1、本章重点与难点本章重点与难点重点重点：DNADNA复制的基本过程。复制的基本过程。难点难点：DNADNA的半保留复制、半不连续复制。的半保留复制、半不连续复制。DNA的核苷酸顺的核苷酸顺序信息编码着细序信息编码着细胞胞RNA和蛋白质和蛋白质的一级结构，并的一级结构，并通过酶影响所有通过酶影响所有细胞成分的合成，细胞成分的合成，决定各种生物的决定各种生物的大小、形状和功大小、形状和功能。能。DNADNA在生物大分子中占有中心的位置在生物大分子中占有中心的位置l复制的方式复制的方式半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)(semi-conservative
2、 replication)l双向复制双向复制(bidirectional replication)(bidirectional replication)l半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication)(semi-discontinuous replication) l需要引物需要引物(primer)(primer)一、一、DNA复制是半保留复制复制是半保留复制(semi-conservative replication)概念：概念：DNADNA生物合成时，母生物合成时，母链链DNADNA解开为两股单链，各自作解开为两股单链，各自作为模板为模板(temp
3、late)(template)按碱基互补配按碱基互补配对原则（对原则（A:T,G:CA:T,G:C），由），由DNADNA聚合聚合酶催化合成与模板互补的子链。酶催化合成与模板互补的子链。子代细胞的子代细胞的DNADNA，一股单链来自，一股单链来自亲代，另一股单链则是新合成的。亲代，另一股单链则是新合成的。两个子代两个子代DNADNA和亲代和亲代DNADNA碱基序列碱基序列完全一致。这种复制方式称为半完全一致。这种复制方式称为半保留复制。保留复制。l DNA DNA以半保留方式进行复制，是在以半保留方式进行复制，是在19581958年年由由M. Meselson M. Meselson 和和 F
4、. Stahl F. Stahl 所完成的所完成的用同用同位素示踪标记加密度梯度离心技术位素示踪标记加密度梯度离心技术实验所证明。实验所证明。按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNADNA与亲代与亲代DNADNA的的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性，是生物保持遗传信息，体现了遗传的保守性，是生物保持遗传稳定性的基础。稳定性的基础。半保留复制的意义半保留复制的意义原核生物复制时，原核生物复制时，DNADNA从从原点原点 ( (复制的起始复制的起始点，点，origin)origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向两
5、个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉向相反的复制叉(replication forks)(replication forks)，称为双，称为双向复制。向复制。 二二.DNA复制是固定起点的双向复制复制是固定起点的双向复制大肠杆菌环状大肠杆菌环状 DNADNA复制时所形成复制时所形成的的结构结构起始点起始点oriC复制叉的推进复制叉的推进复制叉复制叉起始点，原点起始点，原点(O)，富含，富含AT,产生瞬时单链产生瞬时单链起始点起始点起始点起始点复制叉复制叉复制叉复制叉未复制未复制DNA单向单向复制复制双向双向复制复制53oriorioriori535533复制子复制子真核生物每个染色体有多个
6、复制原点，习惯上真核生物每个染色体有多个复制原点，习惯上把两个相邻复制原点之间的距离定为一个复制子把两个相邻复制原点之间的距离定为一个复制子( (repliconreplicon) ) 。复制子是能够独立完成复制的功能复制子是能够独立完成复制的功能单位。真核生物是多复制子的复制。单位。真核生物是多复制子的复制。三三. DNA复制是半不连续复制复制是半不连续复制3 5 3 5 解链方向解链方向3 5 3 3 5 领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand) 先导链连续复制而随后链不连续复制，称先导链连续复制而随后链不连续复制，称为为半不连续复制半不连续
