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1、？ Replication Replication Repair of DNARepair of DNA第三章第三章 DNADNA的复制和修复的复制和修复核酸代谢核酸代谢一、一、 DNADNA复制的概念复制的概念DNADNA复制：在细胞分裂过程中，以亲代复制：在细胞分裂过程中，以亲代DNADNA为模板合成为模板合成子代子代DNADNA分子的过程称为分子的过程称为DNADNA复制（复制（DNA replicationDNA replication）。）。双螺旋的每一条双螺旋的每一条DNADNA链都可以作为模板合成一条与其互链都可以作为模板合成一条与其互补的补的DNADNA链，从而形成两条与其完全
2、相同的子链。链，从而形成两条与其完全相同的子链。 第一节第一节 复制复制（二）、（二）、DNA的复制方式的复制方式半保留复制半保留复制当当DNADNA复制时，复制时，DNADNA解螺旋，双链彼此分解螺旋，双链彼此分开，均可作为模板；开，均可作为模板；碱基互补配对原则组成两条新的多核苷碱基互补配对原则组成两条新的多核苷酸链，一个酸链，一个DNADNA分子复制成两个同样的分子复制成两个同样的DNADNA分子。分子。其中一股单链是从亲代完整地接受。其中一股单链是从亲代完整地接受。 另一股单链完全重新合成，且按碱基配另一股单链完全重新合成，且按碱基配对原则互补。对原则互补。意义：意义：保持保持DNAD
3、NA在代谢上的稳定性在代谢上的稳定性（三）（三） DNA DNA 的半不连续复制的半不连续复制日本，冈崎（日本，冈崎（19681968）1 1、概念、概念DNADNA、RNARNA：合成方向：合成方向5 533一条链合成方向与复制叉同向，按一条链合成方向与复制叉同向，按5 533方向连续复制方向连续复制前导链前导链冈崎片段：冈崎片段：模板模板DNADNA中中5 533走向的单链，走向的单链，在复制过程中，在复制过程中，DNADNA聚合酶随着复制叉的打聚合酶随着复制叉的打开，一小段一小段地合成新链，这条新链被开，一小段一小段地合成新链，这条新链被称为称为随从链随从链，随从链的复制有多个起始点，随
4、从链的复制有多个起始点，每个起始点按每个起始点按5 533方向合成一小段方向合成一小段DNADNA，这些小片段称为冈崎片段。，这些小片段称为冈崎片段。 （四）（四）DNADNA复制的酶系复制的酶系1 1、解旋解链酶：、解旋解链酶：1 1）拓扑异构酶）拓扑异构酶（TopoTopo，解超螺旋酶），解超螺旋酶）：解开解开DNADNA超螺旋超螺旋2 2）解链酶）解链酶（解螺旋酶）（解螺旋酶）：解开碱基间氢键，形成解开碱基间氢键，形成2 2股单链股单链3 3）单链）单链DNADNA结合蛋白结合蛋白（SSBSSB）：结合单股结合单股DNADNA，阻止，阻止DNADNA复性复性TopoTopo ：切开切开D
5、NADNA中的一条链，与另一中的一条链，与另一条链解缠绕或再缠绕条链解缠绕或再缠绕连接连接TopoTopo 同时切开同时切开DNADNA双链双链解旋或再螺旋解旋或再螺旋连接连接解链酶、解链酶、SSBSSB的作用的作用解链酶解链酶（helicasehelicase，解螺旋酶）：，解螺旋酶）：断裂互补碱基间的氢键，使断裂互补碱基间的氢键，使DNADNA双链分离形成双链分离形成“复制叉复制叉”单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白（SSBSSB）：）：结合于解开的结合于解开的DNADNA单链，防止双螺旋再形成（阻止单链，防止双螺旋再形成（阻止DNADNA复性）复性） 子链的合成必须有子链的合成必须有5
