1、清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10431313 DNA DNA的生物合成的生物合成复制复制目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1044生物体生物体DNADNA的合成主要包括三个方面：的合成主要包括三个方面： S S期的期的DNADNA复制（复制（replication） DNA DNA损伤时的修复损伤时的修复 某些病毒以某些病毒以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA以以DNADNA为为模板模板复制复制( (replication) ) 指遗传物质的传代，以母指遗传物质的传代，以母链链DNADNA为模板合成子链为模板合成子链DNADNA的过程。的过程。复制复制亲代亲代
2、DNA子代子代DNA目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1045n本本章章主要内容主要内容 复制的基本规律复制的基本规律 参与参与DNADNA复制的酶类和其他物质复制的酶类和其他物质 复制的过程复制的过程 反转录和其他复制方式反转录和其他复制方式 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件104613.1 复制的基本规律复制的基本规律( (Basic Rules of DNA Replication) )复制的方式复制的方式 半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)双向复制双向复制(bidirect
3、ional replication)半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication) 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10471 1半保留复制半保留复制 DNA生物合成时，亲代双链生物合成时，亲代双链DNA解开为两解开为两条单链，以拆开后的双链中的每一条链分别作条单链，以拆开后的双链中的每一条链分别作为模板，按碱基配对原则，分别合成与两条模为模板，按碱基配对原则，分别合成与两条模板互补的两条新链。每一条新链和一条旧链构板互补的两条新链。每一条新链和一条旧链构成一分子成一分子DNA双链（即子代双链（即子代DNA分子中一条链分子中一条链来自亲
4、代，另一条链为新合成的），这样，就来自亲代，另一条链为新合成的），这样，就形成了既彼此全同又和原来形成了既彼此全同又和原来DNA分子相同的两分子相同的两个完整的个完整的DNA分子。分子。DNA的这种合成方式称为的这种合成方式称为半保留复制半保留复制。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1048AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA复制过
5、程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNA目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1049nDNADNA复制理论上有三种形式：复制理论上有三种形式：目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1050n密度梯度实验结果支持半保留复制的设想密度梯度实验结果支持半保留复制的设想目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1051按 半 保 留 复 制 方 式 ， 子 代按 半 保 留 复 制 方 式 ， 子 代DNA与亲代与亲代DNA的的碱基序列一致碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的息，体现了遗传的保守性保守性。遗传的保
6、守性，是物种稳定遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但性的分子基础，但不是绝对的不是绝对的。n半保留复制的意义半保留复制的意义: :目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10522 2双向复制双向复制原核生物复制时，原核生物复制时，DNA从从起始点起始点(origin)向向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为叉，称为双向复制双向复制。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1053oriterA BCA. 环状双链环状双链DNA及复制起始点；及复制起始点；B. 复制中的两个复制叉；复制中的两个复制叉；C. 复制接近终止点
7、复制接近终止点(termination, ter)。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1054真核生物基因组庞大而复杂，由多个染色体组成，真核生物基因组庞大而复杂，由多个染色体组成，全部染色体均需复制，每个染色体又有多个起始点，全部染色体均需复制，每个染色体又有多个起始点，称为称为多点双向复制多点双向复制。即每个起始点产生两个移动方向相反的复制叉，即每个起始点产生两个移动方向相反的复制叉，复制完成时，复制叉相遇并汇合连接。习惯上把两个复制完成时，复制叉相遇并汇合连接。习惯上把两个相 邻 起 始 点 之 间 的 一 段相 邻 起 始 点 之 间 的 一 段 D N A 称 为 一
8、个称 为 一 个 复 制 子复 制 子（replicon）。）。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10553 3、复制的半不连续性、复制的半不连续性目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1056 顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为这股链称为前导链前导链(leading strand) 。 另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为链称为后随链后随链(lagging strand) 。复制
