DNA的復制和修復一、DNA的復制是半保留式的二、DNA復制所需要的酶三、原核生物DNA復制的過程第一節(jié)DNA的復制一、DNA的復制是半保留式的細胞內(nèi)的DNA在復制時，親代的DNA雙鏈中每一條鏈都作為模板合成一個新的DNA分子，每個新的DNA分子中的一條鏈來自母鏈，另一條是新合成的，這就是半保留復制。DNA的半保留式復制二、DNA復制所需要的酶類DNA聚合酶DNA連接酶拓撲異構酶解旋酶引物合成酶SSB蛋白等1956年最初從大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶polymerases*DNA聚合酶的主要特點：√需要DNA為模板√以dNTP

為原料合成與模板DNA序列完全一致的DNA√新合成的DNA鏈的方向是5‘到3’,模板鏈是3‘到5’,

√不能從頭合成DNA，dNTP

要加到已有核苷酸的3‘-OH后。DNA聚合酶催化的反應大腸桿菌中至少有5種不同的DNA聚合酶DNA聚合酶III連接酶(ligase)的作用超螺旋正超螺旋負超螺旋超螺旋正超螺旋負超螺旋生物體內(nèi)，有拓撲異構酶負責DNA構象之間的變化。拓撲異構酶的突變會抑制DNA復制。大腸桿菌DNA復制結(jié)束后，通過拓撲異構酶II的作用，使2個子代DNA分開。拓撲異構酶II的作用解旋酶(helicase)水解雙鏈堿基之間的氫鍵，打開兩條鏈。單鏈結(jié)合蛋白(single-strandDNA-bindingprotein)結(jié)合于解開的單鏈DNA上，防止重新形成雙鏈或DNA降解。單鏈結(jié)合蛋白(SSB)的功能引物合成酶(primase)為什么需要引物合成酶？DNA合成完成后，引物合成酶合成的RNA引物將被DNA聚合酶I切掉，留下的空隙再由DNA代替。三、原核生物DNA復制的過程DNA復制的開始總是在染色體上的一個固定地點開始，稱為復制起點。多種蛋白質(zhì)和酶共同作用,開始DNA的復制1拓撲異構酶打開DNA超螺旋結(jié)構2解旋酶，將DNA雙鏈分開3SSB蛋白，結(jié)合在單鏈DNA上4引物合成酶合成引物5DNA聚合酶開始復制DNA大腸桿菌環(huán)形DNA復制時產(chǎn)生的復制眼結(jié)構，單一起點，雙向復制，復制叉上各種蛋白和酶但是要注意DNA兩條鏈的復制情況是不同的，因為他們的走向不同。其中一條鏈的走向為3’到5’，可以直接作為模板合成新鏈，這條鏈叫做前導鏈。另外一條鏈的走向為5’到3’，不可以直接作為模板合成新鏈（請考慮為什么？），這條鏈叫做滯后鏈。這是由DNA聚合酶的特點決定的DNA聚合酶只能從5’向3’方向合成新的DNA，新的核苷酸只能加到前面核苷酸的3’位的-OH后。所以對于走向為5’到3’的模板鏈(滯后鏈)來說，復制時必須一小段一小段的復制，然后再連起來。滯后鏈中每一小段的DNA復制方向與前導鏈的復制方向相反，但是總的復制方向與前導鏈相同。這“一小段DNA”叫做“岡奇片段”,每合成一次岡奇片段，就需要合成一次引物。這種復制方式叫做“半不連續(xù)復制”DNA的半不連續(xù)復制滯后鏈的復制滯后鏈的復制滯后鏈最后一步，DNA聚合酶I將RNA引物除去，空隙填補。復制的終止大腸桿菌有復制終止區(qū)，復制叉在此相遇而終止復制。DNA聚合酶III除了有5’到3’的DNA聚合活性外，還有3’到5’的水解酶活性，在合成時一旦發(fā)現(xiàn)有錯誤就將錯誤的核苷酸水解掉，這一活性稱為DNA聚合酶的“校對功能”，保證DNA復制的精確性。DNA復制忠實性的保證2條鏈由同一個聚合酶進行復制觀看大腸桿菌復制的動畫1大腸桿菌的雙向復制*2大腸桿菌復制*3DNA前導鏈和滯后鏈的復制協(xié)調(diào)*DNA的復制發(fā)生細胞周期的在S期四、真核生物DNA復制的過程獨立進行復制的一段DNA序列，叫復制子,含有復制起點和終點序列。真核細胞是多復制子復制，這樣可以縮短整個染色體的復制時間。真核生物的復制是采用多復制子形式同時進行目前至少在真核細胞中發(fā)現(xiàn)9種DNA聚合酶，分別在DNA復制（染色體或線粒體復制）和DNA修復中起作用。1)由于有染色體結(jié)構，真核生物的復制叉移動速度比細菌慢，為1000-3000bp/min，細菌為50000bp/min。真核細胞DNA復制過程與原核生物相比2)真核細胞沒有專門的引物合成酶，DNA聚合酶α有引物合成酶的功能。DNA聚合酶δ相當與原核生物中的DNA聚合酶III3)DNA聚合酶α有RNA引物合成的活性,但沒有校對功能,DNA聚合酶δ有校對功能,但沒有RNA引物合成功能。真核生物中的前導鏈和滯后鏈是由DNA聚合酶αδε等共同完成。DNA聚合酶α合成引物，聚合酶δ合成前導鏈，聚合酶ε

