DNA的復(fù)制與修復(fù)

第十二章DNA的復(fù)制和修復(fù)

本章重點介紹遺傳中心法則和DNA的半保留復(fù)制以及逆轉(zhuǎn)錄的過程和機理，對DNA的損傷和修復(fù)、突變和重組作一般介紹。

返回思考

DNA是絕大多數(shù)生物體遺傳信息的載體，繼1953年Watson&Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型后，1958年，Crick提出了“中心法則”(Centraldogma)揭示了遺傳信息的傳遞規(guī)律。第十二章DNA的復(fù)制和修復(fù)返回思考遺傳信息傳遞的中心法則

蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA生物的遺傳信息以密碼的形式儲存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。在細胞分裂的過程中，通過DNA復(fù)制把親代細胞所含的遺傳信息忠實地傳遞給兩個子代細胞。在子代細胞的生長發(fā)育過程中，這些遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細胞中一些RNA病毒能以自己的RNA為模板復(fù)制出新的病毒RNA，還有一些RNA病毒能以其RNA為模板合成DNA，稱為逆轉(zhuǎn)錄這是中心法則的補充。

中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對細胞的生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認識，而且以這方面的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。遺傳信息傳遞的中心法則

蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNA目錄第一節(jié)DNA的復(fù)制（DNA指導(dǎo)下的DNA合成）第二節(jié)DNA的損傷與修復(fù)第三節(jié)DNA突變第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄作用（RNA指導(dǎo)下的DNA的合成）第五節(jié)DNA的遺傳重組目錄第一節(jié)DNA的復(fù)制（DNA指導(dǎo)下的DNA合第一節(jié)DNA的半保留復(fù)制

一、概念和實驗依據(jù)二、DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類三、DNA的復(fù)制的起始點和方式四、原核細胞DNA的復(fù)制過程五、DNA復(fù)制的忠實性六、真核細胞DNA的復(fù)制

第一節(jié)DNA的半保留復(fù)制

一、概念和實驗依據(jù)DNA的半保留復(fù)制的概念

DNA在復(fù)制時，兩條鏈解開分別作為模板，在DNA聚合酶的催化下按堿基互補的原則合成兩條與模板鏈互補的新鏈，以組成新的DNA分子。這樣新形成的兩個DNA分子與親代DNA分子的堿基順序完全一樣。由于子代DNA分子中一條鏈來自親代，另一條鏈是新合成的，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。DNA的半保留復(fù)制的概念

DNA在復(fù)制時，兩DNA的半保留復(fù)制實驗依據(jù)

1958年Meselson&stahl用同位素示蹤標記加密度梯度離心技術(shù)實驗,證明了DNA是采取半保留的方式進行復(fù)制.[15N]DNA[14N-15N]DNA[14N]DNA[14N-15N]DNADNA的半保留復(fù)制實驗依據(jù)1958年Meselson復(fù)制中的大腸桿菌染色體放射自顯影圖

(Cairns實驗)將3H-胸苷標記大腸桿菌DNA，經(jīng)過近兩代的時間，3H-胸苷摻入大腸桿菌DNA。用溶菌酶把細胞壁消化掉，使完整的大腸桿菌染色體DNA釋放出來，放射自顯影，得到上圖。非復(fù)制部分（C）銀粒子密度較低，由一股放射性鏈和一股非放射性鏈構(gòu)成。已復(fù)制部分站整個染色體的三分之二，其中一條雙鏈（B）僅有一股鏈是標記的，另外一股雙鏈（A）的兩股鏈都是標記的，銀粒子密度為前二者的兩倍。染色體全長約為1100微米。ABC環(huán)狀DNA的復(fù)制ABC復(fù)制中的大腸桿菌染色體放射自顯影圖

(Cairns實驗)原核生物DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類

（1）DNA聚合酶(DNApolymerase)（2）引物酶(primase)和引發(fā)體(primosome)

：啟動RNA引物鏈的合成。(3）DNA連接酶（DNAligase）（4）DNA解鏈酶(DNAhelicase)(5）單鏈結(jié)合蛋白(single-strandbindingprotein,SSB)：結(jié)合在解開的DNA單鏈上，防止重新形成雙螺旋。(6）拓撲異構(gòu)酶(topoisomerase):兼具內(nèi)切酶和連接酶活力，能迅速將DNA超螺旋或雙螺旋緊張狀態(tài)變成松馳狀態(tài)，便于解鏈。解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶ISSB3′3′5′3′5′5′RNA引物原核生物DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類

