DNA的复制和修复.ppt

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1、第十二章第十二章 DNA DNA的复制和修复的复制和修复 本本章章重重点点介介绍绍中中心心法法则则和和DNA的的半半保保留留复复制制以以及及逆逆转转录录的的过过程程和和机机理理，对对DNA的的损损伤和修复、突变和重组作一般介绍。伤和修复、突变和重组作一般介绍。知识点回顾知识点回顾 什么是什么是DNA？DNA是是生生物物遗遗传传的的主主要要物物质质基基础础，是是遗遗传传信信息息的的载载体体。生生物物机机体体的的遗遗传传信信息息以以密密码码的的形形式式编编码码在在DNA 分分子子上上，表表现现为为特特定定的的核核苷苷酸酸排排列列顺顺序。序。DNA的结构特征？的结构特征？双双螺螺旋旋结结构构 含含两

2、两条条多多核核苷苷酸酸的的双双螺螺旋旋分分子。子。Watson-Crick 模型模型 什么是什么是DNA变性、复性和杂交变性、复性和杂交？DNA变变性性 指指DNA分分子子由由稳稳定定的的双双螺螺旋旋结结构松解为无规则线性结构的现象。构松解为无规则线性结构的现象。DNA复复性性 变变性性DNA在在适适当当条条件件下下,两两条条互互补补链链全全部部或或部部分分恢恢复复到到天天然然双双螺螺旋旋结结构构的的现象，又称现象，又称“退火退火”。杂杂交交 DNA复复性性过过程程中中不不同同来来源源的的DNA单单链形成双螺旋结构的过程。链形成双螺旋结构的过程。那么，那么，DNA是如何参与遗传信息传递的是如何

3、参与遗传信息传递的？中中心心法法则则1958年年Crick称称之之为中心法则。为中心法则。n nDNADNA的生物合成：细胞内合成的生物合成：细胞内合成的生物合成：细胞内合成的生物合成：细胞内合成DNADNA的过程的过程的过程的过程1 1、复制复制复制复制：以：以：以：以DNADNA作为模板指导的作为模板指导的作为模板指导的作为模板指导的DNADNA合成，合成，合成，合成，即将即将即将即将DNADNA携带的信息传至子代携带的信息传至子代携带的信息传至子代携带的信息传至子代DNADNA。2 2、反转录反转录反转录反转录：DNADNA合成也可以合成也可以合成也可以合成也可以RNARNA为模扳指为模

4、扳指为模扳指为模扳指导合成作用，见于导合成作用，见于导合成作用，见于导合成作用，见于RNARNA病毒病毒病毒病毒。3 3、修复合成修复合成修复合成修复合成：当各种因素引起：当各种因素引起：当各种因素引起：当各种因素引起DNADNA损伤时，损伤时，损伤时，损伤时，损伤损伤损伤损伤DNADNA可修复合成，校正错误，完成正可修复合成，校正错误，完成正可修复合成，校正错误，完成正可修复合成，校正错误，完成正确合成，以保持确合成，以保持确合成，以保持确合成，以保持DNADNA结构结构结构结构 的稳定性和遗传的稳定性和遗传的稳定性和遗传的稳定性和遗传信息的准确性。信息的准确性。信息的准确性。信息的准确性。

5、第一节第一节 DNA 复制复制 一、复制的特征一、复制的特征（一）（一）半保留复制半保留复制l l两个子代分子中各有一条链来自亲代，各两个子代分子中各有一条链来自亲代，各两个子代分子中各有一条链来自亲代，各两个子代分子中各有一条链来自亲代，各有另一条新合成的链，这种复制方式叫有另一条新合成的链，这种复制方式叫有另一条新合成的链，这种复制方式叫有另一条新合成的链，这种复制方式叫半半半半保留复制保留复制保留复制保留复制。l l 实验证据实验证据实验证据实验证据：19571957年年年年 和用大肠杆菌为材和用大肠杆菌为材和用大肠杆菌为材和用大肠杆菌为材料，在含料，在含料，在含料，在含1515NN和和

