目录目录第三篇第三篇 基因信息的传递基因信息的传递是为是为生物活性产物生物活性产物编码的编码的DNADNA功能片段功能片段。基因（基因（gene）：蛋白质和各种RNA目录目录DNA通过复制将遗通过复制将遗传信息由亲代传递传信息由亲代传递给子代；通过转录给子代；通过转录和翻译，将遗传信和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分息传递给蛋白质分子，从而决定生物子，从而决定生物的表现型。的表现型。DNA的的复制、转录和翻译复制、转录和翻译过程就构成了遗传过程就构成了遗传学的学的中心法则中心法则。目录目录n n1958年，F.Crick将生物体中遗传信息传递的这种规律总结为遗传学的中心法则：DNARNA Protein Transcription Transcription Translation Translation Reverse transcriptionReverse transcription19701970年年Temin/BoltimoreTemin/Boltimore分分别从致癌别从致癌RNARNA病毒中发现病毒中发现了逆转录酶，能够以了逆转录酶，能够以RNARNA为模板指导为模板指导DNADNA的合成，的合成，称为逆转录。称为逆转录。ReplicationReplication目录目录第第10章章DNA的生物合成的生物合成DNA Biosynthesis ( Replication )目录目录n本章主要内容：本章主要内容： 复制的基本规律复制的基本规律 DNA复制的酶学和拓扑学变化复制的酶学和拓扑学变化 复制的过程复制的过程 逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式 DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复目录目录目录目录目录目录复制的方式复制的方式复制的方式复制的方式 半保留复制半保留复制半保留复制半保留复制(semi-conservative (semi-conservative replication)replication)双向复制双向复制双向复制双向复制(bidirectional replication)(bidirectional replication)半不连续复制半不连续复制半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication) (semi-discontinuous replication) n复制的基本规律复制的基本规律 目录目录一、半保留复制是一、半保留复制是DNA复制的基本特征复制的基本特征 DNADNA生生生生物物物物合合合合成成成成时时时时，母母母母链链链链DNADNA解解解解开开开开为为为为两两两两股股股股单单单单链链链链，各各各各自自自自作作作作为为为为模模模模板板板板(template)(template)按按按按碱碱碱碱基基基基配配配配对对对对规规规规律律律律，合合合合成成成成与与与与模模模模板板板板互互互互补补补补的的的的子子子子链链链链。子子子子代代代代细细细细胞胞胞胞的的的的DNADNA，一一一一股股股股单单单单链链链链从从从从亲亲亲亲代代代代完完完完整整整整地地地地接接接接受受受受过过过过来来来来，另另另另一一一一股股股股单单单单链链链链则则则则完完完完全全全全从从从从新新新新合合合合成成成成。两两两两个个个个子子子子细细细细胞胞胞胞的的的的DNADNA都都都都和和和和亲亲亲亲代代代代DNADNA碱碱碱碱基基基基序序序序列列列列一一一一致致致致。这种复制方式称为这种复制方式称为这种复制方式称为这种复制方式称为半保留复制半保留复制半保留复制半保留复制。n半保留复制半保留复制的概念的概念: :AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+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目录目录n子链继承母链遗传信息的几种可能方式子链继承母链遗传信息的几种可能方式: : 全保留式全保留式 半保留式半保留式 混合式混合式 目录目录n密度梯度实验密度梯度实验: : 实验结果支持实验结果支持半保留复制半保留复制的设想。的设想。含重氮含重氮-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代梯度离心结果梯度离心结果目录目录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 A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遗传信息，体现了遗传的传信息，体现了遗传的保守性保守性。n半保留复制的意义半保留复制的意义: :遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但但不是绝对的不是绝对的。 DNA DNA分子中的遗传信息通过转录和翻译，即分子中的遗传信息通过转录和翻译，即基因表达，决定了细胞的蛋白质结构和功能，决定了生基因表达，决定了细胞的蛋白质结构和功能，决定了生物的特性和类型。体现了遗传过程的相对保守性。物的特性和类型。体现了遗传过程的相对保守性。目录目录有特定的起始点有特定的起始点(origin) ： DNA复制时是在复制时是在特定的部位特定的部位起始复制过起始复制过程的，这些部位通常具有一些特殊的核苷酸程的，这些部位通常具有一些特殊的核苷酸序列。序列。原核有一个复制起始点，真核有多个。原核有一个复制起始点，真核有多个。 二、二、DNA复制从起始点向两个复制从起始点向两个方向延伸形成双向复制方向延伸形成双向复制目录目录53oriorioriori53oriterA B C原核生物原核生物原核生物原核生物真核生物真核生物真核生物真核生物目录目录原原原原核核核核生生生生物物物物复复复复制制制制时时时时，DNADNA从从从从起起起起始始始始点点点点(origin)(origin)向向向向两两两两个个个个方方方方向向向向解解解解链链链链，形形形形成成成成两两两两个个个个延延延延伸伸伸伸方方方方向向向向相相相相反反反反的的的的复复复复制制制制叉，称为叉，称为叉，称为叉，称为双向复制双向复制双向复制双向复制。 复制中的放射自显影图像复制中的放射自显影图像目录目录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 C目录目录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子的的复复制制。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)(replicon) 。