第2章 DNA的復(fù)制、損傷與修復(fù)

DNA的復(fù)制、

損傷和修復(fù)DNA復(fù)制DNA雙鏈在細胞分裂間期進行的以一個親代DNA分子為模板合成子代DNA鏈的過程。DNA復(fù)制的一般特征半保留復(fù)制(semicon-servativereplication)：DNA復(fù)制過程中，兩條鏈分別做模板各自合成一條新的DNA鏈，子代DNA分子中一條鏈來自親代DNA，另一條鏈是新合成的。雙向復(fù)制：從復(fù)制起點開始同時向兩側(cè)進行復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制：

DNA復(fù)制過程中，先導鏈合成是連續(xù)的；后隨鏈合成是先形成小片段(Okazakifragment，岡崎片段)，再連接而成DNA長片段。有一定的復(fù)制起始點：復(fù)制是從DNA分子上的特定部位開始的，這一部位叫做復(fù)制起點(originofreplication,ori)。DNA復(fù)制從起始點開始直到終點為止，每個這樣的DNA單位稱為復(fù)制子(replicon)；復(fù)制起始點兩條鏈解開成單鏈，分別做模板各自合成其互補鏈所形成的Y形結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉(replicationfork)。需要引物

(primer)：DNA聚合酶必須以一段具有3'-OH的RNA作為引物，才能開始聚合子代DNA鏈

DNA復(fù)制的酶學使DNA鏈解離的酶：解旋酶(helicase)：通過ATP獲能，沿5‘→3’方向解開DNA雙鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白（single-strandbindingprotein,SSB):與單鏈DNA結(jié)合，阻止其再形成雙鏈體狀態(tài)；保護單鏈DNA不被水解DNA旋轉(zhuǎn)酶：拓撲異構(gòu)酶II（DNATopisomerase

），催化DNA拓撲異構(gòu)體相互轉(zhuǎn)換，松弛超螺旋DNA復(fù)制過程中的酶RNA引物酶：催化合成與模板DNA3’端互補的RNA引物DNA聚合酶(DNApolymerase)：在引物的3’-OH末端，以dNTP為底物，按模板DNA上的指令逐個聚合上核苷酸，從5’→3‘合成新鏈大腸桿菌DNApolI的活性及特點5‘→3’DNA聚合酶活性；3‘→5’外切酶活性，去除錯誤堿基，有校對作用5‘→3’外切酶活性，去除RNA引物及缺口平移或鏈置換可水解成klenow片段和一個小片段三種大腸桿菌DNA聚合酶的特點真核細胞DNA聚合酶的作用DNA聚合酶功能DNA聚合酶αDNA復(fù)制合成后隨鏈DNA聚合酶δDNA復(fù)制合成先導鏈DNA聚合酶ε參與DNA的修補合成DNA聚合酶βDNA修復(fù)DNA聚合酶γ線粒體DNA復(fù)制DNA復(fù)制的過程復(fù)制的起始復(fù)制的延伸復(fù)制的終止1.復(fù)制的起始復(fù)制原點(OriC):245bp的DNA序列,富含A-T,3個13聚體的回文結(jié)構(gòu)和4個9聚體的重復(fù)序列2.復(fù)制的延伸先導鏈(leadingstrand)合成：以3’→5’親本鏈為模板，由引發(fā)體合成引物，DNA聚合酶Ⅲ催化以5’→3’合成一條完整的新鏈后隨鏈(laggingstrand)合成：引物RNA合成→DNApolⅢ→合成岡崎片段→