6、和和1414NN的的的的NHNH4 4C Cl l中培养证实了中培养证实了中培养证实了中培养证实了半保留复制方式。半保留复制方式。半保留复制方式。半保留复制方式。l lCsclCscl梯度离心的结果。梯度离心的结果。梯度离心的结果。梯度离心的结果。（二）复制的起始点与方向（二）复制的起始点与方向 亲代亲代亲代亲代DNADNA开链，复制起始点呈叉型移动开链，复制起始点呈叉型移动开链，复制起始点呈叉型移动开链，复制起始点呈叉型移动1 1、复制起点复制起点复制起点复制起点：DNADNA复制要从复制要从复制要从复制要从DNADNA分子的分子的分子的分子的特定部位开始，此部位称特定部位开始，此部位称特定

7、部位开始，此部位称特定部位开始，此部位称复制起点复制起点复制起点复制起点。单复制子单复制子多复制子多复制子（三）半不连续合成（三）半不连续合成b在在DNA复制过程中，一条链是连续合成复制过程中，一条链是连续合成的，而另一条链是不连续合成。的，而另一条链是不连续合成。b体内仅含催化体内仅含催化53合成的合成的DNA聚合聚合酶。酶。b60年代，冈琦片段的发现：年代，冈琦片段的发现：合成合成53前导链（前导链（leading strand）是连是连续的，方向与复制叉一致。续的，方向与复制叉一致。合成合成3 5随从链时，方向与叉相反，随从链时，方向与叉相反，合成不连续，各片段连成一条链。合成不连续，各

8、片段连成一条链。b在在DNA复制时，复制时，1条链的合成方向和复制条链的合成方向和复制叉的前进方向相同，可以连续复制，叫叉的前进方向相同，可以连续复制，叫作作前导链前导链；b而另一条链的合成方向和复制叉的前进而另一条链的合成方向和复制叉的前进方向正好相反，不能连续复制，只能分方向正好相反，不能连续复制，只能分成几个片段成几个片段(冈崎片段冈崎片段)合成，称之为合成，称之为滞滞后链后链。（四）（四）DNA聚合反应有关的酶聚合反应有关的酶Topo I和和Topo II解链酶和解链酶和SSB的作用的作用2 引物酶合成引物酶合成RNA引物引物3 DNA聚合酶延长子链聚合酶延长子链的的DNA聚合酶聚合酶

9、真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA聚聚合合酶酶水水解解引引物物并并填填补补空空隙隙4 DNA连接酶连接酶 连接冈崎片段连接冈崎片段第二节第二节第二节第二节 DNA DNA DNA DNA生物合成过程生物合成过程生物合成过程生物合成过程n nDNADNA复制的起始阶段，由下列两步构成。复制的起始阶段，由下列两步构成。复制的起始阶段，由下列两步构成。复制的起始阶段，由下列两步构成。1 1解旋解链，形成复制叉：解旋解链，形成复制叉：解旋解链，形成复制叉：解旋解链，形成复制叉：由由由由拓拓拓拓扑扑扑扑异异异异构构构构酶酶酶酶和和和和解解解解链链链链酶酶酶酶作作作作用用用用，使使使使DNADN

10、A的的的的超超超超螺螺螺螺旋旋旋旋及及及及双双双双螺螺螺螺旋旋旋旋结结结结构构构构解解解解开开开开，碱碱碱碱基基基基间间间间氢氢氢氢键键键键断裂，形成两断裂，形成两断裂，形成两断裂，形成两条单链条单链条单链条单链DNADNA。单单单单链链链链DNADNA结结结结合合合合蛋蛋蛋蛋白白白白（SSBSSB）四四四四聚聚聚聚体体体体结结结结合合合合在两条单链在两条单链在两条单链在两条单链DNADNA上，形成复制叉上，形成复制叉上，形成复制叉上，形成复制叉。一、复制的起始一、复制的起始一、复制的起始一、复制的起始2 2引发体组装和引物合成：引发体组装和引物合成：引发体组装和引物合成：引发体组装和引物合成

11、：由由由由解解解解螺螺螺螺旋旋旋旋酶酶酶酶(DnaBDnaB蛋蛋蛋蛋白白白白)、DnaCDnaC蛋蛋蛋蛋白白白白、引引引引物物物物酶酶酶酶(DnaGDnaG蛋蛋蛋蛋白白白白)和和和和DNADNA复复复复制制制制起起起起始始始始区域形成引发体；区域形成引发体；区域形成引发体；区域形成引发体；在在在在引引引引物物物物酶酶酶酶的的的的催催催催化化化化下下下下，以以以以DNADNA为为为为模模模模板板板板，合合合合成成成成一一一一段段段段短短短短的的的的RNARNA片片片片段段段段，从从从从而而而而获获获获得得得得33端自由羟基（端自由羟基（端自由羟基（端自由羟基（3-OH3-OH）。）。）。）。二、

