第30章DNA的复制与修复课件.ppt

1、Chapter 30 DNA Replication and repairAn OverviewReplication fidelity:Important for preserve the genetic information from one generation to the next.Replicons,semi-conservative,semi-discontinous,RNA primingReplicon is any piece of DNA which replicates as a single unit.It contains an origin and someti

2、mes a terminus.Origin is the DNA sequence where a replicon initiates its replication.Terminus is the DNA sequence where a replicon usually stops its replication.DNA replicationReplicons How many replicons?Prokaryotic genome:a single circular DNA=a single repliconEukaryotic genome:multiple linear chr

3、omosomes&multiple replicons on each chromosomeDNA replicationBidirectional replication of a circular bacterial replicon All prokaryotic chromosomes and many bacteriophage and viral DNA molecules are circlular and comprise single replicons.There is a single termination site roughly 180o opposite the

4、unique origin.DNA replicationOrigin and direction of DNA replicationJ.CairnsJ.Cairns，19631963型型Unidirectional i iBidirectional 18%18%Plasmid ColE1Unidirectional In all the cases,the origin is a complex region where the initiation of DNA replication and the control of the growth cycle of the organism

5、 are regulated and co-ordinated.DNA replicationBesides,other replication mechanismD-loop,-etc.The long,linear DNA molecules of eukaryotic chromosomes consist of multiple regions,each with its own origin.A typical mammalian cell has 50000-100000replicons with a size range of 40-200 kb.Where replicati

6、on forks from adjacent replication bubbles meet,they fuse to form the completely replicated DNA.No distinct termini are required Multiple eukaryotic replicons and replication bubblesDNA replicationDNA replicationMultiple eukaryotic replicons and replication bubblesreplication bubbles replication for

7、kMulti-origin in eukaryote原核生物（线粒体）：单复制子原核生物（线粒体）：单复制子双向等速，部分单向双向等速，部分单向真核生物：多复制子双向等速真核生物：多复制子双向等速Double helixsemi-conservativeAfter replication,only one strand in the newly synthesized DNA is from parent,and another is new.半保留复制半保留复制nSemi-conservative replication is universal.nOnly DNA or RNA can b

8、e paired,no matter base,nucleotide,or nucleotide acid.nSemi-conservative replication can sustain the stability of DNA,but far from inert(惰性惰性),admitting mutation,deletion and rearrangement.Attention:Semi-discontinuousReplication fork：模板链在解开时形成的叉状结构：模板链在解开时形成的叉状结构Leading strand：子链的合成从模板的：子链的合成从模板的3，端

9、开始端开始Lagging strand：子链的合成从模板的：子链的合成从模板的5，端开始端开始However,DNAissynthesized only from 5 endOkazaki fragment in prokaryote is 10002000 bps,and 100 bps in eukaryote.The replication is catalyzed by DNA polymerase.While DNA polymerase works only from 5，to 3，end.How to explain that two strands are synthesize

10、d at the same time?2-3kb Okazaki fragments in lagging strand，then ligase worksDiscovery of Okazaki fragmentsEvidence for semi-discontinuous replication3H thymidine pulse-chase labeling experiment1.Grow E.coli2.Add 3H thymidine in the medium for a few second spin down and break the cell to stop label

11、ing analyze found a large fraction of nascent DNA(1000-2000 nt)=Okazaki fragments3.Grow the cell in regular medium then analyze the small fragments join into high molecular weight DNA=Ligation of the Okazaki fragmentsDNA replication1.1.用用3 3H H标记的标记的T T培养大肠杆菌，提取培养大肠杆菌，提取DNADNA，3 3H H标标记的记的DNADNA片段片段

12、若时间延长，片段成成熟的若时间延长，片段成成熟的DNADNA链链所以这些小片段是所以这些小片段是DNADNA复制的中间产物复制的中间产物2.2.若连接酶不起作用，则无法形成大分子若连接酶不起作用，则无法形成大分子DNADNA推出：推出：DNADNA分子复制先形成小分子，再连接分子复制先形成小分子，再连接先导链是连续的，后随链不连续。所以先导链是连续的，后随链不连续。所以Conditions before DNA replication 1.substratesdeoxynucleotide triphosphate:dATP,dGTP，dCTP，dTTP(dNMP)n+dNTP (dNMP)n

