双链DNA复制的分子机制课件.ppt

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1、 4、双链DNA复制的分子机制（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例）双链的解开双链的解开 RNARNA引物的合成引物的合成 DNADNA链的延伸链的延伸 切除切除RNARNA引物，填补缺口，连接相邻的引物，填补缺口，连接相邻的DNADNA片片段段(1)(1)双链的解开双链的解开一些概念：一些概念：v DNADNA的复制有特定的起始位点，叫做的复制有特定的起始位点，叫做复制原点复制原点。常用常用oriori(或或o o）表示。许多生物的复制原点都是表示。许多生物的复制原点都是富含富含A A、T T的区段。的区段。v大肠杆菌染色体大肠杆菌染色体DNADNA以及真核生物的细胞器以及真核生物的细胞器DN

2、ADNA为为双链环状，只有一个复制原点，而真核生物染色双链环状，只有一个复制原点，而真核生物染色体体DNADNA是线性双链分子，含有许多复制起点。是线性双链分子，含有许多复制起点。v从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制复制子（基因组独立进行复制的单位）子（基因组独立进行复制的单位）。v复制原点由复制原点由DnaADnaA蛋白识别，蛋白识别，在原点由在原点由DnaBDnaB蛋白蛋白（解螺旋酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为（解螺旋酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为模板，合成其互补链模板，合成其互补链(DNADNA双链的解开还需双链的解开还需DNAD

3、NA拓扑异拓扑异构酶构酶 、SSB)SSB),在原点处形成一个眼状结构，叫复在原点处形成一个眼状结构，叫复制眼。制眼。v DNADNA复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的生长点生长点(growth point)growth point)，叫叫复制叉复制叉。在复制叉上分。在复制叉上分布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的复合物称为复合物称为复制体（复制体（replisomereplisome）复制叉复制叉复制叉复制叉复制叉起点复制叉延伸延伸起点领头链领头链随后链随后链3535DNA的双向复制的双向复制 （2

4、 2）RNARNA引物的合成引物的合成 引发体在复制叉上移动，沿模板链引发体在复制叉上移动，沿模板链5 5 3 3的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合成的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合成的起始位点，的起始位点，DnaBDnaB蛋白活化引物合成酶。引发蛋白活化引物合成酶。引发RNARNA引物的合成。引物的合成。领头链领头链先引发开始合成，以原来一条先引发开始合成，以原来一条DNADNA单链为模板（单链为模板（3 3 5 5),),按按5 5 3 3的方向的方向合成一段合成一段RNARNA引物链。领头链开始合成后，随后链也引物链。领头链开始合成后，随后链也开始合成其引物。引物长度约

5、为几个至开始合成其引物。引物长度约为几个至1010个核苷酸，个核苷酸，在引物的在引物的5 5端含端含3 3个磷酸残基（个磷酸残基（引物酶的底物是核引物酶的底物是核苷三磷酸苷三磷酸），），3 3端为游离的羟基。端为游离的羟基。RNA引物的合成称为“引发”。引发是一个十分复杂的过程，已经证明大肠杆菌、枯草杆菌和淋巴细胞等DNA的复制的引发需要一种称为“引物体”（primosome)的RNA合成系统。引物体是由引物合成酶和另外的几种蛋白质共同组成的。它可以沿模板链向分叉的方向前进，并断断续续地引发生成后随链的引物RNA短链。引物RNA一般只含少数核苷酸残基（原核生物约为100个核苷酸，真核生物约为1

6、0个核苷酸左右）。（3 3）DNADNA链的延伸链的延伸在在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下，的催化下，以四种脱氧核糖核苷以四种脱氧核糖核苷5 5-三磷酸为底物，在三磷酸为底物，在RNARNA引物引物的的3 3端以磷酸二酯键连接端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放上脱氧核糖核苷酸并释放出焦磷酸。出焦磷酸。DNADNA链的延伸同链的延伸同时进行领头链和随后链的时进行领头链和随后链的合成。两条链方向相反。合成。两条链方向相反。领头链领头链 随后链随后链 冈崎片段冈崎片段 半不连续复制半不连续复制冈崎模型冈崎模型在DNA聚合酶的作用下，在引物的3-端逐个添加与模板碱基顺序互补的脱氧核苷酸单位以完

