DNA的复制、修复及重组DNA技术解析
《生物化学原理》之DNA复制
•･ DNA的复制 •･ DNA的损伤和修复 •･ 遗传重组
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RNA
一一、DNA的复制：指亲代DNA链双螺旋解开，分别作为模版， 指导子子代DNA合成的过程。
•･ 半保留复制：DNA复制后产生生的新链中，一一条来自亲代的 DNA，另一一条是新合成的新链。
•･ DNA聚合酶：参与DNA复制的主要酶，它催化四种dNTP 合成DNA双链。 ✦ DNA聚合酶的作用特点：
1.以四种dNTP为底物
2.反 应必须接受模板的指导 3.反应必须有3’-OH的存在 4.反应必须有二二价金金属Mg2+的存在
5.DNA链的合成方方向是从5’➝3’
•･ 复制的起始：DNA复制开始于特定的位置，即DNA的复制 有特定的复制起始点（replication origin）。在起始位点处， DNA双螺旋打开，以两条DNA单链为模版，向两端开始复 制。
双向复制
•･ 复制叉：DNA复制过程中，亲代的DNA双链从复制起点开 始逐步解链，形成一一个分叉状结构，称为复制叉。
和单个酶的直接修复作用。
光修复
•･ 切除修复：指在一一系列酶的催化下，将DNA分子子中受损的 部分切除，并以完整的那条单链为模板，合成切除部分的 过程。
•･ 错配修复：修复在复制过程中错配且没有被校正的碱基。
•･ SOS反应和易错修复：SOS反应是指细胞DNA受到大大面积 损伤或者DNA复制系统受到抑制的情况下的应急效应。
DNA聚合酶Ⅰ的3’➝5’核酸 外切酶活性在DNA复制过 程中起重要的校对作用。
dna重组技术的原理
DNA重组技术的基本原理DNA重组技术是一种通过人工手段改变DNA序列的方法，它在生物学、医学和农业领域有着广泛的应用。
DNA重组技术可以用于研究基因功能、制备重组蛋白、生产药物、改良农作物等。
其基本原理涉及到DNA分子的切割、连接和复制等过程。
1. DNA的切割DNA分子由两条互补链组成，每条链上都有一系列的核苷酸。
在DNA重组技术中，常常需要将某个特定的片段从一个DNA分子中切割出来，并插入到另一个DNA分子中。
为了实现这个目标，可以利用一种特殊的酶——限制性内切酶。
限制性内切酶能够识别并切割特定的DNA序列，产生具有粘性末端或平滑末端的断裂。
当两条互补链上都存在具有相同粘性末端或平滑末端的断裂时，它们可以通过碱基对互补配对重新连接。
这种重新连接称为“黏合”。
2. DNA片段插入在进行DNA重组时，需要将一个DNA片段插入到另一个DNA分子中。
为了实现这个目标，需要使用一种称为“载体”的DNA分子。
载体是一种能够自主复制的DNA分子，常用的载体包括质粒和噬菌体。
载体通常具有多个限制性内切酶切割位点，以便在特定位置插入目标DNA片段。
将目标DNA片段和载体同时用同一种限制性内切酶切割。
通过黏合作用将目标DNA 片段和载体连接在一起。
这样就得到了重组的DNA分子。
3. DNA的复制重组的DNA分子需要进行大量的复制，以便获得足够多的重组产物进行后续应用。
为了实现这个目标，可以利用一种特殊的酶——聚合酶。
聚合酶能够识别并复制DNA分子中的每一个核苷酸，并在其互补链上合成新的核苷酸。
通过PCR（聚合酶链式反应）技术或细菌转化等方法可以实现大规模复制重组的DNA分子。
4. DNA测序在进行DNA重组技术时，通常需要对重组产物进行测序，以确认所得到的DNA序列是否正确。
DNA测序是一种确定DNA序列的方法，常用的测序技术包括Sanger测序和高通量测序。