7、复制或复制的半不连续性。或复制的半不连续性。 第二节第二节 DNA的生物合成的生物合成一一、合成的反应通式及反应方向合成的反应通式及反应方向目目 录录DNA聚合酶聚合酶反应通式：反应通式： (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 反应方向反应方向：5 3参与参与DNA复制的物质复制的物质 底物底物( (substratesubstrate) ): : d dATP, dGTP, dCTP, dTTPATP, dGTP, dCTP, dTTP聚合酶聚合酶(polymerase): (polymerase): 依赖依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶，简写聚合酶，简写 为为
8、 DDDP DDDP或或DNA-polDNA-pol模板模板(template) : (template) : 解开成单链的解开成单链的DNADNA母链母链引物引物(primer): (primer): 提供提供3 3 -OH-OH末端使末端使dNTPdNTP可以依次聚合可以依次聚合 其他的酶和蛋白质因子其他的酶和蛋白质因子二二、一）一）DNA聚合酶聚合酶二）拓扑异构酶二）拓扑异构酶(topoisomerase) 三）三） DNA解链酶解链酶(DNA helicase)四）引物酶四）引物酶(peimase)和引发体和引发体(primosome) 五）五）DNA连接酶（连接酶（DNA ligas
9、e）六）单链结合蛋白六）单链结合蛋白(single-strand binding protein,SSB)一）一）DNADNA聚合酶聚合酶全称：全称：DNADNA依赖的依赖的DNADNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA (DNA-dependent DNA polymerase)polymerase)简称：简称：DNA-polDNA-pol功能：功能：DNADNA聚合酶活性聚合酶活性，合成，合成DNADNA链。链。 DNADNA外切酶活性外切酶活性，DNADNA错配后的修复，或切错配后的修复，或切去去RNARNA引物。引物。5 C G C T T C A G G A T A
10、3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶活性?能切除突变的能切除突变的 DNA片段和片段和RNA引物。引物。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性核酸外切酶活性 目目 录录原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶大肠杆菌中相继发现了三种主要的大肠杆菌中相继发现了三种主要的DNADNA聚合酶：聚合酶： DNA-pol ：5-3聚合酶活性，聚合酶活性，DNA合成。合成。3-5外切酶活性，错配修复。外切酶活性，错配修复。5-3外切酶
11、活性，在细胞外切酶活性，在细胞DNA复制、重组和复制、重组和修复中起到修缮工的作用。修复中起到修缮工的作用。 DNA-pol ：表现出高度专一于：表现出高度专一于DNA损伤修复损伤修复功能。功能。 DNA-pol ：是大肠杆菌：是大肠杆菌DNA复制中主要的酶。复制中主要的酶。编辑校对编辑校对DNADNA的主要的主要复制酶复制酶参与参与DNADNA损损伤的应急伤的应急状态修复状态修复修复合成、修复合成、切除引物、切除引物、填补空隙填补空隙功能功能20204040400400分子数分子数/ /细胞细胞 10104 4个个1 1亚基数亚基数- - -+ +5 5 外切酶活性外切酶活性+ + + +