13、+1+PPi 2.DNA polymerase（dNMP）n+dNTPMg2+（dNMP）n+1+PPi特点：特点：（1 1）不能催化从无到有的聚合反应。）不能催化从无到有的聚合反应。（2 2）催化的反应只能在引物的）催化的反应只能在引物的33延伸。延伸。（3 3）33接上的核苷酸决定于模板链。接上的核苷酸决定于模板链。（4 4）具有具有5353和和3535外切酶外切酶活性。活性。PolPol和和PolPol三种聚合酶特性的比较三种聚合酶特性的比较19851985年年A.K.SaikiA.K.Saiki等首先报道了等首先报道了PCRPCR（多聚酶链式反应）（多聚酶链式反应）551 热变性热变性

14、2 退火退火55553 DNA聚合酶聚合酶5555重复重复1，2，3PCRPCR反应全过程反应全过程在原核生物中，目前发现的在原核生物中，目前发现的DNADNA聚合酶有聚合酶有三种，分别命名为三种，分别命名为DNADNA聚合酶聚合酶（polpol ），），DNADNA聚合酶聚合酶（polpol ），），DNADNA聚合聚合酶酶（polpol ），这三种酶都属于具有多），这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。参与种酶活性的多功能酶。参与DNADNA复制的主复制的主要是要是pol pol 和和polpol 。polpol 为单一肽链的大分子蛋白质为单一肽链的大分子蛋白质,可被可被特异的蛋白酶水解

15、为两个片段，其中的大特异的蛋白酶水解为两个片段，其中的大片段称为片段称为KlenowKlenow fragment fragment，具有，具有5353聚合酶聚合酶活性和活性和3535外切酶外切酶的活性的活性 polpol 由十种亚基组成，其中由十种亚基组成，其中亚基具有亚基具有5353聚合聚合DNADNA的酶活性，因而具有复制的酶活性，因而具有复制DNADNA的功能；而的功能；而亚基具有亚基具有3535外切酶的外切酶的活性，因而与活性，因而与DNADNA复制的校正功能有关。复制的校正功能有关。原核生物中的三种原核生物中的三种DNADNA聚合酶聚合酶 p po ol l p po ol l p

16、 po ol l 5 5 3 3 聚聚合合酶酶活活性性 +5 5 3 3 外外切切酶酶活活性性 +-3 3 5 5 外外切切酶酶活活性性 +生生理理功功能能 去去除除引引物物,填填补补缺缺口口 未未知知 D DN NA A复复制制 修修复复损损伤伤 校校正正错错误误 校校正正错错误误 在真核生物中，目前发现的在真核生物中，目前发现的DNADNA聚合酶有聚合酶有五种，分别命名为五种，分别命名为DNADNA聚合酶聚合酶（polpol ），），DNADNA聚合酶聚合酶（polpol ），），DNADNA聚合聚合酶酶（polpol ），），DNADNA聚合酶聚合酶（polpol ），），DNADNA聚

17、合酶聚合酶（polpol ）。）。其中，参与染色体其中，参与染色体DNADNA复制的是复制的是polpol （延长随从链）和（延长随从链）和polpol （延长领头链），（延长领头链），参与线粒体参与线粒体DNADNA复制的是复制的是pol pol，polpol与与DNADNA损伤修复、校读和填补缺口有关，损伤修复、校读和填补缺口有关，polpol 只在其他聚合酶无活性时才发挥作用。只在其他聚合酶无活性时才发挥作用。三、模板三、模板(template)(template)DNADNA复制是模板依赖性的，必须要以复制是模板依赖性的，必须要以亲代亲代DNADNA链作为模板。亲代链作为模板。亲代DN

18、ADNA的两股的两股链解开后，可分别作为模板进行复制。链解开后，可分别作为模板进行复制。四、需要引物四、需要引物 参与参与DNADNA复制的复制的DNADNA聚合酶，必须以一段具有聚合酶，必须以一段具有33端自由羟基（端自由羟基（3-OH3-OH）的）的RNARNA作为引物作为引物(primer)(primer)，才能开始聚合子代，才能开始聚合子代DNADNA链。链。RNARNA引物的大小，在原核生物中通常为引物的大小，在原核生物中通常为5050100100个核苷酸，而在真核生物中约为个核苷酸，而在真核生物中约为1010个核个核苷酸。苷酸。RNARNA引物的碱基顺序，与其模板引物的碱基顺序，与