12、复制的延长二、复制的延长二、复制的延长二、复制的延长 n n复复复复制制制制的的的的延延延延长长长长指指指指在在在在DNADNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶催催催催化化化化下下下下，以以以以3535方方方方 向向向向 的的的的 亲亲亲亲 代代代代 DNADNA链链链链 为为为为 模模模模 板板板板，从从从从5353方方方方向向向向聚聚聚聚合合合合子子子子代代代代DNADNA链链链链。其其其其化化化化学学学学本本本本质质质质是是是是dNTPdNTP以以以以dNMPdNMP的的的的方方方方式式式式逐逐逐逐个个个个加加加加入入入入引引引引物物物物或或或或延长中的子链上，磷酸二酯键不断生成。延长中的子链上

13、，磷酸二酯键不断生成。延长中的子链上，磷酸二酯键不断生成。延长中的子链上，磷酸二酯键不断生成。n n在原核生物中，参与在原核生物中，参与在原核生物中，参与在原核生物中，参与DNADNA复制延长的是复制延长的是复制延长的是复制延长的是DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶；而在真核生物中是；而在真核生物中是；而在真核生物中是；而在真核生物中是DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶。5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-polDNADNA复制的延长过程复制的延长过程领头链的合成过程领头链的合成过程随从链的合成过程随从链的合成过程DNA

14、DNA聚合酶聚合酶催化领头链和随从链同时合成催化领头链和随从链同时合成DNA复制过程简图复制过程简图三、复制的终止三、复制的终止三、复制的终止三、复制的终止 n n在复制过程中形成的在复制过程中形成的在复制过程中形成的在复制过程中形成的RNARNA引物，需由引物，需由引物，需由引物，需由RNARNA酶酶酶酶来水解去除；来水解去除；来水解去除；来水解去除；n nRNARNA引物水解后遗留的缺口，由引物水解后遗留的缺口，由引物水解后遗留的缺口，由引物水解后遗留的缺口，由DNADNA聚合聚合聚合聚合酶酶酶酶（原核生物）或（原核生物）或（原核生物）或（原核生物）或DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶

15、（真核（真核（真核（真核生物）催化延长缺口处的生物）催化延长缺口处的生物）催化延长缺口处的生物）催化延长缺口处的DNADNA，直到剩下，直到剩下，直到剩下，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。最后一个磷酸酯键的缺口。最后一个磷酸酯键的缺口。最后一个磷酸酯键的缺口。（一）去除引物，填补缺口：（一）去除引物，填补缺口：n n在在在在DNADNA连接酶的催化下，生成最后一个连接酶的催化下，生成最后一个连接酶的催化下，生成最后一个连接酶的催化下，生成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的完整的完

16、整的完整的DNADNA长链。长链。长链。长链。（二）连接冈崎片段：（二）连接冈崎片段：5 5 5 RNA酶酶OH P5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 随从链上不连续性片段的连接随从链上不连续性片段的连接D DN NA A复复制制的的过过程程n n端粒（端粒（端粒（端粒（telomeretelomere）是指真核生物染色是指真核生物染色是指真核生物染色是指真核生物染色体线性体线性体线性体线性DNADNA分子末分子末分子末分子末端的结构部分，通端的结构部分，通端的结构部分，通端的结构部分，通常膨大成粒状。常膨大成粒状。常膨大成粒状。常膨大成粒状。

17、（三）真核生物端粒的形成：（三）真核生物端粒的形成：功能功能 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 保证保证DNA复制的完整性复制的完整性端粒的端粒的结构特点构特点 由末端单链由末端单链DNA序列和蛋白质构成。序列和蛋白质构成。末端末端DNA序列是多次重复的富含序列是多次重复的富含G、T碱碱基的短基的短 序列。序列。TTTTGGGGTTTTGGGGn线性线性DNA在复制完成后，其末端由于引在复制完成后，其末端由于引物物RNA的水解而可能出现缩短。故需要的水解而可能出现缩短。故需要在在端粒酶端粒酶（telomerase）的催化下，）的催化下，进行延长反应。进行延长反应。5 3 3 5 5 3 3