12、5 5 外切酶活性外切酶活性+ + + +5 5 聚合酶活性聚合酶活性polpol III IIIpolpol II IIpolpol I IE. ColiE. Coli中的中的DNADNA聚合酶聚合酶多聚化速度多聚化速度（核苷酸（核苷酸/ /秒）秒）16-2016-20反应速度慢反应速度慢持续性低持续性低4040250-1000250-1000DNA-pol ：由十种亚基：由十种亚基22个组分构成，其中个组分构成，其中、 、3 3个亚基组成个亚基组成核心酶核心酶，亚基具有亚基具有53聚合聚合DNA的酶活性；而的酶活性；而亚基具有亚基具有35外切酶的活性外切酶的活性，与，与DNA复制的校正功能
13、有关，复制的校正功能有关， 亚基可能与核心亚基可能与核心酶的组装有关。每个亚基至少有一个拷贝。酶的组装有关。每个亚基至少有一个拷贝。2个个亚亚基构成基构成滑动钳蛋白滑动钳蛋白，帮助核心酶与模板结合。其它，帮助核心酶与模板结合。其它多个亚基组成多个亚基组成滑动钳装载复合物滑动钳装载复合物。二）二）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase) 又称又称DNA松弛酶（松弛酶（DNA-relaxing enzyme)，简称简称Top，是一类催化同一，是一类催化同一DNA分子中不同超螺分子中不同超螺旋状态之间转变的酶。旋状态之间转变的酶。1010 8 8 局部解链后局部解链后 作用特
14、点：作用特点：既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键、又能连接磷酸二酯键分分 类：类： 拓扑异构酶拓扑异构酶:切断切断DNADNA中的一条链，使中的一条链，使DNADNA旋旋转转, ,减少负超螺旋，再将切断的单链连接起来。减少负超螺旋，再将切断的单链连接起来。 拓扑异构酶拓扑异构酶:可以切断可以切断DNADNA的两条链的两条链, ,引入负引入负超螺旋。需消耗超螺旋。需消耗ATP.ATP.l三）三） 解链酶（解链酶（unwinding enzyme） ，又称解螺旋酶。又称解螺旋酶。l用于解开用于解开DNADNA双链，使埋藏在双链，使埋藏在DNADNA双螺旋分子双螺旋分子中的碱基对暴露出来作为模板
15、以合成新链。每中的碱基对暴露出来作为模板以合成新链。每解开一对碱基间的氢键，需消耗两分子解开一对碱基间的氢键，需消耗两分子ATPATP。l大多数解螺旋酶与随后链模板大多数解螺旋酶与随后链模板DNADNA结合后沿结合后沿5-35-3运动。运动。l四）引发酶四）引发酶(primase)(primase)又称引物合成酶：又称引物合成酶：1.催化前导链和随后链冈崎片段引物的合成。催化前导链和随后链冈崎片段引物的合成。2.引发酶本质上是一种依赖引发酶本质上是一种依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶（DDRP），该酶以），该酶以DNA为模板，聚合一段为模板，聚合一段RNA短链引物短链引物(primer)，以提
16、供自由的，以提供自由的3-OH，使子代使子代DNA链能够开始聚合。链能够开始聚合。3.与另外的与另外的6种蛋白质组成种蛋白质组成引发体引发体（primosome）才起作用。才起作用。五）五）DNA连接酶连接酶催化一个催化一个DNADNA链链的的3 3 -OH-OH末端和相邻末端和相邻DNADNA链链的的5 5 - -磷酸末端之间的连接，形成共价磷酸二酯键，从磷酸末端之间的连接，形成共价磷酸二酯键，从而把两段相邻的而把两段相邻的DNADNA链连接成一条完整链的酶。链连接成一条完整链的酶。DNA连接酶连接碱基互补双链中的单链缺口，不能连接酶连接碱基互补双链中的单链缺口，不能催化两条游离催化两条游离
17、DNA链相连；只能催化两条多核苷酸链链相连；只能催化两条多核苷酸链连接，不能催化单核苷酸的延长。在复制、修复、重连接，不能催化单核苷酸的延长。在复制、修复、重组及剪接中起最后缺口缝合的作用。组及剪接中起最后缺口缝合的作用。一）复制的起始一）复制的起始1. 复制起始于原点复制起始于原点oriC： E.coli复制起始点复制起始点 oriC结构由结构由245个高度保守的碱基对组成，由个高度保守的碱基对组成，由3个个13bp的重复顺序和的重复顺序和4个个9bp的重复顺序组成的保守序列，富含的重复顺序组成的保守序列，富含A、T。三、三、原核生物的原核生物的DNA生物合成生物合成 三个阶段：起始、延伸和