（1）DNA聚合酶(DNADNA聚合酶催化的鏈延長反應(yīng)5′RNA引物子鏈3′3′5′5′3′3′5′5′3′3′5′模板鏈DNA聚合酶催化的鏈延長反應(yīng)5′RNA引物子鏈3′3′5′5大腸桿菌三種DNA聚合酶比較DNA聚合酶Ⅱ分子量每個細胞的分子統(tǒng)計數(shù)5′-3′聚合酶作用3′-5′核酸外切酶作用5′-3′核酸外切酶作用轉(zhuǎn)化率DNA聚合酶Ⅰ109，000400+++1120，000100++-0.05400，00010-20++-50比較項目DNA聚合酶III切除引物修復(fù)修復(fù)復(fù)制功能

2019年發(fā)現(xiàn)聚合酶IV和V，它們涉及DNA的錯誤傾向修復(fù)（errorpronerepair）大腸桿菌三種DNA聚合酶比較DNA分子量DNA109，000DNA聚合酶的3′-5′外切酶水解位點3′3′5′5′錯配堿基3′-5′核酸外切酶水解位點DNA聚合酶的3′-5′外切酶水解位點3′3′5′5′錯配DNA聚合酶5′-3′外切酶活力

5′-3′核酸外切酶水解位點單鏈缺口5′DNA聚合酶5′-3′外切酶活力

5′-3′核酸外切酶水大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ全酶的結(jié)構(gòu)和功能延長因子DNA聚合酶Ⅲ兩個亞基夾住DNADNA聚合酶Ⅲ異二聚體核心酶校對引物的結(jié)合和識別促使核心酶二聚化大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ全酶的結(jié)構(gòu)和功能延長連接酶連接切口Mg2+連接酶ATP或NAD＋AMP+PPi或NMN+AMPATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口3'3'5'5'5'5'3'3'模板鏈模板鏈連接酶連接切口Mg2+連接酶ATP或NAD＋AMP+PPi或DNA的雙向和單向復(fù)制環(huán)狀DNA復(fù)制時所形成的Q結(jié)構(gòu)起始點復(fù)制叉的推進復(fù)制叉起始點起始點起始點復(fù)制叉復(fù)制叉未復(fù)制DNA單向復(fù)制雙向復(fù)制DNA的雙向和單向復(fù)制環(huán)狀DNA復(fù)制時所形成的Q結(jié)構(gòu)起始點大腸桿菌復(fù)制起點成串排列的重復(fù)序列

GATCTNTTNTTT成串排列的三個13bp序列共有序列共有序列TTATCCACADnaA蛋白結(jié)合位點四個9bp序列DnaADnaB(解螺旋酶)SSB大腸桿菌DNA復(fù)制起點在起始階段的結(jié)構(gòu)模型大腸桿菌復(fù)制起點成串排列的重復(fù)序列

GATCTNTTNTTT原核細胞DNA的半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制過程

復(fù)制叉的移動方向解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物體DNA聚合酶ISSB3′3′5′前導(dǎo)鏈隨后鏈3′5′復(fù)制的起始DNA鏈的延長DNA鏈終止5′RNA引物3′3′原核細胞DNA的半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制過程

復(fù)制叉的移動方向解旋酶聚合酶III核心酶大腸桿菌復(fù)制體結(jié)構(gòu)示意圖聚合酶I聚合酶III核心酶滯后鏈前導(dǎo)鏈解螺旋酶引物合成酶RNA引物引發(fā)體拓撲異構(gòu)酶II-夾子-聚體-夾子-復(fù)合物RNA引物單鏈結(jié)合蛋白（SSB）聚合酶III核心酶大腸桿菌復(fù)制體結(jié)構(gòu)示意圖聚合酶I聚合酶II大腸桿菌染色體復(fù)制的終止oric復(fù)制叉2復(fù)制叉1終止復(fù)制叉2終止復(fù)制叉1復(fù)制叉1復(fù)制叉2完成復(fù)制DNA拓撲異構(gòu)酶連鎖染色體大腸桿菌染色體復(fù)制的終止oric復(fù)制叉2復(fù)制叉1終止復(fù)制叉2復(fù)制叉處前導(dǎo)鏈和隨后鏈同時合成的工作模型聚合酶III全酶引物聚合酶III全酶引物引物體引物體解旋酶解旋酶復(fù)制叉處前導(dǎo)鏈和隨后鏈同時合成的工作模型聚合酶III全酶引物復(fù)制的忠實性