18、 5 端粒酶端粒酶端粒酶端粒酶(telomerase)(telomerase)端端 粒粒 酶酶 是是 一一 种种RNA-蛋蛋白白质质复复合合体体，它它 可可 以以 其其RNA为为模模板板，通通过过逆逆转转录录过过程程对对末末端端DNA链进行延长。链进行延长。端粒端粒酶的分子的分子结构构端粒端粒酶RNA(human telomerase RNA,hTR)端粒端粒酶协同蛋白同蛋白(human telomerase associated protein 1,hTP1)端粒端粒酶逆逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase,hTRT)端粒端粒端粒端粒酶酶的的

19、的的组组成成成成端粒酶端粒酶(telomerase)的作用机制的作用机制爬行模型爬行模型端粒酶的爬行模型（动画演示）端粒酶的爬行模型（动画演示）人的人的生殖细胞和癌细胞生殖细胞和癌细胞中，可以检测到端中，可以检测到端粒酶活性；而在多数的体细胞中，未检测粒酶活性；而在多数的体细胞中，未检测到端粒酶活性到端粒酶活性(Kim et al,1994 Science)。在人的在人的永生化细胞中抑制端粒酶永生化细胞中抑制端粒酶的活性，的活性，将导致端粒缩短并最终导致细胞死亡将导致端粒缩短并最终导致细胞死亡(Herbert et al 1999 PNAS)在多数人的在多数人的体细胞体细胞中，端粒随着细胞传代

20、中，端粒随着细胞传代而渐渐缩短。将端粒酶导入到人的正常细而渐渐缩短。将端粒酶导入到人的正常细胞中，细胞在体外至少可以多传胞中，细胞在体外至少可以多传20代代(Bodnaret al,1998 Science)Werner综合症综合症 早老综合症早老综合症是位于是位于8号染色体号染色体短臂的一种短臂的一种DNA解旋酶基因突变解旋酶基因突变 端粒端粒在对于保持染色体稳定性和细胞活在对于保持染色体稳定性和细胞活性有重要作用，性有重要作用，端粒酶端粒酶能延长缩短的端粒（缩短的端粒能延长缩短的端粒（缩短的端粒其细胞复制能力受限），从而增强体外其细胞复制能力受限），从而增强体外细胞的增殖能力。细胞的增殖能

21、力。端粒酶端粒酶在正常人体组织中的活性被抑制，在正常人体组织中的活性被抑制，在在肿瘤肿瘤中被重新激活，端粒酶可能参与中被重新激活，端粒酶可能参与恶性转化。恶性转化。端粒酶端粒酶在保持端粒稳定、基因组完整、在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。等方面有重要作用。第三节第三节第三节第三节 逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式Section 4 Reverse Transcription Section 4 Reverse Transcription Section 4 Rever

22、se Transcription Section 4 Reverse Transcription and Other DNA Replication Waysand Other DNA Replication Waysand Other DNA Replication Waysand Other DNA Replication Ways一、逆转录病毒和逆转录酶一、逆转录病毒和逆转录酶逆转录病毒细胞内的逆转录现象：逆转录病毒细胞内的逆转录现象：RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA 杂化双链杂化双链RNA酶酶单链单链DNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA二、逆转录研究的意义二、逆转录研究的

23、意义 逆转录酶和逆转录现象，是分子生物逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。学研究中的重大发现。逆转录逆转录现象说明：至少在某些生物，现象说明：至少在某些生物，RNA同样兼有遗传信息传代与表达功同样兼有遗传信息传代与表达功能。能。对逆转录病毒的研究，拓宽了对逆转录病毒的研究，拓宽了20世纪世纪初已注意到的病毒致癌理论。初已注意到的病毒致癌理论。三、滚环复制和三、滚环复制和三、滚环复制和三、滚环复制和D D环复制环复制环复制环复制n n滚环复制滚环复制滚环复制滚环复制(rolling circle(rolling circle replication)replication)：是某

24、些低等生物的复制：是某些低等生物的复制：是某些低等生物的复制：是某些低等生物的复制形式，如形式，如形式，如形式，如 X174X174和和和和M13M13噬菌体等。噬菌体等。噬菌体等。噬菌体等。3 5 5 5 3 3 3 5滚环复制的过程滚环复制的过程3-OH5-P5 5 3 3 5 n nD D环复制环复制环复制环复制(D-loop replication)(D-loop replication)：是线：是线：是线：是线粒体粒体粒体粒体DNA(mitochondrial DNADNA(mitochondrial DNA，mtDNA)mtDNA)的复制形式。的复制形式。的复制形式。的复制形式。d

