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1、第十四章第十四章 DNA DNA的复制和修复的复制和修复 本章重点引见遗传中心法那么和本章重点引见遗传中心法那么和DNA的半保管复制以及逆转录的过程和的半保管复制以及逆转录的过程和机理，对机理，对DNA的损伤和修复、突变和重的损伤和修复、突变和重组作普通引见。组作普通引见。思索思索 DNA是绝大多数生物体遗传信息的载体，继1953年Watson & Crick提出DNA双螺旋构造模型后，1958年，Crick提出了“中心法那么(Central dogma)提示了遗传信息的传送规律。遗传信息传送的中心法那么遗传信息传送的中心法那么蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARN
2、A生生物物的的遗遗传传信信息息以以密密码码的的方方式式储储存存在在DNADNA分分子子上上，表表现现为为特特定定的的核核苷苷酸酸陈陈列列顺顺序序。在在细细胞胞分分裂裂的的过过程程中中，经经过过DNADNA复复制制把把亲亲代代细细胞胞所所含含的的遗遗传传信信息息忠忠实实地地传传送送给给两两个个子子代代细细胞胞。在在子子代代细细胞胞的的生生长长发发育育过过程程中中，这这些些遗遗传传信信息息经经过过转转录录传传送送给给RNARNA，再再由由RNARNA经经过过翻翻译译转转变变成成相相应应的的蛋蛋白白质质多多肽肽链链上上的的氨氨基基酸酸陈陈列列顺顺序序，由由蛋蛋白白质质执执行行各各种种各各样样的的生生
3、物物学学功功能能，使使后后代代表表现现出出与与亲亲代代类类似似的的遗遗传传特特征征。后后来来人人们们又又发发现现，在在宿宿主主细细胞胞中中一一些些RNARNA病病毒毒能能以以本本人人的的RNARNA为为模模板板复复制制出出新新的的病病毒毒RNARNA；还还有有一一些些RNARNA病病毒毒能能以以其其RNARNA为为模模板板合合成成DNADNA，称称为为逆逆转转录录, ,这这是是中中心法那么的补充心法那么的补充 中中心心法法那那么么总总结结了了生生物物体体内内遗遗传传信信息息的的流流动动规规律律，提提示示遗遗传传的的分分子子根根底底，不不仅仅使使人人们们对对细细胞胞的的生生长长、发发育育、遗遗传
4、传、变变异异等等生生命命景景象象有有了了更更深深化化的的认认识识，而而且且以以这这方方面面的的实实际际和和技技术术为为根根底底开开展展了了基基因因工工程程，给给人人类类的的消费和生活带来了深化的革命。消费和生活带来了深化的革命。概念概念复制复制(replication)(replication)： 以亲代以亲代DNADNA分子为模板合成分子为模板合成出子代出子代DNADNA分子的过程。分子的过程。转录转录(transcription)(transcription)： 以以DNADNA分子为模板合成出与分子为模板合成出与其相对应的其相对应的RNARNA的过程。的过程。翻译翻译(translati
5、on)(translation)： 在在RNARNA的控制下，根据核酸的控制下，根据核酸链上的三联体密码合成出具有链上的三联体密码合成出具有特定氨基酸序列的蛋白质多肽特定氨基酸序列的蛋白质多肽链的过程。链的过程。反转录反转录(reverse transcription)： 以以RNA为模板将遗传信息为模板将遗传信息传给传给DNA的过程。的过程。目目 录录第一节第一节 DNA DNA的复制的复制DNADNA指点下的指点下的DNADNA合成合成第二节第二节 DNA DNA的损伤与修复的损伤与修复第三节第三节 DNA DNA突变突变 第一节 DNA的半保管复制一、概念和实验根据一、概念和实验根据二、
6、二、DNA复制的起始点和方式复制的起始点和方式三、三、 DNA聚合反响有关的酶类聚合反响有关的酶类四、四、DNA的半不延续复制的半不延续复制五、原核细胞五、原核细胞DNA复制过程复制过程六、六、DNA复制的忠实性复制的忠实性七、真核细胞七、真核细胞DNA的复制的复制八、真核和原核八、真核和原核DNA细胞复制比较细胞复制比较 DNA半保管复制半保管复制 semi-conservative replication 半保管复制假说的提出： 1953年，Watson & Crick在DNA双螺旋根底上提出。DNA半保管复制概念半保管复制概念 DNA在复制时，两在复制时，两条链解开分别作为模板，条链解开
