生物化学第34章DNA的复制和修复.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,34,章,DNA,的复制和修复,（,DNA replication and repair,）,一、,DNA,的复制,二、,DNA,的损伤修复,三、,DNA,的突变,一、,DNA,的复制,（一）,DNA,的半保留复制,DNA,复制的三种可能模式,Conservative,Semiconservative,dispersive,After one,generation,After two,generations,Watson,和,Crick,提出的,DNA,双螺旋复制模型,old,new,DNA,半保留复制的实验证明,1958,年，,Meselson,和,Stahl,利用,15,N,标记大肠杆菌,DNA,的实验，首先证明了,DNA,的半保留复制。他们让大肠杆菌在以,15,NH,4,Cl,为唯一氮源的培养基中生长，经过连续培养,12,代，使所有的,DNA,分子都标记上,15,N,。,15,N-DNA,的密度比普通,14,N-DNA,大，在氯化铯密度梯度离心时可以区分这两种,DNA,。,DNA,半保留复制的实验证明,这时将大肠杆菌转移到普通培养基（含,14,N,）上培养，经过一代以后，所有,DNA,的密度都介于,15,N-DNA,和,14,N-DNA,之间，说明这时的,DNA,为,14,N,和,15N,的杂合分子。两代后，,14,N,分子和杂合分子等量出现。当把杂合分子加热，使它们分开成单链再离心，可见有一半与单链,15,N-DNA,的密度相同，另一半与单链,14,N-DNA,的密度相同。,The,Meselson,-Stahl experiment,DNA extracted and centrifuged to,equi,-,librium,in,CsCl,density gradient,（二）,DNA,复制的起点和方式,DNA,上能独立进行复制的单位称为复制子（,replicon,），每个复制子都有复制起始点，可能还有复制的终点。,DNA,复制起始点一般有特定的序列，,DNA,在复制起始点处解开双链，形成一个复制泡（也叫复制眼）。有些,DNA,的复制从复制起始点开始,向两边复制,，也有些,DNA,的复制从复制起始点开始,向一边复制,，它们分别称为,双向复制,和,单向复制,。,DNA,复制的方向,未复制,DNA,单向复制,双向复制,DNA,复制的方向,先将大肠杆菌在含有少量,3,H,标记的胸腺嘧啶的培养基中培养，然后换到含有大量,3,H,标记的胸腺嘧啶的培养基中短时间培养，放射自显影可以观察到复制叉。,中国仓鼠卵巢细胞,DNA,复制的电镜照片,大箭头所指为复制泡，小箭头所指为复制叉处的单链部分，注意两个复制叉处的单链部分在相反的链上。,各种生物,DNA,的结构,DNA有线性双链和环状双链的，也有环状单链的。原核生物的染色体,DNA,和质粒，以及真核细胞中的线粒体和叶绿体,DNA,都是双链环状的，真核生物的染色体,DNA,是双链线性的。病毒的,DNA,有单链环状的，也有双链环状的，还有双链线性的。,DNA,上,复制子的数目,原核生物,染色体,DNA,和质粒,DNA,就是一个复制子，从一个复制起始点开始完成整个,DNA,分子的复制。真核细胞一个染色体,DNA,上有许多复制子，许多复制起始点同时开始复制，每一个复制起始点完成一段,DNA,的复制，然后将各个片段连接起来。,复制起始点的确定,大肠杆菌,染色体,DNA,只有一个复制起始点。在一个生长的群体中几乎所有细胞的染色体都在复制过程中，因此离复制起始点越近的基因拷贝数就越多，也就是出现的频率越高。将从大肠杆菌中提取出来的,DNA,切成大约,1%,染色体长度的片段，通过分子杂交的方法测定各基因片段的频率，结果表明复制起始点,ori,C,位于基因图谱的,ilv,位点处（,83,分附近）。一旦复制开始，复制叉向两侧以相等的速度向前移动。两个复制叉在离起始点,180,的,trp,位点处（,33,分附近）会合。