DNA修复与重组解析
简述细胞内dna修复的主要类型。。
简述细胞内dna修复的主要类型。
细胞内DNA修复的主要类型包括直接修复、切除修复、错配修复和重组修复。
1. 直接修复：直接修复是指直接将受到损伤的碱基转化为正常的碱基，而不需要将它们切除。
这种修复方式有多种类型，例如光复活修复，它是一种非常有效的修复方式，能够准确地修复由于紫外线照射导致的DNA损伤。
2. 切除修复：切除修复是指在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤的部分切除，以完整的那一条链为模板，合成出正常的核苷酸，再由DNA连接酶重新连接，使DNA恢复正常结构的过程。
切除修复是细胞内主要的修复方式，它能够有效地修复各种类型的损伤，包括化学损伤、紫外线损伤等。
3. 错配修复：错配修复是指当DNA在复制过程中出现错配时，根据甲基化程度的不同，将新合成子链上错配碱基修复。
这种修复方式能够确保DNA复制的准确性，避免因错配导致的基因突变。
4. 重组修复：重组修复是指DNA复制过程中，将模板链DNA上的正确片段通过DNA重组的方式进行修复。
这种修复方式能够有效地修复DNA复制过程中的错误，确保基因组的稳定性和完整性。
此外，SOS修复也是细胞内的一种应急性的修复方式，当DNA发生严重损伤，
上述的4种修复机制受到抑制时，细胞为了生存而发出的一系列复杂反应。
SOS 修复是一种紧急应对机制，能够暂时维持细胞的正常功能，但长期使用可能会导致基因组不稳定和致癌风险增加。
原核生物dna修复方式
原核生物dna修复方式原核生物（Prokaryote）是一类生物，其细胞没有真核细胞的特征，没有明确的细胞核和其他细胞器。
原核生物的细胞内存在着许多与修复DNA损伤相关的机制，这些机制可以帮助细胞修复受损的DNA，保证遗传信息的传递和细胞的正常功能。
原核生物的DNA修复机制可以分为直接修复、碱基切除修复、错配修复和重组修复等多种方式。
下面将详细介绍这些修复机制。
1. 直接修复直接修复是一种修复DNA中某些特定类型的损伤的机制。
在原核生物中，一种常见的直接修复机制是光修复（Photoreactivation），通过使用特殊的光酶可以将紫外线引起的嘧啶二聚体（pyrimidine dimer）还原为单个嘧啶。
这种修复机制广泛存在于细菌和古菌中。
2. 碱基切除修复碱基切除修复（Base Excision Repair）是一种常见的DNA损伤修复机制，可以修复由氧化剂、低重复频率的单碱基修改或碱基丢失等引起的DNA损伤。
碱基切除修复通过一系列酶的协同作用来去除损伤碱基，并通过DNA聚合酶和DNA连接酶来完成修复。
在原核生物中，碱基切除修复是一种常见的修复机制。
3. 错配修复错配修复（Mismatch Repair）是一种修复DNA中碱基不匹配或错误插入的机制，可以修复由DNA复制错误或化学损伤引起的碱基错配。
在原核生物中，错配修复通常通过识别新合成的DNA链和亲本DNA链之间的错配来完成修复。
错配修复机制需要错配修复蛋白（MutS、MutL和MutH等）的参与，可以保证DNA的准确复制和维护基因组的稳定性。
4. 重组修复重组修复（Recombinational Repair）是一种通过基因重组修复DNA损伤的机制。
在原核生物中，重组修复机制主要包括同源重组（Homologous Recombination）和非同源重组（Non-Homologous End Joining）。
同源重组通过利用亲本DNA链作为模板来修复DNA断裂，并在碱基序列上进行基因重组。
动物和植物的DNA重组和修复机制研究
动物和植物的DNA重组和修复机制研究DNA是生命的基础之一，它编码了人类、动物和植物的整个基因组。
DNA的稳定性非常重要，因为任何一个小错都有可能导致基因突变，引发疾病或死亡。
然而，生物体内经常会出现DNA受损的情况，如紫外线、化学物质和其他环境压力都能够引起DNA断裂、损伤、交叉等问题。
为了应对这种情况，生物体内进化出了一套完备的DNA重组和修复机制，以确保DNA的稳定性。
动物的DNA重组和修复机制主要包括蓝光切割修复、非同源末端连接修复、同源重组修复、氧化损伤修复等。
蓝光切割修复机制主要涉及到荧光物质的作用。
通过荧光物质的刺激，可以使得DNA受损区域产生蓝色光反应，这样细胞就会对受损DNA区域进行修复。
同时，非同源末端连接修复机制主要是通过异源末端联合，通过在DNA断裂处填充氨基酸、核酸等物质来修复DNA。
同源重组修复机制则主要是通过配对染色体的同源部位，尝试将受损的基因区域用同源染色体部分进行替换，这样就能够保证重要的基因不会受到损害。
最后，氧化损伤修复机制则是通过氧化修复酶、抗氧化剂等物质，将DNA的氧化损伤进行修复。
而在植物方面，也有着自己的DNA重组和修复机制。
主要涉及到的是微生物介导修复机制、光解修复机制和同源重组修复机制等。
微生物介导修复机制主要是针对植物DNA受压损伤情况下的修复，主要是通过利用一些微生物菌株，将含有特殊修复基因的细菌导入植物细胞，以实现对受损DNA的修复。
而光解修复机制则是通过激活光敏色素，从而激活细胞内的修复机制，来对DNA损伤进行修复。
最后，同源重组修复机制同样存在于植物中，植物将尝试通过将基因区域从其他染色体中复制和替换来进行修复。