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。DNADNA复复制制时时，局局部部双双螺螺旋旋解解开开形形成成两两条条单链，这种叉状结构称为单链，这种叉状结构称为复制叉复制叉。目录目录53oriorioriori535533复制子复制子CCACTGGAGGTACTGTCCATGACGGTGACCCCACTGGAGGTACTGTCCATGACAGGTACTGGGTGACCC CA AG GT TA AC CC CT T目录目录复制起始点、复制子与复制叉（动画演示）复制起始点、复制子与复制叉（动画演示）目录目录n nDNADNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶只只只只能能能能以以以以5353方方方方向向向向聚聚聚聚合合合合子子子子代代代代DNADNA链链链链，即即即即模板模板模板模板DNADNA链链链链的方向必须是的方向必须是的方向必须是的方向必须是3535。n n由由由由于于于于DNADNA分分分分子子子子中中中中两两两两条条条条链链链链的的的的走走走走向向向向相相相相反反反反，因因因因此此此此当当当当分分分分别别别别以以以以两两两两条条条条亲亲亲亲代代代代DNADNA链链链链作作作作为为为为模模模模板板板板聚聚聚聚合合合合子子子子代代代代DNADNA链链链链时时时时，子代链的聚合方向也是不同的。子代链的聚合方向也是不同的。子代链的聚合方向也是不同的。子代链的聚合方向也是不同的。三、三、DNA一股子链复制的方向与解链一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制方向相反导致半不连续复制目录目录3 5 3 5 解链方向解链方向35335领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)目录目录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领头链(leading strand) 。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称为链称为随从链随从链(lagging strand) 。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，就就是是复复制的半不连续性。制的半不连续性。 目录目录n n由由由由于于于于亲亲亲亲代代代代DNADNA双双双双链链链链在在在在复复复复制制制制时时时时是是是是逐逐逐逐步步步步解解解解开开开开的的的的，因因因因此此此此，随随随随从从从从链链链链的的的的合合合合成成成成也也也也是是是是一一一一段段段段一一一一段段段段的的的的。DNADNA在在在在复复复复制制制制时时时时，由由由由随随随随从从从从链链链链所所所所形形形形成成成成的的的的一一一一些些些些子子子子代代代代DNADNA短短短短链链链链称称称称为为为为冈崎片段冈崎片段冈崎片段冈崎片段(Okazaki fragment)(Okazaki fragment)。n n冈冈冈冈崎崎崎崎片片片片段段段段的的的的大大大大小小小小，在在在在原原原原核核核核生生生生物物物物中中中中约约约约为为为为1000100020002000个个个个核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸，而而而而在在在在真真真真核核核核生生生生物物物物中中中中约约约约为为为为100100个个个个核核核核苷酸。苷酸。苷酸。苷酸。 目录目录DNA复制的酶学和拓扑学变化复制的酶学和拓扑学变化第第 二二 节节The Enzymology and Topology of DNA Replication目录目录n参与参与DNA复制的物质复制的物质: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，简写为简写为 DNA-pol；模板模板(template): 解开成单链的解开成单链的DNA母链；母链；引引物物(primer): 提提供供3 -OH末末端端使使dNTP可可以以依依次聚合；次聚合；其他的酶和蛋白质因子。其他的酶和蛋白质因子。目录目录一、核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键一、核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键是复制的基本化学反应是复制的基本化学反应(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPiDNA polDNA pol目录目录n n聚合反应的特点聚合反应的特点聚合反应的特点聚合反应的特点: : : :DNA DNA 新链生成需新链生成需新链生成需新链生成需引物引物引物引物和和和和模板模板模板模板； 新链的延长只可沿新链的延长只可沿新链的延长只可沿新链的延长只可沿5 5 3 3 方向进行。方向进行。方向进行。方向进行。目录目录二、二、DNA聚合酶催化核苷酸之间聚合聚合酶催化核苷酸之间聚合全称：全称：全称：全称：依赖依赖依赖依赖DNADNA的的的的DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶 (DNA-dependent (DNA-dependent DNA polymerase)DNA polymerase)简称：简称：简称：简称：DNA-polDNA-pol活性：活性：1. 53 的聚合活性的聚合活性2. 核酸外切酶活性核酸外切酶活性5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 53 5 外切酶活性外切酶活性:5 3 外切酶活性外切酶活性:?能切除引物或突变的能切除引物或突变的 DNA片段。片段。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。n核酸外切酶活性核酸外切酶活性: : 目录目录（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶分为三型聚合酶分为三型DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目录目录原核生物的原核生物的DNADNA聚合酶聚合酶目录目录DNA-pol （109kD）：）：AR共共18个个-螺旋肽段。螺旋肽段。目录目录323个氨基酸个氨基酸小片段小片段5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604个氨基酸个氨基酸DNA聚合酶活性聚合酶活性 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N 端端C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是实验室合成片段是实验室合成DNA，进行，进行分子生物学研究中常用的工具酶。