25、NTPDNA-pol 第四节第四节第四节第四节 DNA DNA DNA DNA的损伤（突变）与修的损伤（突变）与修的损伤（突变）与修的损伤（突变）与修复复复复 n n由自发的或环境的因素引起由自发的或环境的因素引起由自发的或环境的因素引起由自发的或环境的因素引起DNADNA一级结一级结一级结一级结构的任何异常的改变称为构的任何异常的改变称为构的任何异常的改变称为构的任何异常的改变称为DNADNA的损伤的损伤的损伤的损伤，也称为也称为也称为也称为突变突变突变突变（mutationmutation）。）。）。）。n n常见的常见的常见的常见的DNADNA的损伤包括的损伤包括的损伤包括的损伤包括碱基

26、脱落、碱基碱基脱落、碱基碱基脱落、碱基碱基脱落、碱基修饰、交联，链的断裂，重组修饰、交联，链的断裂，重组修饰、交联，链的断裂，重组修饰、交联，链的断裂，重组等。等。等。等。一、突变的意义一、突变的意义一、突变的意义一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（一）突变是进化、分化的分子基础（一）突变是进化、分化的分子基础（一）突变是进化、分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（二）突变导致基因型改变（二）突变导致基因型改变（二）突变导致基因型改变（三）突变导致死亡（三）突变导致死亡（三）突变导致死亡（三）突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础（四）突变是某些疾病的发病基础（四）突变是某些

27、疾病的发病基础（四）突变是某些疾病的发病基础（一）自发因素：（一）自发因素：（一）自发因素：（一）自发因素：1.1.自自自自发发发发脱脱脱脱碱碱碱碱基基基基：由由由由于于于于N-N-糖糖糖糖苷苷苷苷键键键键的的的的自自自自发发发发断断断断裂裂裂裂，引引引引起起起起嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤或或或或嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶碱碱碱碱基基基基的的的的脱脱脱脱落落落落。每每每每日日日日可可可可达达达达近近近近万个核苷酸残基。万个核苷酸残基。万个核苷酸残基。万个核苷酸残基。2 2.自自自自发发发发脱脱脱脱氨氨氨氨基基基基：胞胞胞胞嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶自自自自发发发发脱脱脱脱氨氨氨氨基基基基可可可可生生生生成成成成尿尿尿尿嘧嘧

28、嘧嘧啶啶啶啶，腺腺腺腺嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤自自自自发发发发脱脱脱脱氨氨氨氨基基基基可可可可生生生生成成成成次次次次黄黄黄黄嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤。每日可达几十到几百个核苷酸残基。每日可达几十到几百个核苷酸残基。每日可达几十到几百个核苷酸残基。每日可达几十到几百个核苷酸残基。3.3.复制错配复制错配复制错配复制错配：由于复制时碱基配对错误引起：由于复制时碱基配对错误引起：由于复制时碱基配对错误引起：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，发生频率较低。的损伤，发生频率较低。的损伤，发生频率较低。的损伤，发生频率较低。二、引起突变的因素二、引起突变的因素胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）n由由紫紫外外线线、

29、电电离离辐辐射射、X射射线线等等引引起起的的DNA损损伤伤。其其中中，X射射线线和和电电离离辐辐射射常常常常引引起起DNA链链的的断断裂裂，而而紫紫外外线线常常常常引引起起嘧嘧啶啶二二聚聚体体的的形形成成，如如TT，TC，CC等等二二聚聚体体。这这些些嘧嘧啶啶二二聚聚体体由由于于形形成成了了共共价价键键连连接接的的环环丁丁烷烷结结构构，因因而而会会引引起复制障碍。起复制障碍。（二）物理因素：（二）物理因素：嘧啶二聚体的形成嘧啶二聚体的形成 UV1.脱脱氨氨剂剂：如如亚亚硝硝酸酸与与亚亚硝硝酸酸盐盐，可可加加速速C脱脱氨氨基基生生成成U，A脱脱氨基生成氨基生成H。（三）化学因素：（三）化学因素：

