(武大张楚富版生化)第十九章.DNA的复制和修复
DNA的复制与修复
DNA聚合酶Ⅲ • 多功能酶
5’ 3’聚合酶 3’ 5’外切酶 5’ 3’外切酶(切单链) • 不对称二聚体 单体1-前导链/单体2-后随链 • DNA 复制的主要酶 高续进性 高聚合酶活性 高产物真实性
DNA连接酶
• 催化二段DNA链之间3’,5’ 磷酸二酯键的形成
5’ ATP
3’
O 5’
OH O- P O
•第二阶段以成环滚环复制（looped rolling replication）产生多个子代RF；
•第三阶段以RF的负链为模板进行滚环复制产生多拷 贝正链单环。（RF>SS）。
阶段Ⅰ：以（+）链为模板形成RF
♠ 引物的组装
•PriA PriB PriC组合成复合物。 •PriA PriB PriC再加上DnaT DnaB DnaC 构成预引物。 •预引物再结合引物酶形成引物体。
5’ 3’
5’ 3’
3’ 5’
3’ 5’
前导链
3’
5’ 岗崎片段
半不连续复制
3’ 5’ 后随链
E. coli dUTPase，它能使dUTP变成dUMP，dUMP 是不能做为DNA合成的底物，这样它就不再能加入 DNA中。
尿嘧啶N-糖苷酶（uracil N-glycosylase），它 可以切断混合尿苷的糖苷键，形成无Pu和Py位点 （apurinic or apyrimidinic, AP）,再由AP内切 酶在AP位点切除一个缺口，进一步进行切除修复。
52KD
ε
ε
α
α
θ
θ
τ
τ
τ亚基维持二聚体 图 11-24 DNA 聚合酶Ⅲ的组成及各部分的功能 图 11-25 DNA 聚合酶 Ⅲ全每的装配过程
DNA的复制、修复和重组
非细菌重组所必需 噬菌体编码
• 整合宿主因子（integration host factor，IHF）
宿主编码
• Xis蛋白：改变DNA结构，使其对整合呈惰性
参与切除反应
DNA的复制、修复和重组
DNA的复制、修复和重组
交错7bp切开DNA
DNA的复制、修复和重组
DNA的复制、修复和重组
DNA的复制、修复和重组
DNA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
DNA的复制、修复和重组
2、转座子 ——带有编码转座功能酶的基因 及抗性（或其他标记）基因
烈性噬菌体
DNA的复制、修复和重组
温和噬菌体
DNA的复制、修复和重组
普遍性转导（generalized transduction）
DNA的复制、修复和重组
• 完全的复制、修复和重组
局限性转导（restricted transduction）
• 特异性转导
• 溶原期时噬菌体DNA整合在细菌染色体特定部位， 噬菌体DNA发生偏差分离，将自身一段DNA留在细菌 染色体上，而带走了细菌DNA上的基因。
DNA的复制、修复和重组
F因子
• 化学本质是DNA • 以自主状态存在
或整合到细菌的染色体上 • 可在细菌细胞间转移并传递遗传物质
DNA的复制、修复和重组
5’
DNA的复制、修复和重组
性导(sexduction)与F΄因子
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。
DNA复制和DNA修复的分子机制
DNA复制和DNA修复的分子机制DNA是人类遗传信息的核心，控制着生命的起源和发展。
DNA的重要性在于存储和传递遗传信息，而复制和修复机制则保障了DNA信息的完整性和准确性。
本文将介绍DNA复制和DNA 修复的分子机制以及它们的相互作用与影响。
1. DNA复制的分子机制DNA复制是生物界最基本的生化过程之一，它在细胞分裂中起着核心作用。
它是指将一个双链DNA模板的信息复制到一个新的双链DNA子分子，并同时保留原始DNA分子的完整性和无误差的复制。
DNA复制的过程可以分解为三个阶段：（1）DNA双链分离；（2）DNA单链模板的复制；（3）新DNA双链的合成。
以下将逐个阶段介绍复制中涉及的分子机制。
