第十三章DNA的复制和修复
生物DNA的复制与修复机制
生物DNA的复制与修复机制DNA（脱氧核糖核酸）是生命的基础物质，它承载了生命的所有遗传信息。
DNA的正确复制和修复是维持遗传秩序的关键，也是维持生命正常运作的必要条件。
DNA复制每当一个细胞分裂时，DNA需要被复制。
复制的过程需要遵循一定的步骤，这些步骤由多个蛋白质分子协同完成。
首先，酶将DNA的双螺旋分开形成一个开放的复制起点。
接着，一些特殊的酶会在已经被分开的DNA上，识别并固定一个起始序列。
这一过程将会继续进行，直到整个DNA分子通过复制。
在这一过程中，每个原始DNA分子都被拆开来形成了两个互补的碱基链。
新的配对链则是由游离在核质两端的氮基配对转化而来的，这些配对以碱基对的方式与模板链上的碱基配对。
然后，另一个酶的作用是合成新的碱基链。
这个酶通过在新DNA的碱基序列上构建和连接碱基对来完成任务。
虽然大脑能够凭借着多种方式去检测到和纠正错误的DNA复制，但是，实际上总有少量的错误会出现，并会被继承到后代细胞中。
这也是我们不断进化并且适应环境的原因。
DNA修复当DNA损坏或遭受化学改变时，它就需要修复。
DNA损伤可能是由自然环境中的化学物质，射线或自身代谢过程中的自由基直接引起的。
它们可以导致断链，错配和缺失。
如果不能及时修复，会使遗传病和肿瘤发生的风险增加。
为了防止这种情况的发生， DNA修复机制被纳入在人体的正常生物学过程中的。
有两大类DNA修复机制: 直接修复和间接修复。
直接修复直接修复中，自我修复机制直接将化学污染物从DNA分子上去除。
这个过程包括光解反应（UV辐射引起的DNA损害的依赖），修复酶切除引起的单磷酸链异常。
在这种情况下，损伤的DNA分子不能被除去，需要被删除，然后用使用一个DNA副本来代替它。
这个过程需要用大量的编码蛋白质，并且在许多震荡环境下持续地进行。
间接修复在间接修复中，我们需要其他的DNA分子来代替那已经受损的。
这个过程包括原核和真核细胞之间的重涂法和修复割切。
DNA复制与修复
DNA复制与修复DNA是生命中最重要的分子之一，它承载着生物体遗传信息的基因。
在细胞分裂和生物繁殖过程中，DNA需要进行复制和修复，以确保遗传信息的稳定传递和维护细胞的正常功能。
本文将介绍DNA复制和修复的过程、机制和重要性。
一、DNA复制DNA复制是指在细胞分裂过程中，通过将DNA的遗传信息复制并传递给子细胞的过程。
DNA复制发生在细胞周期的S期，是细胞分裂的前提和基础。
1. DNA复制的需求细胞分裂时，每个子细胞都需要获得完整的遗传信息，以确保正常的生物学功能和特征的传递。
只有通过DNA复制，才能保证分裂后的子细胞拥有与母细胞相同的基因组。
2. DNA复制的过程DNA复制是一个复杂而精确的过程，分为三个阶段：解旋、复制和连接。
解旋：DNA的双螺旋结构被酶类分子解开，形成两条互补的模板链。
复制：通过配对原则，即腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）之间形成两条互补链，而鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）之间形成另外两条互补链。
酶类分子在此过程中辅助催化。
连接：新合成的DNA链与原DNA模板链连接在一起，形成两个完全相同的DNA分子。
二、DNA修复DNA修复是指在DNA发生损伤或突变时，细胞通过修复机制将其还原为正常状态的过程。
DNA修复是维护DNA完整性和稳定性的重要过程。
1. DNA损伤的来源DNA损伤源于内源性和外源性因素。
内源性因素包括正常的细胞代谢过程中产生的氧自由基和代谢产物；外源性因素包括辐射、化学物质、烟草、环境污染等。
DNA损伤会导致遗传信息的丢失、突变和细胞功能紊乱。
2. DNA修复机制细胞拥有多种DNA修复机制，以应对不同类型的DNA损伤。
常见的DNA修复机制包括：a. 直接修复：直接修复是一种针对DNA损伤较小的修复机制，不涉及DNA链的切割和重合。
例如，光修复是细菌和植物具有的一种修复机制，通过光酶将紫外线引起的损伤修复。
b. 切割修复：切割修复是一种通过切割和重合DNA链的修复机制。