DNA復(fù)制過程是一個高度精確的過程，據(jù)估計，大腸桿菌DNA復(fù)制5109堿基對僅出現(xiàn)一個誤差，保證復(fù)制忠實性的原因主要有以下三點:

DNA聚合酶的高度專一性（嚴格遵循堿基配對原則，但錯配率為710-6）

DNA聚合酶的校對功能（錯配堿基被3’-5’外切酶切除）起始時以RNA作為引物復(fù)制的忠實性

DNA復(fù)制過程是一個高度精確的DNA聚合酶的校對功能

5′-核酸外切酶3′-核酸外切酶裂縫聚合中心裂縫內(nèi)部DNA聚合酶的校對功能

5′-核酸外切酶3′-核酸外切酶裂縫DNA聚合酶的校對功能聚合酶錯配鹼基復(fù)制方向正確核苷酸5′5′5′3′3′3′切除錯配核苷酸DNA聚合酶的校對功能聚合酶錯配鹼基復(fù)制方向正確核苷酸5′起始時以RNA作為引物的作用

DNA復(fù)制為什么要合成一個RNA引物，而后又把這個引物消除呢？這是保證DNA聚合過程高度精確的又一措施。已知DNA聚合酶具有35外切酶功能校對復(fù)制過程中的核苷酸，也就是說聚合酶在開始形成一個新的磷酸二酯鍵前，總是檢查前一個堿基是否正確，這就決定了它不能從頭開始合成。因此先合成一條低忠實性的多核苷酸來開始DNA的合成，并以核糖核苷酸來表示是“暫時”的，當DNA開始聚合以后再以53外切酶的功能切除，以高忠實性的脫氧核苷酸取而代之，確保復(fù)制的忠實性。起始時以RNA作為引物的作用

DNA復(fù)制為什真核細胞DNA復(fù)制的特點多個起點復(fù)制起點起點起點起點起點起點真核生物的DNA聚合酶端粒（telemere）復(fù)制真核細胞DNA復(fù)制的特點多個起點復(fù)制起點起點起點起點起點真核生物的DNA聚合酶DNA聚合酶分子量亞基數(shù)細胞內(nèi)分布酶活力百分比外切酶活力DNA聚合酶110-23，000多個細胞核～80%無120，000一個細胞核和線粒體2～15%無-400，000一個細胞核+10～25%5-3外切酶DNA聚合酶DNA聚合酶45，000一個細胞核10～15%無真核生物的DNA聚合酶DNA分子量DNA110-23，000端粒酶（telomerase）DNA復(fù)制需要引物，但在線形DNA分子末端不可能通過正常的機制在引物被降解后合成相應(yīng)的片段.如果沒有特殊的機制合成末端序列，染色體就會在細胞傳代中變得越來越短。這一難題是通過端粒酶的發(fā)現(xiàn)才得到了澄清，端粒酶是一種含RNA的蛋白復(fù)合物，實質(zhì)上是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，它能催化互補于RNA模板的DNA片段的合成，使復(fù)制以后的線形DNA分子的末端保持不變。

初步研究表明，人體中生殖細胞的端粒長度保持不變，而體細胞的端粒長度則隨個體的老化而逐步縮短。對此的一個推論是：人的生殖細胞具端粒酶的活力，體細胞則否。這一問題的解決無疑會有助于對生命衰老的認識。5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶端粒酶（telomerase）DNA復(fù)制需要引物端粒合成的一種模型3′5′TTTTGGGGTTTTG5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCAAA3′5′TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCAAATTGGGTGGGT3′5′AATTTTG5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCAGTTTTG整合和雜交移位和再雜交端粒合成的完成TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGTTTT5′3′nAA3′TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGT5′3′TTCCCCTnAA3′TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGT5′3′TTAAAACCCCAAAACCCCAAAACCCCTn進一步加工繼續(xù)延伸端粒合成的一種模型3′5′5′3′AAAACCCCAAAAC真核和原核DNA細胞復(fù)制比較真核和原核DNA細胞復(fù)制比較第二節(jié)DNA的損傷與修復(fù)