9、中的不连。复制中的不连续片段称为续片段称为冈崎片段冈崎片段(okazaki fragment)。 前导链连续复制而后随链不连续复制，就是复前导链连续复制而后随链不连续复制，就是复制的制的半不连续性半不连续性。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件105713.2 参与参与DNADNA复制的酶类和其他物质复制的酶类和其他物质 (Enzyme and Other Substances Involved in DNA Replication) 底物底物(substrate): dATP、 dGTP、 dCTP、 dTTP； 聚合酶聚合酶(polymerase):依赖依赖DNA的的DNA聚
10、合酶，聚合酶，简写为简写为 DNA-pol； 模板模板(template): 解开成单链的解开成单链的DNA母链；母链； 引物引物(primer):提供提供3 -OH末端使末端使dNTP可依次可依次聚合；聚合； 其他的酶和蛋白质因子。其他的酶和蛋白质因子。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10581、解螺旋酶（、解螺旋酶（helicase）利用利用ATP供能，作用于氢键，使供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。双链解开成为两条单链。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10592、单链结合蛋白（、单链结合蛋白（single strand binding pro
11、tein，SSB）在复制中维持模板处于单链状态并保护在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。单链的完整。4、拓扑异构酶、拓扑异构酶能够引起能够引起DNA的拓扑异构反应的一类酶，其的拓扑异构反应的一类酶，其特点是既能水解特点是既能水解 ，又能连接磷酸二酯键。，又能连接磷酸二酯键。3、引物酶、引物酶促进引物合成的酶。促进引物合成的酶。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1060108局部解链后局部解链后拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶n拓扑异构酶分类拓扑异构酶分类目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1061拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA双链中双链中一股一股
12、链，使链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，闭切口，DNA进入松弛状态。进入松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA分子分子两股两股链，断端通过链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。切口旋转使超螺旋松弛。利用利用ATP供能，连接断端，供能，连接断端， DNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10625、DNA聚合酶聚合酶 全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)。 简称：简称：DNA-pol。 活性：活性：
13、53 的聚合活性。的聚合活性。35 核酸外切酶活性。核酸外切酶活性。53 核酸外切酶活性。核酸外切酶活性。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1063目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1064 5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | | 3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 ?目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1065（1）原核生物）原核生物DNA聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目目 录录清华版教材医学生物
14、化学与分子生物学课件1066 DNA-pol 是大肠杆菌中发现的第一个是大肠杆菌中发现的第一个DNA聚聚合酶，也称为合酶，也称为Kornberg酶。酶。活性：活性： 53 聚合活性。聚合活性。 35 核酸外切酶活性。核酸外切酶活性。 53 核酸外切酶活性。核酸外切酶活性。功能：功能：对复制中的错误进行校读，对复制和对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。修复中出现的空隙进行填补。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1067323个氨基酸个氨基酸小片段小片段5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604个氨基酸个氨基酸DNA聚合酶活性聚