7、分别作为模板，在在DNA聚合酶的催化下聚合酶的催化下按碱基互补的原那么合按碱基互补的原那么合成两条与模板链互补的成两条与模板链互补的新链，以组成新的新链，以组成新的DNA分子。这样新构成的两分子。这样新构成的两个个DNA分子与亲代分子与亲代DNA分子的碱基顺序完分子的碱基顺序完全一样。由于子代全一样。由于子代DNA分子中一条链来自亲代，分子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保这种复制方式称为半保管复制。管复制。DNA的半保管复制实验根据 1958 1958年年年年Meselson & stahlMeselson & stahl用同位素示踪标志和密度梯用
8、同位素示踪标志和密度梯用同位素示踪标志和密度梯用同位素示踪标志和密度梯度离心技术实验度离心技术实验度离心技术实验度离心技术实验, ,证明了证明了证明了证明了DNADNA是采取半保管的方式进展复制是采取半保管的方式进展复制是采取半保管的方式进展复制是采取半保管的方式进展复制: : 将将将将E.ColiE.Coli培育在以培育在以培育在以培育在以15NH4Cl15NH4Cl为独一氮源的培育基中生长；为独一氮源的培育基中生长；为独一氮源的培育基中生长；为独一氮源的培育基中生长；提取其提取其提取其提取其DNADNA；进展氯化铯密度梯度离心。再移至；进展氯化铯密度梯度离心。再移至；进展氯化铯密度梯度离心
9、。再移至；进展氯化铯密度梯度离心。再移至14N14N培育基培育基培育基培育基中生长、提取中生长、提取中生长、提取中生长、提取DNADNA、离心分析。、离心分析。、离心分析。、离心分析。复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图(Caims(Caims实验实验实验实验)P407)P407先看课本先看课本先看课本先看课本 用用3H-胸苷标志大肠杆菌胸苷标志大肠杆菌DNA，经过近两代的时间，经过近两代的时间，3H-胸苷掺入大肠杆胸苷掺入大肠杆菌菌DNA。用溶菌酶把细胞壁消化掉，使完好的大肠杆菌染色体。用溶菌
10、酶把细胞壁消化掉，使完好的大肠杆菌染色体DNA释放出来，释放出来，放射自显影，得到上图。非复制部分放射自显影，得到上图。非复制部分C银粒子密度较低，由一股放射性银粒子密度较低，由一股放射性链和一股非放射性链构成。已复制部分站整个染色体的三分之二，其中一条链和一股非放射性链构成。已复制部分站整个染色体的三分之二，其中一条双链双链B仅有一股链是标志的，另外一股双链仅有一股链是标志的，另外一股双链A的两股链都是标志的，的两股链都是标志的，银粒子密度为前二者的两倍。银粒子密度为前二者的两倍。ABC环状环状DNA的复制的复制 ABC二、二、DNADNA复制的起点和方式复制的起点和方式 基因组能独立进展复
11、制的单位称为复制子(replicion)，每个复制子都含有控制复制起始的起点(origin)和终止复制的终点(terminus)，复制一旦开场，即继续下去，直到复制终了。 1、复制起点：原核生物：1个起点; 单复制子；可延续发动复制 真核生物：多起点；多复制子 2、方向：多为双向(实验) 3、复制叉：细菌为环状DNA,复制起始于单个位点， 双向，半保管，每个复制泡眼包括2 个复制叉。 4、DNA复制方式 5、完成一次复制的时间DNA的双向和单向复制的双向和单向复制环状环状 DNA复制时复制时所构成的所构成的构造构造起始点起始点复制叉的推进复制叉的推进复制叉复制叉起始点起始点起始点起始点起始点起
12、始点复制叉复制叉复制叉复制叉未复制未复制DNA单向复制单向复制双向复制双向复制实验先用低放射性的3H标志的dT培育E.coli，经数分钟后转移到 含高放射性3H标志的dT培育基中，继续培育，得到含3H的DNA；放射自显影。推测：假设放射性中间低，两端高双向； 假设放射性一端高，一端低单向；实验证明：生物染色体DNA是双向复制，并且是对称的。例外：枯草杆菌、质粒R6K、质粒Col E。线粒体线粒体DNADNA的复制的复制方式方式某些噬菌体某些噬菌体DNA复制方式复制方式完成一次复制的时间：细菌细菌DNA复制叉挪动速度：复制叉挪动速度：50 000bp/min真核生物真核生物10003000bp/