包括碱基切割修复、核苷酸切割修复和错配切割修复等。
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。
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。
考研科目,动物生物化学 第13章 DNA的生物合成-复制
真核生物每个染色体有多个起始点， 是多复制子的复制。 习惯上把两个相邻起始点之间的距离 定为一个复制子(replicon) ，复制子是独 立完成复制的功能单位。
（4）复制起始点、复制子与复制叉
3 复制的半不连续性
DNA双螺旋的两条链是反平行 的，催化DNA合成的聚合酶只能沿 着5′→3′方向进行 。
在DNA复制时，一条链的合成方向 和复制叉的前进方向相同，可以连续复 制，叫作前导链（leading strand）。
而另一条链的合成方向和复制叉的前进 方向正好相反，不能连续复制，只能分成几 个片段（冈崎片段）合成，称之为滞后链（ lagging strand）。 前导链连续复制而随从链不连续复制， 就是复制的半不连续复制。
2 双向复制（bidirectional replication）
（1）双向复制的概念 DNA从起始点（origin）向两个方
向解链，形成两个延伸方向相反的复制
叉，称为双向复制。
起始点 起始点
单向复制
起始点 双向复制 复制叉 复制叉 复制叉
DNA的双向和单向复制
(2)原核生物DNA双向复制
ori
几个重要概念
复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用 下，生成与亲代相同的子代DNA或 RNA的过程。 转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则 将其所含的遗传信息传给RNA，形 成一条与DNA链互补的RNA的过程。
生物化学第13章DNA的生物合成
DNA聚合酶催化子链的延伸，合成新的DNA链。
终止
DNA复制到达终止信号后，复制过程结束。
DNA复制的调控
调节因子
DNA复制受到多种调节因 子的影响，如细胞周期蛋 白、抑癌基因等。
适应性调节
DNA复制适应环境变化， 如营养状况、细胞应激等。
细胞周期调控
DNA复制与细胞周期密切 相关，受到细胞周期蛋白 激酶的调节。
02
DNA的复制
DNA复制的概述
01
02
03
定义
DNA复制是指DNA双链 在细胞分裂前被复制的过 程，是生命延续的基础。
特点
DNA复制具有高保真性、 半保留性和半连续性等特 点。
意义
DNA复制保证了遗传信息 的准确传递，维复制的过程
起始
DNA复制起始于特定的起始点，需要多种蛋白质 因子的参与。
基因克隆与基因组学
基因克隆
通过DNA合成技术，科学家可以人工合成特定的基因片段， 并将其插入到生物体的基因组中，实现基因的克隆和表达。 这一技术广泛应用于基因功能研究和生物制药等领域。
基因组学
基因组学是研究生物体基因组的学科。控机制，为疾病诊断和治疗提供依据。
DNA的生物合成
• DNA生物合成的概述 • DNA的复制 • DNA的修复 • DNA的重组 • DNA合成的应用
01
DNA生物合成的概述
DNA生物合成的定义
DNA生物合成是指将脱氧核糖核苷 酸按照特定的顺序组装成DNA分子 的过程。
DNA生物合成是生命体系中遗传信息 的复制和传递的基础，对于维持生物 体的遗传稳定性和生长发育至关重要 。
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合成生物学与基因合成
DNA复制和修复
DNA复制和修复DNA复制是指细胞在分裂过程中，将自身的遗传信息复制出一个完整的复制品。
而DNA修复则是指细胞在DNA受损或出现错误时，通过各种修复机制来修复DNA的完整性和正确性。
DNA复制和修复是生命维持与传递的基本过程，在细胞分裂和生物进化中起着重要作用。
一、DNA复制DNA复制是生物体在细胞分裂过程中进行的重要活动，它确保了新细胞中的DNA完全相同。
1. DNA复制的起点DNA复制始于特定的起始点，称为复制起点。
