第五章DNA的复制和修复
第五章 DNA 的复制和修复
基因就是指DNA 中能编码蛋白质和功能RNA 的特定核苷酸序列。
一、DNA 复制方式
二、参与DNA 复制的因子 三、DNA 复制过程 四、逆转录
五、DNA 损伤的修复 一、DNA 的复制方式
半保留复制(semiconservative replication)----在 DNA 复制过程中，双螺旋结构解开而成为单链，分别以DNA 双螺旋中的一条链为模板，按碱基互补配对的原则合成两条新的互补链。这样新合成的DNA 双链中一股单链是从亲代完整地接受过来的，另一股单链完全重新合成。 DNA 半保留复制的证据
二、 DNA 复制的酶学
? 1.底物 dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)
? 2.聚合酶 DNA 聚合酶I 、II 、III ? 3.模板 单链的DNA 母链
? 4.引物 寡核苷酸引物（RNA)
? 5.其他酶和蛋白质因子 解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶 （一）DNA 聚合酶的活性
第一代
第二代
细菌（含15N-DNA)
普通DNA
普通DNA 重DNA
重DNA
普通培养基普通培养基
细菌DNA 双链
密度梯度离心
15N-DNA
14N-DNA
翻译 复制
RNA 复制
蛋白质
? 5′至3′的聚合活性 – 5′→ 3′方向
? 核酸 外切酶活性
– 5′→ 3′外切酶活性 – 3′→ 5′外切酶活性
5′至3′的聚合活性（ 5′→ 3′ ）
? 核酸外切酶活性 ? 3′→5′外切酶活性
? 5′→3′外切酶活性 （二）DNA 拓扑异构酶(解旋酶）
既能水解，又能打断碱基互补配对的氢键
拓扑酶Ⅰ 切断DNA 双链中的一股 拓扑酶Ⅱ 切断DNA 双链 （三）单链DNA 结合蛋白（SSB ）
维持模板处于单链状态 保护单链的完整 （四）引物酶
是RNA 聚合酶，合成一段RNA 引物 （五） DNA 连接酶（ligase ）
催化两段DNA 之间的连接
三、DNA 的复制过程 （一） 复制的起始 （二） 复制的延伸 （三） 复制的终止 （一） 复制的起始
1. DNA 复制的起点 原核生物从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，称为双向复制
35535353HO
P
DNA ligase
NAD NMN ′′
′′
′
′
′′
+
p p
p
p p
PPP
OH
＋
OH
OH
55
γβα
＋PPi
N1N2
N3
N1N2N3
′
5′33′′
′
θ复制
原核生物DNA 的复制
2.复制叉的形成
复制叉---
-复制开始后由于DNA
双链解开，在两股单链上进行复制，形成在显微镜下可看到的叉状结构。
3.起始的过程
拓扑异构酶打开DNA 超螺链 解链酶打开双螺旋
单链结合蛋白
防止复螺旋 引物酶合成引物复合体
DNA 复制起始的过程
起点
起点起点拓扑异构酶 解链酶
单链结合蛋白 DNA 聚合酶 引物酶及引发体 DNA 连接酶 引物
DNA 双链
′
5 ′ 3 ′ 5 ′
3
(二)DNA 复制的延伸
1. DNA 聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的3′-OH 上，开始新生链的合成过程。
2. 冈崎片段
冈崎片段 冈崎用电子显微镜看到了DNA 复制过程中出现一些不连续片段，这些不连续片段只存在与DNA 复制叉上其中的一股。后来就把这些不连续的片段称为冈崎片段。 3.半不连续复制
半不连续复制 DNA 复制时,一条链是连续的,另一条链是不连续的,称为半不连续复制。
(三) 复制的终止 复制有终止信号
′
5′3
?polⅠ5′→3′外切酶活性水解引物
?polⅠ聚合活性填补空隙
?DNA连接酶连接缺口。
四、逆转录
1. 逆转录：是以RNA为模板合成DNA的过程。
2. 逆转录酶：是一种以RNA为模板的DNA聚合酶。没有3’5’外切酶的活性，
所以没有校对功能，逆转录的错配率高。
五、DNA的损伤修复
1. DNA的损伤也称突变，是指DNA分子上碱基的改变。
突变可分为：
–自发突变、人工诱变
突变的意义
–突变是进化、分化的分子基础
–只有基因型改变的突变
–致死性的突变
–突变是某些疾病的发病基础
2. 引发突变的因素
诱变因素及突变类型
诱变因素突变类型
物理因素紫外线照射形成胸腺嘧啶二聚体
离子辐射打断DNA分子上的共价键
化学因素5-溴尿嘧啶(5-BU) 5-BU取代A，并异构成G，结果是A-T配对变
为G-T配对，最后变为C-G配对
羟胺转换T为C，结果是A-T配对改为C-G配对
亚硝酸盐使C脱氨成U，原G-C配对变为G-U配对，最
后使G-C变为A-T
氮芥类使G的N-7烷化后除去，成为无鸟嘌呤的链
生物因素肿瘤病毒插入宿主细胞基因组中，引起细胞癌变
3. 突变分子改变的类型
?错配（点突变）一个碱基改变
?缺失、插入和框移突变片段插入或缺失
?重排较大片段重组或重排
4. 损伤的修复
?损伤--复制过程中发生的DNA突变
?光修复
?切除修复
?重组修复
?SOS修复
（一）光修复
?紫外光照射可使相邻的两个T 形成二聚体
?光修复酶可使二聚体解聚为单体状态，DNA完全恢复正常。光修复酶的激活需300-600μm波长的光。
（二）切除修复
参与的酶有核酸内切酶，polⅠ,DNA连接酶
（三）重组修复
?重组蛋白RecA，polⅠ，连接酶参与
?损伤会保留下去
（四）SOS修复
●DNA损伤面太大，复制难以继续。
●通过SOS修复，复制有可能继续，细胞有可能存活，但SOS修复机制的特异性低。
●对碱基的识别、选择能力差、错误多。
本章重点：
1.DNA半保留半不连续复制的机制
2.DNA复制时保证遗传稳定的内在因素