分子生物学研究中常用的工具酶。 目录目录DNA-pol的活性1.1.能催化能催化DNADNA沿沿5 53 3 方向延长（方向延长（20bp20bp），主），主要填充一些要填充一些DNADNA短片段间的空隙短片段间的空隙2.2.具有具有3 3 5 5 外切酶活性外切酶活性 ，能识别和切除，能识别和切除错误配对的核苷酸，起校读作用错误配对的核苷酸，起校读作用3. 53. 53 3 外切酶活性外切酶活性 ，可用于切除引物，或，可用于切除引物，或切除突变的片段切除突变的片段功能：功能： 对复制中的错误进行校读，对复制和对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。修复中出现的空隙进行填补。目录目录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。DNA-pol 对模板的特异性不高，即使在已发生对模板的特异性不高，即使在已发生损伤的损伤的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此认为，它参与此认为，它参与DNA损伤的应急状态修复。损伤的应急状态修复。目录目录n功能：功能：DNA-pol (250kD)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。目录目录聚合酶全酶的亚基组成及功能亚基亚基 亚基功能亚基功能 聚合活性聚合活性聚合活性聚合活性 e 3-53-5外切酶活性外切酶活性外切酶活性外切酶活性 组成核心酶组成核心酶组成核心酶组成核心酶t 核心酶二聚化核心酶二聚化核心酶二聚化核心酶二聚化b b 两个亚基形成滑动夹子，以提高酶的持续合成能力两个亚基形成滑动夹子，以提高酶的持续合成能力两个亚基形成滑动夹子，以提高酶的持续合成能力两个亚基形成滑动夹子，以提高酶的持续合成能力其他亚基其他亚基其他亚基其他亚基 夹子装配器夹子装配器夹子装配器夹子装配器目录目录DNADNA聚合酶的共同特点聚合酶的共同特点1.1.以以dNTPdNTP为底物为底物2.2.合成合成DNADNA链具有模板依赖性，严格遵循碱基链具有模板依赖性，严格遵循碱基配对规律。配对规律。3.3.聚合方向为聚合方向为5 35 3，催化核苷酸以，催化核苷酸以33，5-5-磷酸二酯键相互连接。磷酸二酯键相互连接。4.4.需在引物的需在引物的3-OH3-OH末断延伸末断延伸DNADNA链，而不能链，而不能从头合成。从头合成。目录目录（二）常见的真核细胞（二）常见的真核细胞DNA聚合酶有五种聚合酶有五种DNA-pol 起始引发，有引物酶活性。起始引发，有引物酶活性。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。参与低保真度的复制参与低保真度的复制 。在复制过程中起校读、修复和填补缺在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。口的作用。在线粒体在线粒体DNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目录目录真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶目录目录三、核酸外切酶的校读活性和碱基选择三、核酸外切酶的校读活性和碱基选择功能是复制保真性的酶学依据功能是复制保真性的酶学依据复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本原理。准确传代的基本原理。此外还需酶学的机制来保证复制的保真性。此外还需酶学的机制来保证复制的保真性。目录目录（一）核酸外切酶活性在复制中辨认切除错配（一）核酸外切酶活性在复制中辨认切除错配碱基并加以校正碱基并加以校正核核核核酸酸酸酸外外外外切切切切酶酶酶酶(exonuclease)(exonuclease)是是是是指指指指能能能能从从从从核核核核酸酸酸酸链链链链的的的的末末末末端端端端把把把把核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸依依依依次次次次水水水水解解解解出出出出来来来来的的的的酶酶酶酶，外外外外切切切切酶酶酶酶是是是是有方向性的。有方向性的。有方向性的。有方向性的。 目录目录A：DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。性掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，：碱基配对正确， DNA-pol不表现活性。不表现活性。DNA pol 的校读功能的校读功能目录目录（二）复制的保真性依赖正确的碱基选择（二）复制的保真性依赖正确的碱基选择DNADNADNADNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。亚基亚基亚基亚基执行碱基选择功能。执行碱基选择功能。执行碱基选择功能。执行碱基选择功能。嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。 目录目录遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；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；复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。nDNA复制的保真性至少要依赖三种机制：复制的保真性至少要依赖三种机制：目录目录四、复制中的分子解链伴有四、复制中的分子解链伴有DNA 分子拓扑学变化分子拓扑学变化DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。解成单链，它才能起模板作用。 目录目录E. Coli 基因图基因图（一）多种酶参与（一）多种酶参与DNA解链和稳定单链状态解链和稳定单链状态基因：基因：基因：基因：dnaAdnaA蛋白：蛋白：蛋白：蛋白：DnaADnaA目录目录目录目录解螺旋酶解螺旋酶(helicase)利用利用ATP供能，作用于供能，作用于氢键，使氢键，使DNA双链解开成为两条单链。双链解开成为两条单链。DnaB目录目录n n引物酶引物酶(primerase)(primerase)本质上是一种本质上是一种依赖依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶，聚合酶，该酶以该酶以DNADNA为模板，聚合一为模板，聚合一段段RNARNA短链引物短链引物(primer)(primer)，以提供自由的，以提供自由的3-OH3-OH，使子代，使子代DNADNA链能够开始聚合。