19、其模板DNADNA的的碱基顺序相配对。碱基顺序相配对。引发体和引发体和RNARNA引物引物 引发体引发体(primosome(primosome)由引发前体与引物酶由引发前体与引物酶（primaseprimase）组装而成。）组装而成。引发前体是由若干蛋白因子聚合而成的复合体。引发前体是由若干蛋白因子聚合而成的复合体。在原核生物中，引发前体至少由六种蛋白因子构在原核生物中，引发前体至少由六种蛋白因子构成。蛋白成。蛋白i i、蛋白、蛋白n n、蛋白、蛋白n”n”、蛋白、蛋白dnaCdnaC与引物预与引物预合成有关，蛋白合成有关，蛋白nn与蛋白与蛋白dnaBdnaB与识别复制起始点与识别复制起始点

20、有关，并具有有关，并具有ATPaseATPase活性。活性。引物酶本质上是一种依赖引物酶本质上是一种依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶聚合酶（DDRPDDRP），该酶以），该酶以DNADNA为模板，聚合一段为模板，聚合一段RNARNA短链短链引物引物(primer)(primer)，以提供自由的，以提供自由的3-OH3-OH，使子代，使子代DNADNA链能够开始聚合。链能够开始聚合。五、五、DNADNA连接酶连接酶 DNADNA连接酶连接酶(DNA ligase(DNA ligase)可催化两段可催化两段DNADNA片段之间磷酸二酯键的形成，而片段之间磷酸二酯键的形成，而使两段使两段DNA

21、DNA连接起来。连接起来。DNADNA连接酶催化的条连接酶催化的条件是：件是：需一段需一段DNADNA片段具有片段具有3-OH3-OH，而另一段而另一段DNADNA片段具片段具有有5-Pi5-Pi基；基；未未封闭的缺口位于双封闭的缺口位于双链链DNADNA中中，即其中有，即其中有一条链是完整的；一条链是完整的；需要消耗能量，需要消耗能量，在在 原 核 生 物 中 由原 核 生 物 中 由NADNAD+供能供能，在，在真核真核生物中由生物中由ATPATP供能。供能。六、单链六、单链DNADNA结合蛋白结合蛋白 单链单链DNADNA结合蛋白（结合蛋白（single strand binding s

22、ingle strand binding protein,SSBprotein,SSB），能够与单链），能够与单链DNADNA结合的蛋结合的蛋白质因子，本身不起解链作用。等复制完成，白质因子，本身不起解链作用。等复制完成，脱离单链循环。脱离单链循环。作用：作用：使解开双螺旋后的使解开双螺旋后的DNADNA单链能够稳定存在单链能够稳定存在 保护单链保护单链DNADNA，避免核酸酶的降解。，避免核酸酶的降解。七、解螺旋酶七、解螺旋酶 DNA helicase 解螺旋酶（解螺旋酶（unwinding unwinding enzymeenzyme），又称解链酶，又称解链酶或或reprep蛋白，是用于解

23、开蛋白，是用于解开DNADNA双链的酶蛋白，每解双链的酶蛋白，每解开一对碱基，开一对碱基，需消耗两需消耗两分子分子ATPATP。条件：单链条件：单链DNA的存在或末端缺口的存在或末端缺口大肠杆菌拓朴异构酶大肠杆菌拓朴异构酶的结构的结构八、拓扑异构酶八、拓扑异构酶(topoisomerase(topoisomerase)拓扑异构酶拓扑异构酶可使可使DNADNA双链中的一条链切断，双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将松开双螺旋后再将DNADNA链连接起来，从而避链连接起来，从而避免出现链的缠绕。免出现链的缠绕。拓拓扑异构酶扑异构酶可切断可切断DNADNA双链，使双链，使DNADNA的超螺旋的超螺旋