某些物理化學(xué)因子，如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑等，都有引起生物突變和致死的作用，其機理是作用于DNA，造成DNA結(jié)構(gòu)和功能的破壞，稱為DNA的損傷.DNA的修復(fù)主要有以下類型:暗修復(fù)四、誘導(dǎo)修復(fù)（SOS修復(fù)）一、光裂合酶修復(fù)二、切除修復(fù)三、重組修復(fù)

第二節(jié)DNA的損傷與修復(fù)某些物理化學(xué)DNA紫外線損傷的光裂合酶修復(fù)1、形成嘧啶二聚體2、光復(fù)合酶結(jié)合于損傷部位3、酶被可見光激活4、修復(fù)后酶被釋放DNA紫外線損傷的光裂合酶修復(fù)1、形成嘧啶二聚體2、光復(fù)合酶DNA的損傷和切除修復(fù)堿基丟失堿基缺陷或錯配結(jié)構(gòu)缺陷切開核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切除DNA聚合酶DNA連接酶AP核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切開切除修復(fù)連接糖苷酶插入酶堿基取代DNA的損傷和切除修復(fù)堿基丟失堿基缺陷或錯配結(jié)構(gòu)缺陷切開核酸DNA的重組修復(fù)胸腺嘧啶二聚體復(fù)制核酸酶及重組蛋白修復(fù)復(fù)制DNA聚合酶DNA連接酶重組DNA的重組修復(fù)胸腺嘧啶二聚體復(fù)制核酸酶及重組蛋白修復(fù)復(fù)制DSOS反應(yīng)的機制未誘導(dǎo)的細胞靶基因lexA基因被LexA

蛋白質(zhì)部分阻遏recA基因被LexA

蛋白質(zhì)部分阻遏（40個不同的位點被阻遏）LexA(阻遏物)

RecA(輔蛋白酶)靶基因表達lexA靶基因表達但產(chǎn)物被分解recA大量表達RecA促使分解LexA誘導(dǎo)的細胞單鏈DNAATPSOS反應(yīng)的機制未誘導(dǎo)的細胞靶基因lexA基因被LexAre

第三節(jié)DNA的突變

DNA分子中的核苷酸序列發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，從而導(dǎo)致DNA的復(fù)制以及后來的轉(zhuǎn)錄和翻譯產(chǎn)物隨之發(fā)生變化，表現(xiàn)出異常的遺傳特性，稱為DNA的突變。它包括由于DNA損傷和錯配得不到修復(fù)而引起的突變，以及由于不同DNA分子之間的交換而引起的遺傳重組。二、誘變劑的作用堿基類似物(baseanalog)

堿基修飾劑(basemodifier)嵌入染料(intercalationdye)

紫外線(ultraviolet)和電離輻射(ionizingradiation)一、突變的類型

堿基對的置換(substitution)

移碼突變(framesshiftmutation)第三節(jié)DNA的突變

DNA分子中的核苷酸序

DNA突變的類型

-T-C-T-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-A-C-G-A-C-A-T-G-C-轉(zhuǎn)換野生型基因

-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-

-T-C-T-T-C-T-G-T-A-C-G--A-G-A-A-G-A-C-A-T-G-C-顛換堿基對的置換(substitution)移碼突變(framesshiftmutation)

-T-C-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-插入

-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失ATDNA突變的類型

-T-C-T-G-C-T-G-T-A-第四節(jié)

逆轉(zhuǎn)錄作用一、概念二、逆轉(zhuǎn)錄酶三、病毒逆轉(zhuǎn)錄過程四、逆轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義擴充了中心法則有助于對病毒致癌機制的了解與真核細胞分裂和胚胎發(fā)育有關(guān)逆轉(zhuǎn)錄酶是分子生物學(xué)重要工具酶三種功能依賴DNA指導(dǎo)下的DNA聚合酶活力依賴RNA的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H活力