,大肠杆菌染色体,DNA,复制起始点的确定,DNA,的复制方式,直线双向,多起点双向,（真核细胞染色体）,型双向,型单向,大肠杆菌染色体,DNA,即是,双向复制，,噬菌体的早期复制也是,双向复制。,DNA,的复制方式,滚环复制,噬菌体,DNA,的后期复制即是此种方式。,先以轻链为模板复制一条重链，而原来的亲本重链被置换出来称为,D loop,。当,D loop,扩大到整个线粒体,DNA,的大约,67%,的位置时，被置换出来的亲本重链上的轻链复制原点,O,L,才暴露出来，然后开始轻链的合成。,DNA,的复制方式,D,环复制,最典型的,D,环复制是哺乳动物线粒体,DNA,的复制。在环状双链,DNA,的特定位点即重链的复制原点,O,H,附近，解开双链，形成一个复制泡。,DNA,的复制方式,2D,环,大肠杆菌的多复制叉染色体,DNA,酶促合成的引物链和模板链,（三）,DNA,聚合反应有关的酶,DNA,聚合酶催化的聚合反应,5,端,3,端,DNA,聚合酶,DNA,聚合酶的反应特点,以,4,种,dNTP,作底物；,反应需要接受模板的指导；,反应需要有引物,3-,羟基存在；,DNA,链的延长方向为,53,；,产物,DNA,的性质与模板相同。,大肠杆菌,DNA,聚合酶,1955,年，,Arthur Kornberg,等,发现了,大肠杆菌,DNA,聚合酶，后来又发现了,4,种,DNA,聚合酶，分别称为,DNA,聚合酶,、,、,、,和,，它们有各自不同的用途。,（,DNA polymerase,）,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1959,for their discovery of the mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid,Severo,Ochoa,Arthur Kornberg,New York University,College of Medicine,Stanford University,The Nobel Prize in,Chemistry,2006,for his studies of the molecular basis of eukaryotic transcription,Roger D.Kornberg,Stanford University Stanford,CA,USA,b.1947,大肠杆菌,DNA,聚合酶,大肠杆菌,DNA,聚合酶,由一条肽链（,928,个氨基酸残基）组成，含有一个锌原子，分子量,103kD,。它是一个多功能酶，具有以下活性：,53,聚合活性；,35,外切活性（校对活性）；,53,外切活性（只作用于双链,DNA,）；,从,3,端使,DNA,链发生焦磷酸解（聚合反应的逆反应）；,无机焦磷酸盐与,dNTP,之间的焦磷酸基交换。,大肠杆菌,DNA,聚合酶,Klenow,片段,用枯草杆菌蛋白酶裂解完整的大肠杆菌,DNA,聚合酶,，得到,C,端,324,928,氨基酸残基的片段，称为,Klenow,片段。,1-323,氨基酸残基为小片段。小片段具有,53,外切活性，,Klenow,片段具有聚合酶活性和,35,外切活性。,酶切位点,Klenow,片段,Klenow,片段的立体结构,蓝色为模板链，红色为引物链。,Klenow,片段的活性位点,DNA,聚合酶,的校对作用,在,正常聚合条件下，,35,外切活性不能作用于生长链；一旦出现错配碱基时，聚合反应立即停止，生长链的,3,末端核苷酸落入,35,外切活性位点，错配核苷酸被迅速切去，然后继续进行聚合反应。,35,外切活性起着校对的作用。,校对作用越强，,DNA,复制的准确性越高。适当的错配有利于发生突变，有利于物种的进化。突变率太高也不利于保持物种的稳定性。,DNA,聚合酶,的切口平移作用,关于大肠杆菌,DNA,聚合酶的研究,根据对,各种,DNA,聚合酶在大肠杆菌细胞中的活性、合成,DNA,的速度、该酶基因突变对,DNA,复制的影响的研究，发现,DNA,聚合酶,是大肠杆菌细胞中,DNA,复制的主酶，而,DNA,聚合酶,和,的功能只是参与,DNA,损伤的修复。