总的来说，动物和植物的DNA修复机制都非常复杂，他们都需要依靠一系列酶、辅因子、细胞因子等相互作用，才能够完成基因修复、重组的过程。
虽然这些机制非常复杂，但它们为生命的稳定性提供了坚实的保障。
理解这种机制也为今后的医学研究等提供了灵感和借鉴。
DNA修复的机制
DNA修复的机制DNA修复是细胞发生DNA损伤后的一种重要生物学过程。
它是维持基因组稳定性的关键机制，不仅能够修复外源性的DNA损伤，还能够修复内源性的DNA损伤，如自发的碱基损伤、复制错误和脱氧核糖核酸持久性链断裂等。
本文将介绍DNA修复的主要机制及其影响因素。
一、直接修复机制直接修复是DNA修复的最简单形式，仅涉及到修复酶与损伤部位的基本反应。
其中最为典型的直接修复机制是光修复。
光修复依赖于光反应酶，当DNA中出现紫外线导致的损伤（如嘌呤二聚体形成的环化损伤）时，光反应酶能识别并修复这些损伤。
此外，还存在其他直接修复机制，如O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶(MGMT)能够直接将自发的O6-甲基鸟嘌呤修复为正常的鸟嘌呤。
二、错配修复机制错配修复机制主要用于修复DNA中由于复制错误或环境因素导致的碱基错误配对的情况。
错配修复主要有两个亚型：互补修复和胞嘧啶脱氧核苷酸甲基化修复。
互补修复依赖于错配修复酶，利用其能够辨认DNA链的正常和错误部分来修复碱基错误配对。
胞嘧啶脱氧核苷酸甲基化修复则通过DNA甲基转移酶将错误甲基化的胞嘧啶修复为正常的胞嘧啶。
三、核苷酸切除修复机制核苷酸切除修复机制主要用于修复DNA中存在的各种形式的损伤，如异氰脲酸盐引起的各种碱基损伤和复制错误导致的脱氧核糖核酸持久性链断裂。
核苷酸切除修复分为碱基切除修复和核苷酸切除修复。
碱基切除修复通过切除损伤的碱基，并由DNA聚合酶和DNA连接酶在DNA模板上进行新碱基的合成，最终完成修复。
核苷酸切除修复则需要切除损伤链的一小段并修复。
四、重组修复机制重组修复是一种高效的修复机制，主要用于修复DNA双链断裂。
重组修复通过同源重组或非同源性末端连接来修复断裂的DNA。
同源重组是通过DNA侧切酶切割同源染色体，并通过相同或相似的DNA序列进行互补配对，最终完成重组和修复。
非同源性末端连接则是通过内切酶切割非同源末端并通过DNA连接酶进行连接，完成修复。
分子生物学中的DNA修复和重组
分子生物学中的DNA修复和重组在分子生物学中，DNA修复和重组是两个非常重要的概念。
DNA修复是指在细胞中修复DNA受损的过程，而DNA重组则是指在细胞中将DNA片段组合成新的DNA序列的过程。
这两个过程在生命的演化中起到了非常重要的作用，下面将详细介绍这两个过程的原理和应用。
DNA修复DNA受到外部物理和化学因素的影响时，如紫外线辐射、化学物质、放射线、热能等，会引起DNA分子的损伤。
DNA分子的损伤对于细胞来说是非常危险的，因为这些损伤可能导致基因突变、染色体畸变、细胞凋亡、肿瘤等病理现象的发生。
因此，DNA修复是保证基因稳定性和遗传稳定性的关键。
细胞内的DNA 修复机制主要分为三种基本类型：直接复制、切除复制和非切断复制。
直接复制是DNA受到伤害后，单纯地将DNA分子的二条链区分开来，然后再用同样的片段来修复它。
这种修复方式有时可能会造成不完全复制，从而导致基因突变或者染色体畸变。
切除复制是细胞发现存在某些损伤区域后，将其划定为一个区域，并且感知整个区域的基因信息。
细胞塔将周围的损伤部分切掉，通过粘贴的方式，使整个区域得到修复，从而保证基因稳定性。
切除复制主要包括核苷酸切失修复和错误配对修复两种机制。
非切割复制主要是一种高保真复制的方式，通过对DNA分子的一部分进行修复，使得DNA的各种结构和信息得到完整。
非切割复制包括模板交替和泛素修复两种方式，泛素修复主要可以修复一些氧化损伤和热能损伤产生的大量碳静电等不完全摩尔的DNA骨架。
DNA重组DNA重组是细胞在进行分裂过程中，将DNA的片段重新组合成新的DNA序列的过程。
在染色体重组的过程中，染色体发生了断裂和重组，通过断裂前后的DNA重组，使得基因序列得到重新组合，从而形成新的复合基因、新的生物种类等新的生物体。
这种DNA重组既是自然界演化的一种方式，也是人工改良可行性研究基因工程的基础。
DNA重组主要包括两个过程：DNA分子的断裂和DNA分子的重组。
细胞核内的DNA修复与重组过程
细胞核内的DNA修复与重组过程在生物体中，细胞核是一个重要的细胞器，它包含了生物体中的遗传物质，即DNA。
DNA是生命的基础，它是生物体中所有遗传信息的载体。
然而，DNA是非常容易受到损伤的，诸如紫外线、化学物质和电离辐射等因素都能对DNA造成损害。
如果不及时修复，这些损伤就会引起严重的生物学后果，甚至会导致DNA突变、基因突变等严重的生理疾病。
因此，DNA的修复和重组过程非常重要。
DNA修复过程是指当DNA受到损伤后，细胞通过各种途径修复DNA的损伤，保证DNA序列的准确性和完整性的过程。
DNA修复分为三种方式：直接修复、拼接修复和替换修复。
直接修复是指对DNA中的异常结构，如气体和金属离子等，直接进行修复。
拼接修复有两个亚型：非同源末端连接和同源性修复。
非同源末端连接是在DNA双链断裂时连接两个不同的DNA片段，而同源性修复则是选取合适的DNA同源物质使其进行修复。
替换修复是指通过嵌合DNA在受损位点产生一个完整的DNA分子替换受损的DNA分子。
