反摺利于下游复制延伸。端粒酶的端粒酶的RNA4 4、延伸足够长度后端粒酶脱离母链，代之以、延伸足够长度后端粒酶脱离母链，代之以DNA-Pol DNA-Pol 。此时。此时母链母链3 3-OH-OH反折，同时作为引物和模板，完成末端双链复制。反折，同时作为引物和模板，完成末端双链复制。端粒酶的端粒酶的RNADNA-Pol哺乳动物的哺乳动物的细胞周期细胞周期DNA合成期合成期G1G2SM细细胞胞周周期期（cell cell cyclecycle）是是指指连连续续分分裂裂细细胞胞从从上上一一次次有有丝丝分分裂裂结束到下一次
29、有丝分裂完成所经历的整个过程。结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程。整个过程中，细胞遗传物质复制并加倍，且在分裂结束时整个过程中，细胞遗传物质复制并加倍，且在分裂结束时平均分配到两个子细胞中去。平均分配到两个子细胞中去。RNA和蛋白质合成和蛋白质合成 调控调控DNA合成的启动合成的启动形成染色体形成染色体发生细胞分裂发生细胞分裂新细胞形成新细胞形成合成有丝分裂所必需物质合成有丝分裂所必需物质 反转录反转录(reverse transcription) ：是以：是以RNA为模板，为模板，指导指导DNA合成的过程。合成的过程。 反转录酶反转录酶(reverse transcriptase) ：
30、依赖：依赖RNA的的DNA聚合酶（聚合酶（RDDP）。）。 反转录酶反转录酶第二节、反转录和反转录病毒第二节、反转录和反转录病毒信息流动方向信息流动方向逆转录酶作用特点逆转录酶作用特点逆转录酶具有三种酶活性：逆转录酶具有三种酶活性：以以RNA指导的指导的DNA聚合酶活性聚合酶活性以以RNA作模板合成作模板合成DNA单链，形成单链，形成RNA-DNA杂化分子杂化分子RNA水解酶活性水解酶活性水解杂化分子中的水解杂化分子中的RNA单链，生成单链，生成DNA单链模板单链模板（此作用可以由被感染细胞内（此作用可以由被感染细胞内RNase代替）代替）DNA指导的指导的DNA聚合酶活性聚合酶活性DNA作模
31、板合成作模板合成DNA单链，形成双链单链，形成双链DNA分子分子酶作用需要酶作用需要Zn2+ 作为辅助因子作为辅助因子合成反应也按照合成反应也按照53延长的规律延长的规律逆转录酶的存在：逆转录酶的存在：致癌致癌RNA病毒、蛙卵、白细胞、滋养层细胞。病毒、蛙卵、白细胞、滋养层细胞。逆转录酶的作用逆转录酶的作用逆转录酶逆转录酶逆转录酶（逆转录酶（RNase H）逆转录酶逆转录酶第十五章第十五章 DNA损伤与修复损伤与修复DNA Damage and Repair在复制过程中发生的在复制过程中发生的DNA突变称为突变称为DNA损损伤伤(DNA damage)。遗传物质的遗传物质的结构改变结构改变而引
32、起的而引起的遗传信息遗传信息改变，改变，均可称为均可称为突变突变。突变就其后果而言并非都是危害生命的，也有积突变就其后果而言并非都是危害生命的，也有积极意义，是进化、分化的分子基础，且在生物界极意义，是进化、分化的分子基础，且在生物界普遍存在。普遍存在。一、引发一、引发DNA损伤的因素损伤的因素体内因素体内因素: 1、DNA复制错误复制错误2、DNA自身的不稳定性自身的不稳定性3、机体代谢过程中产生的活性氧、机体代谢过程中产生的活性氧体外因素体外因素: 1、物理因素、物理因素: 如如UV (ultra violet)、各种辐射。、各种辐射。2、化学因素、化学因素: 烷化剂、碱基、核苷酸类似物及
33、其他一烷化剂、碱基、核苷酸类似物及其他一些人工合成或环境中存在的化学物质。些人工合成或环境中存在的化学物质。3、生物因素、生物因素:黄曲霉素、病毒和抗生素类等。黄曲霉素、病毒和抗生素类等。二、二、DNADNA损伤的类型损伤的类型碱基损伤与糖基破坏碱基损伤与糖基破坏碱基之间发生错配碱基之间发生错配DNA链发生断裂链发生断裂DNA链的共价交联链的共价交联DNA损伤将导致：损伤将导致：（一）（一）置换置换DNA分子上的碱基错配又称分子上的碱基错配又称点突变点突变。有两种类型：。有两种类型：1. 转换：转换：发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一
34、嘧啶。或嘧啶代替另一嘧啶。2. 颠换：颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。嘌呤。如果点突变发生在基因编码区，则会导致氨基酸如果点突变发生在基因编码区，则会导致氨基酸改变（蛋白质一级结构改变），进而影响该蛋白改变（蛋白质一级结构改变），进而影响该蛋白质的功能。质的功能。DNA损伤将导致：损伤将导致：（一）（一）置换置换即即DNA分子上的碱基错配又称分子上的碱基错配又称点突变点突变。有两种类。有两种类型：型：1. 转换：转换：发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。或嘧啶代替另一嘧啶