,大肠杆菌中,3,种,DNA,聚合酶性质的比较,项 目,聚合酶,聚合酶,聚合酶,5,3,聚合酶活性,3,5,外切酶活性,5,3,外切酶活性,相对分子量（,10,3,）,103,88,830,一个细胞内分子数,400,？,10,20,生物学活性,1,0.05,15,聚合速度（核苷酸,/,分）,1000,2000,2,400,15,000,60,000,持续合成能力,3,200,1,500,500,000,功能,切除引物，修复,修复,复制,大肠杆菌,DNA,聚合酶,亚基,分子量,亚基数目,亚基功能,132,000,2,聚合活性,27,000,2,35,外切校对活性,10,000,2,组建核心酶,71,000,2,核心酶二聚化,52,000,2,依赖,DNA,的,ATP,酶，形成,复合物,35,000,1,可与,亚基结合，形成,复合物,33,000,1,形成,复合物,15,000,1,形成,复合物,12,000,1,形成,复合物,37,000,4,两个,亚基形成滑动夹子，以提高酶的持续合成能力,DNA,聚合酶,全酶的结构,与,结合,两个,亚基各催化复制叉处一条链的合成。,二聚体的滑动夹子结构,红、绿色各为一个,亚基,DNA,聚合酶,和,DNA,聚合酶,和,是在,1999,年才被发现的。它们的功能是进行易错修复。,DNA,连接酶,大肠杆菌,DNA,连接酶可以连接切口和粘性末端，,T4,噬菌体,DNA,连接酶除可以连接切口和粘性末端外，还可以连接平末端。,（,DNA,ligase,）,DNA,的连接类型,（四）,DNA,的半不连续复制,在复制叉处，两条新生链是同时合成的，新生链延伸的方向一条是,53,，而另一条是,35,，这就不符合,DNA,聚合酶催化反应的性质。为了解决这个矛盾，日本学者冈崎等提出了,DNA,的不连续复制模型，认为,35,走向的新生,DNA,链实际上是由许多,53,方向合成的片段连接起来的。,DNA,复制叉处的前导链和滞后链,53,链是连续合成的，,35,链是不连续合成的，因此称为半不连续复制。,冈崎片段的发现,1968,年，冈崎等用,3,H-,脱氧胸苷标记,T4,噬菌体感染的大肠杆菌，然后通过碱性密度梯度离心法分离标记的,DNA,产物，发现短时间内首先合成的是较短的,DNA,片段，接着出现较大的分子，最初出现的,DNA,片段的长度约为,1000,个核苷酸左右，这种片段称为冈崎片段（,Okazaki fragment,）。用,DNA,连接酶变异的温度敏感株进行实验，在连接酶不起作用的温度下，有大量,DNA,片段积累。这些实验都说明在,DNA,复制的过程中，首先合成较短的片段，然后再由连接酶连接成大分子,DNA,。,原核生物和真核生物的冈崎片段,细菌,的冈崎片段长度为,1000,2000,个核苷酸，相当于一个顺反子（,cistron,）的长度；真核生物的冈崎片段长度为,100,200,个核苷酸，相当于一个核小体,DNA,的长度。,DNA,复制中的引物,由于,DNA,聚合酶必须在已有的核酸链的,3-,羟基上延伸新链，所以在前导链合成开始时以及滞后链的每一个冈崎片段开始时都需要有引物。,RNA,聚合酶以,DNA,为模板合成,RNA,的过程称为转录，转录是不需要引物的。,DNA,复制的引物就是小片段的,RNA,，这个,RNA,引物的合成是由引物合成酶催化合成的。,RNA,引物的长度通常为几个核苷酸至十几个核苷酸。,（六）,DNA,复制的过程,DNA,ligase,DNA polymerase,Old Okazaki fragment,Okazaki fragment,Primer,Lagging strand template,Primer,Helicase/primase,Newly synthesized leading strand,Dimeric,replicative,DNA polymerase,subunit,“sliding clamp”,SSB,Leading strand template,DNA,gyrase,DNA,复制叉处的结构,Primer,DNA,复制时涉及的部分酶和蛋白质,Gyrase,：拓扑异构酶,，旋转酶。,Helicase,：解旋酶。,SSB（single,-stranded DNA binding protein）：,单链,DNA,结合蛋白。