链能够开始聚合。引物酶引物酶(primase) 复制起始时催化生成复制起始时催化生成RNA引物的酶。引物的酶。目录目录单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB) 在复制中维持模板处于单链状在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整态并保护单链的完整；单链有利于复制，但容易降解单链有利于复制，但容易降解 ； SSB通过不断的结合、脱离来发挥作用；通过不断的结合、脱离来发挥作用； 目录目录108局部解链后局部解链后（二）（二）DNA拓扑异构酶改变拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态、超螺旋状态、理顺理顺DNA链链n复制过程正超螺旋的形成：复制过程正超螺旋的形成：目录目录解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成目录目录既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键。、又能连接磷酸二酯键。 拓扑异构酶拓扑异构酶 拓扑异构酶拓扑异构酶n拓扑异构酶分类：拓扑异构酶分类：n拓扑异构酶作用特点：拓扑异构酶作用特点：目录目录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解链旋转不致打结；适当时候封解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，闭切口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓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。n作用机制：作用机制：目录目录n拓扑酶的作用方式：拓扑酶的作用方式：目录目录五、五、DNA连接酶连接连接酶连接DNA双链中的双链中的单链缺口单链缺口连连接接DNA链链3 -OH末末端端和和相相邻邻DNA链链5 -P末末端端，使使二二者者生生成成磷磷酸酸二二酯酯键键，从从而而把把两两段相邻的段相邻的DNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。n DNA连接酶连接酶(DNA ligase)作用方式：作用方式：目录目录n nDNADNA连接酶催化的条件是：连接酶催化的条件是：连接酶催化的条件是：连接酶催化的条件是： 需需需需一一一一段段段段DNADNA片片片片段段段段具具具具有有有有3-OH3-OH，而而而而另另另另一一一一段段段段DNADNA片段具有片段具有片段具有片段具有5-Pi5-Pi基；基；基；基； 未未未未封封封封闭闭闭闭的的的的切切切切口口口口位位位位于于于于双双双双链链链链DNADNA中中中中，即即即即其其其其中中中中有一条链是完整的；有一条链是完整的；有一条链是完整的；有一条链是完整的； 需需需需要要要要消消消消耗耗耗耗能能能能量量量量，在在在在原原原原核核核核生生生生物物物物中中中中由由由由NADNAD+供供供供能能能能，在真核生物中，在真核生物中，在真核生物中，在真核生物中由由由由ATPATP供能供能供能供能。HO5335DNA连接酶连接酶ATPADP5353nDNA连接酶的作用：连接酶的作用：连接双链间的单链缺口连接双链间的单链缺口。目录目录DNA连连接接酶酶在在复复制制中中起起最最后后接接合合缺缺口口的的作用。作用。在在DNA修修复复、重重组组及及剪剪接接中中也也起起缝缝合合缺缺口作用。口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。也是基因工程的重要工具酶之一。n功能：功能：目录目录提供核糖提供核糖3 -OH提供提供5 -P结果结果DNA聚合酶聚合酶引物或延长中的引物或延长中的新链新链游离游离dNTP去去PPi(dNMP)n+1连接酶连接酶复制中不连续的两条单链复制中不连续的两条单链不连续不连续连续链连续链拓扑酶拓扑酶切断、整理后的两链切断、整理后的两链改变拓扑状态改变拓扑状态DNA聚合酶，拓扑酶和连接酶催化聚合酶，拓扑酶和连接酶催化3 ,5 -磷酸二酯键生成的比较磷酸二酯键生成的比较 目录目录 参与参与DNA复制的主要成员复制的主要成员主要成员主要成员主要作用主要作用DnaA 识别复制起始位点识别复制起始位点解螺旋酶解螺旋酶 解开解开DNA双链双链SSB 维持已解开单链维持已解开单链DNA的稳定的稳定引物酶引物酶 合成合成RNA引物引物TOPO 使打结、缠绕、正超螺旋的使打结、缠绕、正超螺旋的DNA松驰松驰DNA-pol DNA复制复制DNA-pol 水解引物、填补空隙、修复作用水解引物、填补空隙、修复作用DNA连接酶连接酶 催化双链催化双链DNA中单链缺口的连接中单链缺口的连接27/62目录目录DNA生物合成过程生物合成过程The Process of DNA Replication第第 三三 节节目录目录（一）复制起始：（一）复制起始：DNA解链形成引发体解链形成引发体需要解决两个问题：需要解决两个问题：1. DNA解开成单链，提供模板。解开成单链，提供模板。2. 形成引发体，合成引物，提供形成引发体，合成引物，提供3 -OH末端。末端。一、原核生物的一、原核生物的DNA生物合成生物合成目录目录E.coli复制起始点复制起始点 oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 245 串联重复序列串联重复序列 反向重复序列反向重复序列5 3 5 3 1. DNA解链：解链：oriC，245bp目录目录目录目录 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 2. 引发体和引物引发体和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。复制起始区域的复合结构称为引发体。目录目录3 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短链引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。分子。引物引物3 HO5引物引物酶酶目录目录目录目录（二）复制的延长过程：领头链连续复制，（二）复制的延长过程：领头链连续复制，随从链不连续复制随从链不连续复制复复制制的的延延长长指指在在DNA-pol催催化化下下，dNTP以以dNMP的的方方式式逐逐个个加加入入引引物物或或延延长长中中的的子子链链上上，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。 