35、。2. 颠换：颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。嘌呤。错义突变错义突变：碱基置换造成氨基酸编码的改变。：碱基置换造成氨基酸编码的改变。无义突变无义突变：变为终止密码子。：变为终止密码子。同义突变同义突变：不改变氨基酸密码子。：不改变氨基酸密码子。如果碱基置换发生在基因编码区，即错义突变则如果碱基置换发生在基因编码区，即错义突变则会导致氨基酸改变（蛋白质一级结构改变），进会导致氨基酸改变（蛋白质一级结构改变），进而影响该蛋白质的功能。而影响该蛋白质的功能。与疾病有关的与疾病有关的置换置换的的例子例子镰型红细胞贫血镰型红细胞贫血基因（编码链
36、基因（编码链 GAGGTG ）HbS = 226GluVal（链）链）膀胱癌细胞膀胱癌细胞c-rasH基因（编码链基因（编码链GGCGTC）表达产物表达产物12位位GlyVal。（二）缺失、插入和框移（二）缺失、插入和框移缺失：缺失：一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。大分子上消失。插入：插入：原来没有的一个碱基或一段核苷原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到酸链插入到DNA大分子中间。大分子中间。缺失或插入可导致缺失或插入可导致框移突变框移突变框移突变框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生造成蛋白质氨基
37、酸排列顺序发生改变。改变。DNA分子内的某个片段从一个位置转移到另一个位置，或分子内的某个片段从一个位置转移到另一个位置，或不同不同DNA分子间分子间DNA片段的转移及重新组合称重组或重片段的转移及重新组合称重组或重排。排。痛痛第二节第二节、DNA损伤的修复损伤的修复修复修复(repairing) 指纠正指纠正DNA两条链两条链间错配的碱基、清间错配的碱基、清除除DNA链上受损的链上受损的碱基或糖基、恢复碱基或糖基、恢复DNA的正常结构的的正常结构的过程。过程。直接修复直接修复嘧啶二聚体的直接修复嘧啶二聚体的直接修复烷基化碱基的直接修复烷基化碱基的直接修复无嘌呤位点的直接修复无嘌呤位点的直接修
38、复单链断裂的直接修复单链断裂的直接修复切除修复切除修复碱基切除修复碱基切除修复核苷酸切除修复核苷酸切除修复重组修复重组修复SOS修复修复修复的主要类型修复的主要类型光修复光修复切除修复切除修复重组修复重组修复 SOS修复修复 无差错修复无差错修复有差错修复有差错修复（一）光修复嘧啶二聚体的形成与解聚 （二）切除修复（二）切除修复是细胞内最重要和是细胞内最重要和有效的修复机制。有效的修复机制。目目 录录错误的碱基错误的碱基 DNA糖苷酶糖苷酶切除错误的碱基切除错误的碱基DNA聚合酶填补聚合酶填补DNA连接酶封闭连接酶封闭 缺口缺口AP核酸核酸内切内切酶及酶及AP裂解酶裂解酶切除磷酸二酯键切除磷酸
39、二酯键1.1.碱基切除修复碱基切除修复1、损伤的、损伤的DNA2、UvrB、UvrA、UvrC辨认并结合与辨认并结合与DNA损伤的部位损伤的部位3、UvrC切除损伤部位切除损伤部位4、DNAPol 利用利用dNTP填补空隙，但仍然留有缺口填补空隙，但仍然留有缺口5、DNA连接酶利用连接酶利用ATP连接缺口连接缺口2.2.核苷酸切除修复核苷酸切除修复着色性干皮病着色性干皮病（xeroderma pigmentosis，XP） 是一种是一种切除修复有缺陷切除修复有缺陷的遗传性疾病。的遗传性疾病。在研究其发病机制时，发现一些相关的基因，称为在研究其发病机制时，发现一些相关的基因，称为XPA、XPB、
40、XPC等。这些基因的表达产物与等。这些基因的表达产物与Uvr类类蛋白有同源序列，也是起辨认和切除损伤蛋白有同源序列，也是起辨认和切除损伤DNA作用的。作用的。XP病人是由于病人是由于XP基因有缺陷，不能修复紫外线照射基因有缺陷，不能修复紫外线照射引起的引起的DNA损伤，因此易发生皮肤癌。损伤，因此易发生皮肤癌。（三）重组修复损伤面大又不能及时修复的损伤面大又不能及时修复的DNA可以复制，但可以复制，但复制的子链带有错误甚至缺口。复制的子链带有错误甚至缺口。这种损伤需要进行重组修复。这种损伤需要进行重组修复。重组蛋白重组蛋白RecA的核酸酶活性将另一股健康母的核酸酶活性将另一股健康母链与缺口部分
41、交换，以填补缺口。链与缺口部分交换，以填补缺口。健康母链指同一细胞中已完成复制或来自亲代健康母链指同一细胞中已完成复制或来自亲代的一股的一股DNA链。链。 错误的模板错误的模板有缺口子链有缺口子链有损伤有损伤DNA正常的模板正常的模板无缺口子链无缺口子链复制复制RecA随复制次数增多，损伤链所占比例越来越小，逐渐被“稀释”掉重组修复机制（四）（四）SOS修复修复当当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。发出一系列复杂的反应。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而是可存活的。然而DNA保留的错误较多，导保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。致较广泛、长期的突变。
