第2章 DNA的复制、损伤与修复

DNA的复制、

损伤和修复DNA复制DNA双链在细胞分裂间期进行的以一个亲代DNA分子为模板合成子代DNA链的过程。DNA复制的一般特征半保留复制(semicon-servativereplication)：DNA复制过程中，两条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的。双向复制：从复制起点开始同时向两侧进行复制半不连续复制：

DNA复制过程中，先导链合成是连续的；后随链合成是先形成小片段(Okazakifragment，冈崎片段)，再连接而成DNA长片段。有一定的复制起始点：复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位叫做复制起点(originofreplication,ori)。DNA复制从起始点开始直到终点为止，每个这样的DNA单位称为复制子(replicon)；复制起始点两条链解开成单链，分别做模板各自合成其互补链所形成的Y形结构称为复制叉(replicationfork)。需要引物

(primer)：DNA聚合酶必须以一段具有3'-OH的RNA作为引物，才能开始聚合子代DNA链

DNA复制的酶学使DNA链解离的酶：解旋酶(helicase)：通过ATP获能，沿5‘→3’方向解开DNA双链单链DNA结合蛋白（single-strandbindingprotein,SSB):与单链DNA结合，阻止其再形成双链体状态；保护单链DNA不被水解DNA旋转酶：拓扑异构酶II（DNATopisomerase

），催化DNA拓扑异构体相互转换，松弛超螺旋DNA复制过程中的酶RNA引物酶：催化合成与模板DNA3’端互补的RNA引物DNA聚合酶(DNApolymerase)：在引物的3’-OH末端，以dNTP为底物，按模板DNA上的指令逐个聚合上核苷酸，从5’→3‘合成新链大肠杆菌DNApolI的活性及特点5‘→3’DNA聚合酶活性；3‘→5’外切酶活性，去除错误碱基，有校对作用5‘→3’外切酶活性，去除RNA引物及缺口平移或链置换可水解成klenow片段和一个小片段三种大肠杆菌DNA聚合酶的特点真核细胞DNA聚合酶的作用DNA聚合酶功能DNA聚合酶αDNA复制合成后随链DNA聚合酶δDNA复制合成先导链DNA聚合酶ε参与DNA的修补合成DNA聚合酶βDNA修复DNA聚合酶γ线粒体DNA复制DNA复制的过程复制的起始复制的延伸复制的终止1.复制的起始复制原点(OriC):245bp的DNA序列,富含A-T,3个13聚体的回文结构和4个9聚体的重复序列2.复制的延伸先导链(leadingstrand)合成：以3’→5’亲本链为模板，由引发体合成引物，DNA聚合酶Ⅲ催化以5’→3’合成一条完整的新链后随链(laggingstrand)合成：引物RNA合成→DNApolⅢ→合成冈崎片段→

DNA

polI切除冈崎片段上的RNA引物→由DNA连接酶连接两个冈崎片段→形成完整的DNA后随链3.复制的终止E.Coli

DNA具有终止位点(ter)，与蛋白质Tus结合，阻止解链酶活性而终止复制真核生物DNA复制的特点真核生物多起点复制，形成多个复制叉，自主复制序列启动DNA复制DNA聚合酶α和δ是主要复制酶DNA的延长取决于增殖细胞核抗原(PCNA)真核细胞染色体为线性，末端有由端粒酶合成的端粒结构染色体复制涉及核小体，DNA复制后需要与组蛋白结合形成染色体端粒结构的形成端粒是一段DNA序列和蛋白质形成的复合体端粒DNA由多个串联的5-8bp寡核苷酸序列组成端粒DNA的合成端粒酶是反转录酶，由蛋白质和RNA两部分组成，它以自身的RNA为模板，在后随链模板DNA的3’OH末端延长DNA再以这种延长的DNA为模板，继续合成后随连形成端粒结构端粒的功能和特点保证线性DNA的完整复制保护染色体末端不受核酸酶水解和不发生染色体的异常重组体细胞端粒酶活性低随着复制次数的增加端粒DNA逐步缩短，细胞逐渐停止分裂，进而进入凋亡恶性肿瘤细胞可表达端粒酶，永生分裂线粒体DNA(mtDNA)复制mtDNA结构：双链闭环，含有大量G的重链和含有大部分C的轻链，各有一个复制区，均有编码功能。mtDNA复制过程：环取代方式复制①H-链首先合成：在复制起点处以L链为模板合成RNA引物，合成H链片段并与L链以氢键结合形成双螺旋结构，将亲代的H链置换出来，产生一种D环复制中间物②L-链的合成：当H-链的复制进行到2/3基因组的位置时，L-链的复制起点被暴露，以被置换下来的亲代H链为模板，开始合成L-链DNA，合成也需要RNA引物③复制的完成：H链的合成先完成，L链合成随后结束单链环状DNA的复制φX174噬菌体由一个单链环状DNA组成，这条链称为正（+）链；合成的互补链称为负（一）链。双链体的复制以滚环复制方式进行双链线状DNA的复制过程复制从DNA中间开始—T7噬菌体复制起始必需的三个酶：T7RNA聚合酶、T7DNA聚合酶和基因4蛋白(geneproduct4,gp4)复制由转录开始必需以RNA为引物T7噬菌体DNA的复制复制从末端开始—腺病毒,以单链置换形式进行复制逆转录病毒的复制逆转录病毒：RNA病毒。在逆转录酶的作用下首先将RNA转变为cDNA，并插入宿主的DNA中，进行复制、转录、翻译达到扩增目的RNA→DNA→RNA逆转录酶RNA指导的DNA聚合酶：以RNA为模板合成DNADNA指导的DNA聚合酶：以DNA为模板合成DNA核糖核酸酶H(RNaseH)活性：特异性水解RNA-DNA杂交双链上的RNA逆转录病毒的复制DNA损伤外界因素（如辐射、药物等）使DNA双螺旋结构发生不正常改变，或由于DNA链中某一核苷酸发生突变，使DNA碱基序列改变从而干扰复制和转录DNA损伤的原因内源性损伤：DNA复制错误碱基互变异构体导致错配DNA自发的化学改变氧化作用损伤碱基外源性损伤物理因素：紫外线及各种射线化学因素：碱基类似物、碱基修饰剂、DNA插入剂DNA损伤（突变）的类型点突变(pointmutation)

：又称错配，指DNA上单一碱基的变异，分为转换和颠换两种形式。移码突变（frameshiftmutation）：指DNA片段中某一位点插入插入或丢失一个或几个（非3的倍数）碱基对时，造成插入或丢失位点以后的一系列编码顺序发生错位的一种突变。引起该位点以后的遗传信息出现异常5’-G-C-A-G-U-A-C-A-U-G-U-C-3’丙氨酸缬氨酸组氨酸缬氨酸5’-G-A-G-U-A-C-A-U-G-U-C-3’谷氨酸酪氨酸蛋氨酸丝氨酸DNA修复复制修复：校正DNA复制过程中产生的碱基错误连接尿嘧啶糖基酶系统：切除进入DNA分子的尿嘧啶核苷酸错配修复：修复DNA碱基错配、增强DNA复制忠实性