以RNA為模板合成DNA，這與通常轉(zhuǎn)錄過程中遺傳信息從DNA到RNA的方向相反，故稱為逆轉(zhuǎn)錄作用。第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄作用一、概念二、逆轉(zhuǎn)錄酶三、病毒逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄過程中cDNA的合成

依賴RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依賴DNA的DNA聚合酶逆轉(zhuǎn)錄過程中cDNA的合成

依賴RNA的DNA聚合酶核糖核酸逆逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期

生活周期RNA衣殼被膜逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)譯整合入宿主細胞染色體DNA進入細胞丟失被膜丟失衣殼逆轉(zhuǎn)錄RNARNAcDNA衣殼蛋白被膜蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶逆逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期

生活周期RNA衣殼被膜逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)

第五節(jié)DNA的遺傳重組

DNA分子內(nèi)或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合，稱為遺傳重組(geneticrecombination)，或者基因重排(generearrangement)。重組產(chǎn)物稱為重組體DNA(recombinantDNA)。重組的意義在于，它能迅速地增加群體的遺傳多樣性；使有利的突變與不利突變分開；通過優(yōu)化組合積累有意義的遺傳信息。此外，重組還參與了許多重要的生物學(xué)過程，它為DNA損傷或復(fù)制障礙提供修復(fù)機制。某些生物的基因表達受基因重組的調(diào)節(jié)，生物發(fā)育過程也受到基因加工的控制。一、同源重組（homologousrecombination）二、特異位點重組（site-specificrecombination）三、轉(zhuǎn)座重組（transpositionalrecombination）第五節(jié)DNA的遺傳重組

DNA分子第十二章DNA的復(fù)制和修復(fù)

本章重點介紹遺傳中心法則和DNA的半保留復(fù)制以及逆轉(zhuǎn)錄的過程和機理，對DNA的損傷和修復(fù)、突變和重組作一般介紹。

返回思考

DNA是絕大多數(shù)生物體遺傳信息的載體，繼1953年Watson&Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型后，1958年，Crick提出了“中心法則”(Centraldogma)揭示了遺傳信息的傳遞規(guī)律。第十二章DNA的復(fù)制和修復(fù)返回思考遺傳信息傳遞的中心法則

蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA生物的遺傳信息以密碼的形式儲存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。在細胞分裂的過程中，通過DNA復(fù)制把親代細胞所含的遺傳信息忠實地傳遞給兩個子代細胞。在子代細胞的生長發(fā)育過程中，這些遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細胞中一些RNA病毒能以自己的RNA為模板復(fù)制出新的病毒RNA，還有一些RNA病毒能以其RNA為模板合成DNA，稱為逆轉(zhuǎn)錄這是中心法則的補充。

中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對細胞的生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認識，而且以這方面的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。遺傳信息傳遞的中心法則

蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNA目錄第一節(jié)DNA的復(fù)制（DNA指導(dǎo)下的DNA合成）第二節(jié)DNA的損傷與修復(fù)第三節(jié)DNA突變第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄作用（RNA指導(dǎo)下的DNA的合成）第五節(jié)DNA的遺傳重組目錄第一節(jié)DNA的復(fù)制（DNA指導(dǎo)下的DNA合第一節(jié)DNA的半保留復(fù)制

一、概念和實驗依據(jù)二、DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類三、DNA的復(fù)制的起始點和方式四、原核細胞DNA的復(fù)制過程五、DNA復(fù)制的忠實性六、真核細胞DNA的復(fù)制

第一節(jié)DNA的半保留復(fù)制

一、概念和實驗依據(jù)DNA的半保留復(fù)制的概念

DNA在復(fù)制時，兩條鏈解開分別作為模板，在DNA聚合酶的催化下按堿基互補的原則合成兩條與模板鏈互補的新鏈，以組成新的DNA分子。這樣新形成的兩個DNA分子與親代DNA分子的堿基順序完全一樣。由于子代DNA分子中一條鏈來自親代，另一條鏈是新合成的，這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。DNA的半保留復(fù)制的概念

DNA在復(fù)制時，兩DNA的半保留復(fù)制實驗依據(jù)