在这个起始点，DNA双链会被解开形成两个单链，每个单链作为新的DNA模板。
2. DNA复制的酶和蛋白质DNA复制过程中需要多种酶和蛋白质的参与。
首先是DNA聚合酶，它负责将新的核苷酸与模板上的核苷酸配对，形成新的DNA链。
还有其他酶和蛋白质，如DNA解旋酶、DNA连接酶等，它们协助DNA复制的进行。
3. DNA复制的三步骤DNA复制可以分为三个步骤：解旋、配对和连接。
解旋：DNA解旋酶会解开DNA双链，形成两个单链模板。
这是DNA复制的第一步。
配对：DNA聚合酶会按照模板链上的碱基顺序，将新的核苷酸与之配对。
这是DNA复制的第二步。
连接：DNA连接酶将配对好的新核苷酸连接起来，形成新的DNA 链。
这是DNA复制的最后一步。
二、DNA修复DNA修复是细胞对DNA损伤或错误的修复过程，它确保了DNA 的稳定性和可靠性。
1. DNA损伤的原因DNA存在多种损伤原因，包括放射线、化学物质、环境因素和内源性因素等。
这些损伤会导致DNA链断裂、碱基损伤等问题。
2. DNA修复机制细胞有多个DNA修复机制，如直接修复、错配修复、核切修复和碱基切除修复等。
直接修复：某些DNA损伤可以直接被修复酶修复，这种修复方式是最简单的一种。
错配修复：当DNA复制过程中出现错配错误时，细胞会引入错配修复机制，将错误的核苷酸去掉，并重新合成正确的核苷酸。
核切修复：当DNA链发生断裂时，细胞会引入核切修复机制，通过切割并重新连接DNA链来修复断裂。
生物体内的DNA复制与修复
生物体内的DNA复制与修复生物体内的DNA复制与修复是生命的基本过程之一，确保遗传信息的传递与稳定性。
DNA复制是指在细胞分裂过程中，DNA分子从一个原始DNA分子复制为两个完全相同的子分子，以保证每个新细胞都能得到与母细胞相同的遗传信息。
DNA修复是指在DNA分子受到损伤时，通过一系列的修复机制来修复损伤，维持DNA的健康与稳定。
DNA复制是通过一系列复制酶的协同作用完成的。
首先，在DNA 双链的起始点，由DNA解旋酶解开DNA双链，形成两个复制叉。
之后，DNA聚合酶结合单链DNA，将新的互补碱基加入到模板链上，形成两条新的DNA分子。
DNA复制是半保留复制，即每个新的DNA分子中，一条链是由原始DNA分子的模板链直接复制得到，另一条链是新合成的。
细胞核内的DNA复制在S期进行，确保细胞分裂后每个新细胞都含有完整的遗传信息。
然而，DNA复制并不是完全准确的，有时候会出现错误，产生突变。
此时，细胞会启动DNA修复机制来修复这些错误。
主要有三种常见的DNA修复机制，包括错误配对修复、错配修复和核酸切除修复。
错误配对修复主要修复DNA双链间的碱基配对错误。
细胞中存在一种特殊的酶，称为DNA聚合酶，它能够检测到错误的碱基配对，然后切除错误的碱基，用正确的碱基进行替换。
错配修复主要修复DNA双链内的碱基错误。
细胞中有一种酶称为错配修复酶，它能够识别DNA双链内的碱基错误，并将错误的碱基切除，然后DNA聚合酶填充缺失的碱基，最后由DNA连接酶将DNA分子连接起来。
核酸切除修复是修复DNA双链的损伤的重要方式。
当DNA双链发生断裂、氧化损伤或其他损伤时，细胞会启动核酸切除修复机制。
该修复机制包括通过特定酶的作用，切除损伤的DNA碱基，然后由DNA聚合酶填补缺失的碱基，并由DNA连接酶连接两个DNA分子。
DNA复制和修复是细胞中非常重要的过程，因为DNA的稳定性对生物体的遗传信息和生命的正常功能至关重要。
正常的DNA复制和修复可以保证细胞正常生长与分裂，并维持遗传信息的准确传递。
DNA复制与修复
DNA复制与修复DNA复制与修复是细胞中重要的生物学过程，对于细胞的正常功能和生存起着至关重要的作用。
本文将详细探讨DNA复制和修复的过程以及其在细胞中的重要性。
一、DNA复制DNA复制是指细胞在细胞分裂前复制其DNA分子，确保每个新生细胞都具有完整的遗传信息。
DNA复制是一个高度精确和复杂的过程，包括三个主要步骤：解旋、复制和连接。
1. 解旋DNA复制开始时，DNA双螺旋结构被酶类分子解开，形成两个单链DNA。
这一过程需要解旋酶的参与，它能够在DNA链上切断氢键，并将双链DNA分开。