在Sanger测序中，通过利用聚合酶合成新的核苷酸链时，将一种特殊的二进制链终止剂添加到反应体系中。
DNA的复制和修复机制
DNA的复制和修复机制DNA是构成生命的基础分子，它存储了生物体遗传信息的全部内容。
在生物体繁殖和生长的过程中，DNA需要不断地进行复制和修复。
本文将从DNA复制和DNA修复两个方面来探讨DNA的复制和修复机制。
一、DNA的复制机制在细胞分裂过程中，DNA需要进行复制，以确保每个新生细胞都有完整的遗传物质。
DNA的复制过程是一个高度复杂和密集的事件，在保持准确性和可靠性方面具有重要意义。
1. DNA复制的基本原理DNA复制是由许多复杂步骤组成的，但总的原理是双链DNA 分解成两个单链模板，然后每个模板根据碱基互补规则进行互补匹配，形成新的DNA分子。
具体过程如下：1）双链DNA分离：DNA双链在复制开始前需要分解成两个单链。
DNA双链被酶或蛋白质复合物断开，形成两个单链。
2）DNA合成：DNA配对原则是A对T，C对G。
DNA聚合酶按照这种互补规则将游离碱基从溶液中拾取到新单链上，形成新的DNA双链。
这样，每条单链上的每个碱基都可以通过互补配对获得一个互补匹配的碱基，以恢复新的双链DNA结构。
3）复制完成：参与复制的酶和蛋白分离，复制完成。
2. DNA复制的重要生物分子DNA复制需要多种重要的生物分子参与，包括：1）DNA聚合酶：DNA聚合酶是一种大分子酶，可以将游离核苷酸与模板DNA上的碱基互补配对。
人类DNA中有15种不同类型的DNA聚合酶，它们各自在不同情况下执行DNA复制任务。
2）DNA螺旋酶：DNA螺旋酶能够打开和关闭双链DNA的螺旋结构。
它能解除DNA上的过度的正转和反转扭曲，并且为新合成链的合成提供合适的空间。
3）单链结合蛋白：单链结合蛋白能够保护自由的单链DNA不受降解和修复酶的攻击，从而确保DNA聚合酶能够准确地在正确的位置进行DNA复制。
二、DNA的修复机制DNA的修复是细胞确保DNA稳定性的关键保障，DNA修复机制能够检测和修复DNA链的损伤，从而维持细胞遗传稳定性。
本文将从DNA损伤的类型和DNA修复的方式两个方面探讨DNA的修复机制。
分子生物学中的DNA复制与修复
分子生物学中的DNA复制与修复DNA（脱氧核糖核酸）是生物体内一种十分重要的分子，它承担着遗传信息的传递和保存。
DNA的复制和修复是研究生物基础学科中的重要课题，了解它们的机理有助于加深对生命活动的理解，因此也是分子生物学中的重要研究内容之一。
一、DNA复制DNA复制是一个生物体内的基本过程，它可以维持基因的传递和遗传信息的稳定，也是生物体繁殖和细胞分裂所必须的过程之一。
在DNA复制过程中，一条DNA分子通过特定的酶和蛋白质进行复制，生成两条完全相同的DNA分子。
DNA分子为双螺旋结构，由两条互补的单链组成，每个单链上的碱基可以与对应的互补碱基形成两个碱基之间的氢键，稳定这种双链结构。
在复制过程中，DNA酶会解开双链结构，连接到单链上，根据互补规则，以已有的单链为模板，合成新的单链。
当DNA酶复制分子到达等待复制的区域时，就会分解双链结构，将合成新的合成链与原始链分开，直到整个链复制完成。
DNA复制是生命体内一项重要的细胞功能，它至关重要地影响着生物体的发育和演化。
在此过程中，DNA分子负责遗传信息的传递和保存，保证生物体传递其基因和重要生命活动所需的信息。
同时，由于环境因素的不断变化，DNA的基因组也需要不断更新，使生物体适应新的环境并延续生命活动的时间。
二、DNA修复DNA复制在生物体内是高度正常的过程，但是有时DNA分子会受到来自环境因素的损伤，如辐射，化学物质等，而这些损伤可能导致修改，删除或添加DNA分子上的碱基，从而破坏其信息质量。