5 35dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol目录目录n领头链的合成：领头链的合成：领头链的子链沿着领头链的子链沿着5 5 33 方向可以连续地延长。方向可以连续地延长。n随从链的合成随从链的合成n同一复制叉上领头链和随从链由相同的同一复制叉上领头链和随从链由相同的DNA-pol催化延长催化延长 目录目录阶段一阶段一阶段二阶段二阶段三阶段三阶段四阶段四复复制制过过程程简简图图目录目录目录目录原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段，双向复制的复制片段在复制的终止点在复制的终止点(ter)处汇合。处汇合。oriter E.coli8232 ori terSV40500（三）复制的终止过程：切除引物、填补（三）复制的终止过程：切除引物、填补空缺、连接切口空缺、连接切口目录目录5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶n 随从链上不连续性片段的连接：随从链上不连续性片段的连接：目录目录目录目录目录目录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二、真核生物的二、真核生物的DNA生物合成生物合成细细细细胞胞胞胞能能能能否否否否分分分分裂裂裂裂，决决决决定定定定于于于于进进进进入入入入S S期期期期及及及及MM期期期期这这这这两两两两个个个个关关关关键键键键点点点点。G1SG1S及及及及G2MG2M的的的的调调调调节节节节，与与与与蛋蛋蛋蛋白白白白激激激激酶酶酶酶活活活活性有关。性有关。性有关。性有关。 蛋蛋蛋蛋白白白白激激激激酶酶酶酶通通通通过过过过磷磷磷磷酸酸酸酸化化化化激激激激活活活活或或或或抑抑抑抑制制制制各各各各种种种种复复复复制制制制因因因因子子子子而实施调控作用。而实施调控作用。而实施调控作用。而实施调控作用。 目录目录真真真真核核核核生生生生物物物物每每每每个个个个染染染染色色色色体体体体有有有有多多多多个个个个起起起起始始始始点点点点，是是是是多多多多复复复复制制制制子子子子复复复复制制制制。复复复复制制制制有有有有时时时时序序序序性性性性，即即即即复复复复制制制制子子子子以以以以分分分分组组组组方方方方式式式式激活而不是同步起动。激活而不是同步起动。激活而不是同步起动。激活而不是同步起动。 复复复复制制制制的的的的起起起起始始始始需需需需要要要要DNA-pol DNA-pol （引引引引物物物物酶酶酶酶活活活活性性性性）和和和和pol pol （解解解解螺螺螺螺旋旋旋旋酶酶酶酶活活活活性性性性）参参参参与与与与。还还还还需需需需拓拓拓拓扑扑扑扑酶酶酶酶和和和和复复复复制因子制因子制因子制因子(replication factor, RF)(replication factor, RF)。 （一）真核生物复制的起始与原核基本相似（一）真核生物复制的起始与原核基本相似目录目录增增增增 殖殖殖殖 细细细细 胞胞胞胞 核核核核 抗抗抗抗 原原原原 （ proliferation proliferation cell cell nuclear nuclear antigenantigen，PCNAPCNA）在在在在复复复复制制制制起起起起始始始始和和和和延延延延长长长长中中中中起起起起关关关关键键键键作作作作用用用用。PCNAPCNA为为为为同同同同源源源源三三三三聚聚聚聚体体体体，具具具具有有有有与与与与E.coli E.coli DNA DNA 聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶的的的的 亚亚亚亚基基基基相相相相同同同同的的的的功功功功能能能能和和和和相相相相似似似似的的的的构构构构象象象象，即即即即形形形形成成成成闭闭闭闭合合合合环环环环形形形形的的的的可可可可滑滑滑滑动动动动DNADNA夹夹夹夹子子子子，在在在在RFCRFC的的的的作作作作用用用用下下下下PCNAPCNA结结结结合合合合于于于于引引引引物物物物模模模模板板板板链链链链；并并并并且且且且PCNAPCNA使使使使polpol获获获获得得得得持持持持续续续续合合合合成成成成能能能能力力力力。PCNAPCNA水水水水平平平平也也也也是是是是检检检检验验验验细细细细胞胞胞胞增增增增殖殖殖殖的重要指标。的重要指标。的重要指标。的重要指标。目录目录细细细细胞胞胞胞能能能能否否否否分分分分裂裂裂裂，决决决决定定定定于于于于进进进进入入入入S S期期期期及及及及MM期期期期这这这这两两两两个个个个关关关关键键键键点点点点。G1SG1S及及及及G2MG2M的的的的调调调调节节节节，与与与与蛋蛋蛋蛋白白白白激激激激酶酶酶酶活活活活性性性性有有有有关关关关。蛋蛋蛋蛋白白白白激激激激酶酶酶酶通通通通过过过过磷磷磷磷酸酸酸酸化化化化激激激激活活活活或或或或抑抑抑抑制制制制各各各各种种种种复复复复制制制制因因因因子子子子而而而而实实实实施施施施调调调调控控控控作作作作用用用用。相相相相关关关关的的的的激激激激酶酶酶酶都都都都有有有有调调调调节节节节亚亚亚亚基基基基即即即即细细细细胞胞胞胞周周周周期期期期蛋蛋蛋蛋白白白白(cyclin)(cyclin)，和和和和催催催催化化化化亚亚亚亚基基基基即即即即细细细细胞胞胞胞周周周周期期期期蛋白依赖激酶蛋白依赖激酶蛋白依赖激酶蛋白依赖激酶(cyclin dependent kinase(cyclin dependent kinase，CDK)CDK)。 目录目录CDK相匹配的周期蛋白相匹配的周期蛋白作用点作用点CDK2Cyclin D1, D2, D3G1期期Cyclin EG1S期期Cyclin AS期期CDK3和和CDK4Cyclin D1, D2, D3G2期期CDK1（CDC2）Cyclin A, BG2M期期哺乳类动物的周期蛋白和哺乳类动物的周期蛋白和CDK目录目录哺哺哺哺乳乳乳乳类类类类动动动动物物物物细细细细胞胞胞胞内内内内还还还还发发发发现现现现天天天天然然然然抑抑抑抑制制制制CDKCDK的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质，例例例例如如如如锚锚锚锚蛋蛋蛋蛋白白白白(ankynin)(ankynin)是是是是CDK4CDK4的的的的特特特特异异异异性性性性抑抑抑抑制制制制物物物物，P21P21蛋蛋蛋蛋白白白白能能能能抑抑抑抑制制制制多多多多种种种种CDKCDK。