（1）DNA双链分离DNA双链分离是DNA复制的第一个步骤和限制因素。
DNA双链在每一个DNA复制的起点处，通过融合到一起，在此处展开和暴露单链DNA模板，产生称为“复制泡”的结构。
这个过程主要受到三种因素的影响：（a）终止作用蛋白；（b）前进受阻；（c）原始DNA双链的拓扑结构变化。
大量的研究表明，在细胞分裂过程中，DNA单链的复制机制通过DNA融合合成了大量的蛋白终止作用物质，这些物质在不同的双链DNA断裂位点扮演不同的角色，包括终止复制泡移动、束缚外复制口的结构、保持单链DNA 泡的稳定性和重排DNA双链拓扑结构等等。
（2）DNA单链模板的复制DNA单链模板的复制是复制的核心阶段。
这个过程涉及到三个组分的复杂相互作用：DNA模板、DNA聚合酶和DNA模板的辅助因子。
DNA聚合酶是DNA复制中至关重要的组分，它在复制期间运行，根据单链DNA的模板复制新的DNA链。
DNA聚合酶由细胞核酸和蛋白质组成，仅能在DNA单链的3'端加入核苷酸。
它们会在单链DNA的末端现有核苷酸受到识别和特定引导下，配对新的碱基，并继续进行合成。
DNA模板的辅助因子在复制过程中，调节DNA聚合酶的活性，寻找复制泡的起点和方向并保护DNA聚合酶免受DNA外部条件的干扰。
第四讲：DNA的复制与修复
3‘
5‘
3‘
Discontinuous
5‘
Supported by pulse labeling experiment?
3‘
5‘
3‘
Semidiscontinuous
5‘
实验二：脉冲追逐实验（pulse-chase experiment）
目的是检测早期合成的DNA片段以后发生了如何的变化？ E.coli [t-] pulse-chase in H3-dT , 30’’ continue in H1-dT D.S. DNA S.S. DNA Density gradient of CsCl Measure H3-T
DNA复制时，一条链(前导链)是连续合成的， 而另一条链(后随链)的却是不连续合成的。
DNA复制的过程
（1）复制的起始 双螺旋结构DNA分子在局部解旋为单链，以解开的 一段DNA为模板，形成RNA引物。 （2）复制的延伸 从RNA引物开始连续合成一条链，另一条链以冈崎 片段方式分段不连续合成。 （3）复制的终止 DNA聚合酶水解RNA引物，补填缺口。 连接酶将DNA片段连接起来，形成完整的DNA分子。 DNA重新形成螺旋状。
DNA复制的几种主要方式
（3）D环型复制
（D-loop form replication）
线粒体、叶绿体DNA的一种复 制方式。 亲代双链DNA在DNA复制起 点处被解链开，最初仅以一条 母链作为新链合成的模板合成 互补链。另一条链则成为游离 的单链环，最后再以它为模板 合成另一条链。
DNA复制的 三种推测
DNA复制的起点
● DNA复制是从DNA分子上特定位置开始。这个特定的位置就称 为复制起点(Origin of replication，ori)。复制过程的复制起点两侧 呈现叉子的形式，故称复制叉。 ●大多数DNA的复制从起点开始双向、等速进行直到终点为止， 每一个这样的DNA单位称为复制子或复制单元(Replicon)。
DNA的复制与修复解析
复制叉的推进
起始点
（2） D-环型（D-loop）： 这也是
一种单向复制的特殊方式。这种方式 首先在动物线粒体DNA的复制中被发 现。双链环在固定点解开进行复制。 但两条链的合成是高度不对称的，一 条链上迅速合成出互补链，另一条链 则成为游离的单链环（即D-环）。
核）
D.多起点、双方向
（真核）
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）。
（1） 比较形象的－－θ 复制 ZP41
• DNA复制都是在特定起始部位开始。这 一特异部位称为Ori。
• 大多数原核生物基因组和细菌质粒只有一 个Ori位点，而真核生物染色体中有多个 Ori。
Ori是以一条链为模板起始DNA合成的一 段序列。一般由100-200个碱基对组成， 富含A.T。