7、成冈崎片段或完整链的合成。然后通过DNA聚合酶的5至3的外切酶活性将RNA引物上的核苷酸单位逐个除去。每个核苷酸单位被切除后立即被与模板链相应位置碱基互补的脱氧核苷酸补上。这后一反应是利用前面的冈崎片段作为引物通过DNA聚合酶的聚合酶活性完成的。领头链领头链在在DNADNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。合成的链。随后链随后链在在DNADNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNADNA链。链。半不连

8、续复制半不连续复制在在DNADNA复制时，领头链是连续合成的复制时，领头链是连续合成的,而随后链的合而随后链的合成是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。成是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。发现（发现（19681968）：）：同位素实验，同位素实验，3 3HdTHdT 短时间内为短时间内为DNADNA小片段小片段一段时间后一段时间后检测到检测到 DNADNA大片段。当用大片段。当用DNADNA连接酶的变异株时，检测到大量连接酶的变异株时，检测到大量DNADNA片段的积片段的积累。累。证明证明DNADNA复制中有小片段合成。复制中有小片段合成。测定测定DNADNA小片段，远远大于合成小

9、片段，远远大于合成DNADNA的一半。的一半。由于由于U U替代替代dTdT，被尿嘧被尿嘧啶啶-N-N-糖基酶切除。糖基酶切除。在缺少尿嘧啶在缺少尿嘧啶-N-N-糖基酶的突变植株中，糖基酶的突变植株中，检测到一半检测到一半3 3H H标记出现在小标记出现在小片段（片段（冈崎片段冈崎片段）中。）中。冈崎片段冈崎片段 在在DNADNA复制过程中，领头链能连续合成，而随复制过程中，领头链能连续合成，而随后链只能是断续的合成后链只能是断续的合成5 53 3 的多个短片段，的多个短片段，这些不连续的小片段以其发现者的名字命名为这些不连续的小片段以其发现者的名字命名为冈崎片段。冈崎片段。冈崎片段：冈崎片段

10、：真核生物中真核生物中100-200100-200个核苷酸（核个核苷酸（核小体的小体的DNADNA单位）。原核生物中单位）。原核生物中1000-20001000-2000个核个核苷酸（相当于一个顺反子）。苷酸（相当于一个顺反子）。1968年冈崎等用3H脱氧胸苷掺入噬菌体感染的大肠杆菌，然后分离标记的DNA产物，发现短时间内首先合成的是较短是DNA片段，接着出现较大的分子。一般把这些DNA片段称为冈崎片段。进一步研究证明，冈崎片段在细菌和真核生物中普遍存在。细菌的冈崎片段较长，约有1000-2000个核苷酸；真核生物的较短，约为100-200个核苷酸。冈崎等最初做的实验不能判断DNA链的不连续合

11、成只发生在一条链上，还是两条链都如此。后来进行了大量的实验证明，在DNA进行复制时，一条链是连续的，另一条链是不连续的。也就是说，聚合酶沿复制叉移动时，模板链为3至5的一条链是连续合成的，而模板链为5至3的一条链是不连续的。人们就将这种复制方式称为半不连续复制。由于DNA复制酶系不易从DNA模板上解离下来，因此前导链的合成总是连续的。但由于很多因素可影响到前导链的连续性，例如模板链的损伤、复制因子和底物的供应不足等，都会引起前导链复制中断并从另一新点起始。（4 4）切除）切除RNARNA引物，填补缺口，连接相邻的引物，填补缺口，连接相邻的DNADNA片段片段 （复制终止）（复制终止）当新形成的

12、冈崎片段延长至一定长度，其当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其3 3-OHOH端遇端遇到上一个冈崎片段时即停止合成。到上一个冈崎片段时即停止合成。复制叉移动到终止区即复制叉移动到终止区即停止复制停止复制（大肠杆菌有一个终止区）（大肠杆菌有一个终止区）。这时会发生一系列这时会发生一系列变化：变化：在在DNADNA聚合酶聚合酶催化下切除催化下切除RNARNA引物引物；留下的空隙由留下的空隙由DNADNA聚合酶聚合酶催化合成一段催化合成一段DNADNA填补上填补上；在在DNADNA连接酶连接酶作用作用下，连接相邻的下，连接相邻的DNADNA链；链；修复掺入修复掺入DNADNA链的错配碱基链的错配碱基