24、松解后，再将其连接松解后，再将其连接起来。起来。一、复制的起始一、复制的起始DNADNA复制的起始阶段，由下列两步构成。复制的起始阶段，由下列两步构成。（一）预引发：（一）预引发：1 1解旋解链，形成复制叉：解旋解链，形成复制叉：由拓扑异构酶和解链酶作用，使由拓扑异构酶和解链酶作用，使DNADNA的超螺旋及双的超螺旋及双螺旋结构解开，碱基间氢键断裂，形成两条单链螺旋结构解开，碱基间氢键断裂，形成两条单链DNADNA。单链。单链DNADNA结合蛋白（结合蛋白（SSBSSB）结合在两条单链）结合在两条单链DNADNA上，形成复制叉。上，形成复制叉。DNADNA复制时，局部双螺旋解开形成两条单链，这

25、种复制时，局部双螺旋解开形成两条单链，这种叉状结构称为叉状结构称为复制叉复制叉。2 2引发体组装：引发体组装：由蛋白因子（如由蛋白因子（如dnaBdnaB等）识别复制起始点，等）识别复制起始点，并与其他蛋白因子以及引物酶一起组装形并与其他蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体。成引发体。二）引发：二）引发：在引物酶的催化下，以在引物酶的催化下，以DNADNA为模板，合成为模板，合成一段短的一段短的RNARNA片段，从而获得片段，从而获得33端自由羟端自由羟基（基（3-OH3-OH）。）。二、复制的延长二、复制的延长 一）聚合子代一）聚合子代DNADNA：由由DNADNA聚合酶催化，以聚合酶催化，

26、以3535方向的亲代方向的亲代DNADNA链为模板，链为模板，从从5353方向聚合子代方向聚合子代DNADNA链。在原核生物中，参与链。在原核生物中，参与DNADNA复制延长的是复制延长的是DNADNA聚合酶聚合酶；而在真核生物中，是；而在真核生物中，是DNADNA聚合酶聚合酶(延长随从链延长随从链)和和（延长领头链）。（延长领头链）。（二）引发体移动：（二）引发体移动：引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复制叉，随从链重新合成形成新的复制叉，随从链重新合成RNARNA引物，引物，继续进行链的延长。继续进行链的延长。（一）去除引物，填补缺口：（一）去

27、除引物，填补缺口：在原核生物中，由在原核生物中，由DNADNA聚合酶聚合酶来水解去除来水解去除RNARNA引物，并由该酶催化延长引物缺口处的引物，并由该酶催化延长引物缺口处的DNADNA，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。而，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。而在真核生物中，在真核生物中，RNARNA引物的去除，由一种特殊引物的去除，由一种特殊的核酸酶来水解，而冈崎片段仍由的核酸酶来水解，而冈崎片段仍由DNADNA聚合酶聚合酶来延长。来延长。（二）连接冈崎片段：（二）连接冈崎片段：在在DNADNA连接酶的催化下，形成最后一连接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，个磷酸酯键，将冈崎

28、片段连接起来，形成完整的形成完整的DNADNA长链。长链。（三）真核生物端粒的形成：（三）真核生物端粒的形成：端粒端粒（telomeretelomere）是指真核生物染色体线）是指真核生物染色体线性性DNADNA分子末端的结构部分，通常膨大成分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。其共同的结构特征是由一些富含粒状。其共同的结构特征是由一些富含G G、C C的短重复序列构成，可重复数十次至数的短重复序列构成，可重复数十次至数百次。百次。线性线性DNADNA在复制完成后，其末端由于引物在复制完成后，其末端由于引物RNARNA的水解而可能出现缩短。故需要在的水解而可能出现缩短。故需要在端端粒酶粒酶（te

29、lomerasetelomerase）的催化下，进行延）的催化下，进行延长反应。长反应。端粒酶是一种端粒酶是一种RNA-RNA-蛋白质复合体，它可蛋白质复合体，它可以其以其RNARNA为模板，通过逆转录过程对末端为模板，通过逆转录过程对末端DNADNA链进行延长。链进行延长。端粒酶端粒酶(telomerase)(telomerase)的作用机制的作用机制复制的引发和终止复制的引发和终止DNADNA聚合酶只能延长已存在的聚合酶只能延长已存在的DNADNA链，链，无法启始（从头合成）无法启始（从头合成）DNADNA新链新链先形成一段先形成一段RNARNA链（引物），在其后面链（引物），在其后面延长