2. 复制在解旋后，DNA链上的复制酶能够识别并与之配对的核苷酸形成氢键。
复制酶从3'端向5'端的方向移动，逐个添加新的核苷酸，使得原始DNA链的每个碱基都有一个互补的碱基。
两个新生成的DNA链分别称为 leading strand（连续复制链）和 lagging strand（不连续复制链）。
3. 连接在DNA复制的末端，还需要将新复制的DNA链与模板DNA链连接起来。
这一过程由连接酶完成，它将之前添加的核苷酸紧密连接在一起，最终形成两条完整的DNA分子。
二、DNA修复DNA修复是指细胞在DNA受到损害或出现错误时修复DNA分子的过程。
由于DNA分子长期处于细胞内的环境中，会受到多种外界因素和内源性因素的影响，导致DNA发生损伤、突变等问题。
DNA修复的过程十分重要，可以帮助细胞维持基因组的稳定性。
1. 直接修复直接修复是最简单的一种DNA修复方式，常见的直接修复机制包括光修复和酶修复。
光修复是通过生物体内的酶类分子将光能转化为化学能，修复DNA中的损伤。
酶修复则是通过酶的催化作用，直接修复DNA分子上的错误。
2. 间接修复间接修复包括核酸切割修复和错配修复等机制。
核酸切割修复是通过核酸切割酶识别和切除DNA链上的损伤部分，然后再合成修复的新链。
错配修复则是通过一系列酶的协作作用，将DNA链上的错误结构修复为正确的结构。
生物的DNA复制与DNA修复
生物的DNA复制与DNA修复DNA是生物体内重要的遗传物质，它负责传递遗传信息和决定个体的性状。
在生物体的生命周期中，DNA需要不断进行复制和修复，以确保基因的稳定性和正常功能。
本文将探讨生物的DNA复制和DNA修复的机制，以及它们在维持生物体遗传稳定性方面的重要性。
一、DNA复制的机制DNA复制是指将一个DNA分子复制成两个完全一样的DNA分子的过程，它是细胞分裂的重要步骤之一。
DNA复制过程中，有几个关键的步骤。
1.1 拆开DNA双螺旋结构DNA复制过程首先需要解开DNA双螺旋结构，使得两条DNA链分离。
这一步骤由酶类分子负责，它们能够识别DNA上的特定序列，并切开氢键，使DNA分子解开。
1.2 合成新的DNA链在DNA分离后，细胞会利用DNA模板合成新的DNA链。
这一过程由DNA聚合酶酶类负责，它们能够识别DNA上的碱基配对规则，将合适的碱基插入到合成的新链上，从而完成新的DNA链的合成。
1.3 校对和修复在新的DNA链合成完成后，细胞内会有一些校对和修复机制，用于保证复制过程的准确性。
这些机制能够识别和修复DNA链上的错误，并确保新的DNA链与原有DNA链相匹配。
二、DNA修复的机制DNA修复是保证DNA的完整性和稳定性的重要过程。
DNA分子在生物体内受到各种外界和内部因素的损伤，如化学物质、辐射、热能等，这些损伤如果不及时修复，就会导致遗传信息的丢失和突变。
DNA修复过程主要包括以下几个主要类型。
2.1 错误配对修复DNA链的合成过程中，有时会发生碱基的错误配对，比如腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）之间的配对。
错误配对修复机制能够识别这些错误的碱基配对，并进行修复，确保DNA链的正常配对。
2.2 切割修复在DNA分子受损时，细胞内会有一些酶类分子，能够切割并去除受损的DNA片段。
随后，DNA链的合成酶会合成新的DNA片段，用于替代受损的片段。
2.3 交联修复一些损伤物质能够引起DNA链间的交联，这会导致DNA链的断裂和交叉连接。
十三章-DNA的生物合成-复制
4
第二节 参与DNA复制的酶
• DNA的复制是一个十分复杂而精确的 过程，涉及多种酶和蛋白因子，如：
DNA聚合酶
DNA连接酶
引物酶
解旋酶 拓扑异构酶 单链结合蛋白等
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一、DNA聚合酶
• 此酶最早在大肠杆菌中发现，以后陆续在细菌、植物
和哺乳动物中找到。
• 这类酶的共同性质是：
• [1]以脱氧核苷三磷酸(dNTP)为底物合成DNA；