15、合酶活性 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N 端端C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是实验室合成片段是实验室合成DNA，进行分子，进行分子生物学研究常用的工具酶。生物学研究常用的工具酶。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1068 DNA-pol 为多亚基酶，有为多亚基酶，有53聚合活性及聚合活性及35核酸外切酶活性。核酸外切酶活性。在无在无DNA聚合酶聚合酶和和DNA聚合酶聚合酶存在时起作用，真正的功能尚不清楚。存在时起作用，真正的功能尚不清楚。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1069 DNA-pol 是原核生物复制延长中真正起催化作是
16、原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。用的酶。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1070（2）真核生物的）真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol 起始引发，有引物酶活性。起始引发，有引物酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制。参与低保真度的复制。在复制过程中起校读、修复和填补在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。缺口的作用。在线粒体在线粒体DNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1071目目 录录清华版教
17、材医学生物化学与分子生物学课件1072（3）复制的保真性）复制的保真性 复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本保证。准确传代的基本保证。 复制的保真性依赖正确的碱基选择。复制的保真性依赖正确的碱基选择。 此外还需酶学的机制来保证复制的保真性。此外还需酶学的机制来保证复制的保真性。 核酸外切酶活性在复制中辨认、切除错核酸外切酶活性在复制中辨认、切除错配碱基并加以校正。配碱基并加以校正。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1073 DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序（
18、氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。形成。 嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。反式构型。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1074DNA pol 的校读功能的校读功能u DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。其聚合活性掺入正确配对的底物。u 碱基配对正确，碱基配对正确， DNA-pol 不表现活性。不表现活性。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1075遵守严格的碱基配对规律；遵
19、守严格的碱基配对规律；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；复制出错时复制出错时DNA-pol的及时校读功能。的及时校读功能。nDNA复制的保真性至少要依赖三复制的保真性至少要依赖三种机制：种机制：目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1076（6）DNA连接酶连接酶连接连接DNA双链中的单链缺口。双链中的单链缺口。连接连接DNA链链3 -OH末端和相邻末端和相邻DNA链链5 -P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的段相邻的DNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。n作用方式：作用方式：目目 录录清
20、华版教材医学生物化学与分子生物学课件1077nDNA连接酶的作用：连接酶的作用：对单独存在的对单独存在的DNA单链没有连接作用。单链没有连接作用。在在DNA不连续合成、重组及损伤修复过程中，不连续合成、重组及损伤修复过程中，DNA连接酶有重要作用。连接酶有重要作用。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件107813.3 DNA复制的基本过程和机制复制的基本过程和机制 (The Process of DNA Replication)1原核生物原核生物DNA的复制的复制（1）复制起始）复制起始DNA解开成单链，提供模板。解开成单链，提供模板。形成引发体，合成引物，提供形成引发体，合成引物
21、，提供3 -OH末端。末端。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1079目目 录录E.coli复制起始点复制起始点oriC的辨认的辨认清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1080 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 引发体引发体含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。复制起始区域的复合结构称为引发体。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10813 5 3 5 引物引物3 HO5引物引物酶酶引物是由引物酶催化合成的短链引物是由引物酶催化合成的短链R
22、NA分子。分子。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1082（2）复制的延长）复制的延长前导链连续复制，后随链不连续复制。前导链连续复制，后随链不连续复制。在在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。化学本质是磷酸二酯键的不断生成。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1083n前导链的合成：前导链的合成：前导链的子链沿着前导链的子链沿着5 3 方向可以连续地延长。方向可以连续地延长。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1084n后后随链的合成