DNA

polI切除岡崎片段上的RNA引物→由DNA連接酶連接兩個岡崎片段→形成完整的DNA后隨鏈3.復(fù)制的終止E.Coli

DNA具有終止位點(ter)，與蛋白質(zhì)Tus結(jié)合，阻止解鏈酶活性而終止復(fù)制真核生物DNA復(fù)制的特點真核生物多起點復(fù)制，形成多個復(fù)制叉，自主復(fù)制序列啟動DNA復(fù)制DNA聚合酶α和δ是主要復(fù)制酶DNA的延長取決于增殖細胞核抗原(PCNA)真核細胞染色體為線性，末端有由端粒酶合成的端粒結(jié)構(gòu)染色體復(fù)制涉及核小體，DNA復(fù)制后需要與組蛋白結(jié)合形成染色體端粒結(jié)構(gòu)的形成端粒是一段DNA序列和蛋白質(zhì)形成的復(fù)合體端粒DNA由多個串聯(lián)的5-8bp寡核苷酸序列組成端粒DNA的合成端粒酶是反轉(zhuǎn)錄酶，由蛋白質(zhì)和RNA兩部分組成，它以自身的RNA為模板，在后隨鏈模板DNA的3’OH末端延長DNA再以這種延長的DNA為模板，繼續(xù)合成后隨連形成端粒結(jié)構(gòu)端粒的功能和特點保證線性DNA的完整復(fù)制保護染色體末端不受核酸酶水解和不發(fā)生染色體的異常重組體細胞端粒酶活性低隨著復(fù)制次數(shù)的增加端粒DNA逐步縮短，細胞逐漸停止分裂，進而進入凋亡惡性腫瘤細胞可表達端粒酶，永生分裂線粒體DNA(mtDNA)復(fù)制mtDNA結(jié)構(gòu)：雙鏈閉環(huán)，含有大量G的重鏈和含有大部分C的輕鏈，各有一個復(fù)制區(qū)，均有編碼功能。mtDNA復(fù)制過程：環(huán)取代方式復(fù)制①H-鏈首先合成：在復(fù)制起點處以L鏈為模板合成RNA引物，合成H鏈片段并與L鏈以氫鍵結(jié)合形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，將親代的H鏈置換出來，產(chǎn)生一種D環(huán)復(fù)制中間物②L-鏈的合成：當H-鏈的復(fù)制進行到2/3基因組的位置時，L-鏈的復(fù)制起點被暴露，以被置換下來的親代H鏈為模板，開始合成L-鏈DNA，合成也需要RNA引物③復(fù)制的完成：H鏈的合成先完成，L鏈合成隨后結(jié)束單鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制φX174噬菌體由一個單鏈環(huán)狀DNA組成，這條鏈稱為正（+）鏈；合成的互補鏈稱為負（一）鏈。雙鏈體的復(fù)制以滾環(huán)復(fù)制方式進行雙鏈線狀DNA的復(fù)制過程復(fù)制從DNA中間開始—T7噬菌體復(fù)制起始必需的三個酶：T7RNA聚合酶、T7DNA聚合酶和基因4蛋白(geneproduct4,gp4)復(fù)制由轉(zhuǎn)錄開始必需以RNA為引物T7噬菌體DNA的復(fù)制復(fù)制從末端開始—腺病毒,以單鏈置換形式進行復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄病毒：RNA病毒。在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下首先將RNA轉(zhuǎn)變?yōu)閏DNA，并插入宿主的DNA中，進行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯達到擴增目的RNA→DNA→RNA逆轉(zhuǎn)錄酶RNA指導的DNA聚合酶：以RNA為模板合成DNADNA指導的DNA聚合酶：以DNA為模板合成DNA核糖核酸酶H(RNaseH)活性：特異性水解RNA-DNA雜交雙鏈上的RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制DNA損傷外界因素（如輻射、藥物等）使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生不正常改變，或由于DNA鏈中某一核苷酸發(fā)生突變，使DNA堿基序列改變從而干擾復(fù)制和轉(zhuǎn)錄DNA損傷的原因內(nèi)源性損傷：DNA復(fù)制錯誤堿基互變異構(gòu)體導致錯配DNA自發(fā)的化學改變氧化作用損傷堿基外源性損傷物理因素：紫外線及各種射線化學因素：堿基類似物、堿基修飾劑、DNA插入劑DNA損傷（突變）的類型點突變(pointmutation)

：又稱錯配，指DNA上單一堿基的變異，分為轉(zhuǎn)換和顛換兩種形式。移碼突變（frameshiftmutation）：指DNA片段中某一位點插入插入或丟失一個或幾個（非3的倍數(shù)）堿基對時，造成插入或丟失位點以后的一系列編碼順序發(fā)生錯位的一種突變。引起該位點以后的遺傳信息出現(xiàn)異常5’-G-C-A-G-U-A-C-A-U-G-U-C-3’丙氨酸纈氨酸組氨酸纈氨酸5’-G-A-G-U-A-C-A-U-G-U-C-3’谷氨酸酪氨酸蛋氨酸絲氨酸DNA修復(fù)復(fù)制修復(fù)：校正DNA復(fù)制過程中產(chǎn)生的堿基錯誤連接尿嘧啶糖基酶系統(tǒng)：切除進入DNA分子的尿嘧啶核苷酸錯配修復(fù)：修復(fù)DNA堿基錯配、增強DNA復(fù)制忠實性