DNA复制和修复.ppt

第三十四章第三十四章 DNADNA的复制和修复的复制和修复12分子生物学的中心法则分子生物学的中心法则(central dogma)(central dogma)DNA RNA DNA RNA 蛋白质蛋白质复制复制复制复制转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译逆转录逆转录逆转录逆转录RNARNA复制复制复制复制3一、一、DNADNA复制的基本原则复制的基本原则（特点）（特点）（一）（一）半保留复制半保留复制（semisemiconservativeconservative replicationreplication）l l模板模板l l原则原则l l特点特点l l亲代亲代DNADNA双链，每股链都可作为模板双链，每股链都可作为模板l l按按碱基配对碱基配对原则指导新链合成原则指导新链合成l l合成的两个子代合成的两个子代DNADNA分子碱基顺序与分子碱基顺序与亲代分子完全一样亲代分子完全一样l l一条链来自于亲代的一条链来自于亲代的DNADNA链，另一条链，另一条链是新合成的链链是新合成的链4亲代亲代DNA子子代代子子代代半保留复制半保留复制新链新链5Old strandNew strandThe hypothesis ofsemiconservativereplication proposed by Watson and Crickin 1953.6Radioisotope labelingand density gradientcentrifugation clearlydistinguishes replications ofsemiconservative from conservative.（1958）78910A electron micrograph of the replicationintermediate of a plasmid DNA:-shaped structures were observed;no single strandedDNA is visible.No complete unwinding of the two parental strands occurred before the daughter strands are synthesized11（二）（二）半不连续复制半不连续复制 （semidiscontinuousdiscontinuous replicationreplication）1 1、体内仅存在体内仅存在5 35 3的的DNADNA聚合酶聚合酶2 2、前导链与随从链（前导链与随从链（岗崎片段岗崎片段）1255533335555333355553333 前导链前导链前导链前导链随从链随从链随从链随从链岗崎片段岗崎片段岗崎片段岗崎片段半不连续复制半不连续复制13前导链（前导链（leading strandleading strand）：）：DNADNA复制复制时，一股以时，一股以3 53 5方向的方向的母链作为母链作为模板模板，新合成的链以，新合成的链以5 35 3方方向向连续连续合成的链称为前导链。合成的链称为前导链。（复制方向与解链方向一致）（复制方向与解链方向一致）14随从链（随从链（lagging strand):lagging strand):DNADNA复制复制时，一股以时，一股以5 35 3方向的方向的母链作为母链作为模板模板，新合成链沿，新合成链沿5 35 3合成合成1000-20001000-2000个核苷酸个核苷酸不连续的小片段不连续的小片段称为随称为随从链。从链。（复制方向与解链方向相反（复制方向与解链方向相反)岗崎片段岗崎片段（OkazakiOkazaki）岗崎片段由岗崎片段由DNADNA连接酶连成一条完整的新链连接酶连成一条完整的新链15 DNADNA半不连续复制：半不连续复制：3 53 5方向母链为方向母链为模板模板，新链，新链5 35 3方向方向连连续续合成合成5 35 3方向母链为方向母链为模板模板，新链，新链5 35 3方向合成许多方向合成许多不连续不连续的片段（岗崎片段）的片段（岗崎片段）这种复制方式称之为半不连续复制。这种复制方式称之为半不连续复制。