DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

1、 第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組 第一節(jié) DNA復(fù)制機(jī)制第二節(jié) 突變第三節(jié) DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)第四節(jié) 遺傳重組 第一節(jié) DNA復(fù)制機(jī)制 一、DNA的半保留復(fù)制 DNA的半保留復(fù)制(semi-conservative replication)：以親代DNA的每一股作模板完全相同的兩個(gè)雙鏈子代DNA（每個(gè)子代DNA中都含有一股親代DNA鏈）。 1.大腸桿菌在含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)約十五代，使其DNA中的堿基氮均轉(zhuǎn)變?yōu)?5N。2.將大腸桿菌移至只含14N的培養(yǎng)基中同步培養(yǎng)一代、二代、三代。1958 Meselson-stahl 設(shè)計(jì)的CsCl超離心試驗(yàn)證實(shí)了 DNA復(fù)制的這一特性15N 標(biāo)

2、記實(shí)驗(yàn) 細(xì)胞生長在15N 標(biāo)記培養(yǎng)基中 轉(zhuǎn)入正常N源培養(yǎng)基中 分離各代DNA 分析各代DNA的浮力密度15N 標(biāo)記 DNA未標(biāo)記 DNA CsCL密度梯度離心 浮力密度 N15DNA 1.742g/ml N15N14DNA 1.717g/ml N14DNA 1.710g/ml二、復(fù)制的起始點(diǎn)和方向DNA在復(fù)制時(shí)，需在特定的位點(diǎn)起始，這是一些具有特定核苷酸排列順序的片段，即復(fù)制起始點(diǎn)（復(fù)制子）。3個(gè)連續(xù)的13bp序列4個(gè)9bp序列在原核生物中，復(fù)制子通常為一個(gè)；在真核生物中，復(fù)制子通常為多個(gè)。 復(fù)制子之間形成眼狀結(jié)構(gòu)原核生物：單復(fù)制起點(diǎn) 即整個(gè)染色體只有一個(gè)復(fù)制單位 真核生物 : 多復(fù)制起點(diǎn) 即

3、一個(gè)genome中有多個(gè)復(fù)制單位Replication fork復(fù)制叉：染色體中參與復(fù)制的活性區(qū)域，即復(fù)制正在發(fā)生的位點(diǎn)。（Replication fork）復(fù)制的方向復(fù)制眼：電子顯微鏡下觀察正在復(fù)制的DNA，復(fù)制的區(qū)域形如一只眼睛。 （replication eye）1.多數(shù)是雙向的（等速進(jìn)行或異速進(jìn)行），形成兩個(gè)復(fù)制叉；2.少數(shù)是單向復(fù)制，形成一個(gè)復(fù)制叉。 單雙向復(fù)制取決于起點(diǎn)處有一個(gè)還是兩個(gè)復(fù)制叉 單向復(fù)制 雙向復(fù)制真核生物的多復(fù)制子 多個(gè)復(fù)制眼復(fù)制的多模式 單起點(diǎn)、單方向 （原核）多起點(diǎn)、單方向 （真核）單起點(diǎn)、雙方向（原核）多起點(diǎn)、雙方向（真核） 單、雙向 復(fù)制模式圖單向復(fù)制雙向復(fù)制

4、 A replication eye forms a theta structure in circular DNA. D 環(huán)復(fù)制又稱置換式 線粒體和葉綠體 DNA的復(fù)制方式復(fù)制滾環(huán)式復(fù)制共價(jià)延伸復(fù)制時(shí)產(chǎn)生的環(huán)結(jié)構(gòu)形狀象病毒、細(xì)菌因子 DNA復(fù)制的酶學(xué) 一、DNA聚合反應(yīng)和聚合酶 1957 Arthur Kornberg 首次發(fā)現(xiàn) DNApol DNApol DNApol 二、 三種DNA聚合酶的結(jié)構(gòu)和功能35外切活性（3種DNA聚合酶共性） 這種酶活性的主要功能是從3 5方向識(shí)別并切除DNA生長鏈末端與模板DNA不配對的核苷酸，這種功能稱為校對功能（proofreading），對于維持DNA