13、min例：某细菌的染色体是环状的双链例：某细菌的染色体是环状的双链DNA分子，分子，有有5.2106个碱基对个碱基对三、原核生物三、原核生物DNADNA聚合反响有关的酶类聚合反响有关的酶类一一DNADNA聚合酶聚合酶(DNA polymetases)(DNA polymetases)二引物酶二引物酶(peimase)(peimase)：启动：启动RNARNA引引物链的合成。物链的合成。 ( (三三 DNA DNA衔接酶衔接酶DNA ligaseDNA ligasep419p419四四DNADNA的两条链解开后才干作的两条链解开后才干作为模板，解开其双螺旋的构造是一些为模板，解开其双螺旋的构造是
14、一些酶和蛋白共同作用的结果，目前知的酶和蛋白共同作用的结果，目前知的解旋、解链酶共解旋、解链酶共3 3种，包括拓扑异构酶种，包括拓扑异构酶(topoisomerase)(topoisomerase)、DNADNA解链酶解链酶(DNA (DNA helicase)helicase)、DNADNA单链结合蛋白单链结合蛋白(single-strand binding protein, (single-strand binding protein, SSB)SSB)。解旋酶解旋酶DNA聚合聚合酶酶III解链酶解链酶RNA引物引物引物酶和引引物酶和引发体发体DNA聚合聚合酶酶ISSB335355RNA引
15、引物物DNA聚合反响和聚合酶聚合反响和聚合酶1、DNA聚合酶反响特点：聚合酶反响特点：以四种以四种dNTP为底物为底物需求模板指点需求模板指点需求有引物需求有引物3-羟基存在羟基存在 DNA链的生长方向是链的生长方向是53产物产物DNA的性质与模板一样的性质与模板一样2、大肠杆菌的、大肠杆菌的DNA聚合酶聚合酶3、3种种DNA聚合酶的比较聚合酶的比较需求4种脱氧核糖核苷三磷酸需求模板作为指点合成方向大肠杆菌的DNA聚合酶 (DNApolymerase, DNApol)催化构成新的磷酸二酯键；有外切酶活性。含有5种不同的DNA聚合酶1、E.coli DNA聚合酶需求原料：4种dNTP；DNA模板
16、；与模板互补的一段RNA引物；Mg2+；Zn2+ 酶活性部位；DNA聚合酶功能 DNA聚合酶I主要起损伤修复作用。每秒可聚合10个左右的碱基。催化dNTP加到DNA链的3-OH末端方向53 5 3外切酶活性，可切除引物；3 5外切酶活性，可纠错；DNA聚合酶聚合酶5-3外切酶活力外切酶活力5- 3核酸外切核酸外切酶水解位点酶水解位点单链缺口单链缺口5DNA聚合酶的聚合酶的3- 5外切酶水解位点外切酶水解位点3355错配碱基错配碱基3- 5核酸外切核酸外切酶水解位点酶水解位点2、 DNA聚合酶活力比聚合酶高；反响需Mg2+、NH4+；以带缺口的ds DNA为模板，反响同酶；具35外切酶活性；但无
17、53外切酶活力;是一种修复酶而非复制酶。3、DNA聚合酶 由多个亚基组成的蛋白质，是大肠杆菌细胞内真正担任DNA链延伸的复制酶；具3 5外切酶活性；活性高大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶全酶的全酶的构造和功能构造和功能10种亚基种亚基DNADNA聚合酶聚合酶 两个两个 亚亚基夹住基夹住DNADNADNA聚合聚合酶酶异二聚异二聚体体中心酶中心酶协助协助亚基亚基校正校正促使中心促使中心酶二聚化酶二聚化聚合活性聚合活性组建中心酶组建中心酶 引物的结合引物的结合和识别，构和识别，构成夹子成夹子大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶比较聚合酶比较DNA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
18、的分子统计数5-3 聚合酶作用聚合酶作用3-5 核酸外切酶作用核酸外切酶作用5-3 核酸外切酶作用核酸外切酶作用聚合才干聚合才干DNA聚合酶聚合酶109,000400+纠错纠错+切引物切引物弱弱120,000100+-普通普通400,00010-20+-强强比较工程比较工程DNA聚合酶聚合酶切除引物切除引物损伤修复损伤修复修复酶非修复酶非复制酶复制酶复制复制功能功能 2019年发现聚合酶年发现聚合酶和和，它们涉及，它们涉及DNA的错误倾向修复的错误倾向修复errooune repair *DNApol主要担任主要担任DNA链延伸。链延伸。DNA衔接酶衔接酶(ligase)：作用：催化相邻的二个