30、2.2.烷烷烷烷基基基基化化化化剂剂剂剂：这这这这是是是是一一一一类类类类带带带带有有有有活活活活性性性性烷烷烷烷基基基基的的的的化化化化合合合合物物物物，可可可可提提提提供供供供甲甲甲甲基基基基或或或或其其其其他他他他烷烷烷烷基基基基，引引引引起起起起碱碱碱碱基基基基或或或或磷磷磷磷酸酸酸酸基基基基的的的的烷烷烷烷基基基基化化化化，甚甚甚甚至至至至可可可可引引引引起起起起邻邻邻邻近近近近碱碱碱碱基基基基的的的的交联。交联。交联。交联。加加加加合合合合剂剂剂剂：如如如如苯苯苯苯并并并并芘芘芘芘，在在在在体体体体内内内内代代代代谢谢谢谢后后后后生生生生成成成成四四四四羟羟羟羟苯并芘，与嘌呤共价结

31、合引起损伤。苯并芘，与嘌呤共价结合引起损伤。苯并芘，与嘌呤共价结合引起损伤。苯并芘，与嘌呤共价结合引起损伤。4.4.碱碱碱碱基基基基类类类类似似似似物物物物：如如如如5-FU5-FU，6-MP6-MP等等等等，可可可可掺掺掺掺入入入入到到到到DNADNA分子中引起损伤或突变。分子中引起损伤或突变。分子中引起损伤或突变。分子中引起损伤或突变。5.5.断链剂断链剂断链剂断链剂：如过氧化物，含巯基化合物等，：如过氧化物，含巯基化合物等，：如过氧化物，含巯基化合物等，：如过氧化物，含巯基化合物等，可引起可引起可引起可引起DNADNA链的断裂。链的断裂。链的断裂。链的断裂。三、突变的分子改变类型三、突变

32、的分子改变类型三、突变的分子改变类型三、突变的分子改变类型DNA分子上单一碱基的改变称分子上单一碱基的改变称点突变点突变(point mutation)。发生在同型碱基之间，即嘌呤代替发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。1.转换转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。啶或嘧啶变嘌呤。2.颠换颠换镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人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)亚基亚基N-val his

33、leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因血红蛋白血红蛋白-亚基的点突变亚基的点突变3.缺失：缺失：一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分大分子上消失。子上消失。4.插入：插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到插入到DNA大分子中间。大分子中间。移码突变移码突变是指三联体密码的阅读方式改变，造是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。缺失或插入都可导致缺失或插入都可导致移码突变移码突变。谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C A U G

34、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缺失引起的框移突变缺失引起的框移突变5.5.重排重排DNA分子内分子内较大片段的交大片段的交换，称，称为重重组或重排。或重排。由基因重排引起的两种地中海贫血基因型由基因重排引起的两种地中海贫血基因型四、四、DNADNA损伤的修复损伤的修复DNA损伤修复损伤修复(repair)：是对已发生分子改变是对已发生分子改变的补偿措施，使其尽可能回复为原有的天然状态。的补偿措施，使其尽可能回复为原有的天然状态。光修复光修复(light repair)切除修复切除修复(excision repair)重组修复重组

35、修复(recombination repair)SOS修复修复 修复的主要修复的主要类型：型：无差无差错修复修复有差有差错倾向修复向修复n这这是是一一种种广广泛泛存存在在的的修修复复作作用用，能能够够修修复复任任何何嘧啶二聚体嘧啶二聚体的损伤。的损伤。n修复过程由修复过程由光修复酶光修复酶(photolyase)催化完成。催化完成。（一）光修复（一）光修复（light repairlight repair）：）：光修复光修复酶的的分子分子结构构光光n其修复过程为：其修复过程为：1.光光修修复复酶酶(photolyase)识识别别嘧嘧啶啶二二聚聚体体并并与与之之结结合合形形成成复合物。复合物。2

36、.在在300600nm可可见见光光照照射射下下，酶酶获获得得能能量量，将将嘧嘧啶啶二二聚体的聚体的丁酰环打开丁酰环打开。3.光修复酶从光修复酶从DNA上上解离解离。1、形成嘧啶二聚体、形成嘧啶二聚体2、光复合酶结合于、光复合酶结合于损伤部位损伤部位3、酶被可见光激活、酶被可见光激活4、修复后酶被释放、修复后酶被释放DNA紫外线损伤的光裂合酶修复紫外线损伤的光裂合酶修复n这这也也是是一一种种广广泛泛存存在在的的修修复复机机制制，可可适适用用于于多种多种DNA损伤的修复。损伤的修复。n切切除除修修复复机机制制的的基基本本过过程程是是将将受受损损的的DNA片片段段切切除除，然然后后再再以以对对侧侧链