5、復(fù)制的正確性至關(guān)重要。 Proofreading by DNA polymerase5 3外切活性（DNA聚合酶和的共性） 這種酶活性是從DNA鏈的5端向3末端水解已配對的核苷酸，本質(zhì)是切斷磷酸二酯鍵，每次能切除10個(gè)核苷酸在DNA損傷的修復(fù)中起重要作用，去除岡崎片段5端的RNA引物。 DNA聚合酶I1.DNA pol I由一條多肽鏈組成，分子量為110 KD。2.酶分子中含有一個(gè)Zn2，是聚合酶活性必需的。3.用枯草桿菌蛋白酶可將此酶水解成兩個(gè)片段，大片段的分子量為76 KD，通常稱為klenow片段，小片段為34KD。4.53聚合活性存在于klenow片段上。5.DNA聚合酶I的作用是去除

6、RNA引物，按DNA互補(bǔ)原則替換，每次與模板引物結(jié)合僅能添加20100個(gè)核苷酸。 DNApol的53外切活性有以下三個(gè)特點(diǎn)： 必須有5磷酸末端 被除去的核苷酸必須是已經(jīng)配對的 被除去的可以是脫氧核糖核苷酸，也可以是核糖 核苷酸 （切刻平移）DNA pol的5 3聚合活性和5 3外切酶活性協(xié)同作用，可以使DNA一條鏈上的切口從5 3方向移動(dòng)，這種反應(yīng)叫做缺刻平移(nick translation)。DNA Polymerase III (DNA聚合酶 III）DNA聚合酶III由10個(gè)不同的亞基構(gòu)成。其中、和亞基構(gòu)成核心酶。亞基具有53 聚合酶活性，亞基具有35外切活性，亞基功能是使和亞基裝配結(jié)

7、合。 兩個(gè)拷貝的亞基圍繞DNA雙螺旋形成一個(gè)環(huán)狀的二聚體。一旦亞基二聚體與DNA緊密結(jié)合，它的作用就像一個(gè)“滑動(dòng)夾子”(sliding clamp)攜帶著核心聚合酶沿著DNA鏈自由滑動(dòng)?；瑒?dòng)夾可以阻止聚合酶脫落，從而大大增加了DNA聚合酶的延伸能力。(Note: no beta subunits are shown; without beta, this form of the complex is called DNA pol III*)Beta forms a donut shaped ring around the DNA and helps to anchor the holoenzy

8、me to the DNA during replication . By acting as a sliding “clamp”, beta helps the holoenzyme to replicate long stretches of DNA without “falling off” the strand.The subunits of E. coli DNA polymerase IIISubunitFunctionaeqtbgddcy5 to 3 polymerizing activity3 to 5 exonuclease activitya and e assemblyA

9、ssembly of holoenzyme on DNASliding clamp = processivity factorClamp-loading complexClamp-loading complexClamp-loading complexClamp-loading complexClamp-loading complexCoreEnzymedimerHoloenzyme DNApol和 DNApol 的主要特性和功能DNA聚合酶活性：DNApol主要用于DNA的修復(fù)和RNA引物的替換DNApol DNA鏈的延長聚合方向：都是53子鏈DNA延伸方向只能是53已知的DNA聚合酶只能使

10、鏈按53方向生長5 OHT C AT C A C 5 OH 3ppp OH C+ ppi 三、 DNA連接酶 所需條件： a、 切刻的 3OH 和 5P 相鄰 b、 切刻各自堿基處于配對狀態(tài) c、 需要能量 原核（ATP、NAD） 真核（ATP） 用途： 復(fù)制過程中，5 端RNA引物被置換后切刻的連接 修復(fù)、重組 四、 與DNA幾何學(xué)性質(zhì)相關(guān)的酶 1、 解螺旋酶 （helicase）:又稱解旋酶 單鏈結(jié)合蛋白（SSB single-strand binding protein） 2、 DNA旋轉(zhuǎn)酶 ：消除復(fù)制叉前進(jìn)過程中產(chǎn)生的正超 螺旋，產(chǎn)生負(fù)超螺旋 二、DNA復(fù)制大腸桿菌的DNA復(fù)制噬菌體1