13、；以；以修修复方式填补复方式填补终止区终止区50-10050-100bpbp的空缺。的空缺。这样以两条亲代这样以两条亲代DNADNA链为模板，各自形成一条新的链为模板，各自形成一条新的DNADNA互补链。结果是形成了互补链。结果是形成了两个两个DNADNA双股螺旋分子。双股螺旋分子。连接是DNA 连接酶的作用：各冈崎片段通过DNA连接酶相互连接最终形成后随链。DNA 连接酶催化一个DNA链的5-磷酸根与另一个DNA链的3-羟基形成磷酸二酯键，但是这两个链必须都与同一个互补链结合，而且两个链必须是相临的，反应需要能量。DNA复制体的结构：DNA 合成的生点，即复制叉上，分布着各种各样于复制有关的

14、酶和辅助因子，它们在DNA链上形成离散的复合体，彼此配合，进行高度精确的复制，这异结构称为复制体（replisome)。这种复制体于细胞内存在的一般游离体（例如核糖体)不同，复制体只是于复制叉DNA特殊结构相结合的蛋白质复合物。就现在所知，涉及DNA复制过程的酶和蛋白质因子共有30多种。右图为复制体的最主要成分和复制的过程示意图解。图中DNA复制叉上进行的基本过程包括：双链的解开；RNA引物的合成；DNA俩的延长；切除RNA引物，添补缺口，连接相临的DNA片段；切除和修复掺入DNA链的脱氧尿苷酸和错配碱基。5、真核DNA 的复制：真核细胞DNA结构相当复杂，有关DNA复制的研究主要来自原核生物

15、。但近年来，由于一些新技术的应用和体外复制系统的建立，真核细胞DNA的复制研究也有了较大进展。在真核细胞中也发现了冈崎片段、RNA引物、DNA连接酶和各种有关DNA螺旋分子解旋的酶和蛋白质。因此，真核细胞DNA的复制的过程可能十分相似于原核细胞DNA的复制。但两者相比，主要又下列不同之处：真核细胞DNA的复制叉有多个起始点，即具有多个复制叉来完成，并且常是双向延长。而原核细胞常具一个复制叉。真核细胞的冈崎片段较小，常为100-200个核苷酸；引物也较小，约为10个核苷酸。真核细胞DNA复制的速度比原核生物慢，基因组比原核生物大。然而真核生物DNA上有多个复制点，所以复制的总速度可能比原核生物更

16、快。真核细胞的DNA在全部复制完成之前，起点不再从新开始复制，而在快速生长的原核生物，起点可以连续发动复制。DNA聚合酶的作用有差别。原核具有3种聚合酶，真核具有4（或5）种聚合酶，且除了聚合酶外都不具有外切酶活力。真核细胞线性染色体的末端DNA称为端粒（telomere）。端粒的复制由一种特殊的酶端粒酶（telomerase）所催化。端粒酶是一核糖核蛋白，它由RNA和蛋白质连种成分组成。端粒酶最早于1985年在四膜虫细胞中发现，现知该酶在所有真核细胞中都可能存在且具有相似的结构和功能。复制叉复制叉复制叉复制叉终止区终止区 端粒结构端粒结构3 3 5 5 3 3 5 5 端粒结构端粒结构端粒结

17、构端粒结构端粒酶是含端粒酶是含RNARNA的逆转录酶的逆转录酶 DNADNA复制的其它方式复制的其它方式大肠杆菌双链环状大肠杆菌双链环状DNADNA的复制的复制（一个复制起点，双（一个复制起点，双向复制）向复制）真核细胞线状染色体真核细胞线状染色体DNADNA的复制方式的复制方式（多个复制（多个复制起点，双向复制）起点，双向复制）单向滚环式复制单向滚环式复制（噬菌体（噬菌体 X174DNAX174DNA单链环状）单链环状）3 D-D-环式复制方式环式复制方式（线粒体双链环状（线粒体双链环状DNADNA：两条链的复制起两条链的复制起点不同位置，且复制不同步）点不同位置，且复制不同步）总之，DNA