16（三）（三）RNARNA引物引物DNADNA聚合酶聚合酶l l不能不能催化两个游离催化两个游离dNTPdNTP在在DNADNA模板上聚合模板上聚合l l需要具需要具3-OH3-OH的引物的引物RNARNA聚合酶聚合酶l l能能催化两个游离催化两个游离NTPNTP在在DNADNA模板上聚合模板上聚合l l提供提供3-OH3-OHl l引物最后被引物最后被DNADNA聚合聚合酶酶除去、补满，再除去、补满，再由连接酶连接由连接酶连接减少突变，提高减少突变，提高DNADNA复制的真实性复制的真实性175555333355553333 前导链前导链前导链前导链随从链随从链随从链随从链岗崎片段岗崎片段岗崎片段岗崎片段RNARNA引物引物引物引物3-OH3-OH18（四）（四）复制的真实性复制的真实性l l严格的碱基配对规律严格的碱基配对规律l lRNARNA引物引物l l聚合酶的选择作用聚合酶的选择作用l l复制时有即时的校读功能复制时有即时的校读功能 3 53 5外切酶功能外切酶功能l lDNADNA损伤的修复机制损伤的修复机制19二、参与二、参与DNADNA复制的酶类和蛋白质复制的酶类和蛋白质DNADNA链合成的条件链合成的条件l ldNTPdNTPl lMgMg+l l3-OH3-OH引物引物l lDNADNA模板模板l l酶和蛋白质因子酶和蛋白质因子20酶和蛋白质因子酶和蛋白质因子l lDNADNA聚合酶聚合酶/l l解旋酶解旋酶l l单链结合蛋白单链结合蛋白(SSB(SSB）l l拓扑异构酶拓扑异构酶/l l引发体引发体l lDNADNA连接酶连接酶212223（一）DNA的聚合反应的聚合反应2425（二）大肠杆菌（二）大肠杆菌DNADNA聚合酶（原核生物）聚合酶（原核生物）3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键35图图12-426DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶l l多功能酶多功能酶多功能酶多功能酶 5 35 35 35 3外切酶外切酶外切酶外切酶 3 53 53 53 5外切酶外切酶外切酶外切酶 5 3 5 3 5 3 5 3聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶l l单链多肽（单链多肽（单链多肽（单链多肽（ZnZnZnZn2+2+2+2+）大小二个片段大小二个片段大小二个片段大小二个片段l l切除切除切除切除RNARNARNARNA引物，引物，引物，引物，填补空缺填补空缺填补空缺填补空缺l l损伤后修复损伤后修复损伤后修复损伤后修复DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶l l多功能酶多功能酶多功能酶多功能酶 5 35 35 35 3聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶 3 53 53 53 5外切酶外切酶外切酶外切酶 l l不对称二聚体不对称二聚体不对称二聚体不对称二聚体单体单体单体单体1 1 1 1-前导链前导链前导链前导链/单体单体单体单体2 2 2 2-随从链随从链随从链随从链l lDNADNADNADNA复制的主要酶复制的主要酶复制的主要酶复制的主要酶 高续进性高续进性高续进性高续进性 高聚合酶活性高聚合酶活性高聚合酶活性高聚合酶活性 高产物真实性高产物真实性高产物真实性高产物真实性2728 3 5 5 33 5 5 33 5 5 33 5 5 3 外切酶外切酶外切酶外切酶 聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶N NC C 5 3 5 3 5 3 5 3外切酶外切酶外切酶外切酶小片段小片段小片段小片段大片段（大片段（大片段（大片段（klenow klenow片段）片段）片段）片段）切除切除切除切除RNARNARNARNA引物引物引物引物损伤修复损伤修复损伤修复损伤修复校读功能校读功能校读功能校读功能（常用的工具酶）常用的工具酶）常用的工具酶）常用的工具酶）1 1、DNA聚合酶聚合酶（DNA PolymeraseDNA Polymerase）KornbergKornberg酶酶酶酶、DNADNA指导的指导的指导的指导的DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶 （DNA-Directed DNA Polymerase,DDDPDNA-Directed DNA Polymerase,DDDP）聚合功能聚合功能聚合功能聚合功能29Large（Klenow）fragment of DNA pol 30313233DNA pol 仅参与局部仅参与局部修复修复，不是不是真正的复制酶真正的复制酶l合成速度太慢合成速度太慢l持续合成能力低持续合成能力低l影响影响DNA复制的基因突变与复制的基因突变与DNA pol 无关无关34352 2、DNA聚合酶聚合酶全酶全酶（DNA Polymerase holoenzymeDNA