19、DNA片段间5磷酸基团和3羟基生成磷酸二酯键而衔接。条件：两片段相邻；两片段需与同一互补链结合;反响耗能。拓扑异构酶拓扑异构酶topoisomerase兼具内切酶和衔接酶活力，能迅速兼具内切酶和衔接酶活力，能迅速将将DNA超螺旋或双螺旋紧张形状变成松驰形状，便于解链。超螺旋或双螺旋紧张形状变成松驰形状，便于解链。，添加，添加DNADNA连环数，消除负超螺旋连环数，消除负超螺旋DNA解链酶解链酶(DNA helicase)：又称：又称Dna B断裂断裂DNADNA的互补碱基间的氢键，使双链分别的互补碱基间的氢键，使双链分别使复制叉前方使复制叉前方DNADNA双螺旋解开一小段，复制双螺旋解开一小段
20、，复制 过程中该酶随复制叉的伸展而前移。过程中该酶随复制叉的伸展而前移。每解每解1 1个个bpbp需耗需耗2 2个个ATPATP。大肠杆菌在解链时还需求另外两种酶：大肠杆菌在解链时还需求另外两种酶： Dna A Dna A识别起始点识别起始点 Dna C Dna C协助协助Dna BDna B结合在起始点并翻开双链结合在起始点并翻开双链DNA单链结合蛋白单链结合蛋白(Single Strand Bindingprotein, SSB) ：几分子的几分子的SSB与已分开的与已分开的DNA单链严密结合，以防两链重新单链严密结合，以防两链重新结合成双螺旋。还可以防止单链模板被核酸酶水解。结合成双螺旋
21、。还可以防止单链模板被核酸酶水解。四、双链DNA复制的分子机制DNA的半不延续复制1、冈崎片段和半不延续复制 2、RNA引物3、半不延续复制过程 冈崎片断和半不延续复制冈崎等提出DNA的不延续复制模型，以为：35走向的DNA是由许多53方向合成的DNA片段衔接而成的。实验放射自显影、电子显微镜察看放射自显影、电子显微镜察看 冈崎片段：冈崎片段： 以以5353走向走向DNADNA为模板合成的小片段。为模板合成的小片段。 约约1000-2000bp1000-2000bp。 结论：DNA是半不延续合成的。前导链前导链leading strand):leading strand):以以35 35 链为
22、模板，新生链链为模板，新生链以以5353方向延续合成；方向延续合成；后随链后随链(lagging strand):(lagging strand): 由冈崎片段衔接成的由冈崎片段衔接成的DNADNA链为后随链。链为后随链。RNARNA引物引物 经过对新合成的DNA链分析发现它们以共价键衔接着一小段RNA链；经RNA酶水解证明RNA链位于DNA片断的5端。以上阐明：冈崎片断的合成需求RNA引物。RNA引物酶RNA primase)：为多聚体； 功能：催化引物合成，在DNA模板链的一定部位合成并与其互补，合成方向53。引物酶合成的引物为十几个核苷酸。冈崎片段引物的合成不需求特异的起始部位。半不延续
23、复制过程：A、引物酶按DNA模板合成出前导链和后随 链引物。B、DNApol在引物上延伸前导链和后 随链。C、完成DNA合成后，DNApol用其53 外切酶活性除去引物并填补缺口。D、DNA衔接酶将两个冈崎片段衔接起来。引发体解链酶、引物引发体解链酶、引物合成酶、合成酶、RNARNA引物引物五、原核细胞五、原核细胞DNA复制过程复制过程(1)(1)(1)(1)解旋：由拓扑异构酶解除超螺旋；解旋：由拓扑异构酶解除超螺旋；解旋：由拓扑异构酶解除超螺旋；解旋：由拓扑异构酶解除超螺旋；(2)(2)(2)(2)解链：由解链：由解链：由解链：由DNADNADNADNA解链酶催化，解链酶催化，解链酶催化，解
24、链酶催化，SSBSSBSSBSSB与单链与单链与单链与单链DNADNADNADNA结合，防止双链间氢键再构成；结合，防止双链间氢键再构成；结合，防止双链间氢键再构成；结合，防止双链间氢键再构成； (3)RNA(3)RNA(3)RNA(3)RNA引物合成：以引物合成：以引物合成：以引物合成：以DNADNADNADNA为模板，在引物酶催化下由为模板，在引物酶催化下由为模板，在引物酶催化下由为模板，在引物酶催化下由DNADNADNADNA转录生成转录生成转录生成转录生成5-105-105-105-10个个个个 核苷酸链；核苷酸链；核苷酸链；核苷酸链；(4)DNA(4)DNA(4)DNA(4)DNA链