1983年，Zyskind等人比较了6种不同种类的 细菌染色体复制起点的DNA序列（包括E.coli、 鼠伤寒沙门氏菌、肝炎杆菌和一种海洋细菌 等），发现它们具有共有序列, 包括二个必需 区域：一个是9bp重复序列，重复出现4次， 能与起始蛋白DnaA特异结合，对于DNA复制 的起始十分重要；另一个是3个连续出现的 13bp序列，富含A和T，有利于双螺旋DNA 局部解旋并暴露两条复制模板链。
1.概念： DNA在复制时，两条链解开 分别作为模板，在DNA聚合酶的催 化下按碱基互补的原则合成两条与 模板链互补的新链，以组成新的 DNA分子。这样新形成的两个DNA 分子与亲代DNA分子的碱基顺序完 全一样。由于子代DNA分子中一条 链来自亲代，另一条链是新合成的， 这种复制方式称为半保留复制。
DNA复制,修复和重组
DNA修复－差错倾向修复所需的酶类。
b. DNA polymerase V和translesion replication
DNA聚合酶V能复制DNA链的损伤位点， 造成高突变率。
第三节 细胞内DNA的遗传重组 （Genetic recombination ，或称基
因重排 Gene rearrangement）
b. 突变的基因间回复（或基因间的抑制）
第二个基因的突变排除或抑制了第一个基 因突变的影响，如抑制子tRNA抑制无意义 突变和错义突变。
二. 肿瘤发生和Ames检测
DNA核苷酸顺序的永久性改变称为突变， 突变的积累导致动物肿瘤的发生。一般的 说诱变剂是致癌物。Ames检测法检出致癌 物：利用一株 沙门氏杆菌组氨酸合成酶缺 陷株。诱变剂（致癌物）可导致基因突变 的回复，使之成为野生型，这原理可用检 出诱变剂。
以上两个过程复制和校对，都依赖碱基 配对中的非共价相互作用，这是提高信 息分子复制高保真度的根本方法。
六. 大肠杆菌有多种DNA聚合酶 1. DNA polymerase I 的特性 5’－3’聚合酶活性；3’－5’外切酶 活性； 5’－3’外切酶活性。
DNA合成速度不及复制叉移动速度的 1/20，16-20 nt/s；
第一节 DNA复制
一. 关于模板的概念（template） 模板分子的概念产生于DNA双螺旋结构 建立之前，能指导子代生物大分子按特 定顺序合成的母链称模板。
二. DNA复制的基本规律 a. DNA复制是半保留的；
b. DNA复制在一个原点（orgin）开始， 双向进行；DNA分子复制的起点称原点， 大肠杆菌的复制原点称OriC，终点区是 ter。DNA复制点呈分叉状，分叉状复制 区域称复制叉。
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。
DNA的复制和修复(4)
培养。 ３. 裂解细胞。 ４. 将裂解液放在CsC1溶液中进行密度梯度离
心。 ５. 在紫外光下可以看到形成的区带。
二 、DNA复制的起点和方式
❖复制子: DNA复制从起点开始直到终点为止， 每一个这样的DNA单位称为复制子或复制单元 (replicon)。
❖复制起点: DNA复制在生物细胞中要从DNA分 子上特定位置开始。这个特定的位置就称为复制 起点(Origin of replication)，用ori表示。
第34章 DNA的复制和修复
（DNA Replication and Repair）
内容
➢DNA的复制 ➢DNA的损伤和修复 ➢DNA的突变
DNA是生物遗传的主要物质基础，生物机 体的遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上 ，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过DNA 的复制由亲代传递给子代。1953年Watson & Crick提出DNA双螺旋结构模型后，1958年， Crick提出了“中心法则”(Central dogma) 揭示了遗传信息的传递规律。
DNA复制与修复