23、随链的合成目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1085n同一复制叉上前导链和后随链由相同一复制叉上前导链和后随链由相同的同的DNA-pol催化延长。催化延长。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1086（3）复制的终止）复制的终止复制的终止包括引物复制的终止包括引物RNA的切除、空缺的切除、空缺部位的填补及最后由连接酶连接切口。部位的填补及最后由连接酶连接切口。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1087复复制制过过程程简简图图目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10882、真核生物、真核生物DNA的复制的复制真核染色体复制只在真核染色体复制
24、只在S期发生一次。期发生一次。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1089（1）复制的起始）复制的起始分两步进行：分两步进行：即复制基因的选择和复制起点的激活。即复制基因的选择和复制起点的激活。 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。制子复制。复制有时序性，即复制子以分组复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。方式激活而不是同步起动。 复制的起始需要复制的起始需要DNA-pol （引物酶活性）（引物酶活性）和和pol （解螺旋酶活性）（解螺旋酶活性）参与。还需参与。还需拓扑酶拓扑酶和和复制因子复制因子(replicati
25、on factor, RF)。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1090前复制复合物及复制叉的形成前复制复合物及复制叉的形成 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1091（2）复制的延长）复制的延长DNA-pol 和和pol 分别具有解螺旋酶和引分别具有解螺旋酶和引物酶活性。在复制叉及引物生成后，物酶活性。在复制叉及引物生成后，DNA-pol 通过通过PCNA的协同作用，逐步取代的协同作用，逐步取代pol ，在在RNA引物的引物的3 -OH基础上连续合成前导链。基础上连续合成前导链。后随链引物也由后随链引物也由pol 催化合成，然后由催化合成，然后由PCNA协同，协
26、同，pol 置换置换pol ，继续合成，继续合成DNA子链。子链。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10923 5 5 3 前导前导链链3 5 3 5 亲代亲代DNA后后随链随链引物引物核小体核小体n真核生物复制叉的延长：真核生物复制叉的延长： 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1093（3）复制的终止和端粒酶）复制的终止和端粒酶染色体染色体DNA呈线状，复制在末端停止。呈线状，复制在末端停止。染色体两端染色体两端DNA子链上最后复制的子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。引物，去除后留下空隙。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10945 3 3
27、 5 5 3 3 5 +5 3 3 3 3 5 5 5 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1095线性线性DNA复制的末端复制的末端 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1096端粒端粒(telomere) 指真核生物染色体线性指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。分子末端的结构。n端粒的功能：端粒的功能：维持染色体的稳定性。维持染色体的稳定性。维持维持DNA复制的完整性。复制的完整性。n端粒的结构特点：端粒的结构特点：由末端单链由末端单链DNA序列和蛋白质构成。序列和蛋白质构成。末端末端DNA序列是多次重复的富含序列是多次重复的富含G、C碱基碱基的短序列。的短序
28、列。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1097端粒酶端粒酶(telomerase)：由由RNA和蛋白质组成的一种核糖核蛋和蛋白质组成的一种核糖核蛋白，能识别和结合端粒序列。白，能识别和结合端粒序列。端粒酶催化作用的爬行模型端粒酶催化作用的爬行模型 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件109813.4 反转录和其他复制方式反转录和其他复制方式 (Reverse Transcription & Other DNA Replication Ways)高等生物的遗传物质大多数是双链高等生物的遗传物质大多数是双链DNA，通，通常采用半保留方式复制。而某些病毒的基因组常采用半保留
29、方式复制。而某些病毒的基因组是是RNA。少数低等生物，如感染型。少数低等生物，如感染型M13噬菌体噬菌体只含单链只含单链DNA。另外，原核生物的质粒，真核。另外，原核生物的质粒，真核生物的线粒体生物的线粒体DNA，都是染色体以外存在的，都是染色体以外存在的DNA。这些非染色体基因组，采用特殊的方式。这些非染色体基因组，采用特殊的方式进行复制。进行复制。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件10991、RNA指导的指导的DNA合成合成反转录反转录反转录酶反转录酶(reverse transcriptase)。 反转录反转录(reverse transcription)。 反转录酶反转