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第四节、DNA的复制过程
• DNA复制的起始 • DNA链的延伸 • DNA复制的终止
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一、复制的起始
DNA复制的起始包括： 对起点的识别 模板DNA超螺旋及双螺旋的解除 引物的合成等
统称为引发（priming）
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• 1、辨认起点：复制是从DNA分子上的特定部 位开始的，这一部位叫做复制起始点 (originof replication)常用ori或O表示。 关键序列：两组短的重复序列
聚合酶II 主要作用为修复损伤，该酶的最适
模板是双链DNA而中间有空隙（gap）的单链 DNA部分，而且该单链空隙部分不长于100个 核苷酸。对于较长的单链DNA模板区该酶的 聚合活性很低。无5´→3´外切酶活力，有 3´→5´外切酶活力，但活力低。
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3、大肠杆菌 DNA Polymerase III • 聚合酶III: • 由10种亚基（αβγδδ′εθτχψ）组 成不对称异源二聚体。 • α、ε、θ亚基组成全酶的核心酶 • γ2、δ、δ’、χ、ψ组成γ－复合物
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II、3'→5'外切酶活性──校对作用
• 3’-5’外切酶活性与聚合酶紧密结合，当 聚合出现错配碱基时，聚合反应立即停 止，生长链的3’末端核苷酸落入3’-5’外 切酶位点，错配核苷酸被迅速除去，聚 合反应继续进行。
第十三章DNA的损伤修复
Uvr系统在修复各阶 段中的作用：
UvrA识别损伤； UvrBC在DNA上切一 缺口；
UvaA UvaB
UvrA recognizes damage & binds with UvrB
UvaC UvaB
UvrA released; UvrC binds
UvrD解旋切口区域 的DNA,并释放出切割 的DNA片段。
图3
氮芥引起DNA分子两条链在鸟嘌呤上的交联 (a)交联附近的总图；(b)交联部分结构图
3.2 碱基类似物对DNA的损伤 人工合成的一些碱基类似物，用作促突变剂或抗癌药物， 如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-氟尿嘧啶(5-FU)、2-氨基腺嘌呤 (2-AP)等。 其结构与正常的碱基相似，进入细胞能替代正常的碱基参 入到DNA链中而干扰DNA复制合成。
腺嘌呤的稀有互变异体与胞嘧啶
胸腺嘧啶的稀有互变异构体与鸟嘌呤
异构体间自发地相互变化形成导致下一世代中G－C配对取代A－T配对。
b.碱基的脱氨基(deamination)作用
碱基的环外氨基有时会自发脱落，从而胞嘧啶会变成尿嘧 啶、腺嘌呤会变成次黄嘌呤(H)、鸟嘌呤会变成黄嘌呤(X)等。
胞嘧啶自发脱氨基的频率约为每个细胞每天190个。
OH
3´-5´外切酶活性
OH
P
P-
3´ 3´ 5´
OH
dRpase
5´
P
3´ 3´
P
3´
寡核苷酸切除产物
切除的 5´-脱氧核糖磷酸
基本步骤：
① 首先由核酸酶识别DNA的损伤位点，在损伤部位的5′ 侧切开磷酸二酯键。
② 由5′→3′核酸外切酶将有损伤的DNA片段切除。
高中生物教学备课DNA的复制与修复
高中生物教学备课DNA的复制与修复高中生物教学备课DNA的复制与修复教学目标：1. 理解DNA复制的意义和过程；2. 掌握DNA复制的分子机制；3. 了解DNA修复的重要性和常见修复机制。
教学内容：一、DNA的复制DNA复制是生物体进行细胞分裂和生殖的基础，也是遗传信息传递的重要环节。
DNA的复制基本上是半保持的，即一个DNA分子在复制过程中会生成两个完全相同的DNA分子，每个新分子中的一条链是原始DNA链，另一条链是新合成的链。
1. DNA复制的意义DNA复制是维持遗传稳定性和遗传多样性的基础。