从复制起始点到终止点的区域，一个复制子仅一个复制起点i.复制子：能独立进行复制的单位a.复制叉：复制时，双链DNA解开成双股链分别进行，复制起始点呈现叉子的形式b.27）光活化修复：DNA光解酶可切开嘧啶二聚体的环丁烷恢复其DNA的原初结构。
光解酶含有可吸收蓝光为反应提供所需能量的色素分子。
28）SOS修复：指细胞在受到潜在致死性压力(如UV辐射、胸腺嘧啶饥饿、丝裂霉素C作用、DNA复制必需基因失活等因素)之后，出现有利于细胞生存、以突变为代价的代谢预警反应。
诱导DNA 聚合酶活性，涉及近20个sos 基因的表达，整个反应受到阻遏蛋白-LexA和激活蛋白-RecA的调节。
29）DNA损伤由辐射或药物等引起的DNA结构的改变。
包括DNA结构的扭曲和点突变。
DNA结构的扭曲会造成对复制、转录的干扰；而点突变则会扰乱正常的碱基配对，通过DNA序列的改变而对后代产生损伤效应。
小的DNA损伤通常可通过DNA修复纠正，而程度广泛的损伤可引起细胞程序性死亡。
30）氧化损伤在所有需氧细胞中由于超氧化物、氢过氧化物及最重要的羟基自由基等活性氧（ROS）的存在，会在正常条件下发生氧化损伤，这些自由基可在许多位点上攻击DNA，产生一系列特性变化了的氧化产物。
31）烷基化烷化剂是可将烷基（如甲基）加入到核酸上各种位点的亲电化学试剂，但其加入的位点有别于正常甲基化酶的甲基化位点，常见的烷基化试剂有MMS和ENU。
32）加合物紫外线照射可使DNA链上相邻嘧啶形成嘧啶二聚体，结果不能与其相对应的链进行碱基配对，导致DNA 局部变性，产生破坏复制和转录的大块损伤。
33）DNA的自发损伤由DNA内在的化学活性以及细胞中存在的正常活性化分子所致的损伤称为自发性损伤。
34）转氨作用：胞嘧啶会自发地水解脱氨变成尿嘧啶而造成点突变形成损伤。
35）脱嘌呤作用：在弱酸性条件下，核酸，尤其是DNA分子上的嘌呤碱基被脱除的过程。
36）脱嘧啶作用：基本概念1.DNA 复制修复2019年6月18日17:42核酸分子上的嘧啶碱基也可能发生脱除，但频率很低。
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。
脱氧核糖核酸的复制与修复机制
脱氧核糖核酸的复制与修复机制DNA是生命物质中最为重要的分子之一，它携带着细胞内所有的遗传信息，是生命存在，发展和演化的基础。
在生物体中，DNA会不断发生复制和修复。
复制是指DNA分子能够自我复制，即让细胞分裂时能够产生两个完全相同的DNA分子，确保子细胞能够得到正确的基因遗传信息。
而修复是指DNA分子受到损伤后，有一系列的维修机制可以修复这些损伤，以保证DNA的正常功能维持。
本篇文章将从DNA的复制和修复机制两个方面详细介绍。
一、DNA复制DNA是由四种核苷酸(腺嘌呤，鸟嘌呤，胸腺嘧啶和鳞状细胞内碱)构成的链状大分子。
在细胞分裂中，DNA分子必须复制，以使每个新细胞获得完全相同的遗传信息。
DNA分子的复制始于对其空间结构的撕裂，将其分成两个彼此并不相连的单链DNA。
这通常通过已经形成的 DNA 双螺旋链中的一些酶来完成，这类酶被称为"撕裂酶"。
如此一来，就会形成一个解旋口，可以使以后进一步连接的RNA和DNA聚合酶能够聚集在适当的位置。
随后，一种称为聚合酶的酵素会将已经分离的 DNA 小分子文件复制成两个持续生长的大分子文件。
此时的RNA和DNA聚合酶负责匹配核苷酸序列，以进行每条单链的DNA复制。
在整个过程中，DNA复制过程也会影响细胞的随机突变率，是进化的重要基础之一。
二、DNA修复DNA受到导致变异、致突变物质、辐射和其他类型的（自然和人为的）损害，例如交叉连锁、碎片、删改和相互结合的核苷酸等等。
此外，细胞分裂和依靠DNA 双链断裂的重组过程也会产生不可避免的基因组脆弱性。
DNA修复机制是使DNA维护完整性和避免遗传变异的重要手段。
DNA损伤是常见的，几乎每个细胞都能够自行处理，这是因为DNA以很高的速率损伤并激活相应的修复机制。
1.直接修复某些 DNA 损伤可以通过"直接修复"来恢复。