细胞核内的DNA重组过程是指DNA分子中两个不同的DNA片段通过某种机制连接起来形成新的DNA序列的过程。
DNA重组过程包括三种方式：同源重组、非同源重组和复合型重组。
同源重组是指同一条染色体中两个不同的DNA片段之间发生的重组修复。
非同源重组是指发生在两个不同的染色体中的DNA重组。
复合型重组包含着同源重组和非同源重组，同时还有Homologous Recombination (HR)和Non-Homologous End Joining (NHEJ)两种方式。
Homologous Recombination (HR) 是细胞中一个常见的DNA重组方式，它是同源重组的一种方式。
在Homologous Recombination 过程中，损失的DNA段被同源染色体上的DNA片段所复制，然后与另一副染色体的DNA进行配对，每个互补碱基的配对碱基后，发生突然切换重组。
dna损伤修复非同源及同源重组分子机制(3篇)
第1篇一、引言DNA作为生物体的遗传物质，在生物体的生长发育、遗传变异和进化过程中起着至关重要的作用。
然而，DNA在复制、转录和修复过程中，由于外界因素或内部错误，会导致DNA损伤。
为了维持生物体的正常功能，细胞必须通过一系列的DNA损伤修复机制来修复受损的DNA。
其中，非同源重组（Non-Homologous End Joining，NHEJ）和同源重组（Homologous Recombination，HR）是两种主要的DNA损伤修复途径。
本文将详细介绍这两种分子机制的原理和作用。
二、非同源重组（NHEJ）1. NHEJ的原理NHEJ是一种在DNA双链断裂（Double-Strand Break，DSB）发生时，直接连接断裂末端的DNA损伤修复途径。
该途径不需要模板DNA，因此具有较快的修复速度，但修复效率较低，容易出现错误连接。
2. NHEJ的分子机制（1）识别和切割断裂末端：在DSB发生时，DNA断裂修复因子（如Mre11、Rad50和Nbs1）形成复合物，识别断裂末端，并通过ATP酶活性切割断裂末端。
（2）末端连接：在Xrcc4和Ligase IV的作用下，将断裂末端的粘性末端连接起来，形成环状中间体。
（3）去除中间体：在DNA聚合酶的作用下，去除中间体，形成完整的DNA分子。
三、同源重组（HR）1. HR的原理HR是一种在DSB发生时，利用未受损的姐妹染色单体或同源染色体作为模板，精确修复断裂末端的DNA损伤修复途径。
HR具有高保真性，但修复速度较慢。
2. HR的分子机制（1）断裂末端的识别和连接：与NHEJ类似，HR也需要识别和切割断裂末端。
在HR过程中，DSS1和RAD51蛋白复合物参与断裂末端的识别和连接。
（2）形成重组中间体：RAD51蛋白复合物与断裂末端结合，形成重组中间体。
（3）分支迁移：在分支迁移酶的作用下，重组中间体在姐妹染色单体或同源染色体上移动，寻找匹配的序列。
（4）交换和连接：在DNA聚合酶和Ligase I的作用下，将断裂末端与匹配的序列连接起来，形成完整的DNA分子。
F_DNA 损伤、修复和重组
2. 根据是否有突变剂的参与
突变发突生变类发型生
自发突变（spontaneous mutation） 1. 碱基错配／错配修复(mismatch repair) 2. 碱基互变异构： 亚氨基A*- C, C*-A；烯醇式T*- G, G*-T 3. 脱嘌呤(depurination)／AP endonucleases 4. 脱氨基(deamination) CU / 尿嘧啶-N-葡糖基酶
GAG (Glu) UAG (Stop)
渗漏突变（Leaky mutation） 人的蚕豆病（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶）
移框突变（frameshift mutation）
3. 对外界环境的敏感性 非条件突变（nonconditional mutation） 条件突变（conditional mutation） 温度敏感型突变 (ts mutant,temperature-sensitive)
突变发生类型
1. 根据错误碱基的产生方式
直接诱变 (direct mutagenesis) 错配碱基没有被DNA修复系统去除 如：5-BU
间接诱变 (indirect mutagenesis) 转移损伤DNA合成 （translesion DNA synthesis） 在下一轮复制： 模板链可以修复/子链产生突变 定向的（targetted）/非定向的（untargetted） SOS修复系统（原核生物） DNA聚合酶ζ（真核生物 ）
DNA损伤、修复和重组
突变和突变发生 （mutation and mutagenesis)
DNA损伤（DNA damage） DNA修复（DNA repair） 重组（recombination）
突变概念
突变（mutation） DNA分子碱基序列的可遗传改变
同源重组和相同的DNA修复机制
同源重组和相同的DNA修复机制DNA是构成生命体的基础，也是遗传信息的载体，但是在DNA复制和细胞分裂过程中，会出现许多突变和错误，因此细胞需要一套完善的机制来修复DNA，同时也需要一些特殊的机制来保证在细胞分裂时基因组的稳定性。
同源重组和相同的DNA修复机制就是其中两个非常重要的机制。