1958年Meselson&stahl用同位素示蹤標記加密度梯度離心技術(shù)實驗,證明了DNA是采取半保留的方式進行復(fù)制.[15N]DNA[14N-15N]DNA[14N]DNA[14N-15N]DNADNA的半保留復(fù)制實驗依據(jù)1958年Meselson復(fù)制中的大腸桿菌染色體放射自顯影圖

(Cairns實驗)將3H-胸苷標記大腸桿菌DNA，經(jīng)過近兩代的時間，3H-胸苷摻入大腸桿菌DNA。用溶菌酶把細胞壁消化掉，使完整的大腸桿菌染色體DNA釋放出來，放射自顯影，得到上圖。非復(fù)制部分（C）銀粒子密度較低，由一股放射性鏈和一股非放射性鏈構(gòu)成。已復(fù)制部分站整個染色體的三分之二，其中一條雙鏈（B）僅有一股鏈是標記的，另外一股雙鏈（A）的兩股鏈都是標記的，銀粒子密度為前二者的兩倍。染色體全長約為1100微米。ABC環(huán)狀DNA的復(fù)制ABC復(fù)制中的大腸桿菌染色體放射自顯影圖

(Cairns實驗)原核生物DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類

（1）DNA聚合酶(DNApolymerase)（2）引物酶(primase)和引發(fā)體(primosome)

：啟動RNA引物鏈的合成。(3）DNA連接酶（DNAligase）（4）DNA解鏈酶(DNAhelicase)(5）單鏈結(jié)合蛋白(single-strandbindingprotein,SSB)：結(jié)合在解開的DNA單鏈上，防止重新形成雙螺旋。(6）拓撲異構(gòu)酶(topoisomerase):兼具內(nèi)切酶和連接酶活力，能迅速將DNA超螺旋或雙螺旋緊張狀態(tài)變成松馳狀態(tài)，便于解鏈。解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶ISSB3′3′5′3′5′5′RNA引物原核生物DNA聚合反應(yīng)有關(guān)的酶類

（1）DNA聚合酶(DNADNA聚合酶催化的鏈延長反應(yīng)5′RNA引物子鏈3′3′5′5′3′3′5′5′3′3′5′模板鏈DNA聚合酶催化的鏈延長反應(yīng)5′RNA引物子鏈3′3′5′5大腸桿菌三種DNA聚合酶比較DNA聚合酶Ⅱ分子量每個細胞的分子統(tǒng)計數(shù)5′-3′聚合酶作用3′-5′核酸外切酶作用5′-3′核酸外切酶作用轉(zhuǎn)化率DNA聚合酶Ⅰ109，000400+++1120，000100++-0.05400，00010-20++-50比較項目DNA聚合酶III切除引物修復(fù)修復(fù)復(fù)制功能

2019年發(fā)現(xiàn)聚合酶IV和V，它們涉及DNA的錯誤傾向修復(fù)（errorpronerepair）大腸桿菌三種DNA聚合酶比較DNA分子量DNA109，000DNA聚合酶的3′-5′外切酶水解位點3′3′5′5′錯配堿基3′-5′核酸外切酶水解位點DNA聚合酶的3′-5′外切酶水解位點3′3′5′5′錯配DNA聚合酶5′-3′外切酶活力

5′-3′核酸外切酶水解位點單鏈缺口5′DNA聚合酶5′-3′外切酶活力

5′-3′核酸外切酶水大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ全酶的結(jié)構(gòu)和功能延長因子DNA聚合酶Ⅲ兩個亞基夾住DNADNA聚合酶Ⅲ異二聚體核心酶校對引物的結(jié)合和識別促使核心酶二聚化大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ全酶的結(jié)構(gòu)和功能延長連接酶連接切口Mg2+連接酶ATP或NAD＋AMP+PPi或NMN+AMPATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口3'3'5'5'5'5'3'3'模板鏈模板鏈連接酶連接切口Mg2+連接酶ATP或NAD＋AMP+PPi或DNA的雙向和單向復(fù)制環(huán)狀DNA復(fù)制時所形成的Q結(jié)構(gòu)起始點復(fù)制叉的推進復(fù)制叉起始點起始點起始點復(fù)制叉復(fù)制叉未復(fù)制DNA單向復(fù)制雙向復(fù)制DNA的雙向和單向復(fù)制環(huán)狀DNA復(fù)制時所形成的Q結(jié)構(gòu)起始點大腸桿菌復(fù)制起點成串排列的重復(fù)序列