在这种情况下，保护细胞的修复酶通过识别和移除附加到 DNA 中的磷酸基（如甲基或乙酰）来解决问题。
DNA的复制、修复与重组DNA技术-
遗传信息的表达 转录 翻译
遗传信息的传递 复制
分子生物学中心法则(central dogma)
1958年 Crick 1970年 Temin 和 Baltimore
复 制 DNA
转录
RNA
逆转录
翻 蛋译 白质
第一节 DNA复制的原则
· 半保留复制(semiconservative replicatio 半不连续复制(semi-discontimuous replicat RNA引物 复制起始点和复制方向
定义：DNA复制时，一条链是连续复制，另一条链是不 连续复制，称半不连续复制。
前导链(leading strand)： 在引物的3`端按5 ` →3 ` 方向 连续不断地合成的DNA链。
随从链(lagging strand)： 在引物的3`端按5 `→3 ` 方向 不连续合成的DNA链。
冈崎片段 （Okazaki fragment）： 后随链上不连续合成的1000～ 2000或100 ～200个核苷酸组 成的DNA小片段。
3、重组DNA技术的基本步骤
1 重组分子的构建（接） 2 引入宿主细胞（转）
转化 转染 感染 3 筛选（筛）
1 重组分子的构建（接） • 目的基因或目的DNA片段的获得 聚合酶链反应（polymerase chain reaction, PCR ）
原理：模拟体内DNA复制
过程：94℃变性 58℃退火 72℃延伸
一、半保留复制
定义：亲代DNA分子的两条链可以分别作为模板， 按碱基互补配对原则，指导DNA新链的合成。新合 成的两个子代DNA分子，碱基序列与亲代DNA分子完 全一样，但一条链来自亲代DNA链，另一条链是新 合成的DNA链。
DNA的复制和修复
5' 3' XP 5' 3' 5' 3' 5' 3' 5' 3' XP DNA pol ε
UvrA，UvrB识别并结合 ， 识别并结合
3' 5'
UvrC切除 切除
3' 5' 3' 5' 3' 5' 3' 5'
DNA pol I DNA连接酶 连接酶
（三）重组修复(recombination repair)： 重组修复 ：
3′
5′
3′
解链酶解开 DNA双螺旋 双螺旋
5′
DNA复制起始的过程 复制起始的过程
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 聚合酶 DNA连接酶 连接酶 引物
3′
5′
3′
单链结合蛋白 防止复螺旋
5′
DNA复制起始的过程 复制起始的过程
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 聚合酶 DNA连接酶 连接酶 引物
DNA的复制过程 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 复制的起点 的起始点开始，同时向两个方向进行的， 的起始点开始，同时向两个方向进行的， 称为双向复制 称为双向复制
ori
ter
A
B
C
A. 环状双链 环状双链DNA及复制起始点 B. 复制中的两个复制叉 及复制起始点 C. 复制接近终止点 复制接近终止点(termination, ter)
第十二章
DNA的复制和修复 的复制和修复
第四讲 DNA的复制与修复
白和 LexA 阻
遏物相互作用 引起的。
DNA的修复 适应性修复
1977年美国学者L.萨姆森等在大 肠杆菌中发现的不同于SOS修复的又 一种诱导反应，它可以修复鸟嘌呤碱 基的甲基化。
DNA的修复 链交联修复
在糖基酶的催化下解开交联的一条臂， 通过碱基切除的方式先修复合成其中一条 单链，然后再在内切酶的催化下，以核苷 酸切除修复的方式从相反的方向修复对侧 的单链片断。
DNA的修复
DNA损伤修复的检测方法
放射自显影法 液体闪烁计数法 超速离心法 病毒宿主细胞复活法 姐妹染色单体互换(SCE)法
DNA的修复
DNA损伤修复的实践意义