一、同源重组机制同源重组是一种重要的基因修复机制，主要发生在有性生殖的生物中。
在染色体发生断裂或受到多种损害的情况下，同源重组机制可以把损坏的DNA修复完整。
同源重组是指两条相同的DNA分子发生互相配对、断裂和重组的过程。
它需要两个相同的DNA分子在某些区域上具有完全相同的序列，即同源序列。
同源重组机制主要有两种形式：交叉连锁重组和非同源重组。
交叉连锁重组发生在有性生殖中，受交叉点的影响，在两条染色体的相同区域，交换杂交合子的DNA片段。
非同源重组则是发生在细胞中，DNA损伤时，细胞会短暂停止复制，启动同源重组，使恢复DNA的完整性。
同源重组机制在细胞遭遇致命DNA损伤时起着重要的角色，例如辐射、化学致癌剂、紫外线等。
同源重组机制除了能够修复DNA，还可以使DNA序列多样化，对物种的进化也起着非常重要的作用。
二、相同的DNA修复机制DNA修复机制是细胞保持基因组完整性的重要机制。
现有的DNA修复机制主要有四种：直接损伤修复、错配修复、基础切割修复和同源重组修复。
这些机制在基本原理上相似，它们的共同目标是清除损伤的DNA和重建功能完整的DNA双链。
相同的DNA修复机制是指在两个不同的细胞中，进行基本相同的DNA修复方案。
相同的DNA修复机制经常发生在原核和真核生物的细胞中，如细菌和哺乳动物细胞的DNA修复机制基本上是相同的。
DNA修复机制在生命的演化过程中起着至关重要的作用，它不仅可以减少DNA突变的发生，还能使DNA序列得以多样化。
此外，DNA修复机制对生命组织的功能、表现异同以及物种演化等都有一定的影响和意义。
DNA修复机制的实验研究与应用
DNA修复机制的实验研究与应用DNA修复机制是维持细胞基因稳定性和遗传稳定性的重要过程。
在细胞内，DNA会受到各种内外因素的损伤，如辐射、化学物质和自身代谢产物等。
如果这些损伤没有得到及时修复，就会导致DNA序列的改变，从而引发各种疾病，包括癌症。
因此，对DNA修复机制的研究具有重要的理论和实际意义。
DNA修复机制主要分为直接修复、错配修复、核苷酸切除修复和重组修复四种类型。
直接修复是指DNA中的损伤被修复酶直接修复，而不需要切除或替换碱基。
这种修复方式速度快，但只能修复一部分特定类型的损伤。
错配修复是指修复酶通过识别和切除DNA链上的错误配对碱基，然后通过DNA聚合酶和DNA连接酶的作用来修复。
核苷酸切除修复是指损伤的核苷酸被切除，并通过DNA聚合酶和DNA连接酶的作用来修复。
重组修复是指通过DNA链的重组来修复损伤，这种修复方式主要发生在DNA双链断裂的情况下。
为了研究DNA修复机制，科学家们进行了大量的实验研究。
其中一种常用的实验方法是利用放射性同位素标记的DNA来模拟DNA损伤，并通过测量DNA修复速度和效率来评估修复机制的活性。
另一种方法是利用基因工程技术构建DNA 修复相关基因的敲除或过表达模型，通过比较这些模型与野生型细胞的DNA修复能力来研究修复机制的功能。
此外，还可以利用蛋白质相互作用和结构生物学等技术手段来解析DNA修复机制的分子机理。
DNA修复机制的研究不仅有助于我们深入了解细胞的基本生物学过程，还为疾病的预防和治疗提供了新的思路和方法。
例如，基于对DNA修复机制的研究，科学家们开发出了一系列针对DNA损伤的药物。
这些药物可以通过干扰DNA修复机制的活性来增强化疗药物对癌细胞的杀伤作用，从而提高癌症治疗的效果。
此外，还有一些药物可以通过修复DNA中的损伤来预防或治疗某些遗传性疾病，如遗传性免疫缺陷病和遗传性视网膜色素变性等。
除了药物的开发，DNA修复机制的研究还为基因编辑技术提供了理论基础。
DNA修复与重组解析
第四章 DNA修复与重组一、填空题1．在大肠杆菌中发现了——----种DNA聚合酶。
DNA修复时需要DNA聚合酶——---。
2．真核生物中有5种DNA聚合酶，它们是：(1)—-----—(2)—---—(3)—---—(4)—-----—(5)—------—。
3．在DNA修复过程中，需要第二种酶，—--------—，作用是将DNA中相邻的碱基—---------—起来。
————————DNA聚合酶具有外切核酸酶的活性。
有两种外切核酸酶的活性，它们分别从—-----------—和—----------—降解DNA。
DNA聚合酶—---------—只有———————外切核酸酶活性。
4．只有真核DNA聚合酶—------—和—------—显示—-----—外切核酸酶活性。
5． DNA大多数自发变化都会通过称之为—----------—的作用很快被校正。
仅在极少情况下，DNA将变化的部分保留下来导致永久的序列变化，称为—-------—。
6．偶然情况下，在同一基因两个稍微不同拷贝(等位基因)间发生重组的过程中，一个等位基因经过—----------—过程会被另一等位基因代替。
7．通过—---------—基因重组，游动DNA序列和一些病毒可进人或离开一条目的染色体。
8． DNA修复包括3个步骤：—-----------—酶对DNA链上不正常碱基的识别与切除，—-------—酶对已切除区域的重新合成，—--------—酶对剩下切口的修补。
9．一种主要的DNA修复途径称—---------—，包括一系列—----—酶，它们都能识别并切去DNA上不正常碱基。
10．—----—途径可以切去任何造成DNA双螺旋大片段改变的DNA损伤。