,Primase,：,引发酶，引物合成酶。,Primer：,引物。,拓扑异构酶,拓扑异构酶可以,改变,DNA,双螺旋的连环数，其功能是引入超螺旋或解开超螺旋。,拓扑异构酶可,分为两类：类型,的酶能使,DNA,的一条链发生断裂和再连接，反应无需提供能量；类型,的酶能使,DNA,的两条链同时发生断裂和再连接，当它引入超螺旋时需要由,ATP,提供能量。,拓扑异构酶,拓扑异构酶,属于类型,。它只能消除负超螺旋，对正超螺旋不起作用。,拓扑异,构酶在使,DNA,的一条链断裂时，由于酶与,DNA,结合，,DNA,链不能自由转动，超螺旋的扭曲张力不会自动消失。但是酶分子可牵引另一条链通过切口，然后使断链重新连接起来，从而改变,DNA,的连环数和超螺旋数。,拓扑异构酶,拓扑异构酶,属于类型,，又叫旋转酶（,gyrase,）。它可连续引入负超螺旋，反应需要消耗,ATP,。在无,ATP,存在时，它可以松弛负超螺旋，但不作用于正超螺旋。,大肠杆菌旋转酶由两个,A,亚基和两个,B,亚基组成，,A,亚基是抗萘啶酮酸和奥啉酸的作用位点，,B,亚基是抗香豆霉素,A,1,和新生霉素的作用位点。这些抗生素均能抑制,DNA,复制，因而推测旋转酶对,DNA,复制是必需的。,旋转酶的作用机制,解旋酶,（,helicase,）,解旋酶,能将,DNA,两条链解开，每解开一对碱基，需要水解,2,分子,ATP,。大肠杆菌有许多种解旋酶，其中解旋酶,、,、,可以沿着模板链的,53,方向移动，而,rep,蛋白则沿着,35,方向移动。过去认为在,DNA,复制中，这两种酶配合作用解开,DNA,双链，但上述酶经诱变并不影响,DNA,的复制。,DnaB,蛋白,曾经分离出一些大肠杆菌,DNA,复制的温度敏感突变株。其中一株当培养温度由,30,升高到,40,时，,DNA,复制立即停止，分析表明,dnaB,基因发生了温度敏感突变。该基因产物,DnaB,是一种解旋酶，可沿,DNA,链,53,方向移动，由,ATP,提供能量。这就证明该解旋酶参与,DNA,的复制。,单链,DNA,结合蛋白,大肠杆菌的单链,DNA,结合蛋白（,single-stranded DNA binding protein,，,SSB,）由,4,个相同的亚基组成，它的功能是与已经解开的单链,DNA,结合，阻止重新形成双链，保护单链部分不被核酸酶降解原核生物的,SSB,蛋白与单链,DNA,的结合有正协同效应，当第一个,SSB,蛋白结合后，后面的,SSB,蛋白的结合力可提高,10,3,倍。因此一旦结合反应开始，全部单链,DNA,迅速被,SSB,覆盖。但真核生物的,SSB,蛋白没有这种协同作用。,大肠杆菌染色体,oriC,的结构,DNA,复制的起始,超螺旋模板,起始,复合物,DnaA,四聚体,靠近结合位点,DnaA,四聚体结合在结合位点上,13-bp segments 9-bp segments,20-40 more,DnaA,单体,oriC,被多个,DnaA,缠绕,DNA,复制的起始,开放,复合物,DnaB,6,DnaC,6,六聚物,DnaC,subunits,DnaB,subunits,Open,oriC,region,DnaT,开放的复制起始区,DNA,复制的起始,DnaB,有解旋酶活性，它每解开一个碱基对需要消耗,2,个,ATP,。,预引发,复合物,SSB,结合到单链结合区,打开,DnaA,富集区域,SSB,DnaB,subunit,DnaB,subunit,Open region,引发和复制,DNA,复制体的装配,DnaB,complex,DnaB,complex,End of,oriC,DnaA,tetramer,displaced,DnaA,tetramer,displaced,Primase,PrimosomeSSB tetramer on,Single-strand DNA,Primase,PriA,PriB,PriC,PriB,PriC,DNA,复制体的装配,滞后链,RNA,前导链,RNA,引物,DnaA,tetramer,displaced,DnaA,tetramer,displaced,前导链,RNA,引物,滞后链,RNA,DNA,复制体的装配,DNA,聚合酶,最后一个,DnaA,四聚物被置换,DNA,聚合酶,岗琦片段的连接,DNA