DNA修复与肿癌 DNA修复与衰老 DNA修复与免疫
DNA修复与环境致癌因子的检测
DNA的复制的忠实性
DNA聚合酶对碱基的选择作用 DNA聚合酶对底物的识别作用 DNA聚合酶的校正作用 RNA引物的合成与切除是提高DNA复制准确性的重 要因素 DNA复制后错配碱基的修正
蚜肠霉素 核DNA合成
引物的合成和引物酶
DNA的复制是以RNA为引物的。 引物酶是一种特殊的 RNA聚合酶，可催化RNA短
片段的合成。RNA合成反应
是以DNA为模板，按碱基互 补规律，核苷酸从5'→3'
方向合成RNA片段，称为
RNA引物。 Reiji 等人的实验证据
DNA双股链的分离和解链酶
DNA复制过程中，复制叉在不断前进， 复制叉前方的亲代DNA需不断解链，为使复 制能够顺利进行，也就必须防止DNA单链的 复性。参与超螺旋构象变化及双螺旋解链 的主要为拓扑异构酶、解链酶及单链结合
DNA的修复
重组修复
机体细胞对在复制起
始时尚未修复的DNA损伤
生物化学 第19章DNA复制修复和重组
第一节
DNA 的 复 制
DNA的遗传信息最终是以蛋白质的形式表现的。DNA 通过复制把遗传信息传给子代，子代在个体发育中将 DNA上的信息通过转录传递到RNA上，然后的以RNA为模 板合成蛋白质。 一 DNA复制的半保留
（semiconservative replication）
5 引发体（primosome）引发RNA引物的合成 , 两条新链的合成都需要RNA引物。引发体是由多种 蛋白构成的约600kD的蛋白复合物，包 括Dnd B蛋 白和Dnd G蛋白（引物酶－primase）。每个 Okazaki（冈琦）片段的起动合成都需要引物体。 引物酶或者 RNA聚合酶催化引物的合成。 6 拓扑异构酶：DNA旋转酶（gyrases）是类型 Ⅱ拓扑异构酶；复制叉前面产生的正的超螺旋在 ATP供能的情况下， DNA旋转酶能引入负的超螺旋。
二
复制子的起点和复制方向
（一） 复制子的含义与方向 复制子(replicon) ：基因组上能独立进行复制 的单位。 一般认为细菌DNA分子作为一个复制单位完 成复制，真核生物染色体DNA能在许多个起始点起 始复制, 同时双向进行。以短时间，大量复制的 优势克服了基因组大，需要时间长的问题。
（二） E.coli DNA的复制是定点起始双向 进行的(Cairns 复制模型) 1963年，cairns等人用氚（3H）标 记的脱氧胸嘧啶核苷酸（d-3H-TTP）进行 E.coli DNA的复制实验证实了细菌, 某些 噬菌体, 高等真核生物染色体DNA的复制都 是定点起始双向进行的。
3
拓扑异构酶（topoisomerase）： 是用来将解链酶作用后产生的扭转张力释放掉而快速解除 复制叉移动产生的超螺旋。 拓扑异构酶Ⅰ（先在E.Coli中发现，过去称ω蛋白，也称 转轴酶、松旋酶或松弛酶）：解开DNA的负超螺旋断开单链， 使 DNA链下游沿轴松解方向旋转成松驰状态，然后封闭切口， 不耗能。不能解开正超螺旋 拓扑异构酶Ⅱ（旋转酶或促旋酶）：引入负超螺旋。断开 双链，链呈松驰状态后封闭切口，耗能时能使DNA分子转变为 负超螺旋，更好地起模板作用。没有ATP水解提供能量，可使 负超螺旋松弛。 拓扑异构酶Ⅰ和Ⅱ广泛地存在于原核和真核生物细胞中。
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第十九章DNA的复制、修复与重组121958年，F.Crick 提出中心法则,揭示了生物体内遗传信息的传递方向：4子代DNA的一条链来自亲代，另一条是新合成的。
★环状DNA复制起点的gene mapping P532图19-3783、复制方向复制方向大多数是双向的，形成两个复制叉，少数是单向复制，形成一个复制叉。
4、DNA的几种复制方式¾（1）直线双向复制单点，原核生物; 多点，真核染色体DNA¾（2）θ型复制：环状双链DNA，单向或双向（E .coli.）¾（3）滚环复制：环状单链DNA，Φx174 p533¾（4）D环复制：线粒体、叶绿体DNA¾（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。