11、74 的復(fù)制腺病毒的復(fù)制4. 線性DNA的末端復(fù)制的問題5、復(fù)制忠實(shí)性的保證原核生物DNA的復(fù)制（一）復(fù)制的起始1. OriC in E. coli chromosomal DNA 三個(gè)13bp的重復(fù)序列9bp基序共有4個(gè)拷貝，分散于整個(gè)OriC的范圍內(nèi)，它是DnaA蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。通過DnaA蛋白+OriC捆綁了大約30個(gè)DnaA蛋白。DNA分子在DnaA蛋白復(fù)合體上的纏繞，導(dǎo)致雙螺旋在串連排列的3個(gè)富含AT的13bp基序處解開。 DnaB蛋白進(jìn)一步打開DNA雙螺旋。DnaB蛋白是解旋酶（Helicase）。兩個(gè)DnaB蛋白在復(fù)制起點(diǎn)處分別與兩條單鏈結(jié)合，并按53相向而行打開DNA雙鏈。雙鏈

12、打開以后，DnaA蛋白便會(huì)募集由6個(gè)DnaB和6個(gè)DnaC構(gòu)成的復(fù)合體與起始位點(diǎn)處的單鏈DNA結(jié)合。DnaC為DnaB蛋白裝載因子，依靠DnaC蛋白的單鏈DNA結(jié)合域以及與DnaA蛋白的相互作用，DnaB和DnaC蛋白復(fù)合體結(jié)合在復(fù)制起始位點(diǎn)。 Helicase (DnaB) continues to separate strands然后，DnaC催化DnaB蛋白解環(huán)，并套在單鏈DNA上。在DnaB和DnaC蛋白復(fù)合體中，DNA解旋酶保持非活性狀態(tài)。DNA解旋酶的安裝導(dǎo)致裝載因子從復(fù)合體中釋放出來，并激活DNA解旋酶。DNA解旋酶向前運(yùn)動(dòng)，在其身后留下單鏈DNA模板。接著單鏈結(jié)合蛋白（sing

13、le-stranded binding protein, SSB）與解旋酶解開的單鏈結(jié)合，其作用是防止單鏈降解，阻止單鏈退火。SSB蛋白與單鏈DNA的結(jié)合有協(xié)同效應(yīng)(cooperative)，即一個(gè)SSB的結(jié)合會(huì)促進(jìn)另一個(gè)SSB與單鏈DNA的結(jié)合。這種協(xié)同結(jié)合使單鏈DNA被解旋酶釋放出后，很快被SSB所覆蓋。一旦被SSB覆蓋，單鏈DNA即處于伸直狀態(tài)，有利于其作為模板進(jìn)行DNA合成或RNA引物的合成。在大腸桿菌細(xì)胞中，DNA解旋酶募集一個(gè)引物酶。引物酶負(fù)責(zé)合成一段短的RNA引物。新生鏈的合成由DNA聚合酶催化完成。從大腸桿菌細(xì)胞中分離出了5種DNA聚合酶。DNA聚合酶III是大腸桿菌DNA復(fù)制

14、中鏈延伸反應(yīng)的主要聚合酶。DNA聚合酶I專門用于RNA引物的去處。另外3種DNA聚合酶主要參與DNA修復(fù)及合成。（二）延伸 在復(fù)制叉處先導(dǎo)鏈和后隨鏈的合成同時(shí)進(jìn)行先導(dǎo)鏈被連續(xù)合成，而后隨鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)合成的。在復(fù)制叉上，DNA解旋酶在后隨鏈模板上沿著53運(yùn)動(dòng)。DNA聚合酶III全酶通過亞基和解旋酶作用，一個(gè)核心酶復(fù)制前導(dǎo)鏈，另一個(gè)核心酶復(fù)制后隨鏈。 1.新合成的岡崎片段與上一個(gè)岡崎片段被一切口分開。2.岡崎片段的RNA引物長約5個(gè)核苷酸，而它的DNA部分長約10002000bp。3.DNA聚合酶I與切口結(jié)合，并利用其5 3外切酶活性切去下游岡崎片斷的RNA部分，這一過程相當(dāng)于切口平移。4.當(dāng)RNA