18、终止。三个阶段：起始、延伸和终止。GATCTNTTNTTT成串排列的三个成串排列的三个13bp序列序列共有序列共有序列/交感顺序交感顺序共有序列共有序列/交感顺序交感顺序TTATCCACA DnaA蛋白结合位点四个蛋白结合位点四个9bp序列序列2. DNA复制的起始过程复制的起始过程 预引发预引发：参与打开原点的预引发复合物（起始复合物）：参与打开原点的预引发复合物（起始复合物）由至少由至少9 9个不同的蛋白质和酶组成。个不同的蛋白质和酶组成。 DnaADnaA：大约：大约2020个，结合于原点的个，结合于原点的9bp9bp重复序列，重复序列，识别并识别并变性变性原点原点13bp13bp重复序
19、列。重复序列。 DnaB(DnaB(解螺旋酶解螺旋酶): ): 在在DnaCDnaC参与下与局部解链的单链结参与下与局部解链的单链结合，沿解链方向继续移动，解开足够用于复制的长度，合，沿解链方向继续移动，解开足够用于复制的长度，并逐步置换出并逐步置换出DnaA DnaA ，形成两条单链形成两条单链DNADNA，创造两个潜创造两个潜在的复制叉。在的复制叉。DnaADnaB(解螺旋酶解螺旋酶)SSB 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。 拓扑异构酶使拓扑异构酶使DNADNA的超螺旋解开。的超螺旋解开。引发：
20、引发： 引物酶和解链模板上的引物酶和解链模板上的DnaBDnaB 、 DnaCDnaC蛋白，蛋白， DNADNA复制起始区域结合成复合物引发体，在引物酶复制起始区域结合成复合物引发体，在引物酶的催化下，以的催化下，以DNA为模板，合成一段短的为模板，合成一段短的RNA片段，从而获得片段，从而获得3端自由羟基（端自由羟基（3-OH）。）。 3 5 3 5 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RNARNA分子分子 引物引物3 HO5引发引发酶酶二）复制的延长二）复制的延长复制的延长指在复制的延长指在DNA-polDNA-pol催化下，催化下，dNTPdNTP以以dNMPdNMP
21、的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其的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。延长是指前延长是指前导链和滞后链的合成。导链和滞后链的合成。 1.1.聚合子代聚合子代DNADNA：由由DNA聚合酶催化，以亲代聚合酶催化，以亲代DNA链为模板，从链为模板，从53方向聚合子代方向聚合子代DNA链。链。在原核生物中，参与在原核生物中，参与DNA复制延长的是复制延长的是DNA聚聚合酶合酶；而在真核生物中，是；而在真核生物中，是DNA聚合酶聚合酶(延延长随从链长随从链)和和（延长领头链）。（延长领头链）。 顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行
22、的，顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为先导链或领头链这股链称为先导链或领头链(leading strand)(leading strand)。随从链的合成随从链的合成另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺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，这股不连续复制的链称为随着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随后链或随从链后链或随从链(lagging strand)(lagging strand)。复制中的不连续。复制中的不连续片段（约片段（约10001000个核苷酸）称为个核苷酸）称为冈崎片段冈崎片段(okazaki (okazaki frag
23、mentsfragments，1968)1968)。 冈崎片段的大小，在原核生物中约为冈崎片段的大小，在原核生物中约为1000100020002000个个核苷酸，而在真核生物中约为核苷酸，而在真核生物中约为100100个核苷酸。个核苷酸。2.2.链的延长：链的延长：DNADNA聚合酶聚合酶加入到引发体上，形成复制体，加入到引发体上，形成复制体，同时进行先导链和随后链的合成。随后链的合同时进行先导链和随后链的合成。随后链的合成不断需要引物，引物酶合成引物，成不断需要引物，引物酶合成引物， DNADNA聚合聚合酶酶合成新的冈崎片段。合成新的冈崎片段。聚合酶聚合酶III全酶全酶引物引物聚合酶聚合酶I