910滚动环复制11E.coli复制叉移动的速率约50Kb/min，复制一代约需40分钟[4.2 ×106/（50Kb ×2）=42]。
富营养时，可采取多复制叉复制方式，20min复制一代。
真核复制叉前进的速率约1000-3000bp/min，采用多复制子（多点）方式，真核染色体复制一代要6-8小时。
131617DNA 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⑶反应需有引物3，-OH 存在⑷链生长方向5，→3，DNA 生物合成5’→3’，3. E.coli DNA聚合酶（1）DNA pol I单体酶，催化活性：5，→3，聚合酶活性3，→5，外切酶活性5，→3，外切酶活性大片段（Klenow）：5，→3，聚合活性、3，→5，外切活性。
小片段，5，→3，外切活性18（2）DNA PolⅡ单体酶，催化活性：5，→3，聚合(活性很低)3，→5，外切在DNA修复中起作用。
（3）DNA polⅢ（复制酶）寡聚酶。
DNA polⅢ是合成新链DNA主要的酶，又称复制酶(Replicase)19DNA聚合酶III5’→3’聚合酶活性5’→3’外切酶活性3’→5’外切酶活性(校正)★DNA聚合酶的校对功能：错配碱基被3’-5’外切酶切除DNA复制的高保真机制:1.DNA聚合酶的高度选择性2.DNA聚合酶（3’→5’外切酶）的校对功能3.错配修复P539表19-1、19-22021P1. 复制的起始DNA的双螺旋解开合成RNA引物的过程。
1）由TopoII松弛超螺旋，Dna A、解螺旋酶解开双链，SSB（单链结合蛋白）结合到单链上使其稳定。
2）形成引发体：各种蛋白质因子（dnaB、dnaC）、引物酶（dna G）构成的复合体，负责RNA引物的合成。
引发体沿着模板链3’→5’方向移动引物的合成方向也是5´→3´方向。
27★大肠杆菌起始复制所需蛋白质：p542表19-4 Dna A 在原点处打开双螺旋Dna B 使DNA解旋Dna C 帮助Dna B结合在原点Hu刺激起始引物酶(Dna G) 合成RNA引物SSB 结合单链DNARNA聚合酶促进Dna A活性旋转酶(Topo II) 松驰DNA扭曲张力292、DNA链的延长反应链的延长反应由DNA pol III催化。
在DNA聚合酶催化下，以解开的单链为模板，以四种dNTP为原料，进行聚合作用。
由5´→3´方向延长子链。
303、RNA引物的切除及缺口补齐DNA polⅠ的5，→3，外切酶活力，切除RNA引物。
DNApolⅠ的5， → 3，聚合酶活性，补齐缺口。
4、DNA切口的连接 DNA ligase。
5、DNA合成的终止E.coli复制的终止区含有7个23bp的终止位点 细菌环状DNA，复制叉相遇即终止。
33不连续片段的连接（滞后链）3' 5' 5' 3' RNA 酶（DNA polⅠ） 5' 3' OH P3' 5'dNTP 3' 5'DNA 聚合酶 P 5' 3'ATP 3' 5'DNA 连接酶 5' 3'34原核细胞DNA的 半不连续复制复 制过程复制叉的 移动方向5´3´Topo II Dna A 解螺旋酶 Dna B 引 引物酶+Dna C发 体SSB复制的起始RNA引物DNA链的延长DNA聚 合酶III DNA聚 合酶I3´DNA链终止前导链 滞后链DNA连接酶3´3´5´RNA引物3´5´35★ 复制过程小结：⑴ DNA解螺旋酶……解开双链DNA。
⑵ SSB结合于DNA单链。
⑶ DNA促旋酶引入负超螺旋，消除复制叉前进时带来 的扭曲张力。
⑷ DNA引物酶(在引发体中)合成RNA引物。
⑸ DNA pol III在两条链上合成DNA。
⑹ DNA polⅠ切除RNA引物，并补上DNA。
⑺ DNA ligase连接冈崎片段。
(8)DNA合成的终止36第三节 真核生物DNA的复制P424 1、 复制起点和单位真核生物染色体DNA是多复制子，有多个复制起点， 可以多点起始，分段进行复制。