11．大肠杆菌中，任何由于DNA损伤造成的DNA复制障碍都会诱导—-----—的信号，即允许跨过障碍进行复制，给细胞一个生存的机会。
12．在—----—中，基因交换发生在同源DNA序列间，最常见是发生在同一染色体的两个拷贝间。
DNA复制,修复和重组
ppi 焦磷酸酶 2pi
＋2 KJ/mol
－30 KJ/mol
－28 KJ/mol
Δ G0’＝-28 KJ/mol
但由DNA聚合酶催化的上述反应在无焦 磷酸酶参与下仍能继续进行。聚合反应 导致多重弱相互作用的形成，它们释放 的能量促进多聚化反应：
C－H 约100 KJ/mol；OH …O＝C 约4-5 KJ/mol；van der Waal’s 约1 KJ/mol。
图12-9 图12-10
酸， DNA polymerase I 除去RNA引物， 并合成DNA链代替，所留下的nick（切 口）由DNA连接酶连接。
c. DNA连接酶
连接具有5’－磷酸和3’－OH的切口形 成磷酸二酯键，连接酶以NAD或ATP为 能源。
3. 终止
在原核细胞中，两个方向相反的复制叉 在染色体对相遇时复制的终止过程开始。
第二节 DNA修复（repair）
一. 关于突变的一些概念
1. 天然突变和诱变 天然突变：如碱基的互变异构，宇宙线 造成的突变。天然突变率称突变的本底 水平（background）。 诱导突变（induced mutation）：补加诱 变剂诱发的突变。
诱变剂：引起突变的任何物理因子或化 学因子称诱变剂或诱变因子。
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）
第二章 DNA的复制，修 复和重组
1. DNA的代谢过程包括复制，修复和重组 2. 大肠杆菌遗传图
DNA损伤,修复与重组
━→ A T G ▋C T ▋A C G
TACXGA YTGC ┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴
DNA损伤,修复与重组
碱基类似物 ─→错配 ─→复制 ─→突变
5-BrU or 5-BrdU 更高比例的烯醇式，与G配对； 8-oxo-dGTP 更多地与 A配对
H
A
N–H
H―O
8-oxo-dGTP
DNA损伤,修复与重组
第二节 DNA 损伤
2.1 DNA损伤 ❖ DNA损伤是指DNA正常理化结构的改变。 ❖ DNA损伤可因碱基杂环和环外功能基化学活性而引起
诱变剂→碱基的―┬→不配对或错配→直接或间接突变发生 理化损伤 └→物理扭曲→复制中断→细胞死亡
❖ 直接作用：指诱变剂直接与DNA反应所引起的损伤；
第六章 DNA损伤,修复,突变与重组
1 基因突变 2 DNA 损伤与 3 DNA 损伤的修复 4 DNA重组
DNA损伤,修复与重组
第一节 基因突变
突变的概念的提出：
❖ 德弗里斯 — 突变论
1888 用一种红杆月见草，与 常规品种杂交，选育出4个稳 定的新品种：小月见草、晚月 见草、红斑月见草和巨形月见 草。把生物中出现的突然的、 明显的性状变异称为突变。
└ 无义突变：产生新的终止密码→多肽链合成 提前终止
◆ 移码突变┬碱基删除→读码框前移┬删除或插入点→肽段 └碱基插加→读码框后移┘后的密码改变 的变化 ↓ 突变蛋白质 ↓ 变异
◆无表型效应的基因突变的累积与可导致DNA多态性产生。
◆复制的忠实性原因： 半保留复制； 校正机制(DNA pol I、DNA polε)； 修复机制。
DNA损伤,修复与重组
烷化作用
烷化剂 → 碱基烷化 ┬→ 干扰DNA解旋 → 致死 └→ 复制异常 → 直接或间接诱变
第4章 DNA损伤、修复及重组
• TT 、 CC 、 CT 之间都可 形成二聚体。
• 紫外线引起的DNA损伤最易形成胸腺嘧啶二聚 体（TT）。
（2）电离辐射造成的DNA损伤 • 碱基的变化：细胞中的H2O经辐射分解后产生•OH， 使碱基氧化修饰，形成过氧化物，导致碱基的破 坏和脱落。 • 脱氧核糖的变化：•OH可以使脱氧核糖分解，引 起DNA单链或双链断裂。 • DNA的交联，包括DNA链间交联和DNA与蛋白质 的交联。
• 以胸腺嘧啶二聚体为例，含有二聚体的DNA仍可 进行复制，但复制到二聚体时要暂停一下，然后 越过此处障碍，在二聚体的后面以未知的机制开 始复制，这种起始复制可能不需引发。 • 这样在合成的子链上留下一个大缺口，而其互补 链则复制成完整的双链。然后由完整双链中的母 链与带缺口的子链发生重组。
• DNA合成时，复制叉遇到嘧 啶二聚体，会跳跃过损伤部 位，在下游约1000个核苷酸 处重新开始。复制的子链形 成一个缺口。 • recA蛋白可以识别并结合于 此，并同时识别同源双链区。 • 在recA蛋白的作用下，同源 双链发生重组交换，无损伤 的母链断裂修补缺损的空隙。 • 母链的缺损部位以互补链为 模板，进行合成修复。
（四）烷基转移修复
• 烷化剂所引起的最常见的DNA损伤时使鸟嘌呤O6 甲基化。在大肠杆菌中存在 O6-甲基鸟嘌呤转移酶， 可修复甲基化的碱基。将O6甲基鸟嘌呤的甲基转 移至该酶的一个半胱氨酸上，酶自身失活。
二、切除修复
• 切除修复是指在一系列酶的作用下，将DNA分子 中受损伤部分切除，然后以另一条完整的互补链 为模板，重新合成切去的部分，是DNA恢复正常 结构的过程。
5´ 3´
T
G
GATC
GATC
3´ 5´
CH3
dNTPs