15、引物被切除后，由DNA連接酶催化磷酸二酯鍵的形成，把岡崎片斷連接起來。 復(fù)制起始與延伸的總結(jié)3+4Dna A-C(A被捆-復(fù)制叉+召集；6B主體；6C裝配)SSBDnaB召集引物酶-合成RNA引物延續(xù)1. DNA聚合酶（10,3,22）2.DNA聚合酶（去引物）缺刻平移DNA連接酶連接“岡崎片段” 捆-開-解-蓋-先導(dǎo)連續(xù)-后隨岡崎-去+缺刻-連（三） 終止和分離1.大腸桿菌的復(fù)制終止區(qū)域位于環(huán)狀染色體上，與復(fù)制起點(diǎn)相對的一側(cè)。2.在這一區(qū)域存在幾個(gè)終止位點(diǎn)（Ter）。Ter序列按照特定的方向排列在染色體上，制造 “陷阱”。 復(fù)制叉只進(jìn)該區(qū)域，不能出去。1.特異性DNA結(jié)合蛋白Tus與終止位點(diǎn)

16、結(jié)合阻斷一個(gè)方向上的復(fù)制叉前進(jìn)（而對向另一個(gè)方向前進(jìn)的復(fù)制叉不起作用）。2.機(jī)理：這樣安排可確保兩個(gè)從相反方向進(jìn)入ter區(qū)的復(fù)制叉總能相遇，當(dāng)一個(gè)復(fù)制叉遇到另一個(gè)復(fù)制叉時(shí)，DNA復(fù)制就完成了。3.通過抑制DNA螺旋酶而發(fā)揮終止作用。4.每次復(fù)制時(shí)只使用一個(gè)終止位點(diǎn)。四、真核生物DNA的復(fù)制 1、 復(fù)制概況 a、多個(gè)復(fù)制子，雙向復(fù)制 b、復(fù)制子相對較小， c、復(fù)制速度較慢， d、復(fù)制叉相遇，復(fù)制 終止隨著復(fù)制叉沿著DNA分子向兩個(gè)方向移動(dòng)，復(fù)制泡不斷變大，最終兩個(gè)相鄰復(fù)制泡的復(fù)制叉會(huì)相遇、融合，完成DNA的復(fù)制。 multiple replicon 2、 真核生物的DNA聚合酶 、五種 位置 核

17、內(nèi) 核內(nèi) 核內(nèi) 核內(nèi) 線粒體 合成 結(jié)合引發(fā)酶 修復(fù) 合成 合成,修復(fù) 復(fù)制功能 前導(dǎo)鏈35校 NO NO Yes Yes Yes正活性 3. 真核生物DNA復(fù)制的引發(fā)酶 DNApol + primase形成緊密的復(fù)合物 引發(fā)酶（primase）： 50-60kD 作用方式為陣發(fā)性的，每次作用拷貝615個(gè)核苷酸 利用NTP 4、真核生物的復(fù)制起始受許可因子的控制真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)1.起點(diǎn)和速度真核生物起始點(diǎn)多 原核生物1個(gè)起始點(diǎn)完成全部復(fù)制，再開始新的復(fù)制 起始點(diǎn)可連續(xù)復(fù)制復(fù)制速度慢（1/20） 復(fù)制速度快 多點(diǎn)同時(shí)，總耗時(shí)比真核生物少真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)2.DNA聚合酶: 、五種和主為

18、線粒體復(fù)制酶；為修復(fù)酶需要-增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）-作為復(fù)合因子PCNA大腸桿菌中的DNA聚合酶的亞基，形成環(huán)狀卡子，增強(qiáng)酶的持續(xù)合成能力兩個(gè)蛋白因子：復(fù)制蛋白A和復(fù)制因子CRP-ASSB；RF-C夾子裝卸器 （PCNA在DNA鏈上的裝卸）真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)3.RNA引物和岡崎片段真核生物 原核生物引物10個(gè)核苷酸 引物幾十個(gè)核苷酸岡崎片段100-200個(gè)核苷酸 1000-2000個(gè)核苷酸真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)4.端粒和端粒酶原核生物：復(fù)制后可填補(bǔ)去除引物后的5末端的空缺真核生物：通過端粒和端粒酶解決此問題 Eukaryotic DNA replication.Step 1: prim