24、II全酶全酶引物引物引发体引发体引发体引发体解旋酶解旋酶解旋酶解旋酶4.4.去除引物，填补缺口：去除引物，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。而在真核直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。而在真核生物中，生物中，RNARNA引物的去除，由一种特殊的核酸引物的去除，由一种特殊的核酸酶来水解，冈崎片段仍由酶来水解，冈崎片段仍由DNADNA聚合酶来延长。聚合酶来延长。 5.5.连接冈崎片段：连接冈崎片段：在在DNADNA连接酶的催化
25、下，形成最后一个磷酸酯连接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的键，将冈崎片段连接起来，形成完整的DNADNA长长链。链。 3535OHOHP P 原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNADNA，大肠杆菌双向复制，大肠杆菌双向复制的片段在复制的终止点的片段在复制的终止点( (terter) )处汇合。处汇合。oriter E.coli ori terSV40三）复制的终止三）复制的终止 在在ter区内存在个区内存在个ter序列（序列（terA到到terE），），富含。其中富含。其中terA、 ter、terE位于复制叉汇位于复制叉汇合点的一侧，合点的一侧， ter、
26、 ter、ter、ter位于复位于复制叉汇合点的另一侧，它们分别是两个复制叉终止制叉汇合点的另一侧，它们分别是两个复制叉终止的特异位点。每个复制叉必须越过另一个复制叉的的特异位点。每个复制叉必须越过另一个复制叉的终止位点才能到达自己的终止位点。终止位点才能到达自己的终止位点。Tus蛋白是解蛋白是解链酶的抑制剂，与链酶的抑制剂，与 ter位点结合终止复制。位点结合终止复制。 DNADNA复制终止于复制终止于terter区区 陷井区是终点利用物质（陷井区是终点利用物质（TusTus）的结合部位。）的结合部位。TusTus可以可以和每一个和每一个terter结合。一旦形成结合。一旦形成复合物，复合物
27、，以通过以通过阻止解旋酶解旋阻止解旋酶解旋DNADNA来封闭复制叉的通路。来封闭复制叉的通路。Tus-Tus-terter复合物复合物只捕获来自一个方向（顺时针或反时针）的复制叉。只捕获来自一个方向（顺时针或反时针）的复制叉。DNADNA分配和细分配和细胞分裂期胞分裂期DNADNA合成期合成期G1G2SM四、四、真核生物的真核生物的DNA生物合成生物合成 细胞能否分裂，决定于进入细胞能否分裂，决定于进入S S期及期及M M期这两个关键点。期这两个关键点。G1SG1S及及G2MG2M的调节，与蛋白激酶活性有关。的调节，与蛋白激酶活性有关。 蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调蛋白激酶
28、通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。控作用。 合成机制与原核生物基本一致。合成机制与原核生物基本一致。间期间期间期间期复制所需蛋白复制所需蛋白质的合成质的合成 多起点的双向复制：多起点的双向复制：真核生物每个染色体有多真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。个起始点，是多复制子复制。 果蝇最大的染色体至果蝇最大的染色体至少有个复制起点。少有个复制起点。 催化合成的催化合成的DNA-polDNA-pol不同。不同。1 1、真核生物复制特点、真核生物复制特点真核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol 具有引物酶活性和聚合酶活性，具有引物酶活性和聚