DNA双链断裂修复机制
DNA双链断裂修复机制DNA是生命的基因信息储存分子，然而在细胞代谢和外界物理、化学因素的作用下，DNA会发生双链断裂。
DNA双链断裂是一种严重的DNA损伤，如果不及时修复，可能导致细胞死亡、突变、癌症等严重后果。
为了确保遗传信息的稳定传递和生物体正常的生理功能，细胞发展出了一套复杂而精密的DNA双链断裂修复机制。
在细胞中，DNA双链断裂的修复主要可以分为两种方式，即非同源末端连接和同源重组。
下面将详细介绍这两种修复机制。
非同源末端连接是一种主要的DNA双链断裂修复机制。
当DNA双链断裂发生时，损伤部位两侧的DNA末端并不完全互补，因此无法直接连接。
在非同源末端连接过程中，细胞会通过一系列的酶切反应，将DNA末端修复为互补的单链序列，然后通过连接蛋白将两个DNA末端粘合。
非同源末端连接的修复过程通常是快速而高效的，并且不需要与其他DNA分子发生同源性配对。
然而，由于非同源末端连接的粘合过程是不依赖于特异序列的，因此容易引入序列突变或其他结构异常。
这种修复方式在真核生物中相对常见，特别是在无法通过同源重组修复的情况下，如末端缺失、断裂过于严重等。
同源重组是另一种常见的DNA双链断裂修复机制。
同源重组通常发生在有剩余DNA可供参照的情况下，例如在细胞有相同拷贝的姊妹染色单体或同源染色体存在的情况下。
同源重组具有高度保真性，能够恢复DNA双链的连续性，避免引入突变或其他结构异常。
同源重组的修复过程主要分为四个步骤：识别、切割、重组和连接。
首先，细胞通过蛋白复合体识别受损的DNA双链断裂，然后酶切蛋白切割DNA末端，形成长的3'单链序列。
接着，受损染色体上同源的DNA序列会作为模板，与被修复的DNA进行互补配对。
最后，蛋白复合物负责连接两侧的DNA，完成修复过程。
同源重组修复机制在原核和真核生物中普遍存在，不仅能修复DNA双链断裂，还能帮助修复复杂的染色单体结构变异，以及配对染色体的断裂。
DNA双链断裂修复机制还受到各种因素的调控，如细胞周期、DNA损伤信号传导和染色体结构的调节等。
DNA损伤与修复
DNA损伤与修复
突变 (mutation)：
是指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)。
从分子水平来看，突变就是DNA 分子上碱基的改变。
一、突变的意义
(一) 突变是进化、分化的分子基础
• 进化过程是突变的不断发生所造成的。没
有突变就没有今天的五彩缤纷的世界。遗传 学家认为：没有突变就不会有遗传学。
——DNA分子内发生较大片段的交换， 也称为重组。
移位的DNA可以在新位点上颠倒 方向反置（倒位），也可以在染色体 之间发生交换重组。
四、DNA的损伤和修复
修复 (repairing)：是指针对已发 生的缺陷而进行的补救机制。
(一)光修复 (light repairing)
O
RN
P
O
RN
N O
UV
• 大量的突变都属于由遗传过程自然发生的，
叫自发突变或自然突变（spontaneous mutation）。
(二) 突变导致基因型改变 • 这种突变只有基因型的改变，而没有可察
觉的表型改变。
• 多态性 (polymophism)：是用来描述个体
之间的基因型差别现象。利用DNA多态性 分析技术，可识别个体差异和种、株间差 异。
镰形红细胞贫血病人的Hb (HbS) 与正常成人的Hb (HbA)比较
基因模板链 mRNA
肽链第6位氨基酸
HbS CAC GUG Val
HbA CTC GAG Glu
(二)缺失(deletion)和插入(insertion)
1. 缺失：一个碱基或一段核苷酸链从
DNA大分子上消失
2. 插入： DNA大分子上多了一个碱
第12章DNA的复制重组与修复
DNA的复制、修复和重组
分子生物学的中心法则(central-dogma): 1958年，由Francis.Crick提出。
第一节
DNA的代谢
一、DNA代谢包括DNA复制、修复和重组
二、大肠杆菌遗传图
第二节
DNA复制的一般规律
一、关于模板的概念
模板（template）： 1.早期推测模板分子的表面可以让许多小分
复制一条新链。二个子代DNA分子碱基顺 序与亲代分子完全一致，其中一条链来自 亲代DNA链，另一条是新合成的。
The Meselson-Stahl experiment:
1957年， 由 Mathew Meselson 和Franklin Stahl设 计。
三、DNA复制的起点与方向
复制从原点（origin）开始双向进行的 John Cairns experiment
子按一定排列顺序排列，然后连接这些小 分子形成有特定结构和功能的大分子。 2.Watson-Crick DNA双螺旋结构表明，DNA 双链严格按碱基配对互补，故，如以一条 链为模板，可合成另一条有既定顺序的互 补链。
二、DNA复制是半保留的
半保留复制(semi conservative replication): 亲代的DNA双链，每条链都可作为模板，
具有高度专一的DNA修复功能（appears to have a highly specialized DNA repair function ）。
DNA聚合酶Ⅲ（ pol Ⅲ）： 为E.coli的主要复制酶（replicase）。
1.全酶含10种亚基,为不对称二聚体。 2.α,ε和θ 组成核心酶 （α具有5′→3′聚合 酶 活性， ε具有3′→5′外切酶活性和碱基选择功能） 。