19、er synthesis by DNA polymerase; step 2: replication factor C (RFC) displacement of DNA polymerase and recruitment of proliferating cell nuclear antigen (PCNA); step 3: elongation by the newly recruited DNA polymerase-holoenzyme; step 4: strand displacement by Pol-; step 5: cutting of the 5 displaced

20、 flap by (Fen1); step 6: sealing by DNA ligase I .端粒和端粒酶染色體上有一個(gè)帽子，它的名字叫端粒-作用是保持染色體的完整性。Telomere:真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)部分，通常龐大呈粒狀。（見圖）DNA每復(fù)制一次，端粒就縮短一點(diǎn)。當(dāng)端?？s短至一定的長度時(shí)，細(xì)胞就會(huì)停止分裂甚至發(fā)生細(xì)胞死亡，因而被稱作細(xì)胞壽命的“有絲分裂鐘”。在某些癌細(xì)胞中，端粒酶不斷修復(fù)延長受損的端粒，防止端粒因細(xì)胞分裂而有所損耗，從而使得細(xì)胞獲得無限增殖分裂的能力。 端粒酶簡介端粒酶主要依靠兩種成分：端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶+作為模板的一小段RNA序列。德克薩斯大學(xué)細(xì)胞生

21、物學(xué)系教授Jerry 聯(lián)合著名生物技術(shù)公司Geron合作開發(fā)了一種阻斷端粒酶作用的新型化合物，將其命名為GRN163L。端粒理論 端粒是位于染色體兩端的重復(fù)DNA序列，細(xì)胞分裂時(shí)，部分端粒丟失，被細(xì)胞感知為DNA損傷。端粒酶可補(bǔ)充丟失的端粒。端粒的長度決定細(xì)胞的壽命，端粒的縮短導(dǎo)致細(xì)胞的衰老和死亡。 端粒學(xué)說 由Olovnikov提出，細(xì)胞在每次分裂過程中都會(huì)由于DNA聚合酶功能障礙而不能完全復(fù)制它們的染色體，因此最后復(fù)制DNA序列可能會(huì)丟失，最終造成細(xì)胞衰老死亡。 1.端粒具有維持染色體結(jié)構(gòu)完整性的作用。 2.端粒酶是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，由RNA和蛋白質(zhì)組成，是以自身RNA為模板，合成端粒重復(fù)序列

22、，加到新合成DNA鏈末端。 3.在人體內(nèi)端粒酶出現(xiàn)在大多數(shù)的胚胎組織、生殖細(xì)胞、炎性細(xì)胞、更新組織的增生細(xì)胞以及腫瘤細(xì)胞中。但是許多問題用端粒學(xué)說還不能解釋。1.有人就不同年齡供體角膜內(nèi)皮細(xì)胞的端粒長度進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)角膜內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)端粒長度長期維持在一個(gè)較高的水平，而端粒酶卻不表達(dá)。2.Kippling發(fā)現(xiàn)，鼠的端粒比人類長近5-10倍，壽命卻比人類短的多?？磥矶肆５拈L度縮短是衰老的原因還是結(jié)果尚需進(jìn)一步研究。 真核生物染色體 DNA末端補(bǔ)齊模式 (1) 端粒DNA (Telomer) TTGGGG(T2G4)序列高度重復(fù)的末端(四膜蟲) 5 TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG 3

23、(富含 G 鏈) 3 AACCCC AACCCC AACCCC 5 (富含 C 鏈) G基四重線（2） 端粒酶（ Telomerase）1985. Carol Greider & Blackburn, 1986. Gottchling 端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶a、核蛋白（蛋白質(zhì)+核酸RNA）b、含約長150NT的RNA，其中含 15 拷貝的CxAy重復(fù)序列， 是合成端粒T2G4的模板c、延長的3-T2G4端作為5-端DNA合成的模板（3） 補(bǔ)齊過程 通過TG鏈的回折形成 發(fā)夾結(jié)構(gòu)（GG氫鍵） 尺蠖模型 實(shí)驗(yàn)表明人體細(xì)胞通過監(jiān)測失去的端粒的重復(fù)數(shù)而計(jì)數(shù)細(xì)胞分裂次數(shù)，當(dāng)端粒長度下降到某一臨界值時(shí)，細(xì)胞終止分