它保证了遗传信息的传递和遗传变异的产生，进而维持物种的进化和适应性。
2. DNA复制的分子机制（1）DNA复制起始：DNA复制起始点在染色体上具有高度保守性，通常有多个复制起始点。
复制起始点处形成复制起始复合体，引导DNA复制进行。
（2）DNA双链分离：复制起始复合物在酶的作用下，解开DNA分子的两个互补链，形成复制起始泡。
（3）DNA合成：通过DNA聚合酶的作用，按照模板链上碱基互补配对的原则，将新的核苷酸按序添加到脱氧核苷酸链上，从而产生新的DNA链。
（4）DNA连接：DNA链合成后，DNA聚合酶会较快地进行连接，保证新合成的DNA链的完整性。
二、DNA的修复DNA在细胞分裂过程中容易受到各种内外因素的损伤，损伤的DNA会导致异常细胞功能和基因突变。
因此，DNA修复对于生物体来说至关重要。
1. DNA修复的重要性DNA修复是维持基因组稳定性和遗传稳定性的重要机制。
它能纠正DNA分子中的错误和修复受损的DNA链断裂，防止突变的积累和疾病的发生。
2. 常见的DNA修复机制（1）直接修复：包括光修复和甲基化修复。
光修复是通过光酶的作用，将紫外线引起的两个嘧啶基之间的共价键切断，进而恢复DNA的完整性。
甲基化修复则是通过酶的作用，去除DNA链上的异常甲基化修饰。
（2）错配修复：错配修复主要修复DNA分子中新合成链和模板链之间产生的碱基错误。
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。
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第十三章DNA的复制和修复生物体的遗传信息储存在DNA中，并通过DNA的复制由亲代传给子代。
在子代的生长发育中遗传信息自DNA转录给RNA，然后翻译成蛋白质以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状。
1958年，F.Crick提出中心法则：（1）以原DNA分子为模板，合成出相同DNA分子的过程。
（2）以某一段DNA分子为模板，合成出与其序列对应的RNA分子的过程。
（3）以mRNA为模板，根据三联密码规则，合成对应蛋白质的过程。
中心法则揭示了生物体内遗传信息的传递方向。
图DNA生物合成有两种方式：DNA复制和反转录DNA体内复制涉及：原核、真核生物的染色体、细菌质粒（环状，双链）、真核细胞器DNA（线粒体、叶绿体）、病毒（双链，环状）DNA的体外复制：分子克隆。
第一节DNA的复制一、DNA半保留复制1953年，W atson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时就推测DNA可能按照半保留机制进行自我复制。
P321 图191 W atson和Crick提出的DNA双螺旋复制模型在复制过程中，首先亲代双链解开，然后每条链作为模板，在其上合成互补的子代链，结果新形成的两个子代DNA与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样，而且每个子代DNA分子中有一条链完全来自亲代DNA，另一条是新合成的。
1958年，Meselson和Stahl用15N标记E.coli. DNA，证明了DNA的复制是半保留复制。
P322 图19-2 DNA的半保留复制。
1963年，Cairns用放射自显影法，在显微镜下首次观察到完整的正在复制的E. coli. 染色体DNA。
P323 图19-33H-脱氧胸苷标记E.coli. DNA ，经过将近两代时间，用溶菌酶消化细胞壁，将E.coli. DNA转至膜上，干燥，压感光胶片，3H放出β粒子，还原银，在光学显微镜下观察。
用这种方法证明了大肠杆菌染色体DNA 是一个环状分子，并以半保留的形式进行复制。
DNA的半保留复制可以说明DNA在代谢上的稳定性。
经过多代复制，DNA的多核苷酸链仍可以保持完整，并存在于后代而不被分解掉。
二、复制起点、单位和方向DNA的复制是在起始阶段进行控制的，一旦复制起始，它就会继续下去直到整个复制子完成复制。
1、复制起点复制起点是以一条链为模板起始DNA合成的一段序列。