polymerase,DNA,ligase,DNA,连接酶催化的反应,DNA,复制叉的延伸,Leading strand“core”DNA polymerase,2,SSB,Rep protein,Leading Lagging,strand,strand,1st RNA primer,Lagging strand“core”DNA polymerase,3rd RNA primer(most recent),Primosome,Helicase,2nd RNA primer,Growing,Okazaki fragment,DNA,复制的终止,Ter,位点是一个,20bp,的短序列，其中含有一个保守核心,GTGTGTTGT,，,Tus,蛋白与,Ter,位点结合后起终止复制叉前进的作用。,DNA,复制的终止,DNA,topoisomerase,（七真核生物,DNA,的复制,真,核生物染色体有多个复制起始点。,5-,氟脱氧尿苷是细胞内胸腺嘧啶核苷酸合成的抑制剂，用,5-,氟脱氧尿苷处理真核生物的培养细胞可以抑制,DNA,复制，随后加入,3,H-,脱氧胸苷就可以使,DNA,复制同步化。复制进行大约,30,分钟，然后制成,DNA,的放射自显影图像，在电子显微镜下观察，可以看到很多复制眼，每个复制眼都有独立的起点，并呈双向延伸。通过测量和换算，可以估算出复制子的大小。,真核生物的复制子,哺乳动物的复制,子大多在,100,200kb,之间。人的细胞有,23,对染色体，单倍体基因组大约有,310,9,bp,平均每个染色体有,1000,个复制子。果蝇或酵母的复制子较小，平均为,40kb,。,真核,DNA,的复制速度,真核,生物,DNA,的复制速度比原核生物慢。大肠杆菌,DNA,复制叉的移动速度为,50,000bp/min,，哺乳类动物复制叉的移动速度仅为,1000,3000bp/min,。但因真核细胞染色体有许多复制起始点同时起始复制，所以总的复制速度并不慢。,哺乳动物的,DNA,聚合酶,DNA,聚合酶,（,）,DNA,聚合酶,（,）,DNA,聚合酶,（,M,）,DNA,聚合酶,（,）,DNA,聚合酶,（,）,定位,细胞核,细胞核,线粒体,细胞核,细胞核,亚基数目,4,1,2,2,1,外切酶活性,无,无,35,外切酶,35,外切酶,35外切酶,引物合成酶活性,有,无,无,无,无,持续合成能力,中等,低,高,有,PCNA,时高,高,抑制剂,蚜肠霉素,双脱氧,TTP,双脱氧,TTP,蚜肠霉素,蚜肠霉素,功能,引物合成,修复,线粒体,DNA,合成,核,DNA,合成,修复,PCNA,：,proliferating cell nuclear antigen,，,增殖细胞核抗原,细菌和真核生物复制体的组成,组 成,细 菌,真核生物,复制酶,DNA,聚合酶,全酶,DNA,聚合酶,进行性因子,夹子,PCNA,定位因子,复合物,RF-C,引物合成酶,BnaG,DNA,聚合酶,去除引物,RNase,H,和,DNA,聚合酶,RNase,H1,和MF-1,滞后链修复,DNA,聚合酶,和,DNA,连接酶,DNA,聚合酶,和,DNA,连接酶,解旋酶,DnaB,（定位需要,DnaC,）,T,抗原,消除拓扑张力,旋转酶,拓扑异构酶,单链结合,SSB,RP-A,PCNA,同源三聚体夹子,真核染色体末端的复制,对于线性,DNA,的复制，两条新链,5,末端的引物切除后出现缩短现象，这种现象会使染色体不稳定。,真核染色体末端的复制,为了解决这个问题，染色体的两端有一段特殊序列，称为端粒（,telomeres,）。端粒由许多短序列的串联重复组成。原生动物四膜虫端粒的重复序列为,TTGGGG,，人的端粒重复序列为,TTAGGG,。,TG,链比其互补链更长，形成有数百个核苷酸的,3,突出末端。端粒的长度从原生动物的数十,bp,到哺乳动物的数万,bp,。,端粒可防止染色体间末端连接，并可补偿滞后链,5,末端在消除,RNA,引物后造成的短缺。