Polymerase holoenzyme）10101010种亚基组成，含锌种亚基组成，含锌种亚基组成，含锌种亚基组成，含锌l ll ll l2 2 2 2 l l(4(4(4(4个个个个)DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶全酶全酶全酶全酶l l核心聚合酶核心聚合酶核心聚合酶核心聚合酶l l连接两个核心聚合酶连接两个核心聚合酶连接两个核心聚合酶连接两个核心聚合酶l l夹钳装置复合体夹钳装置复合体夹钳装置复合体夹钳装置复合体l l星环状星环状星环状星环状,容纳容纳容纳容纳DNADNADNADNA双链双链双链双链36Sliding clamp subunits聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性3 5 外切活性外切活性 复合物，复合物，促进促进亚基结合于亚基结合于DNADNA pol III（复制酶）（复制酶）无无5-3 外切酶活性外切酶活性 组成核心酶组成核心酶促进核心酶形成二聚体组装2 373839真核细胞的真核细胞的DNADNA聚合酶聚合酶l l五种五种五种五种l lDNA DNA DNA DNA 聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶l lDNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶和和和和PCNAPCNAPCNAPCNAl lDNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶l lDNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶、l l引物的合成引物的合成引物的合成引物的合成l l前导链、随从链合成前导链、随从链合成前导链、随从链合成前导链、随从链合成l l参与线粒体参与线粒体参与线粒体参与线粒体DNADNADNADNA的合成的合成的合成的合成l l参与参与参与参与DNADNADNADNA的修复的修复的修复的修复增殖细胞核抗原（类似于亚基）403 3、DNA聚合酶聚合酶、lDNA聚合酶聚合酶 5 35 3聚合酶活性聚合酶活性 3 53 5外切酶活性外切酶活性 lDNA聚合酶聚合酶和和 DNA受严重损伤时诱导产生受严重损伤时诱导产生 跨越受损部位跨越受损部位 使复制缺乏准确性使复制缺乏准确性（修复酶）（修复酶）41（三）（三）DNA解旋酶及解旋酶及SSBl lDNA解旋酶解旋酶（helicase）l l单链结合蛋白单链结合蛋白 (SSB）l l解开解开DNADNA双链双链每对碱基消耗每对碱基消耗2 2个个ATPATPl l维持单链状态维持单链状态(镇纸镇纸)l l使其不受核酸酶水解使其不受核酸酶水解l l避免单链避免单链DNADNA自身发夹自身发夹螺旋形成螺旋形成l l使前端螺旋易解开使前端螺旋易解开大肠杆菌大肠杆菌SSBSSB与与DNADNA结合具有结合具有协同效应协同效应42（四）（四）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶Linking number两条链的互绕数两条链的互绕数4344454647484950含拓扑异构酶含拓扑异构酶（及（及H1H1）与与DNADNA复制及转录有关复制及转录有关5152l l拓扑异构酶拓扑异构酶/（topoisomerasetopoisomerasetopoisomerasetopoisomerase）l l拓扑异构酶拓扑异构酶/旋转酶旋转酶 （gyrasegyrase）l l切断切断DNADNA双螺旋中双螺旋中一股一股，张力下降后封闭张力下降后封闭l l消除负超螺旋消除负超螺旋l l不需能量不需能量l l切断切断DNADNA双链双链l l引入负超螺旋引入负超螺旋l l需需ATPATP供能供能1、大肠杆菌的拓扑异构酶、大肠杆菌的拓扑异构酶53磷酸二酯键的转移磷酸二酯键的转移54555657l l拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶l l拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶 类型类型类型类型 ：切断切断切断切断DNADNADNADNA双螺双螺双螺双螺旋中一股；不需能量旋中一股；不需能量旋中一股；不需能量旋中一股；不需能量l l拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶/l