6、 5端核苷酸引物存在端核苷酸引物存在 引物由引物酶催化合成，引物由引物酶催化合成，引物酶引物酶特殊的特殊的RNARNA聚合酶聚合酶 引物：小段引物：小段RNARNA，在此基础上，在此基础上，DNADNA聚合酶延长子链聚合酶延长子链2 2、引物酶：、引物酶：合成小段合成小段RNARNA引物，用于引物，用于DNADNA聚合酶延长子链聚合酶延长子链3 3、DNADNA聚合酶聚合酶（DNA polymeraseDNA polymerase） ：延长子链延长子链DNADNA聚合酶不能从头合成子链，只能延长聚合酶不能从头合成子链，只能延长DNADNA聚合酶：多种类、多种活性聚合酶：多种类、多种活性1 1）
7、DNADNA聚合反应条件聚合反应条件（1 1）底物）底物 dNTPdNTP（dATPdATP，dGTPdGTP，dCTPdCTP，dTTPdTTP）（2 2）聚合酶）聚合酶（3 3）模板）模板单链的单链的DNADNA母链母链（4 4）引物）引物寡核苷酸引物（寡核苷酸引物（RNA)RNA)（5 5）其他：）其他：解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶2 2）DNADNA聚合酶聚合酶（DNA polymeraseDNA polymerase）分类分类大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶I I、DNADNA聚合酶聚合酶I I：多功能酶多功能酶1 1）沿）沿5 5
8、33方向延长方向延长DNADNA链（链（DNADNA聚合酶活性）聚合酶活性）2 2）由）由3 3端水解端水解DNADNA链（链（3 3 5 5核酸外切酶活性）核酸外切酶活性）3 3）由）由5 5端水解端水解DNADNA链（链（5 5 3 3核酸外切酶活性）等核酸外切酶活性）等 常用的工具酶常用的工具酶复制准确性的保证：复制准确性的保证： 复制过程中碱基的配对受到双重核对复制过程中碱基的配对受到双重核对1 1）DNADNA聚合酶的选择作用聚合酶的选择作用2 2）3 3 5 5 外切酶的校正作用。外切酶的校正作用。DNADNA聚合酶聚合酶： 不详不详DNADNA聚合酶聚合酶： 5 533方向延长方
9、向延长DNADNA链链真正起复制作用的酶，对温度敏感真正起复制作用的酶，对温度敏感4 4、DNADNA连接酶：连接酶：填补缺口、连接冈崎片段填补缺口、连接冈崎片段DNADNA复制酶系复制酶系（五）（五） DNADNA复制的过程复制的过程1 1、复制的起始：、复制的起始：1 1）DNADNA解旋、解链，形成复制叉：解旋、解链，形成复制叉：拓扑异构酶、解链酶、拓扑异构酶、解链酶、SSBSSB2 2）RNARNA引物合成：引物合成：依赖于单链模板，引物酶催化合成小段依赖于单链模板，引物酶催化合成小段RNARNA引物引物特点：特点：原核：环形原核：环形DNADNA，一个起点，双向复制，一个起点，双向复
10、制真核：线形真核：线形DNADNA，多个起点，多复制叉，多个起点，多复制叉2 2、复制的延长：、复制的延长：1 1）子链延长：）子链延长：引物合成后，引物合成后，polpol（真核为（真核为PolPol或或）催化）催化在引物在引物3 3-OH-OH末端添加与模板链对应互补的末端添加与模板链对应互补的dNTPdNTP2 2）半不连续合成：）半不连续合成：（1 1）领头链领头链：链的延长方向与解链方向相同：链的延长方向与解链方向相同 连续合成（连续合成（PolPol）（2 2）随从链：链的延长方向与解链方向相反）随从链：链的延长方向与解链方向相反 不连续合成（不连续合成（冈崎片段冈崎片段）（）（P