有时，两条链的复制起点并不总是在同一点上（如D环复制）。
在一个完整的细胞周期中，每一个复制起点只使用一次，完成一次复制过程。
多数生物的复制起点，都是DNA呼吸作用强烈（甲醛变性实验）的区段，即经常开放的区段，富含A.T。
★环状DNA复制起点的确定方法P325 图19-6★复制起点的克隆和功能分析——重组质粒转化法大肠杆菌的复制起点oriC区1Kb的重组质粒在转化子中的复制行为与其染色体一样，受到严密控制，每个细胞只有1-2个拷贝，用核酸外切酶缩短oriC克隆片段的大小，最后得到245bp的基本功能区，携带它的质粒依然能够自我复制，拷贝数可以增加到20以上，这说明发动复制的序列在245bp的基本功能区，而决定拷贝数的序列在基本功能区之外和1Kb之间。
鼠伤寒沙门氏菌的起点位于一段296bp的DNA片段上，与大肠杆菌的复制起始区有86%同源性，而且有些亲缘关系较远的细菌，其复制起点在大肠杆菌中亦能起作用。
因此，复制起始区的结构可能是很保守的。
起始序列含有一系列对称的反向重复和某些短的成簇的保守序列。
2、复制单位复制子(Replicon)：Genome能独立进行复制的单位，每个复制子都含有一个复制起点。
原核生物的染色体和质粒、真核生物的细胞器DNA都是环状双链分子，它们都是单复制子，都在一个固定的起点开始复制，复制方向大多数是双向的，少数是单向复制。
多数是对称复制，少数是不对称复制（一条链复制后才进行另一条链的复制）。
环状DNA的复制眼象θ，称θ形复制。
真核生物的染色体DNA是线形双链分子，含有许多复制起点，因此是多复制子，每个复制子约有100-200Kbp。
人体细胞平均每个染色体含有1000个复制子。
病毒DNA多种多样，环状或线形，双链或单链，但都是单复制子。
3、复制方向定点起始，复制方向大多数是双向的（等速进行或异速进行），形成两个复制叉，少数是单向复制，形成一个复制叉。
★用放射自显影实验判断DNA的复制方向及速度低放射性3H-脱氧胸苷高放射性3H-脱氧胸苷a. 单向b. 双向等速三种结果图形c. 双向异速E.coli.的一个温度敏感株，在42℃时，能使DNA在完成复制后，不再开始新的复制过程，而在25℃时复制功又能能恢复。
4、DNA的几种复制方式（1）、直线双向复制单点，双向，T7多点，双向，真核染色体DNA（2）、θ型复制：环状双链DNA，单向或双向（E .coli.）（3）、滚环复制：环状单链DNA，Φx174（4）、D环复制：线粒体、叶绿体DNA（5）、多复制叉复制：第一轮复制尚未完成，复制起点就开始第二轮的复制。
在E.coli.富营养时，可采取多复制叉复制方式。
E.coli. DNA的复制最快可达50Kb/min，完全复制需40min，富营养时，20min分裂。
而真核染色体要6-8小时。
三、与DNA复制有关的酶及蛋白质因子目前已发现30多种酶及蛋白质因子参与DNA复制（一）DNA的聚合反应和聚合酶DNA生物合成5，→3，，化学合成3，→5，1、DNA聚合反应必备的条件⑴DNA聚合酶⑵DNA模板(反转录时用RNA模板)⑶引物(DNA、RNA或蛋白质)⑷4种dNTP⑸Mg2+2、聚合反应过程及特点总反应式：n1dA TP DNA pol . dAMPn2dGTP +DNA dGMP DNA+（n1+n2+n3+n4）PPin3dCTP Mg2+dCMPn4dTTP dTMPP329 图19-10 P330图19-11在链的延长过程中，链的游离3，-羟基，对进入的脱氧核糖核苷三磷酸α磷原子发生亲核攻击，生成3，.5，-磷酸二酯键，并脱下焦磷酸。
DNA聚合酶的反应特点：⑴以4种dNTP为底物⑵反应需要接受模板的指导，不能催化游离的dNTP的聚合。
⑶反应需有引物3，-羟基存在⑷链生长方向5，→3，⑸产物DNA的性质与模板相同3、由DNA聚合酶催化的几种DNA聚合类型P331图19-12（1）发荚环结构：加入单链DNA作为模板和引物，3＇羟基端回折成引物链。
（2）末端延伸聚合：加入双链DNA作为模板和引物，3’末端突出作为模板。
（3）分枝型和切口平移型聚合：加入双链DNA，聚合发生在切口或末端单链区。