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第四章DNA 修复与重组一、填空题1 . 在大肠杆菌中发现了一一一种DNA聚合酶。
DNA修复时需要DNA聚合酶一一---。
2 . 真核生物中有5种DNA聚合酶，它们是：⑴一一⑵一---—⑶一---—⑷—- —(5) —----- —。
3 . 在DNA修复过程中，需要第二种酶，一--------- —，作用是将DNA中相邻的碱基一—起来。
DNA聚合酶具有外切核酸酶的活性。
有两种外切核酸酶的活性，它们分别从一一和一一降解DNA DNA聚合酶一—只有———————外切核酸酶活性。
4 . 只有真核DNA聚合酶一——一和一——一显示一-----—外切核酸酶活性。
5 ．DNA 大多数自发变化都会通过称之为—------- —的作用很快被校正。
仅在极少情况下，DNA将变化的部分保留下来导致永久的序列变化，称为一--------- 一。
6 ．偶然情况下，在同一基因两个稍微不同拷贝(等位基因)间发生重组的过程中，一个等位基因经过—------- —过程会被另一等位基因代替。
7 . 通过一-------- 一基因重组，游动DNA序列和一些病毒可进人或离开一条目的染色体。
8 . DNA修复包括3个步骤：一--------- 一酶对DNA链上不正常碱基的识别与切除，—-- —酶对已切除区域的重新合成，—--------- —酶对剩下切口的修补。
9 . 一种主要的DNA修复途径称一-------- 一，包括一系列一----—酶，它们都能识别并切去DNA上不正常碱基。
10 .—----—途径可以切去任何造成DNA双螺旋大片段改变的DNA损伤。
11 .大肠杆菌中，任何由于DNA损伤造成的DNA M制障碍都会诱导一-----—的信号，即允许跨过障碍进行复制，给细胞一个生存的机会。
12 .在一----—中，基因交换发生在同源DNA序列间，最常见是发生在同一染色体的两个拷贝间。
13 .在交换区域，一个DNA分子的一条链与另一个DNA分子的一条链相互配对，在两个双螺旋间形成一个—----- —。
14 .通过一——一，两个单链的互补DNA分子一起形成一个完全双链螺旋，人们认为这个反应从一个慢的—--- —步骤开始。
15 .大肠杆菌的染色体配对需要一-------- —;它与单链DNA结合并使同源双链DNA与之配对。
16 一般性重组的主要中间体是—------- —，也用它的发现者名字命名为— -------- —。
二、选择题( 单选或多选)1 . 关于DNA的修复，下列描述中，哪些是不正确的？()(a) UV 照射可以引起嘧啶碱基的交联(b) DNA 聚合酶川可以修复单链的断裂(c) 双链的断裂可以被DNA聚合酶H修复(d) DNA 的修复过程中需要DNA连接酶(e) 细菌可以用一种核酸内切酶来除去受损伤的碱基(f) 糖苷酶可以切除DNA中单个损伤的碱基2 DNA 最普遍的修饰是甲基化，在原核生物中这种修饰的作用有：( )(a) 识别受损的DNA以便于修复(b) 复制之后区分链，以确定是否继续复制(c) 识别甲基化的外来DNA并重组到基因组中(d) 保护它自身的DNA免受核酸内切酶限制(e) 识别转录起始位点以便RNA聚合酶能够正确结合3 . 单个碱基改变是DNA损伤的一种形式，它们：()(a) 影响转录但不影响复制，在此过程中一个ATG起始密码可能被修改(b) 影响DNA序列但不影响DNA的整个结构(c) 将继续引起结构变化但不影响复制循环(d) 可能由错配复制或酶的DNA修饰(如脱氨基)所引起(e) 可以由UV照射(如嘧啶二聚体)或加成化合物形成(如烷基化)所引起4 ．错配修复是基于对复制期间产生的错配的识别。
下列叙述正确的是：( )(a) UvrABC 系统识别并靠DNA聚合酶I促使正确核苷酸的引人而使错配被修复(b) 假如识别发生在被重新甲基化的半甲基化DNA之前，那么修复可能偏向野生型序列(Dam 甲基化，MutH, MutSL)(c) 错配一般由单链交换所修复，这要靠RecA蛋白恢复正常拷贝序列的能力(d) 错配修复也可被认为是对DNA的修饰活动，如去烷基化或再氨基化，但是不会替换损伤的核苷酸(e) 错配修复是靠正常情况下被LexA蛋白抑制的修复功能完成的(SOS反应)5 ．非均等交换：( )(a) 发生在同一染色体内(b) 产生非交互重组染色体(c) 改变了基因组织形式,未改变基因的总数(d) 在染色体不正常配对时发生(e) 减少一个基因簇的基因数,同时增加另一个基因簇的基因数6 ．许多细菌在它们的基因组中几乎平均分配重组敏感热点,这些热点在大肠杆菌E.coli 中称为chi, 它们是：( )(a) 是双链经常断裂的部位,它可来诱导重组(b) 是单链经常断裂的部位,导致单链同化作用(c) 是RecBCD复合物作用的位点，在这些位点，受双链断裂激活的RecBCD复合物切开一个自由3' -OH端(d) 是顺式作用元件，在该元件内可以产生—个单链的自由3' -OH末端(e) 是RecA蛋白结合的DNA位点，RecA蛋白从该位点沿着DNA移动直到断裂点三、判断题1 . 拓扑异构酶I和n可以使DNA产生正向超螺旋。
2 . 拓扑异构酶I解旋需要ATP酶。
3 . RNA聚合酶I合成DNA M制的RNA引物。