l消除正消除正消除正消除正/负超螺旋负超螺旋负超螺旋负超螺旋l l消除负超螺旋消除负超螺旋消除负超螺旋消除负超螺旋l l消除正消除正消除正消除正/负超螺旋负超螺旋负超螺旋负超螺旋l l不能导入负超螺旋不能导入负超螺旋不能导入负超螺旋不能导入负超螺旋2、真核细胞的拓扑异构酶、真核细胞的拓扑异构酶58（五）引发体（五）引发体（primosome）l l蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质l lDnaADnaADnaADnaAl lDnaBDnaBDnaBDnaBl l引物合成酶引物合成酶引物合成酶引物合成酶l l结合到结合到结合到结合到DNADNADNADNA双链复制起始部位双链复制起始部位双链复制起始部位双链复制起始部位(需需需需ATP)ATP)ATP)ATP)l l解链酶的作用解链酶的作用解链酶的作用解链酶的作用l l合成合成合成合成RNARNARNARNA引物引物引物引物RNARNA引物的合成是复制起始所必需的引物的合成是复制起始所必需的5960（六）（六）DNADNA连接酶连接酶l l催化二段催化二段DNADNA链之间链之间3,5 3,5 磷酸二酯键的形磷酸二酯键的形成成33OHOH5533 O OOO-P O P O O O-有缺口的有缺口的有缺口的有缺口的DNADNADNADNA链链链链DNADNADNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶ATPATPAMP+PPiAMP+PPi O OOO P O P O O O-533缺口封闭缺口封闭缺口封闭缺口封闭61626364l l缺口填补缺口填补:l l连接双股连接双股DNADNA分子中一链的切口分子中一链的切口l l双链双链DNADNA分子中双链的切口分子中双链的切口l l不能不能连接二分子单链连接二分子单链DNA DNA 65应用应用:（1 1）岗崎片段之间的连接）岗崎片段之间的连接（2 2）DNADNA损伤修复中的连接损伤修复中的连接（3 3）一种重要的工具酶）一种重要的工具酶:限制性内切酶切割后形成的限制性内切酶切割后形成的 粘性末端或平头末端的连接粘性末端或平头末端的连接6667三、三、DNADNA复制的过程复制的过程(起始、延伸、终止）起始、延伸、终止）l l确定复制的确定复制的起始点起始点l l解开双链解开双链DNA,DNA,提供单链提供单链DNADNA模板模板l l形成形成复制叉复制叉l lDNA合成的合成的起始起始和和延长延长l l形成带有新合成的形成带有新合成的DNA片段的片段的复制泡复制泡l l复制的复制的终止终止68l l原核生物原核生物l l双向复制双向复制（型复制）型复制）l l特定起始点：特定起始点：oriCoriCl l真核生物真核生物l l多个复制单位多个复制单位（复制泡）（复制泡）（复制起始点（复制起始点+复制叉）复制叉）l l多个起始点多个起始点（一）复制的起始（一）复制的起始69大肠杆菌复制起始点大肠杆菌复制起始点oriCoriC的结构的结构（1）9个核苷酸的重复序列4个（2）13个核苷酸的重复序列3个70形成起始复合物形成起始复合物71 DNA DNA的甲基化与复制的发动有关的甲基化与复制的发动有关OricOric中含中含1111个个GATCGATCDamDam甲基化酶使甲基化酶使A A上上N N6 6甲基化（亲代）甲基化（亲代）半甲基化的半甲基化的OricOric可与细胞膜结合可与细胞膜结合72 原核生物双向复制（原核生物双向复制（型复制）型复制）73真核生物复制泡（复制起始点真核生物复制泡（复制起始点+复制叉）复制叉）7475DNADNA双链复制起始点双链复制起始点 dnaAdnaAdnaB/dnaCdnaB/dnaCDNADNA双链解开成双链解开成单链单链DNADNASSBSSB引物酶引物酶引物酶引物酶RNARNA引物引物/3-OH/3-OHDNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶dNTPdNTP和和3-OH3-OH形成形成3535磷酸二酯键磷酸二酯键解旋酶解旋酶SSBSSB33335555引发体引发体解旋酶解旋酶解旋酶解旋酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶76（二）复制的延伸（二）复制的延伸1.1.DNADNA聚合酶聚合酶的作用的作用2.2.前导链前导链合成合成1000-20001000-2000个核苷酸后，个核苷酸后，3.3.