37、链为为模模板板，重重新新合合成成新链进行修复新链进行修复。（二）切除修复（二）切除修复(excision repair)(excision repair)：n n在原核生物中，与在原核生物中，与在原核生物中，与在原核生物中，与DNADNA切除修复有关的切除修复有关的切除修复有关的切除修复有关的蛋白质包括蛋白质包括蛋白质包括蛋白质包括UvrAUvrA、UvrBUvrB、UvrCUvrC，以及，以及，以及，以及DNA pol DNA pol 和和和和DNADNA连接酶。连接酶。连接酶。连接酶。n nUvrAUvrA和和和和UvrBUvrB主要起辨认和结合受损部主要起辨认和结合受损部主要起辨认和结合

38、受损部主要起辨认和结合受损部位的作用；而位的作用；而位的作用；而位的作用；而UvrCUvrC则主要与受损片段的则主要与受损片段的则主要与受损片段的则主要与受损片段的切除有关。切除有关。切除有关。切除有关。DNA的损伤和切除修复的损伤和切除修复碱基丢失碱基丢失碱基缺陷或错配碱基缺陷或错配结构缺陷结构缺陷切开切开 核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切除切除DNA聚合酶聚合酶DNA连接连接酶酶AP核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切开切开切除切除修复修复连接连接糖苷酶糖苷酶插入酶插入酶碱基碱基取代取代n n这是这是这是这是DNADNA的复制过程的复制过程的复制过程的复制过程中所采用的一种

39、中所采用的一种中所采用的一种中所采用的一种有差有差有差有差错的修复方式错的修复方式错的修复方式错的修复方式。n n修复时，利用重组蛋修复时，利用重组蛋修复时，利用重组蛋修复时，利用重组蛋白白白白RecARecA的核酸酶活性，的核酸酶活性，的核酸酶活性，的核酸酶活性，将另一股健康亲链与将另一股健康亲链与将另一股健康亲链与将另一股健康亲链与损伤缺口相互交换。损伤缺口相互交换。损伤缺口相互交换。损伤缺口相互交换。（三）重组修复（三）重组修复(recombination repair)(recombination repair)RecA的分子的分子结构构DNA的重组修复的重组修复胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体

40、二聚体复制复制核酸酶及核酸酶及重组蛋白重组蛋白修复复制修复复制DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶重组重组RecARecA重组蛋白修复重组蛋白修复DNADNA示意图示意图当当DNA损损伤伤广广泛泛难难以以继继续续复复制制时时，由由此此而而诱诱发发出一系列复杂的反应。出一系列复杂的反应。在在E.coli中中，各各种种与与修修复复有有关关的的基基因因，组组成成一一个称为个称为调节子调节子(regulon)的网络式调控系统。的网络式调控系统。这这种种修修复复特特异异性性低低，对对碱碱基基的的识识别别、选选择择能能力力差差。通通过过SOS修修复复，复复制制如如能能继继续续，细细胞胞是是可可存存活活的的

41、。然然而而DNA保保留留的的错错误误较较多多，导导致致较较广广泛、长期的突变。泛、长期的突变。（四）（四）SOS修复（修复（SOS Repair）SOS反应的机制反应的机制未诱导的细胞未诱导的细胞靶基因靶基因lexA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏recA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏（40个不同的位点被阻遏）个不同的位点被阻遏）LexA(阻遏物阻遏物)RecA(辅蛋白酶辅蛋白酶)靶基因表达靶基因表达lexA靶基因表达靶基因表达 但产物被分解但产物被分解recA大量表达大量表达RecA促使促使分解分解LexA诱导的细胞诱导的细胞单链单链DNAATP引起大肠杆菌引起大肠杆菌SOS反应的化合物通常对反应的化合物通常对动物是致癌的。动物是致癌的。医学和分子生物学研究表明，人类癌症医学和分子生物学研究表明，人类癌症的发生是由于控制细胞分裂的基因发生的发生是由于控制细胞分裂的基因发生突变。突变。致癌物质中致癌物质中90%都有诱变作用，而诱变都有诱变作用，而诱变剂中剂中90%有致癌作用。有致癌作用。Amas 实验实验 利用营养缺陷型鼠伤寒沙门利用营养缺陷型鼠伤寒沙门式杆菌。式杆菌。Devoret 实验实验