（4）环形聚合：加入带引物的环形DNA作为模板。
4、E.coli DNA聚合酶（1）、 E.coli. DNA pol.I（Kornberg酶，400 copy/cell）单体酶，分子量109Kd，含一个Zn2+，每个细胞中含400个DNA pol.Ⅰ催化活性：5，→3，聚合活性3，→5，外切活性5，→3，外切活性用蛋白水解酶将DNA pol.Ⅰ部分水解可得：大片段（Klenow），75Kd，活性：5，→3，聚合活性、3，→5，外切活性。
小片段，36Kd，活性：5，→3，外切活性（只作用于双链DNA的碱基配对部分，切除修复）。
Klenow片段的用途：a 补齐DNA 3，隐缩未端b. 标记DNA片段未端c．cDNA合成第二链d．d DNA测序（2）、 E.coli. DNA Pol.Ⅱ（100 copy/cell）单体酶，分子量120Kd催化活性：5，→3，聚合(活性很低)3，→5，外切可能在DNA的修复中起某中作用。
（3）、 E.coli.DNA pol.Ⅲ（复制酶，10-20 copy/cell）寡聚酶，全酶由10种共22个亚基组成，α、ε和θ三种亚基组成核心酶。
P334表10-3DNA pol.Ⅲ是合成新链DNA主要的酶，又称复制酶(Replicase)Pol.Ⅲ的5，→3，外切酶活性只作用于单链DNA。
P334 表19-2 E.coli三种DNA聚合酶的性质比较★DNA聚合酶有6个结合位点⑴模板DNA结合位点⑵引物结合位点⑶引物3，-OH位点、反应位点⑷底物dNTP结合位点⑸5，→3，外切位点(pol.Ⅱ没有)⑹3，→5，外切位点(校正)5、真核生物DNA聚合酶P334 表19-4 真核生物DNA聚合酶真核DNA聚合酶一般不具备外切活力，可能由另外的酶在DNA复制中起校正功能。
⑴DNA聚合酶α，多亚基，功能与E.coli. pol.Ⅲ类似，是真核DNA复制酶。
⑵DNA聚合酶β，主要在DNA损伤的修复中起作用。
⑶DNA聚合酶γ，从线粒体得到，可能与线粒体DNA的复制有关。
⑷DNA聚合酶δ，特点：有3，→5，外切活力。
（二）引物酶或RNA聚合酶（引发酶）细胞内，DNA的复制需要引物（DNA或RNA），引物酶或RNA聚合酶可合成6-10个碱基的RNA引物。
★DNA复制为什么要用RNA引物？（为什么DNA聚合酶要用引物，RNA聚合酶不需要引物？）P338⑴从模板复制最初几个核酸时，碱基堆集力和氢键都较弱，易发生错配⑵新复制的最初几个核苷酸，没有与模板形成稳定双链，DNA聚合酶的5，→3，校对功能难发挥作用。
（三）解螺旋酶大肠杆菌的解螺旋酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与rep蛋白共同作用，将DNA两条链解开。
解螺旋酶I、II、III沿着模板链的5’→3’方向随着复制叉的前进而移动，而rep蛋白则在另一条模板链上沿3’→5’方向移动。
（四）DNA旋转酶属DNA拓扑异构酶Ⅱ，可引入负超螺旋，消除复制叉前进时带来的扭曲张力。
拓扑异构酶分两类：I和II，广泛存在于原核生物和真核生物。
拓扑异构酶I使DNA的一条链发生断裂和再连接，反应无须供给能量，主要集中在活性转录区，与转录有关。
拓扑异构酶Ⅱ使DNA的两条链同时断裂和再连接，当它引入超螺旋时需要由A TP供给能量。
分布在染色质骨架蛋白和核基质部，与复制有关。
（五）单链DNA结合蛋白（SSB）复制叉上的解螺旋酶，沿双链DNA前进，产生单链区，大量的单链DNA结合蛋白与单链区结合，阻止复性和保护单链DNA不被核酸酶降解。
（六）DNA连接酶（ligase）连接双链DNA上的切口。
大肠杆菌连接酶只能在模板上连接DNA缺口。
T4DNA ligase即可连接粘性末端的DNA，又可连接平齐末端的双链DNA。
E.coli.和其它细菌的DNA ligase以NAD为能源，动物细胞和噬菌体DNA ligase以A TP为能源。
（七）DNA复制的拓扑结构P338-339四、DNA的半不连续复制P336 图19-15 DNA的半不连续复制DNA聚合酶催化的方向是5，→3，。
前导链：滞后链：1968年，发现冈崎片段。
长度：细菌：1Kb-2Kb，相当于一个顺反子的大小。