30、延长DNADNA链，合成完后，再将前面的链，合成完后，再将前面的RNARNA引物切掉。引物切掉。RNARNA引物由引物由RNARNA聚合酶以聚合酶以DNADNA为模为模板形成板形成前导链的合成只要前导链的合成只要RNARNA聚合酶合成一段聚合酶合成一段RNARNA引引物，物，DNADNA聚合酶就可以一直合成下去聚合酶就可以一直合成下去后随链是若干个冈崎片段连接，每个片段都后随链是若干个冈崎片段连接，每个片段都要一段要一段RNARNA引物，由引发体完成引物，由引发体完成引发体在后随链上前进，引发酶为每一个冈引发体在后随链上前进，引发酶为每一个冈崎片段合成引物，崎片段合成引物，DNADNA聚合酶在

31、引物后面合成聚合酶在引物后面合成DNADNA，直到遇到下面一个冈崎片段，直到遇到下面一个冈崎片段复制的完成与终止复制的完成与终止DNADNA合成后短的合成后短的RNARNA引物链被引物链被RNaseHRNaseH降解降解另外一种另外一种DNADNA聚合酶（聚合酶（I I）将缺口补齐）将缺口补齐DNADNA连接酶将两段连接酶将两段DNADNA分子连成大分子分子连成大分子DNADNA端粒与端粒酶端粒与端粒酶端粒：染色体末端的一种特殊结构，保端粒：染色体末端的一种特殊结构，保护并定位染色体护并定位染色体RNARNA引物切除后，引物切除后，DNADNA聚合酶聚合酶I I补齐补齐但是但是DNADNA聚合

32、酶聚合酶I I聚合聚合DNADNA时，要求具备游离的时，要求具备游离的3 3，OHOH，新链，新链DNADNA的的5 5，端无法补齐端无法补齐所以所以DNADNA每复制一次就短一点，端粒就短一些，每复制一次就短一点，端粒就短一些，染色体就相应短一点染色体就相应短一点最终当达到一定限度时，指令细胞衰老、凋亡最终当达到一定限度时，指令细胞衰老、凋亡多利羊的寿命只有多利羊的寿命只有6 6岁，正常岁，正常1212岁岁端粒短端粒短20%20%，端粒长短与寿命有关，老人端粒短，端粒长短与寿命有关，老人端粒短但癌细胞但癌细胞DNADNA复制时，端粒并不缩短，复制时，端粒并不缩短，WhyWhy？端粒酶，癌细胞

33、的端粒酶有活性，可以将染色端粒酶，癌细胞的端粒酶有活性，可以将染色体末端缩短的端粒补上；但成熟的正常体细胞体末端缩短的端粒补上；但成熟的正常体细胞中无活性中无活性端粒酶中含有端粒酶中含有RNARNA，既作模板，又作引物，既作模板，又作引物抑制端粒酶的活性抑制端粒酶的活性治疗癌治疗癌DNADNA复制的保真性：复制的保真性：为了保证遗传的稳定，为了保证遗传的稳定，DNADNA的复制必须具有的复制必须具有高保真性。高保真性。DNADNA复制时的保真性主要与下列复制时的保真性主要与下列因素有关：因素有关：1 1遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；2 2DNADNA聚合酶在复制时对碱基的正确

34、选择；聚合酶在复制时对碱基的正确选择；3 3对复制过程中出现的错误及时进行校正。对复制过程中出现的错误及时进行校正。第二节：突变与修复第二节：突变与修复vDNADNA结构的改变将导致相应蛋白质一级结构结构的改变将导致相应蛋白质一级结构（氨基酸顺序）的变化，从而引起生物特征或（氨基酸顺序）的变化，从而引起生物特征或性状发生变异。性状发生变异。v所以，一切生物的变异和进化都可以认为是由所以，一切生物的变异和进化都可以认为是由于于DNADNA结构的改变而引起蛋白质组成和性质变结构的改变而引起蛋白质组成和性质变化的结果化的结果遗传物质的改变导致生物性状的变化遗传物质的改变导致生物性状的变化种类：种类：