30、录酶目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1100RNA病毒在细胞内复制成双链病毒在细胞内复制成双链DNA的的前病前病毒毒(provirus)。前病毒保留了前病毒保留了RNA病毒全部遗病毒全部遗传信息，并可在细胞内独立繁殖。在某些情况传信息，并可在细胞内独立繁殖。在某些情况下 ， 前 病 毒 基 因 组 通 过下 ， 前 病 毒 基 因 组 通 过 基 因 重 组基 因 重 组(recombination)，参加到细胞基因组内，并随，参加到细胞基因组内，并随宿主基因一起复制和表达。这种重组方式称为宿主基因一起复制和表达。这种重组方式称为整合整合(integration)。前病毒独立繁
31、殖或整合，。前病毒独立繁殖或整合，都可成为致病的原因。都可成为致病的原因。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1101反转录病毒反转录病毒RNA转变为双链转变为双链cDNA的过程的过程 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1102n反转录的生物学意义：反转录的生物学意义：反转录酶和反转录现象，是分子生物学研反转录酶和反转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。究中的重大发现。 反转录现象说明：至少在某些生物，反转录现象说明：至少在某些生物，RNA同时兼有遗传信息传代与表达功能。同时兼有遗传信息传代与表达功能。对反转录病毒的研究，拓宽了对反转录病毒的研究，拓宽了20世纪初
32、已世纪初已注意到的病毒致癌理论。注意到的病毒致癌理论。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件11032、其他复制方式、其他复制方式噬菌体噬菌体DNA按滚环方式复制。按滚环方式复制。线粒体线粒体DNA按按D环方式复制。环方式复制。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1104滚环复制示意图滚环复制示意图3 -OH5 -P5 5 5 3 3 3 3 55 5 3 3 5 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1105dNTPDNA-pol D环复制示意图环复制示意图目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1106 D环复制时需合成引物。线粒体环复制时需合成引
33、物。线粒体DNA为双链为双链，第一个引物以内环为模板延伸。至第二个，第一个引物以内环为模板延伸。至第二个复制起始点时，又合成另一个反向引物，以复制起始点时，又合成另一个反向引物，以外环为模板进行反向的延伸。最后完成两个外环为模板进行反向的延伸。最后完成两个双链环状双链环状DNA的复制。因复制中呈字母的复制。因复制中呈字母D形形状而得名。状而得名。 D环复制的特点是复制起始点不在双链环复制的特点是复制起始点不在双链DNA同一位点，内、外环复制有时序差别。同一位点，内、外环复制有时序差别。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件110713.5 DNA的损伤与修复（的损伤与修复（DNA D
34、amage & Repair）DNA损伤（也称突变）：具体指个别损伤（也称突变）：具体指个别dNMP残基以至片段残基以至片段DNA在构成、复制或在构成、复制或表型功能的异常变化。从分子水平来看，表型功能的异常变化。从分子水平来看，突变就是突变就是DNA分子上碱基的改变。分子上碱基的改变。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件11081、DNA损伤的类型损伤的类型自发性损伤：自发性损伤： DNA分子的自发性损伤可能是分子的自发性损伤可能是DNA复制本复制本身的特性所致，也可能是身的特性所致，也可能是DNA分子自身构型分子自身构型的变化或化学变化影响了复制时碱基的正确的变化或化学变化影
35、响了复制时碱基的正确配对。配对。 尽管复制尽管复制DNA的酶促系统试图通过校正读的酶促系统试图通过校正读码的机制来纠正不正确核苷酸的错误插入，码的机制来纠正不正确核苷酸的错误插入，但是仍有些错误逃避校正，发生频率大约在但是仍有些错误逃避校正，发生频率大约在10-10左右。左右。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1109 物理损伤：物理损伤： 物理损伤主要指紫外线和各种辐射，其中物理损伤主要指紫外线和各种辐射，其中又以紫外线照射研究较多。紫外线的高能量又以紫外线照射研究较多。紫外线的高能量可以使相邻嘧啶形成嘧啶二聚体。电离辐射可以使相邻嘧啶形成嘧啶二聚体。电离辐射（如（如射线、射线
36、、射线等）的作用比较复杂，除射线等）的作用比较复杂，除射线的直接效应外，还可以通过水在电离时射线的直接效应外，还可以通过水在电离时所形成的自由基起作用，使所形成的自由基起作用，使DNA出现双链断出现双链断裂或单链断裂，大剂量照射时还可造成碱基裂或单链断裂，大剂量照射时还可造成碱基的破坏。的破坏。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1110 化学损伤：化学损伤： 化学因素导致化学因素导致DNA的损伤可以是化学物的损伤可以是化学物质直接与质直接与DNA发生作用引起的，也可以通发生作用引起的，也可以通过间接方式引起。过间接方式引起。 烷化剂是化学因素引起烷化剂是化学因素引起DNA损伤的典