29、合酶活性，起始引起始引 发合成发合成RNARNA引物及随后链的复制。引物及随后链的复制。DNA-pol DNA-pol 修复作用。修复作用。DNA-pol DNA-pol 线粒体线粒体DNADNA聚合酶。聚合酶。DNA-pol DNA-pol 具有聚合酶活性和具有聚合酶活性和3-53-5外切酶活性。外切酶活性。前导链和随后链的复制。前导链和随后链的复制。DNA-polDNA-pol聚合酶活性和聚合酶活性和3-53-5外切酶活性外切酶活性。 在真核生物中，目前发现的在真核生物中，目前发现的DNADNA聚合酶至少有种：聚合酶至少有种：第四节第四节 DNA损伤与修复损伤与修复DNA Damage a
30、nd Repair由于一些物理、化学或生物学因素的作用，由于一些物理、化学或生物学因素的作用，或者由于生物体或者由于生物体DNA复制过程出现异常均可引复制过程出现异常均可引起起DNA分子的损伤或改变。分子的损伤或改变。DNA核苷酸顺序的永久性改变称为核苷酸顺序的永久性改变称为突变突变。一、一、突变的意义突变的意义1 1、突变是进化、分化的分子基础突变是进化、分化的分子基础2 2、突变导致基因型改变突变导致基因型改变3 3、突变导致死亡突变导致死亡4 4、突变是某些疾病的发病基础突变是某些疾病的发病基础生物进化中突变是与遗传相对立统一而普遍存在的现象。生物进化中突变是与遗传相对立统一而普遍存在的
31、现象。二、二、DNADNA损伤导致损伤导致突变的几种形式突变的几种形式点突变：一个或少数几个碱基的改变。点突变：一个或少数几个碱基的改变。插入突变：增加一个碱基对或多个碱基对的突变。插入突变：增加一个碱基对或多个碱基对的突变。缺失突变：缺失一个碱基对或多个碱基对的突变。缺失突变：缺失一个碱基对或多个碱基对的突变。倒位或转位：倒位或转位：DNADNA链重组使其中一段序列方向倒置、或链重组使其中一段序列方向倒置、或从一处迁移到另一处。从一处迁移到另一处。双链断裂双链断裂: :会导致细胞死亡。会导致细胞死亡。沉默突变：沉默突变：即同义突变，突变虽然替换了碱基，但氨即同义突变，突变虽然替换了碱基，但氨
32、基酸顺序未变，保持野生型的功能。基酸顺序未变，保持野生型的功能。 回复突变：突变能克服第一次突变造成的影响。如点回复突变：突变能克服第一次突变造成的影响。如点突变和插入突变往往是可逆的。突变和插入突变往往是可逆的。镰刀形红细胞贫血病人镰刀形红细胞贫血病人Hb (HbS) Hb (HbS) 亚基亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链肽链CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA)Hb (HbA)亚基亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C A
33、U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突变缺失引起框移突变三、三、引发突变的因素引发突变的因素物理因素物理因素 （紫外线（紫外线(ultra violet, UV)(ultra violet, UV)、电离辐射、电离辐射）和）和化学因素化学因素（化学诱变剂）等都能引起生物突变和（化学诱变剂）等都能引起生物突变和致死。致死。 UV UV化学因素化学因素常见的化学诱变剂常见的化学诱变剂化合物类别化合物类别作作 用用 点点分子改变分子改变碱基类似物碱基类似物如：如：5-BUA 5-BU G- A - T - G - C -
34、羟胺类（羟胺类（NH2OH）T C- T - A - C - G -亚硝酸盐（亚硝酸盐（NO2）C U- G - C - A - T -烷化剂烷化剂如：氮芥类，如：氮芥类，NitrominsG mGG mGDNA缺失缺失G四、四、DNADNA损伤的修复损伤的修复修复修复(repairing(repairing) )：是对已发生分子改变的补偿措施，使是对已发生分子改变的补偿措施，使DNADNA恢复为正常的结构和功能。恢复为正常的结构和功能。一个普通哺乳动物基因组在一个普通哺乳动物基因组在2424小时之内可以积累成千上小时之内可以积累成千上万个万个DNADNA损伤，损伤，DNADNA修复系统的存在
