分子生物学：第三章-DNA的复制和修复

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＆RepairofDNA第三章DNA的复制和修复核酸代谢一、DNA复制的概念DNA复制：在细胞分裂过程中，以亲代DNA为模板合成子代DNA分子的过程称为DNA复制（DNAreplication）。双螺旋的每一条DNA链都可以作为模板合成一条与其互补的DNA链，从而形成两条与其完全相同的子链。

第一节复制（二）、DNA的复制方式——半保留复制当DNA复制时，DNA解螺旋，双链彼此分开，均可作为模板；碱基互补配对原则组成两条新的多核苷酸链，一个DNA分子复制成两个同样的DNA分子。其中一股单链是从亲代完整地接受。另一股单链完全重新合成，且按碱基配对原则互补。意义：保持DNA在代谢上的稳定性（三）DNA的半不连续复制日本，冈崎（1968）1、概念DNA、RNA：合成方向5‘→3‘一条链合成方向与复制叉同向，按5‘→3‘方向连续复制——前导链冈崎片段：模板DNA中5‘→3‘走向的单链，在复制过程中，DNA聚合酶随着复制叉的打开，一小段一小段地合成新链，这条新链被称为随从链，随从链的复制有多个起始点，每个起始点按5‘→3‘方向合成一小段DNA，这些小片段称为冈崎片段。

（四）DNA复制的酶系1、解旋解链酶：1）拓扑异构酶（Topo，解超螺旋酶）：解开DNA超螺旋2）解链酶（解螺旋酶）：解开碱基间氢键，形成2股单链3）单链DNA结合蛋白（SSB）：结合单股DNA，阻止DNA复性TopoⅠ：切开DNA中的一条链，与另一条链解缠绕或再缠绕→连接TopoⅡ同时切开DNA双链解旋或再螺旋→连接解链酶、SSB的作用解链酶（helicase，解螺旋酶）：断裂互补碱基间的氢键，使DNA双链分离形成“复制叉”单链DNA结合蛋白（SSB）：结合于解开的DNA单链，防止双螺旋再形成（阻止DNA复性）

子链的合成必须有5’端核苷酸引物存在引物由引物酶催化合成，引物酶——特殊的RNA聚合酶引物：小段RNA，在此基础上，DNA聚合酶延长子链2、引物酶：合成小段RNA引物，用于DNA聚合酶延长子链3、DNA聚合酶（DNApolymerase）

：延长子链DNA聚合酶不能从头合成子链，只能延长DNA聚合酶：多种类、多种活性1）DNA聚合反应条件（1）底物

dNTP（dATP，dGTP，dCTP，dTTP）（2）聚合酶（3）模板单链的DNA母链（4）引物寡核苷酸引物（RNA)（5）其他：解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶2）DNA聚合酶（DNApolymerase）分类大肠杆菌DNA聚合酶I、Ⅱ、ⅢDNA聚合酶I：多功能酶1）沿5’→3’方向延长DNA链（DNA聚合酶活性）2）由3’端水解DNA链（3’→5’核酸外切酶活性）3）由5’端水解DNA链（5’→3’核酸外切酶活性）等

——常用的工具酶复制准确性的保证：

复制过程中碱基的配对受到双重核对1）DNA聚合酶的选择作用2）3’→5’外切酶的校正作用。DNA聚合酶Ⅱ：不详DNA聚合酶Ⅲ：5’→3’方向延长DNA链真正起复制作用的酶，对温度敏感4、DNA连接酶：填补缺口、连接冈崎片段DNA复制酶系（五）DNA复制的过程1、复制的起始：1）DNA解旋、解链，形成复制叉：拓扑异构酶、解链酶、SSB2）RNA引物合成：依赖于单链模板，引物酶催化合成小段RNA引物特点：原核：环形DNA，一个起点，双向复制真核：线形DNA，多个起点，多复制叉2、复制的延长：1）子链延长：引物合成后，polⅢ（真核为Polδ或α）催化在引物3’-OH末端添加与模板链对应互补的dNTP2）半不连续合成：（1）领头链：链的延长方向与解链方向相同连续合成（Polδ）（2）随从链：链的延长方向与解链方向相反不连续合成（冈崎片段）（Polα）3、复制的终止1）水解引物及填补空隙：冈崎片段合成后，polⅠ（真核可能是δ）水解去除RNA，填补留下的空隙2）连接酶连接冈崎片段形成完整双链DNA：空隙填补后，DNA片段间缺口由连接酶催化连接产生完整的双链DNA分子第二节DNA的损伤、突变与修复（一）DNA的损伤

某些理化因子（紫外线、电离辐射和化学诱变剂等）作用于DNA，造成其结构和功能的破坏，从而引起生物突变和致死的效应——DNA的损伤DNA分子的损伤类型1）碱基错配：尽管DNA聚合酶具有校对修复功能仍存在极少量的错配（10-10）2）自发性化学变化：碱基异构碱基脱氨基脱嘌呤、脱嘧啶碱基修饰链断裂3）物理因素引发的损伤

紫外线电离辐射

DNA链断裂交联4）化学因素引发的损伤

烷化剂对DNA的损伤：碱基烷基化、碱基脱落断链、交联

碱基修饰剂、类似物对DNA的损伤人工促变剂、抗癌药物、氧自由基亚硝酸盐、黄曲霉毒素常见的DNA损伤方式——嘧啶二聚体的形成（二）DNA的修复

生物在长期进化过程中获得的一种能使DNA的损伤得到恢复的保护功能DNA的修复机制直接修复：不切除碱基，修复酶直接修复受损碱基，恢复正常比如光修复切除修复：复制前切除错误碱基，重新合成缺口片段重组修复：损伤较大，复制的子链有缺口，RecA蛋白结合至空缺处，通过重组修复。SOS修复：严重损伤时，大量表达修复酶系，使DNA得到修复。切除修复：损伤破坏了DNA双螺旋结构，破坏部分可被切除，然后用另一条链作为模板加以修复。参与的酶：核酸内切酶，polⅠ,DNA连接酶（三）DNA的突变1、突变DNA分子上碱基的改变自发突变、人工诱变2、引发突变的因素诱变因素及突变类型3、突变分子改变的类型1）碱基对的置换：错配（点突变）：一个碱基改变③不发生突变：1个氨基酸多个密码A2）移码突变缺失、插入、框移突变片段插入或缺失