4 . 线粒体DNA的复制需要使用DNA引物。
5 .入噬菌体整合到大肠杆菌基因组上是由一个位点专一的拓扑异构酶(丸整合酶)催化的，它可以识别在两条染色体上短的特异DNA序列。
6 . 在真核生物染色体DNA M制期间，会形成链状DNA7 . 所有已知的基因转变都需要一定量的DNA合成。
8 ．根据不同物种同一蛋白质中氨基酸的不同来估计突变率往往较实际的突变率低, 因为一些突变体由于危及蛋白质功能,在选择压力下从种群中消失。
9 . 因为组蛋白H4在所有物种中都是一样的，可以预期该蛋白基因在不同物种中也是一样的。
10 ．DNA 修复机制有很多种,但所有这些机制都依赖于二倍体染色体上两套遗传信息的存在。
11 .自发的脱嘌呤作用和由尿嘧啶DNA糖基化酶切去一个已脱碱基的胞嘧啶都会产生可被无嘌呤嘧啶内切核酸酶作为底物识别的同样的中间产物。
12 . DNA修复的第一步是由专用于修复过程的酶催化的，下面的步骤由DNA代谢过程中的常用酶催化。
13 •大肠杆菌中SOS反应的最主要作用是通过在原始DNA损伤区附近导人补偿突变来提高细胞存活率。
14 . DNA中四个常用碱基自发脱氨基的产物，都能被识别出来。
15 ．在细菌细胞中，短片段修复是由损伤诱导的。
相反，长片段修复是组成型的，且往往涉及长约1500-9000bp损伤DNA片段的替换。
16 .真核生物中DNA的修复没有原核生物重要，这是因为体细胞的二倍体特征。
17 •一般性重组需要交换的双方都有一长段同源DNA序列，而位点专一重组仅需要短而专一的核苷酸序列，某些情况下，只需要交换双方中的一方具有该序列即可。
18 .一般性重组包括DNA片段的物理交换，该过程涉及DNA骨架上磷酸二酯键的断裂和重新形成。
19 . RecA蛋白同时具有位点专一的单链切割的活性和将单链从双螺旋DNA分子上脱离的解旋酶的功能，但需要依赖于ATP活性。
20 ．大肠杆菌的单链结合蛋白通过与糖—磷酸骨架结合并使碱基暴露，从而解开单链上的短发夹结构。
21 . RecA蛋白同时与单链、双链DNA结合，因此它能催化它们之间的联会。
22 ．交叉链互换包括交叉链和未交叉链，至少其中一条链的磷酸骨架断裂才可能使这个过程逆转。
23 ．基因转变是真菌类偶然改变性别的方式；正常情况下，一次接合产生等量的雄性与雌性孢子，但偶然也会出现1: 3或3: 1的比例。
四、简答题1 ．假如发生了碱基对的错配会产生什么表型，它们怎样被修复?2 . 为什么DNA的甲基化状态可以为复制的调节和DNA的修复所利用？3 ，错配修复的方向可以怎样被调节( 突变型到野生型或野生型到突变型)?4 . RecA蛋白是怎样调节SOS反应的？5，以图4.1A 为例，画出图4.1B 所示分子同源区域交叉重组的产物，图中用一条单线表示DNA双螺旋，同源重组的靶位点用箭头标出。
图6 ．图4.2 所示为两条同源的亲代双螺旋和两套可能的重组产物。
请画图表示两亲代双螺旋间可以产生指定重组产物的Holliday 连接，在每条链的左端标明Holliday 连接的3' 或5'端，这样亲代和重组双螺旋间的关系就比较清楚。
请指明为了产生每套重组产物哪些链应被切去。
最后，画出经过一轮DNA复制后的重组产物.图7 ．为什么基因内互补只发生在：(1) 某一基因座的等位基因间；(2) 这些基因座的特殊等位基因对间?五、分析题1 ．实验结果表明所研究细菌的一个操纵子具有三个相似拷贝，它编码一个关键酶的亚基。
由于没有检测到第三个碱基简并性（摇摆性）现象，由此说明接近的相同性（99％）是由于DNA 修饰作用的结果。
请问这涉及哪些可能的机理?2 ．根据对细菌限制和修复系统的知识，设计一个简单的实验来检测你收集的菌株是否有原噬菌体的存在。
3 ．大肠杆菌中的几个基因包括uvrA 、uvrB 、uvrC 和recA 都与紫外线损伤的修复有关，含有一个有缺陷的上述基因的大肠杆菌细胞系比起野生型细胞对紫外光的射线更敏感，就如图 4.3A 所示的uvrA 与recA 突变株。
单个不同基因的突变可以成对联合起来形成所有可能的双突变体。
比起单突变体，双突变体的敏感性变化很大。
相对uvr 单突变体，两个uvr 突变形成的双突变体对紫外光的敏感性并无多大增加，但recA 缺陷和任一种uvr 突变体形成的双突变体却使一个细胞株对紫外光极度敏感，如图 4.3B 所示的uvrArecA 双突变体放大图。
（1）为什么一个recA 突变和一个uvr 突变的结合会产生一个对紫外光极其敏感的细菌菌株，而不同uvr 基因突变的结合却和单个突变没有差别?（2）根据泊松分布，当一个细菌种群平均受到一个致命“轰击”，37％（e —1 的个体将存活下来，因为它们实际上并没有受到轰击。
对于uvrArecA双突变体，0. 04J/ m2的剂量使37％的个体存活（如图 4.3B）。
计算对uvrArecA 双突变体细胞株来说，多少嘧啶二聚体会组成致死轰击，假设大肠杆菌的基因组有4X 106个碱基对，包括50%的GC而且把DNA暴2露在400J/m的紫外线下，会使1%的嘧啶对（TT、TG CT和CC）变成嘧啶二聚体。
图图4.3 紫外光不同剂量作用下的细胞存活曲线（A）野生型，uvrA、recA单突变体，uvrArecA双突变体的存活曲线（B）uvrArecA 存活曲线的放大图4 . 除了uvrABC内切核酸酶修复、重组修复和SOS修复，细菌还具备一种对嘧啶二聚体更有效的修复系统。