每个复制子大多在100-200kb之间，比细菌染色体DNA （单复制子）小得多。
37真核细胞DNA复制的特点• 多个起点复制起 点 起 点 起 点 起 点 起 点 起 点真核生物复制叉移动的速度(1~3kb/min)比原核(50kb)的 慢。
38第四节 逆转录逆转录：以RNA为模板，合成DNA的过程 逆转录酶：RNA指导的DNA聚合酶1） RNA指导的DNA聚合酶 2） Rnase H 3） DNA指导的DNA聚合酶逆转录病毒RNA、DNA的合成43第五节DNA突变与修复一、 DNA突变突变 (mutation)：遗传物质结构改变而引起的遗 传信息的改变，也称为DNA损伤 (DNA damage)。
主要分为：碱基置换、DNA片段的缺失或插入、移码突 变、插入失活。
从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改 变。
44突变的类型：p559点突变：DNA原来的一个碱基对被另外一个碱基对所取 代。
转换 ：发生在同型碱基之间的置换。
颠换 ：一种嘌呤与一种嘧啶之间的置换。
移码突变：碱基缺失和插入引起的三联体密码的阅读 方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。
45DNA突 变的类型碱基对的置换 (substitution)野生型基因-T-C-T-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-T-G-A-C-A-T-G-C-移码突变 (framesshift mutation)转换-T-C-T-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-C-G-A-C-A-T-G-C-插入-T-C-T-C-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-G-T-G-A-C-A-T-G-C-颠换-T-C-T-T-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-A-G-A-C-A-T-G-C-T缺失46-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-A移码突变：正常5´……GCA GUA CAU GUC……丙缬组缬缺失C5´……GAG UAC AUG UC……谷酪蛋丝47诱变剂：能够提高突变率的物理和化学因子。
碱基类似物(如：5-BrU)碱基修饰剂（羟胺类，NH2OH)嵌入染料：丫啶橙，溴化乙锭紫外线、电离辐射481、光复活细菌光复活现象: 可见光（最有效400nm）可激活光复活酶，此酶能分解由于紫外线形成的嘧啶二聚体。
高等哺乳动物没有此酶。
50A 形成嘧啶二聚体B. 光复合酶结合于损伤部位C 酶被可见光激活D. 修复后释放酶2、切除修复P566 图19-27 DNA损伤的切除修复过程在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除，并以完整的那一条链为模板，合成出切去部分，DNA恢复正常结构。
I、结构缺陷的修复：II、碱基缺陷或错配——（N-糖苷酶）523、重组修复P568图19-29重组修复的过程切除修复发生在DNA复制之前，而当DNA发动复制时尚未修复的损伤部位，可以先复制，再重组修复。
在重组修复过程中，DNA链的损伤并未除去。
54554、SOS反应及其诱导的修复SOS诱导修复是细胞DNA受到严重损伤或DNA复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的一系列诱导性修复。
SOS反应是由RecA蛋白(触发SOS)和LexA阻遏物相互作用引起的。
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