24、裂衰老、死亡“多莉”的衰老 研究端粒丟失的速率，預(yù)測人類的壽命 XX XY why?研究推測端粒酶與腫瘤的關(guān)系a、復(fù)制子的大?。⊿izes of replicon）:酵母和果蠅平均 40 kb哺乳動(dòng)物 平均 100 kb原核生物的 DNA: 1000 kbb、岡崎片段(Okazaki fragments):原核生物的 DNA:1000-2000 nt真核生物的DNA:100-200 ntc、復(fù)制速度（Rate of replication）:真核生物的DNA:3,000bp/min (50/sec)原核生物的DNA:50,000bp/min (900/sec)原核生物和真核生物DNA復(fù)制的比較

25、 1. Semi-conservative replication2. Semi-discontinuous repliction3. DNA helicase, Ssb4. RNA priming5. 校正閱讀（Proofreading）1. 復(fù)制起點(diǎn)（單、多）2. 復(fù)制子（大小、多少）3. 復(fù)制起始的許可因子的控制 （復(fù)制周期的重疊與否）4. 復(fù)制叉移動(dòng)的速度 (900/50 nt/S)5. 岡崎片段的大小6. 端粒和端粒酶7. DNA聚合酶Polymerases相同點(diǎn)：不同點(diǎn)：第二節(jié) 突變 1.DNA作為一種能決定生命狀態(tài)存在和延續(xù)的生物大分子，在遺傳過程中必需保持高度的精確性和完整性。

26、2.在DNA復(fù)制過程中，仍難免會(huì)存在少量未被校正的錯(cuò)誤。3.DNA還會(huì)受到各種物理和化學(xué)因素的損傷。 這些差錯(cuò)和損傷如果不被修復(fù)，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的細(xì)胞學(xué)后果，所以，維護(hù)DNA遺傳信息的穩(wěn)定性對生物細(xì)胞來說是極其重要的。一、突變的類型1、堿基對的置換（substitution） 轉(zhuǎn)換(Transition)： 最普通的一種點(diǎn)突變，指一種嘧啶被另一種嘧啶代替，一種嘌呤被另一種嘌呤代替。使GC對被AT對替換，或者相反。 顛換(Transversion)： 另一種不常見的點(diǎn)突變，嘌呤被嘧啶代替或者相反，如AT對變成了TA、CG對。2、移碼突變（frameshift mutation） 由堿基的缺失或插入

27、造成。 DNA突變的類型 -T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-轉(zhuǎn)換 -T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-插入A -T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失T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-T-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-顛換堿基對的置換(substitution)移碼突變(framessh

28、ift mutation)二、突變的原因兩個(gè)概念：自發(fā)突變（spontaneous mutation)：由于正常的細(xì)胞活動(dòng)，或細(xì)胞與環(huán)境的隨機(jī)相互作用，這些過程所引起的生物DNA序列的改變。誘發(fā)突變（induced mutation): 特定的化學(xué)或物理因素引起的DNA序列改變。 Note: 所有突變都包含DNA序列的改變?。ㄒ唬〥NA分子的自發(fā)性損傷1、DNA復(fù)制中的錯(cuò)誤 以DNA為模板按堿基配對進(jìn)行DNA復(fù)制是一個(gè)嚴(yán)格而精確的事件，但也不是完全不發(fā)生錯(cuò)誤的。 2、DNA的自發(fā)性化學(xué)變化 生物體內(nèi)DNA分子可以由于各種原因發(fā)生變化，至少有： 堿基的異構(gòu)互變； 堿基的脫氨基作用； 脫嘌呤與脫嘧

29、啶； 堿基修飾與鏈斷裂 （二）物理因素引起的DNA損傷 1、紫外線引起的DNA損傷 當(dāng)DNA受到最易被其吸收波長（260 nm）的紫外線照射時(shí)，主要是使同一條DNA鏈上相鄰的嘧啶以共價(jià)鍵連成二聚體。 2、 電離輻射引起的DNA損傷 電離輻射損傷DNA有直接和間接的效應(yīng)，直接效應(yīng)是DNA直接吸收射線能量而遭損傷；間接效應(yīng)是指DNA周圍其他分子（主要是水分子）吸收射線能量產(chǎn)生具有很高反應(yīng)活性的自由基進(jìn)而損傷DNA。損傷包括： 堿基變化; 脫氧核糖變化; DNA鏈斷裂; 交聯(lián)。+光 照（三）化學(xué)因素引起的DNA損傷1、烷化劑對DNA的損傷 堿基烷基化; 堿基脫落; 斷鏈; 交聯(lián) 2、堿基類似物、修飾