35、1.1.染色体畸变（数量与结构）染色体畸变（数量与结构）2.2.基因突变（基因突变（DNADNA或或RNARNA结构）结构）染色体突变染色体突变数目数目结构结构非整倍非整倍体突变体突变减数分减数分裂异常裂异常整倍体整倍体突变突变单体：单体：2n-12n-1缺体：缺体：2n-22n-2三体：三体：2n+12n+1多体：多体：2n+2n+含有含有2n2n以上整套染色以上整套染色体组的细胞叫多倍体体组的细胞叫多倍体缺失：少了一段缺失：少了一段重复：多了一段重复：多了一段倒位：位置颠倒倒位：位置颠倒易位：断裂后加到其他染色体上易位：断裂后加到其他染色体上基因突变基因突变在某一突变座位发生，又称点突变。

36、在某一突变座位发生，又称点突变。意义：进化动力；生物多样性依据；意义：进化动力；生物多样性依据；遗传学的核心；育种素材遗传学的核心；育种素材基因突变的特征：基因突变的特征：随机性随机性多方向性和复等位基因多方向性和复等位基因稀有性低频率稀有性低频率可逆性与回复突变可逆性与回复突变正向突变：野生型正向突变：野生型突变型突变型基因突变种类基因突变种类碱基置换突变碱基置换突变：转换与颠换，个别氨基酸差异：转换与颠换，个别氨基酸差异移码突变移码突变：插入或缺失，读码框的变化，蛋白质改变：插入或缺失，读码框的变化，蛋白质改变转换转换 颠换颠换移码移码突变突变5 ATGGCTATGC 3 5 ATGGCT

37、ATGC 3 变成变成 5 5 ATGGTATGC 3ATGGTATGC 33 TACCGATACG 5 3 3 TACCGATACG 5 3 TACCATACG 5TACCATACG 5碱基的转换碱基的转换DNADNA突变的类型：突变的类型：转转换换相相同同类类型型碱碱基基的的取取代代。颠颠换换不不同同类类型型碱碱基基的的取取代代。点点突突变变 插插入入增增加加一一个个碱碱基基。缺缺失失减减少少一一个个碱碱基基。插插入入 增增加加一一段段顺顺序序。缺缺失失 减减少少一一段段顺顺序序。复复突突变变 倒倒位位 一一段段碱碱基基顺顺序序发发生生颠颠倒倒。移移位位 一一段段碱碱基基顺顺序序的的位位置

38、置发发生生改改变变。重重排排 一一段段碱碱基基顺顺序序与与另另一一段段碱碱基基顺顺序序发发生生交交换换。基因突变发生时期基因突变发生时期 DNADNA碱基顺序的改变，是碱基顺序的改变，是DNADNA在复制过程在复制过程中出现错误产生的。由于中出现错误产生的。由于DNADNA是具有复制是具有复制功能的分子，一旦功能的分子，一旦DNADNA碱基顺序出错，它碱基顺序出错，它就会通过复制机制遗传下去。就会通过复制机制遗传下去。发生在体细胞中发生在体细胞中只影响当代，如癌症，嵌合体只影响当代，如癌症，嵌合体发生在生殖细胞中发生在生殖细胞中遗传给下一代遗传给下一代突变的诱发突变的诱发v物理因素物理因素：紫

39、外线（：紫外线（TTTT二聚）、高能射二聚）、高能射线和电离辐射等，及极端温度线和电离辐射等，及极端温度v化学因素化学因素：最常见因素，主要包括：烷：最常见因素，主要包括：烷基化试剂，亚硝酸盐以及碱基类似物等基化试剂，亚硝酸盐以及碱基类似物等常见：煤烟，尾气，腐烂食品，抗生素常见：煤烟，尾气，腐烂食品，抗生素v生物因素生物因素：病毒引起的突变：病毒引起的突变v自发因素：自发因素：1010-10-10（一）引起突变的因素：（一）引起突变的因素：1 1自发因素：自发因素：(1)(1)自发脱碱基自发脱碱基：由于：由于N-N-糖苷键的自发断裂，糖苷键的自发断裂，引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个