GATCTNTTNTTT成串排列的三個13bp序列共有序列共有序列TTATCCACADnaA蛋白結(jié)合位點四個9bp序列DnaADnaB(解螺旋酶)SSB大腸桿菌DNA復(fù)制起點在起始階段的結(jié)構(gòu)模型大腸桿菌復(fù)制起點成串排列的重復(fù)序列

GATCTNTTNTTT原核細胞DNA的半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制過程

復(fù)制叉的移動方向解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物體DNA聚合酶ISSB3′3′5′前導(dǎo)鏈隨后鏈3′5′復(fù)制的起始DNA鏈的延長DNA鏈終止5′RNA引物3′3′原核細胞DNA的半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制過程

復(fù)制叉的移動方向解旋酶聚合酶III核心酶大腸桿菌復(fù)制體結(jié)構(gòu)示意圖聚合酶I聚合酶III核心酶滯后鏈前導(dǎo)鏈解螺旋酶引物合成酶RNA引物引發(fā)體拓撲異構(gòu)酶II-夾子-聚體-夾子-復(fù)合物RNA引物單鏈結(jié)合蛋白（SSB）聚合酶III核心酶大腸桿菌復(fù)制體結(jié)構(gòu)示意圖聚合酶I聚合酶II大腸桿菌染色體復(fù)制的終止oric復(fù)制叉2復(fù)制叉1終止復(fù)制叉2終止復(fù)制叉1復(fù)制叉1復(fù)制叉2完成復(fù)制DNA拓撲異構(gòu)酶連鎖染色體大腸桿菌染色體復(fù)制的終止oric復(fù)制叉2復(fù)制叉1終止復(fù)制叉2復(fù)制叉處前導(dǎo)鏈和隨后鏈同時合成的工作模型聚合酶III全酶引物聚合酶III全酶引物引物體引物體解旋酶解旋酶復(fù)制叉處前導(dǎo)鏈和隨后鏈同時合成的工作模型聚合酶III全酶引物復(fù)制的忠實性

DNA復(fù)制過程是一個高度精確的過程，據(jù)估計，大腸桿菌DNA復(fù)制5109堿基對僅出現(xiàn)一個誤差，保證復(fù)制忠實性的原因主要有以下三點:

DNA聚合酶的高度專一性（嚴格遵循堿基配對原則，但錯配率為710-6）

DNA聚合酶的校對功能（錯配堿基被3’-5’外切酶切除）起始時以RNA作為引物復(fù)制的忠實性

DNA復(fù)制過程是一個高度精確的DNA聚合酶的校對功能

5′-核酸外切酶3′-核酸外切酶裂縫聚合中心裂縫內(nèi)部DNA聚合酶的校對功能

5′-核酸外切酶3′-核酸外切酶裂縫DNA聚合酶的校對功能聚合酶錯配鹼基復(fù)制方向正確核苷酸5′5′5′3′3′3′切除錯配核苷酸DNA聚合酶的校對功能聚合酶錯配鹼基復(fù)制方向正確核苷酸5′起始時以RNA作為引物的作用

DNA復(fù)制為什么要合成一個RNA引物，而后又把這個引物消除呢？這是保證DNA聚合過程高度精確的又一措施。已知DNA聚合酶具有35外切酶功能校對復(fù)制過程中的核苷酸，也就是說聚合酶在開始形成一個新的磷酸二酯鍵前，總是檢查前一個堿基是否正確，這就決定了它不能從頭開始合成。因此先合成一條低忠實性的多核苷酸來開始DNA的合成，并以核糖核苷酸來表示是“暫時”的，當DNA開始聚合以后再以53外切酶的功能切除，以高忠實性的脫氧核苷酸取而代之，確保復(fù)制的忠實性。起始時以RNA作為引物的作用