25、延伸：在引物链延伸：在引物链延伸：在引物链延伸：在引物3-OH3-OH3-OH3-OH基上，按碱基互补原那么经基上，按碱基互补原那么经基上，按碱基互补原那么经基上，按碱基互补原那么经DNADNADNADNA聚合酶主要是聚合酶主要是聚合酶主要是聚合酶主要是 酶酶酶酶催化催化催化催化DNADNADNADNA链从链从链从链从53535353延伸。前导链为延续的；后滞链延伸。前导链为延续的；后滞链延伸。前导链为延续的；后滞链延伸。前导链为延续的；后滞链 为不延续的冈崎片段。为不延续的冈崎片段。为不延续的冈崎片段。为不延续的冈崎片段。(5)(5)(5)(5)切除引物，补齐缺口：由切除引物，补齐缺口：由切
26、除引物，补齐缺口：由切除引物，补齐缺口：由DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶催化，切去催化，切去催化，切去催化，切去RNARNARNARNA引物；引物；引物；引物； 按碱基互补原那么，沿按碱基互补原那么，沿按碱基互补原那么，沿按碱基互补原那么，沿53535353方向，补齐缺口。方向，补齐缺口。方向，补齐缺口。方向，补齐缺口。(6)(6)(6)(6)衔接封口：衔接封口：衔接封口：衔接封口： 由由由由DNADNADNADNA衔接酶催化，将补齐缺口的衔接酶催化，将补齐缺口的衔接酶催化，将补齐缺口的衔接酶催化，将补齐缺口的3-OH3-OH3-OH3-OH基与下一个冈崎片段基与下一个冈崎片
27、段基与下一个冈崎片段基与下一个冈崎片段 的的的的5-P5-P5-P5-P以磷酸二酯键衔接起来耗费以磷酸二酯键衔接起来耗费以磷酸二酯键衔接起来耗费以磷酸二酯键衔接起来耗费NADH+NADH+NADH+NADH+最终构成完好的、最终构成完好的、最终构成完好的、最终构成完好的、 与模板互补的与模板互补的与模板互补的与模板互补的DNADNADNADNA新链新链新链新链(7)(7)(7)(7)校正并修复校正并修复校正并修复校正并修复DNADNADNADNA：由：由：由：由DNADNADNADNA聚合酶校正并切除错配，再按聚合酶校正并切除错配，再按聚合酶校正并切除错配，再按聚合酶校正并切除错配，再按535
28、35353方向加上方向加上方向加上方向加上 正确核苷酸。正确核苷酸。正确核苷酸。正确核苷酸。大肠杆大肠杆菌复制菌复制体构造体构造表示图表示图DNA复制的忠实性复制的忠实性 DNA复制过程是一个高度准确的过程，据估计，大肠杆菌DNA复制5109碱基对仅出现一个误差。保证复制忠实性的缘由主要有以下三点: DNA聚合酶的高度专注性严厉遵照碱基配对原那么聚合酶的高度专注性严厉遵照碱基配对原那么 DNA聚合酶的校正功能错配碱基被聚合酶的校正功能错配碱基被3-5外切酶切外切酶切除除 起始时以起始时以RNA作为引物作为引物DNA聚合酶的校正功能聚合酶的校正功能聚合酶聚合酶错配硷基错配硷基复制方向复制方向正正
29、 确核确核苷酸苷酸555555333333切除错配切除错配核苷酸核苷酸起始时以起始时以RNARNA作为引物的作用作为引物的作用 DNA复制为什么要合成一个RNA引物，而后又把这个引物消除呢？这是保证DNA聚合过程高度准确的又一措施。 知DNA 聚合酶具有35外切酶功能校正复制过程中的核苷酸，也就是说聚合酶在开场构成一个新的磷酸二酯键前，总是检查前一个碱基能否正确，这就决议了它不能从头开场所成。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开场DNA的合成，并以核糖核苷酸来表示是“暂时的，当DNA开场聚合以后再以53外切酶的功能切除，以高忠实性的脱氧核苷酸取而代之，确保复制的忠实性。七、真核细胞七、真核细胞
30、DNADNA的复制的复制真核细胞真核细胞DNADNA复制与原核类似，但更复杂，不同之处：复制与原核类似，但更复杂，不同之处：1 1、真核生物的、真核生物的DNADNA通常与组蛋白构成核小体，以染色质的形通常与组蛋白构成核小体，以染色质的形 式存在于细胞核中。式存在于细胞核中。2 2、DNADNA模板上有多个起点，即真核细胞模板上有多个起点，即真核细胞DNADNA复制由多个复制复制由多个复制子共同完成。子共同完成。3 3、真核生物染色体在全部复制完成之前起点不再重新开场、真核生物染色体在全部复制完成之前起点不再重新开场 复制，而快速生长的原核生物起点可以延续发动复制。复制，而快速生长的原核生物起