40、引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。核苷酸残基。(2)(2)自发脱氨基自发脱氨基：胞嘧啶自发脱氨基可生：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶，腺嘌呤自发脱氨基可生成次黄成尿嘧啶，腺嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到几百个核苷酸残基。嘌呤。每日可达几十到几百个核苷酸残基。(3)(3)复制错配复制错配：由于复制时碱基配对错误引：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，发生频率较低。起的损伤，发生频率较低。2 2物理因素：物理因素：由紫外线、电离辐射、由紫外线、电离辐射、X X射线等引起的射线等引起的DNADNA损伤。损伤。其中，其中，X X射线和电离辐射常常引起射线和电离辐射常常引起D

41、NADNA链的断裂，链的断裂，而而紫外线紫外线常常引起常常引起嘧啶二聚体嘧啶二聚体的形成，如的形成，如TTTT，TCTC，CCCC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。3 3化学因素：化学因素：(1)(1)脱氨剂脱氨剂：如：如亚硝酸与亚硝酸盐亚硝酸与亚硝酸盐，可加，可加速速C C脱氨基生成脱氨基生成U U，A A脱氨基生成脱氨基生成I I。(2)(2)烷基化剂烷基化剂：这是一类带有活性烷基的化：这是一类带有活性烷基的化合物，可提供甲基或其他烷基，引起碱基合物，可提供甲基或其他烷

42、基，引起碱基或磷酸基的烷基化，甚至可引起邻近碱基或磷酸基的烷基化，甚至可引起邻近碱基的交联。的交联。(3)DNA(3)DNA加合剂加合剂：如苯并芘，在体内代谢后生：如苯并芘，在体内代谢后生成四羟苯并芘，与嘌呤共价结合引起损伤。成四羟苯并芘，与嘌呤共价结合引起损伤。(4)(4)碱基类似物碱基类似物：如：如5-FU5-FU，6-MP6-MP等，可掺入等，可掺入到到DNADNA分子中引起损伤或突变。分子中引起损伤或突变。(5)(5)断链剂断链剂：如过氧化物，含巯基化合物等，：如过氧化物，含巯基化合物等，可引起可引起DNADNA链的断裂。链的断裂。（三）（三）DNADNA突变的效应：突变的效应：1 1

43、同义突变同义突变：基因突变导致：基因突变导致mRNAmRNA暗码子第三暗码子第三位碱基的改变但不引起暗码子意义的改变，其翻位碱基的改变但不引起暗码子意义的改变，其翻译产物中的氨基酸残基顺序不变，但有时可引起译产物中的氨基酸残基顺序不变，但有时可引起翻译效率降低。翻译效率降低。2 2误义突变误义突变：基因突变导致：基因突变导致mRNAmRNA暗码子碱基暗码子碱基被置换，其意义发生改变，翻译产物中的氨基酸被置换，其意义发生改变，翻译产物中的氨基酸残基顺序发生改变。残基顺序发生改变。3 3无义突变无义突变：基因突变导致：基因突变导致mRNAmRNA暗码子碱基暗码子碱基被置换而改变成终止暗码子，引起多

44、肽链合成的被置换而改变成终止暗码子，引起多肽链合成的终止。终止。4 4移码突变移码突变：基因突变导致：基因突变导致mRNAmRNA暗码子碱暗码子碱基被置换，引起突变点之后的氨基酸残基顺序全基被置换，引起突变点之后的氨基酸残基顺序全部发生改变。部发生改变。诱变机制诱变机制1.1.物理因素引起的诱变物理因素引起的诱变 胸腺嘧啶碱基在紫外光照射下，可以发生二聚加成反胸腺嘧啶碱基在紫外光照射下，可以发生二聚加成反应：应：在在DNADNA分子中，如果两个胸腺嘧啶碱基相邻，在紫外光分子中，如果两个胸腺嘧啶碱基相邻，在紫外光照射下，可能发生上述聚合反应，其结果是破坏了正照射下，可能发生上述聚合反应，其结果是

45、破坏了正常复制或转录。常复制或转录。NC H3H NOORN HNOORC H3N HNOORC H3NC H3H NOORO HN HNORC H3O HUVROOH NC H3NH2O2.2.碱基类似物引起的诱变碱基类似物引起的诱变 碱基类似物是一类结构与核酸碱基相似的人工碱基类似物是一类结构与核酸碱基相似的人工合成或天然化合物，由于它们的结构与核酸的合成或天然化合物，由于它们的结构与核酸的碱基相似，当这些物质进入细胞后能够掺入到碱基相似，当这些物质进入细胞后能够掺入到DNADNA链中，干扰链中，干扰DNADNA的正常复制和转录。的正常复制和转录。例如例如5-5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-B