DNA復(fù)制為什真核細胞DNA復(fù)制的特點多個起點復(fù)制起點起點起點起點起點起點真核生物的DNA聚合酶端粒（telemere）復(fù)制真核細胞DNA復(fù)制的特點多個起點復(fù)制起點起點起點起點起點真核生物的DNA聚合酶DNA聚合酶分子量亞基數(shù)細胞內(nèi)分布酶活力百分比外切酶活力DNA聚合酶110-23，000多個細胞核～80%無120，000一個細胞核和線粒體2～15%無-400，000一個細胞核+10～25%5-3外切酶DNA聚合酶DNA聚合酶45，000一個細胞核10～15%無真核生物的DNA聚合酶DNA分子量DNA110-23，000端粒酶（telomerase）DNA復(fù)制需要引物，但在線形DNA分子末端不可能通過正常的機制在引物被降解后合成相應(yīng)的片段.如果沒有特殊的機制合成末端序列，染色體就會在細胞傳代中變得越來越短。這一難題是通過端粒酶的發(fā)現(xiàn)才得到了澄清，端粒酶是一種含RNA的蛋白復(fù)合物，實質(zhì)上是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，它能催化互補于RNA模板的DNA片段的合成，使復(fù)制以后的線形DNA分子的末端保持不變。

初步研究表明，人體中生殖細胞的端粒長度保持不變，而體細胞的端粒長度則隨個體的老化而逐步縮短。對此的一個推論是：人的生殖細胞具端粒酶的活力，體細胞則否。這一問題的解決無疑會有助于對生命衰老的認識。5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶端粒酶（telomerase）DNA復(fù)制需要引物端粒合成的一種模型3′5′TTTTGGGGTTTTG5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCAAA3′5′TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCAAATTGGGTGGGT3′5′AATTTTG5′3′AAAACCCCAAAACCCCCCAGTTTTG整合和雜交移位和再雜交端粒合成的完成TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGTTTT5′3′nAA3′TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGT5′3′TTCCCCTnAA3′TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGT5′3′TTAAAACCCCAAAACCCCAAAACCCCTn進一步加工繼續(xù)延伸端粒合成的一種模型3′5′5′3′AAAACCCCAAAAC真核和原核DNA細胞復(fù)制比較真核和原核DNA細胞復(fù)制比較第二節(jié)DNA的損傷與修復(fù)

某些物理化學(xué)因子，如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑等，都有引起生物突變和致死的作用，其機理是作用于DNA，造成DNA結(jié)構(gòu)和功能的破壞，稱為DNA的損傷.DNA的修復(fù)主要有以下類型:暗修復(fù)四、誘導(dǎo)修復(fù)（SOS修復(fù)）一、光裂合酶修復(fù)二、切除修復(fù)三、重組修復(fù)

第二節(jié)DNA的損傷與修復(fù)某些物理化學(xué)DNA紫外線損傷的光裂合酶修復(fù)1、形成嘧啶二聚體2、光復(fù)合酶結(jié)合于損傷部位3、酶被可見光激活4、修復(fù)后酶被釋放DNA紫外線損傷的光裂合酶修復(fù)1、形成嘧啶二聚體2、光復(fù)合酶DNA的損傷和切除修復(fù)堿基丟失堿基缺陷或錯配結(jié)構(gòu)缺陷切開核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切除DNA聚合酶DNA連接酶AP核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切開切除修復(fù)連接糖苷酶插入酶堿基取代DNA的損傷和切除修復(fù)堿基丟失堿基缺陷或錯配結(jié)構(gòu)缺陷切開核酸DNA的重組修復(fù)胸腺嘧啶二聚體復(fù)制核酸酶及重組蛋白修復(fù)復(fù)制DNA聚合酶DNA連接酶重組DNA的重組修復(fù)胸腺嘧啶二聚體復(fù)制核酸酶及重組蛋白修復(fù)復(fù)制DSOS反應(yīng)的機制未誘導(dǎo)的細胞靶基因lexA基因被LexA

蛋白質(zhì)部分阻遏recA基因被LexA

蛋白質(zhì)部分阻遏（40個不同的位點被阻遏）LexA(阻遏物)

RecA(輔蛋白酶)靶基因表達lexA靶基因表達但產(chǎn)物被分解recA大量表達RecA促使分解LexA誘導(dǎo)的細胞單鏈DNAATPSOS反應(yīng)的機制未誘導(dǎo)的細胞靶基因lexA基因被LexAre

第三節(jié)DNA的突變

DNA分子中的核苷酸序列發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，從而導(dǎo)致DNA的