锚锚锚锚蛋蛋蛋蛋白白白白和和和和P21P21蛋蛋蛋蛋白白白白的的的的抑抑抑抑制制制制/ /活活活活化化化化可可可可使使使使细细细细胞胞胞胞周周周周期期期期开开开开放放放放/ /关关关关闭闭闭闭，因因因因此此此此被被被被形形形形容容容容为为为为细细细细胞周期的检查点胞周期的检查点胞周期的检查点胞周期的检查点(check point)(check point)蛋白。蛋白。蛋白。蛋白。 目录目录DNA-pol DNA-pol 和和和和pol pol 分分分分别别别别兼兼兼兼有有有有解解解解螺螺螺螺旋旋旋旋酶酶酶酶和和和和引引引引物物物物酶酶酶酶活活活活性性性性。在在在在复复复复制制制制叉叉叉叉及及及及引引引引物物物物生生生生成成成成后后后后，DNA-pol DNA-pol 通通通通过过过过PCNAPCNA的的的的协协协协同同同同作作作作用用用用，逐逐逐逐步步步步取取取取代代代代pol pol ，在在在在RNARNA引引引引物物物物的的的的3 3 -OH-OH基基基基础础础础上上上上连连连连续续续续合合合合成成成成领领领领头头头头链链链链。随随随随从从从从链链链链引引引引物物物物也也也也由由由由pol pol 催催催催化化化化合合合合成成成成。然然然然后后后后由由由由PCNAPCNA协协协协同同同同，pol pol 置置置置换换换换pol pol ，继续合成，继续合成，继续合成，继续合成DNADNA子链。子链。子链。子链。 （二）真核生物复制的延长发生（二）真核生物复制的延长发生DNA聚合酶聚合酶/转换转换目录目录3 5 5 3 领头链领头链3 5 3 5 亲代亲代DNA随从链随从链引物引物核小体核小体n真核生物复制叉的延长：真核生物复制叉的延长： 目录目录染色体染色体DNA呈线状，复制在末端停止。呈线状，复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。染色体两端染色体两端DNA子链上最后复制的子链上最后复制的RNA引物，引物，去除后留下空隙。去除后留下空隙。（三）端粒酶参与解决染色体末端复制问题（三）端粒酶参与解决染色体末端复制问题5 3 3 5 5 3 3 5 +5 3 3 3 3 5 5 目录目录n线性线性DNA复复制的末端制的末端 目录目录端粒端粒(telomere) 指真核生物染色体线性指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。分子末端的结构。n端粒的功能：端粒的功能：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n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列是多次重复的富含G、T碱基碱基的短序列。的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG目录目录端粒酶端粒酶(telomerase)端粒酶端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR)端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT) n组成：组成：目录目录n端粒酶催化作用的爬行模型端粒酶催化作用的爬行模型 目录目录端粒酶的催端粒酶的催化延长作用化延长作用爬爬行行模模型型目目 录录目录目录DNADNA聚合酶复制子链聚合酶复制子链进一步加工进一步加工目目 录录目录目录端粒酶的爬行模型（动画演示）端粒酶的爬行模型（动画演示）目录目录逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式Reverse Transcription & Other DNA Replication Ways第四节第四节目录目录双双双双链链链链DNADNA是是是是大大大大多多多多数数数数生生生生物物物物的的的的遗遗遗遗传传传传物物物物质质质质。某某某某些些些些病病病病毒毒毒毒的的的的遗遗遗遗传传传传物物物物质质质质是是是是RNARNA。少少少少数数数数低低低低等等等等生生生生物物物物如如如如M13M13噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体，它它它它的的的的感感感感染染染染型型型型只只只只含含含含单单单单链链链链DNADNA。原原原原核核核核生生生生物物物物的的的的质质质质粒粒粒粒，真真真真核核核核生生生生物物物物的的的的线线线线粒粒粒粒体体体体DNADNA，都都都都是是是是染染染染色色色色体体体体外外外外存存存存在在在在的的的的DNADNA。这这这这些些些些非非非非染染染染色色色色体体体体基因组，采用特殊的方式进行复制。基因组，采用特殊的方式进行复制。基因组，采用特殊的方式进行复制。基因组，采用特殊的方式进行复制。目录目录逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase) 逆转录逆转录(reverse transcription) 逆转录逆转录酶酶一、逆转录病毒的基因组是一、逆转录病毒的基因组是RNA，其复制方式是逆转录其复制方式是逆转录RNARNADNADNA目录目录n n逆转录酶的功能：逆转录酶的功能：n n1.RNA指导指导DNA的合成的合成n n2.RNA的水解的水解n n3.DNA指导的指导的DNA合成反应合成反应n n合成方向：合成方向： 5 3 延伸延伸 逆转录酶没有逆转录酶没有3 5 外切酶活性，没外切酶活性，没有校对功能，错配率高，病毒易出现新菌有校对功能，错配率高，病毒易出现新菌株。株。目录目录n逆转录病毒细胞内的逆转录现象逆转录病毒细胞内的逆转录现象:RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA杂化双链杂化双链RNA酶酶单链单链DNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA目录目录RNARNA病病病病毒毒毒毒在在在在细细细细胞胞胞胞内内内内复复复复制制制制成成成成双双双双链链链链DNADNA的的的的前前前前病病病病毒毒毒毒(provirus)(provirus)。前前前前病病病病毒毒毒毒保保保保留留留留了了了了RNARNA病病病病毒毒毒毒全全全全部部部部遗遗遗遗传传传传信信信信息息息息，并并并并可可可可在在在在细细细细胞胞胞胞内内内内独独独独立立立立繁繁繁繁殖殖殖殖。在在在在某某某某些些些些情情情情况况况况下下下下，前前前前病病病病毒毒毒毒基基基基因因因因组组组组通通通通过过过过基基基基因因因因重重重重组组组组(recombination)(recombination)，参参参参加加加加到到到到细细细细胞胞胞胞基基基基因因因因组组组组内内内内，并并并并随随随随宿宿宿宿主主主主基基基基因因因因一一一一起起起起复复复复制制制制和和和和表表表表达达达达。这这这这种种种种重重重重组组组组方方方方式式式式称称称称为为为为整整整整合合合合(integration)(integration)。