为了维持良好的基因组，并减少生物体感染癌症和其他疾病的风险，生物体必须有一套完善的DNA修复机制，帮助修复和保护DNA分子。
DNA修复主要包括四种机制：直接修复，错配修复，核苷酸切除修复和复制损伤绕过修复。
直接修复是指从DNA分子中去掉已损坏的碱基，在基因组中填补一个缺口。
错配修复是指在生物体细胞复制过程中的错误出现，导致DNA发生错误匹配的情况，而错配修复可以帮助纠正这些错误。
遗传学中的DNA复制与修复
遗传学中的DNA复制与修复一、DNA复制的意义和过程DNA复制，是指在有丝分裂、生殖细胞分裂、DNA修复等生物过程中，通过一系列化学反应将DNA双链复制产生两个完全相同的DNA分子的过程。
DNA复制的意义在于维持生物遗传信息的完整性和稳定性，使DNA遗传物质得以传递到下一代。
DNA复制的过程大致可分为三步：解旋、合成、连接。
首先，DNA双链被解旋，由核酸酶使氢键断裂，使DNA双链分离成两个单链。
然后，通过DNA聚合酶沿模板链合成新链，每个DNA 聚合酶有一个活性中心，可以将整个新链合成完整。
最后，DNA 这两个单链通过核苷酸连接形成双螺旋DNA。
二、DNA修复的意义和过程DNA修复是指细胞针对DNA突变、丢失、损害等情况所采取的修补机制。
DNA修复的目的是为了保证DNA间隙的完整性，避免细胞发生致命的变异甚至死亡。
DNA修复的过程主要包括四种类型：直接修复、错配修复、核苷酸切除修复和重组修复。
其中，直接修复是指通过一些特殊的酶有选择地矫正不断裂的化学键，来抑制DNA突变和变异的产生；错配修复是指通过酶的介入，将DNA中的错误碱基或夹缝的碱基更换成正确的碱基；核苷酸切除修复则是对遭到损害的DNA单链进行切削、取出，并重新合成一段新的DNA碱基；重组修复则是通过不同的DNA序列之间的配对连接，形成全新的DNA双链。
三、DNA复制与修复中的相互作用关系DNA复制和修复都是非常重要的生物过程，它们之间也有相互作用关系。
首先，DNA复制的过程是由多种酶、蛋白质、物质之间的协同作用完成的。
而DNA修复过程中，那些进行直接或间接修复的酶也能够参与到DNA复制过程中来，保证正常的复制过程得到了更好的保障。
其次，DNA复制过程中还需要大量能量和原料，这些能量和原料也是 DNA修复所需要的。
在DNA修复的过程中产生的一些物质，如DNA聚合酶、端粒酶等，也可以促进 DNA复制的进行。
总之，DNA复制与修复其实是不可分割的，两种生物过程之间互相依存、相互支撑。
14DNA的复制、修复和重组
（一）细菌的转座因子
1、插入序列（Insertion Sequence，IS） ——是简单转座模序 只编码起始自己转座的蛋白 转座频率各异
结构特点： 两侧末端为倒转重复序列（inverted
repeats） 旁侧为宿主DNA短正向重复序列
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
丢掉RecD 只保留解旋酶活性
3、RecA
有两种不同的活性形式 • SOS反应中的蛋白酶活性 • 促进单链DNA和双链分子中互补链配对
（单链置换双链中的同源链） 单链吸收/单链同化 Single-strand assimilation
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
χ(chi)—sequence 具有物种，基因和genome seq.的特异性 in E.coli genome 1000 chi-seq.