随从链随从链开始合成，岗崎片段的长度开始合成，岗崎片段的长度 为为1000-20001000-2000个（大肠杆菌）个（大肠杆菌）4.Pol4.Pol为不对称二聚体：为不对称二聚体：一个作用于前导链一个作用于前导链 另一个作用于随从链另一个作用于随从链(loop)(loop)77后滞链中引物不断被合成后滞链中引物不断被合成7879808182838438586（三）复制的终止（三）复制的终止l l去除去除RNARNA引物引物l l补充空缺补充空缺l l连接连接 l lDNADNA聚合酶聚合酶的小片段的小片段 5 35 3外切酶外切酶l lDNADNA聚合酶聚合酶的大片段的大片段 3 53 5外切酶外切酶 5 3 5 3聚合酶聚合酶l lDNADNA连接酶连接酶873333555555553333888990（四）真核细胞端粒（四）真核细胞端粒DNADNA的复制的复制1.1.端粒端粒(telomere)l l真核生物真核生物的线性染色体的线性染色体DNADNA 每复制一次，子链每复制一次，子链55有缺失有缺失l l末端有特殊序列末端有特殊序列-端粒端粒l l特征特征:由数百个串联重复的由数百个串联重复的6 6核苷酸组成核苷酸组成l l人人:5-:5-AGGGTTAGGGTTAGGGTT-3AGGGTT-3l端粒能稳定染色体端粒能稳定染色体91l l二十世纪三十年代，遗传学家二十世纪三十年代，遗传学家Barbava Barbava McClintockMcClintock和和Hermann J.MullerHermann J.Muller发现，发现，染色体的末端染色体的末端有一种能有一种能稳定染色体结构稳定染色体结构和功能的特殊成分和功能的特殊成分。l l如缺少染色体间会互相粘连、出现结构如缺少染色体间会互相粘连、出现结构变化或其它错误行为，以致影响变化或其它错误行为，以致影响染色体染色体的生存和正确复制的生存和正确复制并进一步威胁到细胞并进一步威胁到细胞的存亡。的存亡。“端粒端粒”（telomeretelomere）92 希腊语末端希腊语末端“telos”“telos”和部分和部分“meros”“meros”端粒端粒 telomeretelomere 端粒帽端粒帽 染色体 端粒帽端粒帽9319781978年首次发现四膜虫端粒的分子组成：年首次发现四膜虫端粒的分子组成：端粒端粒 染色体染色体DNA DNA 端粒端粒n n n n（CCCCAACCCCAACCCCAACCCCAA）n n n n（GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT）3 35 5（TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG）n n n n（AACCCCAACCCCAACCCCAACCCC）n n n nn n n n（CCCCCCCCCCCCT T T TAAAAAAAA）n n n n（GGGGGGGGGGGGA A A ATTTTTTTT）3 35 5（TTTTTTTTA A A AGGGGGGGGGGGG）n n n n（AAAAAAAAT T T TCCCCCCCCCCCC）n n n n人端粒的分子组成：人端粒的分子组成：94线形线形DNADNA复制末端问题复制末端问题9533555533RNARNA引物水解引物水解端粒 染色体DNA 端粒962.2.端粒酶（端粒酶（telomerase)组成组成l l蛋白质蛋白质(DNA(DNA聚合酶聚合酶)+RNA()+RNA(合成端粒合成端粒DNADNA的模板的模板)l l唯一携带唯一携带RNARNA模板的逆转录酶模板的逆转录酶l l人端粒酶人端粒酶:模板模板(RNA-(RNA-端粒酶端粒酶):3-CAAUCCCAAUC-5):3-CAAUCCCAAUC-5合成合成(DNA):5-(DNA):5-AGGGTTAGGGTT-3-3l l端粒酶和衰老、肿瘤有关端粒酶和衰老、肿瘤有关97DNA末端末端1.RNA和和DNA单链单链互补序列识别结合互补序列识别结合2.以以RNA为模板为模板 的逆转录过程的逆转录过程3.再发动新一轮的合成延长再发动新一轮的合成延长,合成较长的重复序列合成较长的重复序列3.3.端粒酶的作用机制端粒酶的作用机制端粒酶的作用机制端粒酶的作用机制3 3、端端粒粒酶酶的的作作用用机机制制98TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG55TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGCCAACCCCCCAACCCC 35oH35 5CCAACCCCCCAACCCC35TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGCCAACCCCCCAACCCC2.2.聚合聚合 1.1.结合结合3.3.移位移位 爬行模式端粒酶的功能端粒酶的功能TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGCCAACCCCCCAACCCC99末端补齐机制：末端补齐机制：5GGGGTTGGGGTT（GGGGTTGGGGTT）n n端粒酶端粒酶端粒酶端粒酶535DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶100101102以延长的以延长的DNA单链为模板单链为模板,3-OH为引物合成富含为引物合成富含C的的互补链互补链103 端粒帽端粒帽 染色体染色体DNA DNA 端粒帽端粒帽n n n n（CCCCAACCCCAACCCCAACCCCAA）（TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG）n n n nn n n n（GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT）（AACCCCAACCCCAACCCCAACCCC）n n n n3 35 5端粒结合蛋白端粒结合蛋白保护端粒不受核酸酶或化学修饰的作用保护端粒不受核酸酶或化学修饰的作用一般是紧密的非共价键结合一般是紧密的非共价键结合104人类纤毛虫类105哺乳动物中端粒末端形成大的环状结构哺乳动物中端粒末端形成大的环状结构,环状环状DNA+蛋白质蛋白质 保护染色体末端的稳定保护染色体末端的稳定端粒的环状结构端粒的环状结构106107端粒酶与细胞存亡端粒酶端粒 端粒酶催化端粒不断延长，从而抵消因染色体复制、细胞分裂导致的DNA缩短，使得染色体DNA完好无损，细胞能够顺利地分裂繁殖。108 正常细胞：正常细胞：细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂 衰衰衰衰老老老老死死死死亡亡亡亡 细胞年轻化细胞年轻化细胞年轻化细胞年轻化 端粒酶端粒酶端粒酶端粒酶 重新引入重新引入重新引入重新引入抗衰老1095 55 5端粒消耗端粒维持细胞衰老细胞永生化染色体DNA端粒端粒110四、四、DNADNA的损伤与修复的损伤与修复DNADNA修复的基础：修复的基础：一条链有损伤一条链有损伤 修复酶切除修复酶切除 以未损伤的链为模板以未损伤的链为模板 合成原来相同的序列合成原来相同的序列111112（一）造成损伤的原因（一）造成损伤的原因l l自发因素自发因素自发因素自发因素l l物理因素物理因素物理因素物理因素l l化学因素化学因素化学因素化学因素l l紫外线损伤（共轭双键）紫外线损伤（共轭双键）紫外线损伤（共轭双键）紫外线损伤（共轭双键）l l电离辐射损伤（电离辐射损伤（电离辐射损伤（电离辐射损伤（X X X X线线线线/线）线）线）线）l l亚硝酸盐亚硝酸盐亚硝酸盐亚硝酸盐 C U C U C U C Ul l5-5-5-5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶溴尿嘧啶溴尿嘧啶 5-BU A 5-BU A 5-BU A 5-BU A l l氮芥类氮芥类氮芥类氮芥类 烷化剂烷化剂烷化剂烷化剂l l羟胺羟胺羟胺羟胺 C-A C-A C-A C-A GG羟胺羟胺羟胺羟胺113DNADNA自发损伤自发损伤 DNADNA复制时碱基的错误配对复制时碱基的错误配对 罕见态碱基引起罕见态碱基引起T-GT-G、A-CA-C错配错配N H NN H NNNNNNNNNO H OO H NHO H OO H NHCH3CH3 烯醇式烯醇式T酮式酮式G酮式酮式T烯醇式烯醇式GT-G错配错配114C-AC-A错配错配NH NN H N HN HNH HNH NHNNNNNNNNOO亚氨基式亚氨基式C亚氨基式亚氨基式A 氨基式氨基式A氨基式氨基式C115 环出效应引起碱基错配环出效应引起碱基错配新合成链新合成链 TGGC TGGCA TGGCAATG 模板链模板链 ACCGATAG ACCGTAG ACCGATAGAl l l l l l l l l l l l l l l l l 环出效应引起碱基缺失或插入环出效应引起碱基缺失或插入新合成链新合成链 TTTT TTTT TTTTGAC 模板链模板链 AAAAACTG AAAACTG AAAACTGl l l l l l l l l l l l l l lAA 新合成链新合成链 TTTT TTT TTTTTGAC 模板链模板链 AAAAACTG AAAACTG AAAAACTGTT l l l l l l l l l l l l l l l116117118119120121羟胺羟胺（hydroxylamine，HA）使使C C的化学成分发生改变，不能与的化学成分发生改变，不能与G G配对，而与配对，而与A A互补。