31、点可以延续发动复制。 4 4、有、有5 5种种DNADNA聚合酶：聚合酶：、；5 5、端粒、端粒telomere)telomere)的复制的复制真核细胞真核细胞DNA复制的特点复制的特点 多个起点复制多个起点复制起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶 分子量分子量亚基数亚基数细胞内分布细胞内分布功能功能外切酶活力外切酶活力DNA聚合酶聚合酶 110-23,000四个四个细胞核细胞核引物合成引物合成无无120,000二个二个线粒体线粒体线粒体线粒体DNA合合成成3 -5 外切酶外切酶400,000二个二个细胞核细胞核核核DNA 合
32、成合成 3 -5 外切酶外切酶DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 45,000一个一个细胞核细胞核修复修复DNA无无端粒端粒telomere)telomere)的复制的复制端粒：线形染色体末端富含端粒：线形染色体末端富含G G的核苷酸序列。的核苷酸序列。端粒酶端粒酶telomerase)telomerase)功能：稳定染色体末端构造，防止染色体间末端衔接，功能：稳定染色体末端构造，防止染色体间末端衔接，并可补偿滞后链并可补偿滞后链55末端在切除末端在切除RNARNA引物后呵斥的空缺。引物后呵斥的空缺。端粒、端粒酶意义：与细胞衰老、凋亡有关；端粒、端粒酶意义：与细胞衰老、凋亡有关； 正常：体
33、细胞端粒酶活性丧失。正常：体细胞端粒酶活性丧失。 异常：肿瘤细胞端粒酶活性恢复，端粒复制，细胞异常：肿瘤细胞端粒酶活性恢复，端粒复制，细胞恶性增殖。恶性增殖。 抑制端粒酶活性可防治肿瘤。抑制端粒酶活性可防治肿瘤。端粒酶端粒酶telomerase DNA复制需求引物，但在线形复制需求引物，但在线形DNA分子末端不能够经过分子末端不能够经过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段正常的机制在引物被降解后合成相应的片段.假设没有特殊假设没有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越短。这一难题是经过端粒酶的发现才得到了廓清。端粒酶是短。
34、这一难题是经过端粒酶的发现才得到了廓清。端粒酶是催化端粒复制的一种核糖核蛋白，携带催化端粒复制的一种核糖核蛋白，携带RNA模板与端粒模板与端粒互补的逆转录酶。可使复制以后的线形互补的逆转录酶。可使复制以后的线形DNA分子的末端分子的末端坚持不变。功能：坚持不变。功能：1起模板作用；起模板作用；2有逆转录酶的作用。有逆转录酶的作用。 初步研讨阐明，人体中生殖细初步研讨阐明，人体中生殖细胞的端粒长度坚持不变，而体细胞的端粒长度坚持不变，而体细胞的端粒长度那么随个体的老化胞的端粒长度那么随个体的老化而逐渐缩短。对此的一个推论是：而逐渐缩短。对此的一个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活力，人的生殖细胞具
35、端粒酶的活力，体细胞那么否。这一问题的处理体细胞那么否。这一问题的处理无疑会有助于对生命衰老的认识。无疑会有助于对生命衰老的认识。53AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶端粒酶端粒复制端粒复制: :1 1借借RNARNA与末端与末端ssDNAssDNA互补；互补；2 2以酶上以酶上RNARNA为模板为模板合成一段合成一段DNADNA；3 3延伸的延伸的ssDNAssDNA反折反折为双链。为双链。是不依赖模板是不依赖模板DNADNA的复的复制来补偿切除引物制来补偿切除引物引起的末端缩短。引起的末端缩短。真核和原核真核和原核DNA细胞复制比较细胞复制比较第二节 DNA的损伤与修复 某些物理