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
产生3’单链末端
DNA修复
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
（二）细菌的基因转移与重组
1、细菌的接合作用（conjugation）
• 当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌 的某些遗传性状。
——所转导的只限于供体菌上个别的基因
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
普遍性转导与局限性转导的区别
区别要点 转导发生的时期 转导的遗传物质 转导的后果
转导频率
普遍性转导 局限性转导
裂解期
溶原期
分子生物学中的DNA复制及修复机制
分子生物学中的DNA复制及修复机制DNA是细胞内的生命基因，是一种复杂的分子结构。
在细胞分裂和增殖过程中，DNA会复制和修复，以保证DNA的稳定性和正确性。
分子生物学中的DNA复制及修复机制是生命体中最基本的生物学过程之一，对于生命体的生长、发育和繁殖都至关重要。
一、DNA的复制DNA复制是生物体细胞分裂和增殖过程中最为基本的生物学过程之一。
它保证了DNA的遗传信息得到准确地传递，并使细胞能够分裂并产生新细胞。
DNA的复制要求先将DNA双链进行分离，然后以每个单链作为模板合成新的互补单链，将两个单链结合为一份双链。
DNA双链的分离必须通过酶类来实现，其中最为重要的是DNA螺旋酶。
DNA螺旋酶可以协助DNA分子在一段长度内解开双链，使DNA单链暴露出来，并在解旋后防止双链重新交织。
在DNA双链被解开后，DNA聚合酶通过调控核苷酸模板合成新的互补单链。
DNA复制过程中，DNA聚合酶也会在不同的环节上发挥不同的作用，例如，在启动、合成和完成DNA链，以及识别和修复DNA中的缺陷时，都需要它的帮助。
二、DNA的修复DNA生命分子承载着大量的遗传信息，并且在细胞分裂和生物体的增殖过程中，必须保证其稳定。
然而，对于DNA这种生命分子而言，由于种种原因可能会发现错误或损坏。
在这种情况下，修复机制能够检测、识别和纠正DNA中出现的问题，以确保生物体的DNA信息不受破坏，这也是保障生物体基本遗传信息的重要手段之一。
1. 补丁修复机制补丁修复机制通常用来纠正某个DNA链上出现的错误，例如曾经发生过的突变。
一般情况下，这些突变或者损坏不会影响到DNA双链的结构，但是，在细胞分裂和生长过程中，这些错误也会进一步传递下去。
在补丁修复机制中，DNA酶会检测到这些错误，并在错误的核苷酸上放置一个“补丁”。
这个“补丁”可以通过多个酶复制和剪切建立出来和删除，而这个过程通常伴随着DNA链的重新合成。
2. 核苷酸切除修复机制核苷酸切除修复机制通常用来修复DNA链上单个核苷酸或者核苷酸链上的损坏，例如损坏核苷酸。
DNA重组及重组DNA技术解读
Bam HⅠ
GGATCC CCTAGG
GCCTAG+
GATCC G
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目录
➢ 分类：酶的组成、所需因子及裂解DNA的方 式 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（基因工程技术中常用Ⅱ型）
➢ 作用：
与甲基化酶共同构成细菌的限制修饰 系统，限制外源DNA，保护自身DNA。
限制酶切目的基因与载体
接
拼接重组体
转
转入受体细胞
筛
筛选重组体
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35
目录
（一）目的基因的获取
1. 化学合成法 要求：已知目的基因的核苷酸序列或其产 物的 聚合酶链反应(polymerase chain reaction,
第二十一章
DNA重组和重组DNA技术
DNA Recombination and Recombinant DNA technology
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1
目录
广义上， 任何造成基因型变化的基因交流过程
DNA重组（DNA recombination）是指不 同DNA分子断裂和连接而产生DNA片段 的交换并重新组合形成新DNA分子的过程。
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17
目录
➢DNA克隆
应用酶学的方法，在体外将各种来源的遗 传物质（同源的或异源的、原核的或真核的、 天然的或人工的DNA）与载体DNA接合成一具 有 自 我 复 制 能 力 的 DNA 分 子 —— 复 制 子 (replicon)，继而通过转化或转染宿主细胞，筛 选出含有目的基因的转化子细胞，再进行扩增 提取获得大量同一DNA分子，也称基因克隆或 重组DNA (recombinant DNA) 。