经两次复制后，互补。经两次复制后，C-GC-G对变换成对变换成T-AT-A对。对。122（二）修复机制（二）修复机制1 1、光修复、光修复、光修复、光修复 （低等生物）（低等生物）（低等生物）（低等生物）l l不需不需不需不需光复活酶光复活酶光复活酶光复活酶l l需需需需光复活酶光复活酶光复活酶光复活酶（photoreactivation repair）l l嘧啶单体嘧啶单体嘧啶单体嘧啶单体 嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶二聚体l l嘧啶单体嘧啶单体嘧啶单体嘧啶单体 嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶二聚体 光复活酶（光复活酶（光复活酶（光复活酶（+）蓝光蓝光蓝光蓝光280nm239nm123光复活光复活/光修复光修复光复活酶识别光复活酶识别TT TT 与之形成复合物与之形成复合物吸收光能吸收光能使使TTTT解开成为单体解开成为单体酶从复合物中释放酶从复合物中释放仅作用于仅作用于UVUV形成的产物形成的产物124 O O6 6甲基鸟嘌呤直接被修复甲基鸟嘌呤直接被修复1252、切除修复、切除修复（excision repair）（1）UV特异核酸内切酶切除特异核酸内切酶切除 DNADNA聚合酶聚合酶填补、填补、修复修复 DNADNA连接酶连接连接酶连接（2）人体重要的修复方式人体重要的修复方式 （3）缺乏）缺乏UV特异核酸内切酶特异核酸内切酶 着色性干皮病着色性干皮病126切除修复发生在复制之前切除修复发生在复制之前核苷酸切除修复核苷酸切除修复127 dUTPdUTP酶酶可以分解可以分解dUTPdUTP为为dUDPdUDP和和dUMPdUMP胞嘧啶胞嘧啶C C自发脱氨氧化生成尿嘧啶自发脱氨氧化生成尿嘧啶U U尿嘧啶尿嘧啶-N-N-糖苷酶糖苷酶腺嘌呤脱氨成次黄嘌呤腺嘌呤脱氨成次黄嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤-N-N-糖苷酶糖苷酶烷基化修饰的碱基烷基化修饰的碱基被糖苷酶除去被糖苷酶除去AP位点（位点（apurinic/apyrimidinic site）128碱基切除修复碱基切除修复 DNADNA糖苷酶糖苷酶识别切除改变的碱基识别切除改变的碱基 核酸内切酶核酸内切酶切除磷酸二酯键切除磷酸二酯键 DNA DNA聚合酶聚合酶填补填补 DNA DNA连接酶连接连接酶连接129DNADNA糖苷酶具特异性糖苷酶具特异性识别识别-DNA-DNA中的异常碱基中的异常碱基水解水解-异常碱基与脱氧核糖间异常碱基与脱氧核糖间糖苷键糖苷键 使其使其脱落脱落130131DNADNA碱基的组成为何是碱基的组成为何是“T T”？（1 1）DNADNA中的中的C C容易突变成容易突变成U U（2 2）尿嘧啶）尿嘧啶DNADNA糖苷酶识别糖苷酶识别DNADNA中的中的U U（3 3）若）若DNADNA中存在中存在U U，无法区别突变，无法区别突变U U和正常和正常U U DNA DNA中中T T的存在增加遗传信息的稳定性的存在增加遗传信息的稳定性 RNARNA中的中的U U：数量多数量多/半衰期短半衰期短/经济经济1321331343 3、错配修复、错配修复耗能的过程耗能的过程135136137 CH3 G A T C C T AGGT G A T C53 C T A G35GTCH3 CH3 G A T C C T AGGTMutHMutSMutL切口切口 CH3 G A T C C T AGGT 5 3CH3 G A T C53 C T A G35TGDNADNA解链酶解链酶 核酸外切酶核酸外切酶 SSBSSBdNMPs CH3 G A T C C T AGGT 5 3DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA连接酶连接酶dNTPs CH3 G A T C C T AGGCDNADNA错配修复的模型错配修复的模型1381394 4、重组修复、重组修复（recombinational repair）140二聚体后起始途径二聚体后起始途径复制继续复制继续子链缺口经重组由母链相应片段填补子链缺口经重组由母链相应片段填补 RecA RecA 蛋白具有交换蛋白具有交换DNADNA链活力链活力母链缺口再合成母链缺口再合成 二聚体未被去除而是逐渐被稀释二聚体未被去除而是逐渐被稀释复制后修复复制后修复1415 