可能合成滯后鏈。而原核生物中前導鏈和滯后鏈均由DNA聚合酶III復制。4)真核生物中的一個岡奇片段長度與一個核小體中的DNA長度類似，100-200bp左右。而原核生物中岡奇片段為1000-2000bp

。5)DNA在染色體全部復制完全之前不開始第2次復制。在快速生長的原核生物中，起點可以連續(xù)發(fā)動復制。真核生物在快速生長時，往往采用更多的復制起點。

6)染色體的復制是多起點雙向復制，大腸桿菌是單一起點的雙向復制。雙向復制單向復制7)真核細胞DNA復制時還會遇到線性染色體的末段復制問題和核小體的分配問題等。二生物體內(nèi)DNA的修復系統(tǒng)一DNA損傷的原因和類型第二節(jié)DNA的損傷和修復1DNA損傷的原因一DNA損傷的原因和類型a生物因素體內(nèi)DNA復制時的誤差和DNA重組病毒基因組的整合等b物理因素,如紫外線電離輻射c化學誘變劑某些化合物可插入DNA中單鏈斷裂2DNA損傷的類型雙鏈斷裂糖基氧化堿基修飾DNA鏈的交聯(lián)DNA與蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)等脫氨基嘧啶二聚體脫嘌呤甲基化作用堿基損傷的幾種類型目前發(fā)現(xiàn)生物體內(nèi)至少有5種修復系統(tǒng)二生物體內(nèi)DNA的修復系統(tǒng)錯配修復(mismatchrepair)直接修復(directrepair)切除修復(excisionrepair)重組修復(recombinationrepair)傾向差錯的修復(error-pronerepair)1錯配修復負責修復在DNA合成過程中出現(xiàn)的差錯，在大腸桿菌和人細胞內(nèi)均存在此種修復系統(tǒng)。細胞可以根據(jù)甲基化程度不同而識別DNA復制過程中的母鏈和子鏈。細菌體內(nèi)DNA序列的GATC序列中的A被甲基化，而新合成的鏈的甲基化要在復制完成之后幾分鐘后再進行。修復機理在這一段時間內(nèi)，負責錯配修復的酶發(fā)現(xiàn)錯配的堿基后，就在錯配的堿基附近的GATC處將含有錯配堿基的一段DNA切除，大約1000bp左右。隨后由DNA聚合酶III和連接酶將空缺補齊修復。大腸桿菌中參與錯配修復的酶有至少12種。錯配修復的機理錯配修復錯配修復可以使DNA復制過程中的錯配率大大降低。2直接修復(directrepair)就是細胞直接將發(fā)生損壞的堿基修復，有依賴光的修復和不依賴光的修復等形式。(1)光修復(photoreactionrepair)細菌在紫外線照射后再用可見光照射,使細菌的存活率提高?，F(xiàn)象可見光激活光修復酶,400nm最有效。機理紫外線引起的嘧啶二聚體專一修復紫外線引起的嘧啶二聚體用途光修復Photolyase光解酶高度專一性，從低等單細胞生物到鳥類都有，但哺乳動物中沒有，已經(jīng)被其他形式取代。光修復特點(2)暗修復(darkrepair)無需光的激活，由專門的酶對堿基的損傷進行修復。如對O6-甲基鳥嘌呤的修復由O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶進行。3切除修復(excisionrepair)將損壞的堿基或核苷酸切除，以完整那條鏈的DNA為模板，合成出切去的部分，使DNA恢復正常。可用于多種形式的損傷修復。有堿基切除修復和核苷酸切除修復兩種方式。DNA糖基化酶(glycosylases)識別損傷部位。參與修復的酶類很多以及DNA聚合酶DNA連接酶等AP內(nèi)切酶等負責切除損傷堿基切除修復核苷酸切除修復Xeroderma