前前前前病病病病毒毒毒毒独独独独立繁殖或整合，都可成为致病的原因。立繁殖或整合，都可成为致病的原因。立繁殖或整合，都可成为致病的原因。立繁殖或整合，都可成为致病的原因。 目录目录分子生物学研究可应用逆分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法的基因的重要方法之一，此法称为称为cDNA法。法。 以以mRNA为模板，经逆转为模板，经逆转录合成的与录合成的与mRNA碱基序列互碱基序列互补的补的DNA链。链。 n试管内合成试管内合成cDNA:cDNA complementary DNA 逆转录酶逆转录酶 A AA A T T T TAAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合酶聚合酶碱水解碱水解 T T T T目录目录二、逆转录的发现发展了中心法则二、逆转录的发现发展了中心法则逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。的重大发现。 逆转录现象说明：至少在某些生物，逆转录现象说明：至少在某些生物，RNA同同样兼有遗传信息传代与表达功能。样兼有遗传信息传代与表达功能。对逆转录病毒的研究，拓宽了对逆转录病毒的研究，拓宽了20世纪初已注意世纪初已注意到的病毒致癌理论。到的病毒致癌理论。 目录目录n 滚环复制滚环复制(rolling circle replication)三、噬菌体三、噬菌体DNA按滚环方式复制和按滚环方式复制和线粒体线粒体DNA按按D环方式复制环方式复制是某些低等生物的复制形式，如是某些低等生物的复制形式，如 X174和和M13噬菌体等。噬菌体等。3 -OH5 -P5 5 5 3 3 3 3 5滚环复制滚环复制5 5 3 3 5 具有内切酶活性的具有内切酶活性的A A蛋白蛋白目录目录dNTPDNA-pol n D环复制环复制(D-loop replication) 是线粒体是线粒体DNA (mitochondrial DNA，mtDNA)的复制形式。的复制形式。 目录目录D-D-环环环环复复复复制制制制时时时时需需需需合合合合成成成成引引引引物物物物。mtDNAmtDNA为为为为双双双双链链链链，第第第第一一一一个个个个引引引引物物物物以以以以内内内内环环环环为为为为模模模模板板板板延延延延伸伸伸伸。至至至至第第第第二二二二个个个个复复复复制制制制起起起起始始始始点点点点时时时时，又又又又合合合合成成成成另另另另一一一一个个个个反反反反向向向向引引引引物物物物，以以以以外外外外环环环环为为为为模模模模板板板板进进进进行行行行反反反反向向向向的的的的延延延延伸伸伸伸。最最最最后后后后完完完完成成成成两两两两个个个个双双双双链链链链环环环环状状状状DNADNA的的的的复复复复制。复制中呈字母制。复制中呈字母制。复制中呈字母制。复制中呈字母D D形状而得名。形状而得名。形状而得名。形状而得名。D D环环环环复复复复制制制制的的的的特特特特点点点点是是是是复复复复制制制制起起起起始始始始点点点点不不不不在在在在双双双双链链链链DNADNA同同同同一一一一位点，内、外环复制有时序差别。位点，内、外环复制有时序差别。位点，内、外环复制有时序差别。位点，内、外环复制有时序差别。DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage (Mutation) & Repair第五节第五节目录目录DNA突突变变具具体体指指个个别别dNMP残残基基以以至至片片段段DNA在在构构成成、复复制制或或表表型型功功能能的的异异常常变变化化，也称为也称为DNA损伤损伤(DNA damage)。从从分分子子水水平平来来看看，突突变变就就是是DNA分分子子上上碱碱基基的改变。的改变。 目录目录一、突变在生物界普遍存在一、突变在生物界普遍存在（一）突变是进化、分化的分子基础（一）突变是进化、分化的分子基础从从长长远远的的生生物物史史看看，进进化化过过程程是是突突变变的的不不断断发生所造成的。发生所造成的。大大量量的的突突变变都都是是属属于于这这种种类类型型，只只是是目目前前还还未未能能认认识识其其发发生生的的真真正正原原因因，因因而而名名为为自自发发突变或自然突变突变或自然突变(spontaneous mutation)。目录目录（二）只有基因型改变的突变形成（二）只有基因型改变的突变形成DNA的多态性的多态性这这种种突突变变没没有有可可察察觉觉的的表表型型改改变变，例例如如在在简简并并密密码码子子上上第第三三位位碱碱基基的的改改变变，蛋蛋白白质质非非功功能能区区段段上上编编码码序序列列的的改改变变等等。这这些些现现象象也也相相当普遍。当普遍。多多态态性性(polymorphism)一一词词用用来来描描述述个个体体之之间的基因型差别现象。间的基因型差别现象。 目录目录（三）致死性的突变可导致个体、细胞的死亡（三）致死性的突变可导致个体、细胞的死亡 （四）突变是某些疾病的发病基础（四）突变是某些疾病的发病基础目录目录二、多种化学或物理因素可诱发突变二、多种化学或物理因素可诱发突变大大大大量量量量的的的的突突突突变变变变属属属属于于于于自自自自发发发发突突突突变变变变，发发发发生生生生频频频频率率率率只只只只不不不不过过过过在在在在1010-9-9左左左左右右右右。但但但但由由由由于于于于生生生生物物物物基基基基因因因因组组组组庞庞庞庞大大大大，细细细细胞胞胞胞繁繁繁繁殖殖殖殖速速速速度度度度快快快快，因此它的作用是不可低估的。因此它的作用是不可低估的。因此它的作用是不可低估的。因此它的作用是不可低估的。实实实实验验验验室室室室用用用用来来来来诱诱诱诱发发发发突突突突变变变变，也也也也是是是是生生生生活活活活环环环环境境境境中中中中导导导导致致致致突突突突变变变变的因素，主要有物理和化学因素。的因素，主要有物理和化学因素。的因素，主要有物理和化学因素。的因素，主要有物理和化学因素。 目录目录n物理因素：物理因素：紫外线紫外线(ultra violet, UV)、各种辐射、各种辐射 UVn化学因素：化学因素：目录目录三、引起突变的分子改变类型有多种三、引起突变的分子改变类型有多种错配错配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement) 框移框移(frame-shift) 目录目录DNA分子上的碱基错配称点突变分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。自发突变和不少化学诱变都能引起自发突变和不少化学诱变都能引起DNA上某一碱基上某一碱基的置换。的置换。点突变发生在基因的编码区，可导致氨基酸改变。点突变发生在基因的编码区，可导致氨基酸改变。 （一）错配可导致编码氨基酸的改变（一）错配可导致编码氨基酸的改变目录目录镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) 亚基亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链肽链CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA)亚基亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因n镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人目录目录图10-29膀胱癌细胞c-ras H基因点突变，基因表达产物仅12号氨基酸的变异目录目录（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变排列顺序发生改变缺失：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大分子大分子上消失。上消失。插入：插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到入到DNA大分子中间。大分子中间。缺失或插入都可导致缺失或插入都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，造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改变。成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。 目录目录谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失Cn缺失引起框移突变：缺失引起框移突变：目录目录（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病DNA分子内较大片段的交换，称为重组或分子内较大片段的交换，称为重组或重排。重排。移位的移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置可以在新位点上颠倒方向反置（倒位），也可以在染色体之间发生交换（倒位），也可以在染色体之间发生交换重组。重组。 目录目录n由基因重排引起的两种地中海贫血基因型：由基因重排引起的两种地中海贫血基因型：目录目录DNADNA损伤（突变）可能造成两种结果：其一是损伤（突变）可能造成两种结果：其一是损伤（突变）可能造成两种结果：其一是损伤（突变）可能造成两种结果：其一是导致复制或转录障碍（如胸腺嘧啶二聚体，导致复制或转录障碍（如胸腺嘧啶二聚体，导致复制或转录障碍（如胸腺嘧啶二聚体，导致复制或转录障碍（如胸腺嘧啶二聚体，DNADNA骨骨骨骨架中产生切口或断裂）；其二是导致复制后基因突架中产生切口或断裂）；其二是导致复制后基因突架中产生切口或断裂）；其二是导致复制后基因突架中产生切口或断裂）；其二是导致复制后基因突变（如胞嘧啶自发脱氨基转变为尿嘧啶），使变（如胞嘧啶自发脱氨基转变为尿嘧啶），使变（如胞嘧啶自发脱氨基转变为尿嘧啶），使变（如胞嘧啶自发脱氨基转变为尿嘧啶），使DNA DNA 序列发生永久性改变。所以，必须通过进化使细胞序列发生永久性改变。所以，必须通过进化使细胞序列发生永久性改变。所以，必须通过进化使细胞序列发生永久性改变。所以，必须通过进化使细胞拥有灵敏的机制，以识别和修复这些损伤，否则细拥有灵敏的机制，以识别和修复这些损伤，否则细拥有灵敏的机制，以识别和修复这些损伤，否则细拥有灵敏的机制，以识别和修复这些损伤，否则细胞无法维持正常代谢。胞无法维持正常代谢。胞无法维持正常代谢。胞无法维持正常代谢。目录目录四、四、DNA损伤的修复有多种类型损伤的修复有多种类型修复修复(repairing)是对已发生分子改变的补是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。偿措施，使其回复为原有的天然状态。错配修复错配修复(mismatch repair)直接修复直接修复(direct repair)光修复光修复(light repairing)切除修复切除修复(excision repairing)重组修复重组修复(recombination repairing)SOS修复修复 n修复的主要类型：修复的主要类型：目录目录（一）直接修复系统利用酶简单地逆转（一）直接修复系统利用酶简单地逆转DNA损伤损伤光修复酶光修复酶(photolyase) UV目录目录（二）核苷酸切除修复系统识别（二）核苷酸切除修复系统识别DNA双螺旋变形双螺旋变形这是细胞内最重要和有效的修复方式。这是细胞内最重要和有效的修复方式。其过程包括去除损伤的其过程包括去除损伤的DNA，填补空隙和连接。，填补空隙和连接。主要由主要由DNA-pol和连接酶完成。和连接酶完成。UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA连接酶连接酶ATPnE.coli的切的切除修复机制除修复机制目录目录核苷酸切除修复不仅能够修复整个基因组中核苷酸切除修复不仅能够修复整个基因组中核苷酸切除修复不仅能够修复整个基因组中核苷酸切除修复不仅能够修复整个基因组中的损伤，而且能拯救因转录模板链损伤而暂的损伤，而且能拯救因转录模板链损伤而暂的损伤，而且能拯救因转录模板链损伤而暂的损伤，而且能拯救因转录模板链损伤而暂停转录的停转录的停转录的停转录的RNARNA聚合酶，即参与聚合酶，即参与聚合酶，即参与聚合酶，即参与转录偶联修复转录偶联修复转录偶联修复转录偶联修复(transcription-coupled repair)(transcription-coupled repair)。转录偶联修复的意义在于，将修复酶集中于转录偶联修复的意义在于，将修复酶集中于转录偶联修复的意义在于，将修复酶集中于转录偶联修复的意义在于，将修复酶集中于正在转录的正在转录的正在转录的正在转录的DNADNA，使该区域的损伤尽快得以，使该区域的损伤尽快得以，使该区域的损伤尽快得以，使该区域的损伤尽快得以修复。修复。修复。修复。 目录目录（三）重组修复（三）重组修复目录目录（四）（四）SOS修复修复当当DNA损损伤伤广广泛泛难难以以继继续续复复制制时时，由由此此而而诱诱发出一系列复杂的反应。发出一系列复杂的反应。在在E. coli，各各种种与与修修复复有有关关的的基基因因，组组成成一一个个称为称为调节子调节子(regulon)的网络式调控系统。的网络式调控系统。这这种种修修复复特特异异性性低低，对对碱碱基基的的识识别别、选选择择能能力力差差。通通过过SOS修修复复，复复制制如如能能继继续续，细细胞胞是是可可存存活活的的。然然而而DNA保保留留的的错错误误较较多多，导导致致较较广泛、长期的突变。广泛、长期的突变。