5、易错修复、易错修复DNADNA受到损伤或复制系统受到抑制受到损伤或复制系统受到抑制SOSSOS反应反应诱导修复系统：诱导修复系统：避免差错的修复（避免差错的修复（error free repairerror free repair）易错修复易错修复（error prone repairerror prone repair）142SOSSOS反应诱导缺乏反应诱导缺乏校对功能校对功能的的DNApolDNApol、引起引起校对系统校对系统的松懈的松懈 RecA RecA基因产物基因产物LexALexA蛋白自身水解（蛋白酶活性被激活）蛋白自身水解（蛋白酶活性被激活）SOSSOS系统开放：修复系统的酶表达系统开放：修复系统的酶表达 LexALexA基因表达也增加使基因表达也增加使SOSSOS反应可迅速逆转反应可迅速逆转143144145五、五、DNADNA突变突变（一）突变的类型（一）突变的类型l l点突变点突变l l类型类型l l结果结果l l转换转换转换转换-同型碱基同型碱基同型碱基同型碱基l l颠换颠换颠换颠换-异型碱基异型碱基异型碱基异型碱基l l启动子启动子启动子启动子/剪接信号剪接信号剪接信号剪接信号 影响整个基因功能影响整个基因功能影响整个基因功能影响整个基因功能l l编码序列编码序列编码序列编码序列 蛋白质功能改变蛋白质功能改变蛋白质功能改变蛋白质功能改变l l中性变化中性变化中性变化中性变化 AA AA变化，功能不变变化，功能不变变化，功能不变变化，功能不变l l静止突变静止突变静止突变静止突变 碱基变，碱基变，碱基变，碱基变，AAAA不变不变不变不变146l l缺失缺失l l插入插入l l倒位倒位一个碱基一个碱基/一段核苷酸一段核苷酸/整个基因整个基因一段原来没有的碱基一段原来没有的碱基/核苷酸序列核苷酸序列DNADNA链内部重组，一段方向颠倒链内部重组，一段方向颠倒147148（二）诱发基因突变的因素（二）诱发基因突变的因素 根据突变发生的原因可将突变分为根据突变发生的原因可将突变分为:自然条件下未经人工处理而发生的自然条件下未经人工处理而发生的自发突变自发突变（spontaneous mutation）经人工处理而发生的突变经人工处理而发生的突变诱发突变诱发突变（induced mutaion）诱发突变的各种内外因素统称为：诱发突变的各种内外因素统称为：诱变剂诱变剂（mutagen）149 H NNHOBroNNHOBr OHHNNHOOCH3酮式酮式5-BU 5-BU 烯醇式烯醇式5-BU 5-BU 胸腺嘧啶胸腺嘧啶1 1、碱基类似物、碱基类似物 5-5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU)5-BU)与G配对与A配对化学因素化学因素150烯醇式烯醇式 5-BU 5-BU与与G G的配对的配对NNOBrO-HH-NH-NHNONN1515-5-BUBU引起的引起的 A-T G-C A-T G-C 转换转换 A-T第一次第一次复制复制 A-TA-BU（酮式）（酮式）第二次第二次复制复制 A-BU（酮式）（酮式）G-BU（烯醇式）（烯醇式）第三第三次次复制复制A-BUG-BUG-C突变突变A-T1522、碱基修饰剂l脱氨剂：诱导碱基脱氨、点突变 亚硝酸钠、亚硫酸氢钠l羟胺l烷化剂AI与C配对脱氨CGU与A配对X仍与C配对脱氨脱氨153芳基化剂引起的芳基化剂引起的DNADNA损伤损伤可与可与DNADNA形成共价化合物形成共价化合物 OH HO HO G NH 苯并芘苯并芘苯并芘二羟环氧化物苯并芘二羟环氧化物与鸟嘌呤加合物与鸟嘌呤加合物1543、嵌入染料诱发的突变、嵌入染料诱发的突变一类较强的诱变剂一类较强的诱变剂 NNH2 H2N 原黄素的结构原黄素的结构原黄素插入母链两个碱基之间，结果多一个核苷酸；原黄素插入母链两个碱基之间，结果多一个核苷酸；插入子链两个碱基之间，正常碱基不能插入，结果插入子链两个碱基之间，正常碱基不能插入，结果少一个核苷酸少一个核苷酸后果：引起移码突变后果：引起移码突变1554 4、紫外线和电离辐射、紫外线和电离辐射紫外辐射：产生相邻碱基二聚体，紫外辐射：产生相邻碱基二聚体，T=TT=T最常见最常见电离辐射：直接作用于电离辐射：直接作用于DNADNA分子分子 间接作用（辐射产生的活性氧）间接作用（辐射产生的活性氧）碱基损伤、糖环断裂、交联碱基损伤、糖环断裂、交联生物因素：可移动基因成分生物因素：可移动基因成分DNADNA链断裂或链断裂或 插入或切断基因、病毒、转座子插入或切断基因、病毒、转座子物理因素物理因素生物因素生物因素156157158159160前导链合成中只需要一个引物(DnaB)161