pigmentosum著色性皮膚病由于病人的切除修復系統(tǒng)缺陷引起的遺傳病。4傾向差錯的修復(error-pronerepair)當細胞內(nèi)DNA鏈發(fā)生斷裂，或嚴重損傷時，會引發(fā)細胞內(nèi)的應急反應(SOS)，這時細胞的生長會受到嚴重的抑制，并同時合成許多酶對損傷的DNA進行修復。這時細胞一方面誘導產(chǎn)生在切除修復和重組修復中起關鍵作用的酶，加強修復和重組的功能。另一方面，還誘導產(chǎn)生DNA聚合酶IV和V，在損傷部位修復時使用。但是聚合酶IV和V沒有校對功能，修復時產(chǎn)生的差錯較多，故稱為“傾向于差錯的修復”或“易錯修復”。傾向于差錯的修復是細胞在危機的情況下對損傷的DNA進行“搶救性”修復的方式，雖然產(chǎn)生比較多的差錯，但是可以使細菌免于死亡，借此渡過困難時期，在生物的進化過程中起重要作用。DNA是細胞內(nèi)最重要的遺傳物質(zhì)，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)近130種與修復DNA損傷有關的基因，這是一支龐大的“維修部隊”，負責DNA的完整。細胞對于發(fā)生損傷的DNA基本上有幾種處理方式：直接修復；切除修補；或不修補；一般情況下的修復是精確的修復，但是在緊急狀態(tài)下的修復錯誤較多，僅僅是為了維持DNA結(jié)構的完整，故突變較多。第三節(jié)

突變、單核苷酸多態(tài)性和個體差異突變就是遺傳物質(zhì)發(fā)生的結(jié)構的改變，DNA發(fā)生突變的原因多種多樣，突變的后果也各不相同。在生物的進化過程中，突變使得遺傳物質(zhì)發(fā)生多樣性變化，是生物進化的動力之一。突變不僅使得物種之間的遺傳物質(zhì)產(chǎn)生差異，同一物種的不同個體之間的遺傳物質(zhì)也不是完全相同?；蚪M研究表明，人的不同個體之間的基因差異很小。有時只是個別堿基的不同。單核苷酸多態(tài)性(single

nucleotidepolymorphism,SNP)就是個體遺傳信息差異的一種基本方式，表現(xiàn)為基因組中特定位點上的單核苷酸的差異。目前發(fā)現(xiàn)，人不同個體之間的差異，如體貌特征，性格，疾病易感性或抗性甚至一些遺傳疾病等就是由SNP決定。我們熟知的血友病和鐮刀型紅細胞貧血病就是由單一的SNP決定的。由于SNP位點眾多，研究他們與疾病的關系不是一件容易的事。目前全世界的科學家正在進行研究之中。藥物基因組學就是利用這些SNP研究