30、劑對DNA的損傷 如:人工可以合成一些堿基類似物用作促突變劑或抗癌藥物，如5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氟尿嘧啶（5-FU）、2-氨基腺嘌呤（2-AP）等。 還有一些人工合成或環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì)能專一修飾DNA鏈上的堿基或通過影響DNA復(fù)制而改變堿基序列，例如亞硝酸鹽能使C脫氨變成U，經(jīng)過復(fù)制就可使DNA上的G-C變成A-U對。DNA的損傷：由自發(fā)的或環(huán)境的因素引起DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的任何異常的改變稱為DNA的損傷。常見的DNA的損傷包括堿基脫落、堿基修飾、交聯(lián)、鏈的斷裂、重組等。第三節(jié) 損傷修復(fù)系統(tǒng)DNA損傷的修復(fù) 人們對DNA的修復(fù)機(jī)理進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)多種修復(fù)途徑。1. 能糾正復(fù)制錯(cuò)誤的

31、尿嘧啶N糖基修復(fù)酶系統(tǒng)和錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)。2. 能修復(fù)環(huán)境因素和體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)造成DNA分子損傷的光復(fù)活修復(fù)系統(tǒng)、切除修復(fù)系統(tǒng)、重組修復(fù)系統(tǒng)和SOS修復(fù)系統(tǒng)等。3.DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)是其損傷修復(fù)的重要基礎(chǔ)，因?yàn)镈NA的互補(bǔ)雙鏈可保證其一股鏈上的損傷被切除后，能從另一股鏈上獲得修復(fù)所需要的信息。 一、錯(cuò)配修復(fù)（Mismatch repair) 原核細(xì)胞內(nèi)存在甲基化酶，能使位于5GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。 復(fù)制后DNA在短期內(nèi)（數(shù)分鐘）為半甲基化的GATC序列，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)配堿基，即將未甲基化鏈切除一段包含錯(cuò)誤堿基的序列，并以甲基化的鏈為模板進(jìn)行修復(fù)。據(jù)母鏈甲基化原則找出錯(cuò)配堿基的示意圖堿基

32、錯(cuò)配修復(fù)過程示意圖二、 核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng) 當(dāng)DNA鏈上相應(yīng)位置的核苷酸發(fā)生損傷，導(dǎo)致雙鏈之間無法形成氫鍵，在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷部分切除掉，并以完整的那一條鏈為模板，合成切去的部分，然后使DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。 DNA的損傷和切除修復(fù)堿基丟失堿基缺陷或錯(cuò)配結(jié)構(gòu)缺陷切開核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切除DNA聚合酶IDNA連接酶核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切開切除修復(fù)連接糖苷酶三、堿基切除修復(fù)系統(tǒng) 糖苷水解酶： 細(xì)胞中能特異切除受損核苷酸上的N-糖苷鍵，在DNA鏈上形成AP位點(diǎn)(去嘌呤或去嘧啶位點(diǎn))。AP核酸內(nèi)切酶：能在AP位點(diǎn)附近（5或3位置）將DNA鏈切開；核酸外切酶：移去含AP位點(diǎn)核苷酸在內(nèi)的小片段DNA；DNA聚合酶I： 合成新片段；DNA連接酶： 連接切口而修復(fù)。第四節(jié)遺傳重組DNA重組（recombination）1、概念：不同DNA鏈的斷裂和連接-產(chǎn)生的DNA片段間的交換和重新組合，形成新的DNA。2、意義：重組是“遺傳學(xué)的靈魂”，生物的進(jìn)化、分子克隆技術(shù)都源于此。一 同源重組 一、概述1、定義：兩個(gè)同源DNA分子間的序列重組。2、條件：（1）兩個(gè)DNA分子有同源序列 （2）