,端粒酶,（,telomerase,）,端粒酶是一种含有,RNA,的逆转录酶，它以自身携带的,RNA,为模板来合成,DNA,的端粒结构，以延长缩短了的端粒。四膜虫端粒酶的,RNA,为,159,个碱基，含有,CAACCCCAA,序列。端粒酶可结合到染色体端粒的,3,末端上，,RNA,模板的,5,末端识别,DNA,的,3,末端碱基并与之配对，并在,DNA,3,末端的羟基上延伸合成新的重复序列。合成,1,个重复单位后酶向前移动一个重复单位，继续延长,DNA,的,3,末端。当,3,突出足够长时，就可以在其互补链上增加一个冈崎片段的合成。这样两条链都得到了延长。,新生链,5,端的短缺和端粒酶延长端粒的功能,真核染色体端粒的延长,细胞的寿命与端粒的关系,在动物的生殖细胞中，由于端粒酶的存在，端粒一直保持着一定的长度。体细胞随着分化而失去端粒酶活性，在缺乏端粒酶活性时，细胞连续分裂使得端粒不断缩短，短到一定程度即引起细胞生长停止或凋亡。,实验表明，经过多代培养的细胞其染色体的端粒变短，染色体也变得不稳定。但在肿瘤细胞中却有端粒酶活性。,二、,DNA,的损伤修复,尽管,DNA,聚合酶有校对功能，,DNA,在复制过程中，仍可能产生错配；其他内因、外因也会造成,DNA,的损伤，如紫外线照射、电离辐射、化学诱变剂、病毒,DNA,的整合、,DNA,重组等。,DNA,损伤会引起生物突变，甚至导致死亡。在一定的条件下，生物机体能使其,DNA,的损伤得到修复。这种修复是生物在长期进化过程中获得的一种保护功能。,DNA,损伤修复的种类,目前已经知道，细胞对,DNA,损伤的修复系统有,5,种：,错配修复（,mismatch repair,）,直接修复（,direct repair,）,切除修复（,excision repair,）,重组修复（,recombination repair,）,易错修复（,error-prone repair,）,（一）错配修复,DNA,在复制过程中发生错配，如果新合成的链被校正，基因编码的信息可得到恢复；但是如果模板链被校正，突变就被固定。细胞错配修复系统能够区分“旧链”和“新链”。,Dam,甲基化酶可使,DNA,的,GATC,序列中的腺嘌呤,N6,位甲基化。复制后,DNA,在短期内（数分钟）为半甲基化的,GATC,序列，错配修复系统一旦发现错配碱基，即将未甲基化的新链切除，并以甲基化的旧链为模板进行修复合成。,错配修复,在大肠杆菌中，,Mut,S,二聚体识别并结合到,DNA,的错配碱基部位，,Mut,L,与,Mut,S,结合，二者组成的复合物可沿着,DNA,双链向两个方向移动DNA,由此形成突环。复合物的移动需要水解,ATP,提供能量。当遇到,GATC,序列时，,Mut,H,核酸内切酶结合到,Mut,SL,上，并在未甲基化的新链,GATC,的,5,端切断。,错配修复,如果切开处位于错配碱基的,3,侧，由核酸外切酶,或核酸外切酶,沿,35,方向切除核酸链，如果切开处位于错配碱基的,5,侧，则由核酸外切酶,或,Rec,J,沿,53,方向切除核酸链。在此切除过程中，解旋酶和,SSB,帮助链的解开。切除的链可长达,1000,个核苷酸以上，直到将错配碱基切除。新的,DNA,链由,DNA,聚合酶,和,DNA,连接酶合成并连接。,DNA,的甲基化,replication,For a short period following replication,the template strand is,methylated,and the new strand is not.,Hemimethylated,DNA,Methylated,DNA,Dam,methylases,错配修复,(,寻找切割位点,),Mut,S,Mut,L,错配修复,(,寻找切割位点,),Mut,H,Mut,H cleaves the unmodified strand,错配修复（切除和合成）,Mut,S,Mut,L,Mut,H,MutL,-,MutS,DNA,helicase,exonuclease,or,RecJ,nuclease,DNA polymerase,SSB,MutL,-,MutS,DNA,helicase,exonuclease,or,exonuclease,DNA polymerase,SSB,（二）直接修复,紫外线照射可以,使,DNA,分子中同一条链上相邻的两个胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体。