37、型损伤的典型代表。代表。 一些与一些与DNA正常碱基结构类似的化合物正常碱基结构类似的化合物能在能在DNA复制时取代正常碱基掺入并与互复制时取代正常碱基掺入并与互补链上的碱基配对。补链上的碱基配对。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件11112、DNA突变的类型突变的类型点突变点突变(point mutation)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement) 框移框移(frame-shift) 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1112 点突变点突变 即即DNA分子上的碱基错配。分子上的碱基错配。 分两类：分
38、两类： 转换：两种嘧啶或两种嘌呤间的互换；转换：两种嘧啶或两种嘌呤间的互换； 颠换：嘌呤与嘧啶或嘧啶与嘌呤间的互换。颠换：嘌呤与嘧啶或嘧啶与嘌呤间的互换。 点突变可导致编码氨基酸的改变。点突变可导致编码氨基酸的改变。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1113缺失：缺失：一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNA上消失。上消失。插入：插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到链插入到DNA大分子中间。大分子中间。缺失或插入都可导致缺失或插入都可导致框移突变框移突变 。框移突变框移突变指三联体密码的阅读方式改变，指三联体密码的阅读方式改变，
39、造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1114 DNA分子内较大片段的交换，称为分子内较大片段的交换，称为重组重组或或重排重排。 移位的移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反可以在新位点上颠倒方向反置，也可以在染色体之间发生交换重组置，也可以在染色体之间发生交换重组。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件11153、DNA损伤的修复损伤的修复 DNA聚合酶的校对功能。聚合酶的校对功能。 光修复光修复(light repairing)。 错配修复错配修复(mismatch repair)。 切除修复切除修复
40、(excision repairing)。 重组修复重组修复(recombination repairing)。 SOS修复。修复。n修复的主要类型：修复的主要类型：目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1116DNA聚合酶的校对功能：聚合酶的校对功能： DNA聚合酶在合成聚合酶在合成DNA的过程中，利用的过程中，利用其其35外切酶活性对错配的碱基进行校对，外切酶活性对错配的碱基进行校对，从而将突变几率降到最低。从而将突变几率降到最低。 大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶的的35外切酶活外切酶活性能从引物模板复合物的性能从引物模板复合物的3端切除错配的碱端切除错配的碱基，基，DNA聚
41、合酶聚合酶的核心酶的核心酶亚基也具有这亚基也具有这种功能，动物细胞的种功能，动物细胞的DNA聚合酶聚合酶和和也有校也有校对活性。对活性。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1117光修复：光修复： 紫外线可使相邻嘧啶碱基间通过共价连接，紫外线可使相邻嘧啶碱基间通过共价连接，形成嘧啶二聚体。最容易形成的是形成嘧啶二聚体。最容易形成的是T-T二聚二聚体，其次是体，其次是C-T和和C-C二聚体，二聚体的形成二聚体，二聚体的形成影响影响DNA的解旋。利用光能（的解旋。利用光能（400600nm）可使嘧啶二聚体拆开，这需要一种光修复酶可使嘧啶二聚体拆开，这需要一种光修复酶的参与。在许多生物
42、中发现了这种酶了，但的参与。在许多生物中发现了这种酶了，但人和哺乳动物不具备这种酶，因此不能进行人和哺乳动物不具备这种酶，因此不能进行这种修复作用。这种修复作用。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1118切除修复：切除修复： 切除修复指在一系列酶的作用下，将切除修复指在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损部分切除掉，并以完整的那一条分子中受损部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成出切去的部分，然后使链为模板，合成出切去的部分，然后使DNA恢复正常结构的过程。恢复正常结构的过程。 这是比较普遍的一种修复机制，对多种损这是比较普遍的一种修复机制，对多种损伤均能起修复作用。伤均能起
43、修复作用。 切除修复包括两个过程：一是由细胞内特切除修复包括两个过程：一是由细胞内特异的酶找到异的酶找到DNA的受损部位，切除含有损伤的受损部位，切除含有损伤结构的核酸链；二是修复合成并连接。结构的核酸链；二是修复合成并连接。目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1119重组修复：重组修复： 即从同源即从同源DNA的母链上将相应核苷酸序列的母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列来弥补母链的空缺。来弥补母链的空缺。 目目 录录清华版教材医学生物化学与分子生物学课件1120SOS修复：修复：当当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。诱发出一系列复杂的反应。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过能力差。通过SOS修复，复制如能继续，细修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而胞是可存活的。然而DNA保留的错误较多，保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。导致较广泛、长期的突变。目目 录录