46、U5-BU），），APAP等，它与胸腺嘧等，它与胸腺嘧啶碱基的结构相似，能取代啶碱基的结构相似，能取代T T与与A A配对同时又可配对同时又可与与G G配对。配对。又如二恶英，是一种具有强烈致癌和致畸物质。又如二恶英，是一种具有强烈致癌和致畸物质。它能够进入细胞并与它能够进入细胞并与DNADNA结合，导致结合，导致DNADNA复制发复制发生错误，从而可能诱发癌变。生错误，从而可能诱发癌变。3.3.亚硝酸或烷化剂引起的诱变亚硝酸或烷化剂引起的诱变可以改变核酸的化学组成，与复制无关可以改变核酸的化学组成，与复制无关鸟嘌呤核苷烷基化形成鸟嘌呤核苷烷基化形成6-6-甲氧基鸟嘌呤核苷甲氧基鸟嘌呤核苷后，

47、不再与后，不再与C C配对，而与配对，而与T T配对。配对。A A、G G、C C能发生亚硝酸氧化脱胺，分别形成次能发生亚硝酸氧化脱胺，分别形成次黄嘌呤核苷（黄嘌呤核苷（I I）和黄嘌呤核苷（）和黄嘌呤核苷（X X）及）及U UA A变变I I，I I配配C CC C变变U U，U U配配A A4.4.吖啶类分子引起的突变吖啶类分子引起的突变扁平分子，插入扁平分子，插入DNADNA中，引起移码突变中，引起移码突变诱变剂与致癌诱变剂与致癌90%90%的诱变剂有致癌作用的诱变剂有致癌作用90%90%的致癌物有诱变作用的致癌物有诱变作用用用AmesAmes实验可方便地检测诱变物质实验可方便地检测诱变

48、物质鼠伤寒沙门氏杆菌的营养缺陷型菌株诱变鼠伤寒沙门氏杆菌的营养缺陷型菌株诱变后可生长后可生长在食品工业上广泛应用在食品工业上广泛应用DNADNA的修复机制的修复机制若若DNADNA的碱基由于射线、化学因素突变的碱基由于射线、化学因素突变生物体有修复机制以保证生物体有修复机制以保证DNADNA分子的稳定性分子的稳定性1.光修复：直接修复光修复：直接修复 可见光提供能量，光修复酶可见光提供能量，光修复酶 将二聚体切成单体将二聚体切成单体2.切除修复：切除修复：3.重组修复：重组修复：当当DNADNA受到大剂量紫外线（波长受到大剂量紫外线（波长260nm260nm附近）附近）照射时，可引起照射时，可

49、引起DNADNA链上相邻的两个嘧啶碱链上相邻的两个嘧啶碱基共价聚合，形成二聚体，例如基共价聚合，形成二聚体，例如TTTT二聚体。二聚体。其结果其结果是破坏是破坏了正常了正常复制或复制或转录。转录。（一）直接修复：（一）直接修复：1 1光复活：光复活：这是一种广泛存在的修复作用。这是一种广泛存在的修复作用。光复活能够修复任何嘧啶二聚光复活能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。其修复过程为：体的损伤。其修复过程为：光光复活酶复活酶（photo-lyasephoto-lyase)识别嘧识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合啶二聚体并与之结合形成复合物物在在300300600nm600nm可见光照射可见光照射下，酶

50、获得能量，将嘧啶二聚下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开，使之完全修体的丁酰环打开，使之完全修复复光复活酶从光复活酶从DNADNA上解离。上解离。2 2转甲基作用：转甲基作用：在转甲基酶的催化下，将在转甲基酶的催化下，将DNADNA上的被修饰上的被修饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化而失活。如：化而失活。如：O O6 6-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤-DNA-DNA甲基甲基转移酶转移酶 3 3直接连接：直接连接：DNADNA断裂形成的缺口，可以在断裂形成的缺口，可以在DNADNA连接酶的连接酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。催化下，直接进行连接而封闭缺口