其它嘧啶碱基之间也能形成类似的二聚体，但数量较少。嘧啶二聚体的形成，影响了,DNA,的双螺旋结构，使其复制和转录功能均受到阻碍。,嘧啶二聚体的结构,嘧啶二聚体的光复活,直接解开嘧啶二聚体,O,6,-,甲基鸟嘌呤的修复,O,6,-,甲基化的鸟嘌呤在,O,6,-,甲基鸟嘌呤,-DNA,甲基转移酶作用下，可将甲基转移到酶自身的半胱氨酸残基上。甲基转移酶因此而失活，但却成为其自身基因和另一些修复酶基因转录的活化物，促进它们表达。,（三）切除修复,切除,修复就是在一系列酶的作用下，将,DNA,分子中受损伤的部分切掉，然后以完整链为模板，合成出切掉的部分，使,DNA,恢复正常的过程。,一些糖苷酶能够识别错误的碱基，将这些碱基水解，使得这些部位无碱基（,apurinic,or,apyrimidinic,site,）,，称为,AP,位点。一旦,AP,位点形成，即有,AP,核酸内切酶在,AP,位点附近将,DNA,链切开，然后核酸外切酶将包括,AP,位点在内的一段,DNA,链切掉。,DNA聚合酶,和,DNA,连接酶补上缺口。,另一种切除修复是利用切除酶在损伤部位的两侧切开，除去错误片段，再合成出正确的序列。,切除修复,碱基缺陷或错配 结构缺陷,切掉错误碱基,N-,糖苷酶 切开 核酸内切酶,切开 核酸内切酶,切开,AP,核酸内切酶,修复,DNA,聚合酶,连接,DNA,连接酶,（四）重组修复,上述切除修复过程发生在,DNA,复制之前，称为复制前修复。当,DNA,复制时尚未修复的部位也可以先复制，再修复，这种修复称为复制后修复。,复制酶系在损伤部位无法通过碱基配对合成新链，它就跳过损伤部位，在下一个冈崎片段的起始位置或前导链的相应位置上重新合成引物和新链，结果子代链上留下了缺口。这个缺口可以通过重组加以弥补。,重组修复的结果，两个子代双链,DNA,中一个正常，另一个仍有损伤。经过多代繁殖后，损伤的,DNA,被稀释。,DNA,重组,交换点,交叉,着丝点,重组修复,复制,重组,修复,异常子代双链,正常子代双链,异常亲代双链,（五）应急反应,（,SOS,）,和易错修复,许多,造成,DNA,损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导效应，称为应急反应（,SOS response,）。,SOS,反应包括诱导,DNA,损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等。,RecA,蛋白在有单链,DNA,和,ATP,存在时被激活，然后促进,LexA,的自身水解酶活性，使得LexA,自我降解，导致许多受,LexA,抑制的基因表达。,SOS,反应的机制,rexA,大量表达,LexA,分解靶基因表达,易错修复,易错修复就是利用没有校对活性的,DNA,聚合酶进行复制，碱基不配对也继续复制，结果产生出高的突变率。,三、,DNA,的突变,DNA,作为遗传物质有,3,个功能：,一、通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；,二、通过转录使遗传信息在子代中得以表达；,三、通过变异在自然选择中获得新的遗传信息。,（一）突变的类型,1.,碱基对的置换：,原来的一对碱基由另一对碱基取代，称为点突变。,嘌呤变成另一种嘌呤，嘧啶换成另一种嘧啶称为,转换,。嘌呤换成嘧啶，嘧啶换成嘌呤称为,颠换,。,由于碱基的置换使得密码子的意义发生改变称为错义突变，若使密码子变成终止密码称为无义突变。无义突变会使翻译提前终止。,2.,移码突变：,DNA,链中缺失或增加的核苷酸数目非,3,的倍数时称为移码突变。移码突变造成阅读框改变，使得翻译产物,失活。,（二）诱变剂的作用,诱变的因素一般分为物理因素和化学因素。,1.,化学诱变剂：,碱基类似物、碱基修饰剂、嵌入染料等。,2.,物理诱变因素：,包括紫外线照射、电离辐射、放射线等。,