35、，避免了这种损伤对生修复系统的存在，避免了这种损伤对生命可能造成的巨大威胁。命可能造成的巨大威胁。DNA修复系统具有多样性，修复之所以成为可能，是因修复系统具有多样性，修复之所以成为可能，是因为为DNA由两条互补的双链组成，当一条链损伤时，可以以由两条互补的双链组成，当一条链损伤时，可以以另一条链做模板。另一条链做模板。在在E.coliE.coli中存在中存在6 6种基本的修复系统种基本的修复系统1 1、光修复：紫外线可使光修复：紫外线可使DNADNA分子同一条链相邻的胸分子同一条链相邻的胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体，从而影响复制和转录腺嘧啶碱基之间形成二聚体，从而影响复制和转录。DNADNA光
36、复活酶能特异性识别嘧啶二聚体并与之结光复活酶能特异性识别嘧啶二聚体并与之结合，经可见光照射后（波长约合，经可见光照射后（波长约400nm400nm）被激活，切）被激活，切除嘧啶二聚体间的除嘧啶二聚体间的c-cc-c键，将二聚体分解为正常单键，将二聚体分解为正常单体，酶从链上释放，体，酶从链上释放，DNADNA恢复正常结构。恢复正常结构。光复活酶光复活酶(photolyase) UV2. 2. 切除修复切除修复 碱基切除修复：碱基切除修复： 是一个能识别是一个能识别DNADNA中由中由胞嘧啶胞嘧啶、腺嘌呤腺嘌呤和和鸟鸟嘌呤嘌呤分别脱氨形成的损伤，并除去受损伤的碱基。这样变型分别脱氨形成的损伤，并
37、除去受损伤的碱基。这样变型的碱基可以通过的碱基可以通过DNADNA糖基化酶切断糖基化酶切断N-CN-C糖苷键除去，在糖苷键除去，在DNADNA中制中制造了脱嘌呤或脱嘧啶的部位，通常将这样的部位称之造了脱嘌呤或脱嘧啶的部位，通常将这样的部位称之APAP位点位点。 每种每种DNADNA糖基化酶通常对一种类型的碱基损伤特异。例如糖基化酶通常对一种类型的碱基损伤特异。例如尿嘧啶糖基化酶就可以除去由于胞嘧啶脱氨形成的尿嘧啶，尿嘧啶糖基化酶就可以除去由于胞嘧啶脱氨形成的尿嘧啶，形成一个形成一个APAP位点。然后一个称为位点。然后一个称为APAP内切核酸酶内切核酸酶切去含有切去含有APAP位位点的脱氧核糖点
38、的脱氧核糖-5-5-磷酸，出现一个核苷酸空隙。然后在磷酸，出现一个核苷酸空隙。然后在DNADNA聚聚合酶作用下重新放置一个正确的核苷酸，最后通过合酶作用下重新放置一个正确的核苷酸，最后通过DNADNA连接酶连接酶将切口封闭。将切口封闭。尿嘧啶糖基化酶系统的修复过程尿嘧啶糖基化酶系统的修复过程 核苷酸切除修复：核苷酸切除修复： 用以修复引起用以修复引起DNADNA双螺旋结构变形双螺旋结构变形的大的的大的DNADNA损伤。修复酶是由损伤。修复酶是由基因基因uvruvrA A、uvruvrB B和和uvruvrC C分别编码的三个亚基组成分别编码的三个亚基组成的，该酶又称为的，该酶又称为。结果都出现
39、一个单链缺口。结果都出现一个单链缺口。然后在然后在DNADNA聚合酶催化下按照互聚合酶催化下按照互补链填充缺口，切口最后通过补链填充缺口，切口最后通过DNADNA连接酶连接。连接酶连接。UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA连接酶连接酶ATP错配错配可以通过可以通过E.coliE.coli中的中的3 3个蛋白质（个蛋白质（）校正。）校正。错配修复错配修复4. 4. 重组修复重组修复5 5、差错倾向修复（、差错倾向修复（SOS修复）修复） 当当DNADNA损伤发生在不寻常的高水平，由此而诱发出损伤发生在不寻常的高水平，由此而诱发出一系列复杂的反应，一系列复杂的反应，DNADNA差错倾向修复被采用，差错倾向修复被采用，DNADNA修复变得很不精确，产生高突变率。修复变得很不精确，产生高突变率。 差错倾向修复时细胞对差错倾向修复时细胞对DNADNA广泛受损采取的应急反广泛受损采取的应急反应的一部分，这种反应较应的一部分，这种反应较“SOSSOS反应反应”。 这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过。通过SOSSOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而。然而DNADNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。突变。