36、化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作用于DNA，呵斥DNA构造和功能的破坏，称为DNA的损伤。DNA的修复主要有以下类型的修复主要有以下类型: 二、二、 直接修复光裂合酶直接修复光裂合酶 五、诱导修复五、诱导修复SOS修复修复三、切除修复三、切除修复四、重组修复四、重组修复 一、错配修复核酸外切酶切除，聚合酶修复一、错配修复核酸外切酶切除，聚合酶修复DNA紫外线损伤的光裂合酶修复紫外线损伤的光裂合酶修复1、构成嘧啶二聚体、构成嘧啶二聚体 影响影响DNA双螺旋构造双螺旋构造2、光复合酶结合于、光复合酶结合于损伤部位损伤部位3、酶被可见光激活、酶被可
37、见光激活4、修复后酶被释放、修复后酶被释放DNA的损伤和切除修复的损伤和切除修复碱基丧失碱基丧失碱基缺陷或错配碱基缺陷或错配构造缺陷构造缺陷切开切开 核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切除切除DNA聚合酶聚合酶DNA衔接酶衔接酶核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切开切开切除切除修复修复衔接衔接糖苷酶糖苷酶插入酶插入酶碱基取碱基取代代DNA的重组修复的重组修复胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体二聚体复制复制核酸酶及核酸酶及重组蛋白重组蛋白修复复制修复复制DNA聚合酶聚合酶DNA衔接酶衔接酶重组重组SOS反响的机制反响的机制未诱导的细胞未诱导的细胞靶基因靶基因lexA基因被基因被LexA 蛋白质部
38、分阻遏蛋白质部分阻遏recA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏40个不同的位点被阻遏个不同的位点被阻遏LexA(阻遏物阻遏物) RecA(辅蛋白酶辅蛋白酶)靶基因表达靶基因表达lexA靶基因表达靶基因表达 但产物被分解但产物被分解recA大量表达大量表达RecA促使促使分解分解LexA诱导的细胞诱导的细胞单链单链DNAATP修复酶修复酶 第三节第三节 DNA的突变的突变 DNA分子中的核苷酸序列发生忽然而稳定的改动，从而导致分子中的核苷酸序列发生忽然而稳定的改动，从而导致DNA的的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的遗传特性，复制以及后来的转录和翻译产物随之发
39、生变化，表现出异常的遗传特性，称为称为DNA的突变。它包括由于的突变。它包括由于DNA损伤和错配得不到修复而引起的突变，损伤和错配得不到修复而引起的突变，以及由于不同以及由于不同DNA分子之间的交换而引起的遗传重组。分子之间的交换而引起的遗传重组。二、诱变剂的作用大多为致癌剂 碱基类似物(base analog) 碱基修饰剂(base modifier) 嵌入染料(intercalation dye) (插入碱基对之间) 紫外线(ultraviolet)和电离辐射(ionizing radiation)一、突变的类型 碱基对的置换(substitution) 移码突变(framesshift
40、mutation) DNA突变突变的类型的类型 -T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-转换转换野生型基因野生型基因 -T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C- -T-C-G-C-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-G-G-A-C-A-T-G-C-颠换颠换碱基对的置换碱基对的置换(substitution)移码突变移码突变(framesshift mutation) -T-C-G-C-A-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-G-T-G-A-C-A-T-G-C-插入插入 -T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失缺失TA问答题问答题1、DNA复制的高度准确性是经过什么来复制的高度准确性是经过什么来实现的？实现的？2、论述原核生物、论述原核生物DNA的复制过程。的复制过程。中心法那么中心法那么 半保管复制半保管复制 反转录反转录 冈崎片段冈崎片段