11、olPol）3 3、复制的终止、复制的终止1 1）水解引物及填补空隙：）水解引物及填补空隙：冈崎片段合成后，冈崎片段合成后，polpol（真核可能是（真核可能是）水解去除）水解去除RNARNA，填补留下的空隙，填补留下的空隙2 2）连接酶连接冈崎片段形成完整双链）连接酶连接冈崎片段形成完整双链DNADNA：空隙填补后，空隙填补后，DNADNA片段间缺口由连接酶催化连接片段间缺口由连接酶催化连接产生完整的双链产生完整的双链DNADNA分子分子第二节第二节 DNADNA的损伤、突变与修复的损伤、突变与修复（一）（一）DNADNA的损伤的损伤 某些理化因子（紫外线、电离辐射和化学诱变剂等）某些理化因
12、子（紫外线、电离辐射和化学诱变剂等）作用于作用于DNADNA，造成其结构和功能的破坏，从而引起生物突变，造成其结构和功能的破坏，从而引起生物突变和致死的效应和致死的效应DNADNA的损伤的损伤DNADNA分子的分子的损伤类型损伤类型1 1）碱基错配：）碱基错配：尽管尽管DNADNA聚合酶具有校对修复功能聚合酶具有校对修复功能仍存在极少量的错配（仍存在极少量的错配（1010-10-10）2 2）自发性化学变化：）自发性化学变化： 碱基异构碱基异构 碱基脱氨基碱基脱氨基 脱嘌呤、脱嘧啶脱嘌呤、脱嘧啶 碱基修饰碱基修饰 链断裂链断裂3 3）物理因素）物理因素引发的损伤引发的损伤 紫外线紫外线 电离辐
13、射电离辐射 DNADNA链断裂链断裂 交联交联4 4）化学因素）化学因素引发的损伤引发的损伤 烷化剂对烷化剂对DNADNA的损伤：的损伤： 碱基烷基化、碱基脱落碱基烷基化、碱基脱落 断链、交联断链、交联 碱基修饰剂、类似物对碱基修饰剂、类似物对DNADNA的损伤的损伤 人工促变剂、抗癌药物、氧自由基人工促变剂、抗癌药物、氧自由基 亚硝酸盐、黄曲霉毒素亚硝酸盐、黄曲霉毒素 常见的常见的DNADNA损伤方式损伤方式嘧啶二聚体的形成嘧啶二聚体的形成（二）（二）DNADNA的修复的修复 生物在长期进化过程中获得的一种能使生物在长期进化过程中获得的一种能使DNADNA的损伤得到的损伤得到恢复的保护功能恢
14、复的保护功能DNADNA的修复机制的修复机制直接修复直接修复：不切除碱基，修复酶直接修复受损碱基，恢复正常：不切除碱基，修复酶直接修复受损碱基，恢复正常 比如光修复比如光修复切除修复：切除修复：复制前切除错误碱基，重新合成缺口片段复制前切除错误碱基，重新合成缺口片段重组修复：重组修复：损伤较大，复制的子链有缺口，损伤较大，复制的子链有缺口，RecARecA蛋白蛋白结合至空缺处，通过重组修复。结合至空缺处，通过重组修复。SOSSOS修复：修复：严重损伤时，大量表达修复酶系，使严重损伤时，大量表达修复酶系，使DNADNA得得到修复。到修复。切除修复：损伤破坏了切除修复：损伤破坏了DNADNA双螺旋
15、结构，破坏部分可被切除，双螺旋结构，破坏部分可被切除，然后用另一条链作为模板加以修复。然后用另一条链作为模板加以修复。参与的酶：参与的酶：核酸内切酶，核酸内切酶，pol,DNApol,DNA连接酶连接酶（三）（三） DNADNA的突变的突变1 1、突变、突变DNADNA分子上碱基的改变分子上碱基的改变自发突变、人工诱变自发突变、人工诱变2 2、引发突变的因素、引发突变的因素诱变因素及突变类型诱变因素及突变类型 3 3、突变分子改变的类型、突变分子改变的类型1 1）碱基对的置换：）碱基对的置换：错配错配（点突变）：（点突变）：一个碱基改变一个碱基改变不发生突变不发生突变：1 1个氨基酸多个密码个氨基酸多个密码A2 2）移码突变）移码突变缺失、插入、框移突变缺失、插入、框移突变片段插入或缺失片段插入或缺失3 3）二聚体形成）二聚体形成紫外线照射紫外线照射 嘧啶二聚体嘧啶二聚体 影响影响DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构 影响复制和转录影响复制和转录4 4）重排：）重排：较大片段交换，称重组或重排；较大片段交换，称重组或重排；移位的移位的DNADNA可以在新位置上反置可以在新位置上反置掌握内容DNA复制的特点半保留复制半不连续复制复制叉冈崎片断基因突变的类型