18、复制分子机制的基本特点是：1、复制是半保留的。2、复制起始于细菌或病毒的特定部位，真核生物有多个起始点。3、复制可以朝一个方向，也可以向两个方向进行，后者更为常见。4、复制时，DNA的两条链都从5端向3端延伸。5复制时半不连续的，前导链时连续合成的，后随链时不连续合成的，即先合成短的冈崎片段，再连接起来构成后随链。6、冈崎片段的合成起始于一小段RNA引物，这一小段RNA以后被酶切除，缺口由脱氧核苷酸补满后再与新生DNA链连接在一起。7、复制有多种机制，即使在同一个细胞里，也可因环境酶的丰富程度、温度、营养条件等的不同而具有不同的起始机制和链延长的方式。（二）反转录作用（RNA指导下的DNA合成

19、）以RNA为模板，即按照RNA中的核苷酸顺序合成 DNA，这与通常转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反，故称为反向转录，又称为逆转录（revrse transcription)。催化逆转录的酶，即RNA指导的DNA聚合酶（RNA-directed DNA polymerase），最初是在致癌病毒中发现的。1970年，Temin，Mizufani和 Baltimore分别从致癌RNA病毒中发现逆转录酶(reverse transcriptase),这就有力地证明了Temin的前病毒学说（provirus theory）：即致癌RNA病毒的复制需经过一个DNA中间体（即前病毒），此DNA

20、中间体可部分或全部整合（integration）到细胞DNA中，并随细胞增殖而传递至子代细胞，细胞的恶性转化就是由前病毒引起的。前病毒学说的一个关键，即是认为遗传信息可以从RNA传递给DNA。在此传递过程中需逆转录酶。该酶催化的反应需要模板和引物，此外还需要适当浓度的二价阳离子（镁或锰）和还原剂（以保护酶蛋白中的巯基）；合成的方向也是5至3。逆转录酶是一种多功能酶，它有三种酶的活力：1、它可以利用RNA作模板，在其上合成出一条互补DNA链，RNA-DNA杂种分子（RNA指导的DNA聚合酶活力）；2、还可以在新合成的DNA链上合成另一条互补DNA链，形成双链DNA分子（DNA指导的DNA聚合酶活

21、力）；3、它尚有核糖核酸酶H的活力，专门水解RNA-DNA杂种分子中的RNA，可沿3至5和5至3两个方向起核糖核酸酶的作用。逆转录过程的发现，有助于人们对RNA病毒致癌机制的了解，并对防止肿瘤提供了重要线索。+RNA+RNA+DNA-DNA-RNA+RNA+DNA-DNA-DNA+DNA+v病毒病毒RNARNA的逆转录过程的逆转录过程 （以前病毒形式引起整合到宿主细（以前病毒形式引起整合到宿主细胞胞DNADNA中而使细胞恶性转化）中而使细胞恶性转化）单链病毒单链病毒RNARNA RNA-DNARNA-DNA杂交分子杂交分子 双链双链DNADNA（前病毒）前病毒）逆转录酶逆转录酶逆转录酶逆转录酶

22、v 逆转录酶是多功能酶，兼有逆转录酶是多功能酶，兼有3 3种酶的活性：种酶的活性：RNARNA指导的指导的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 DNADNA指导的指导的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 核糖核酸酶核糖核酸酶H H的活性，专一水解的活性，专一水解RNA-DNARNA-DNA杂交杂交 分子中的分子中的RNARNA，可沿可沿5 53 3和和3 3 5 5两个方向起核两个方向起核 酸外切酶的作用。酸外切酶的作用。v逆转录酶也和逆转录酶也和DNADNA聚合酶一样，沿聚合酶一样，沿5 53 3方向方向合成合成DNADNA，并要求短链并要求短链RNARNA作引物。作引物。cDNAcDNA：几乎所

23、有真核生物几乎所有真核生物mRNAmRNA分子的分子的3 3末端都有末端都有一段一段polyApolyA,当加入寡聚当加入寡聚dTdT作为引物时，作为引物时，mRNAmRNA就可作就可作为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的DNADNA，称为称为cDNAcDNA。逆转录酶发现的理论和实践意义：逆转录酶发现的理论和实践意义：不能把不能把“中心法则中心法则”绝对化，遗传信息也可以从绝对化，遗传信息也可以从RNA传递到传递到DNA。促进了分子生物学、生物化学和促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目病毒学的研究，为肿瘤

24、的防治提供了新的线索。目前逆转录酶已经成为研究这些学科的工具。前逆转录酶已经成为研究这些学科的工具。19831983年，发现人类免疫缺陷病毒（年，发现人类免疫缺陷病毒（human immune human immune deficiencedeficience virus,HIVvirus,HIV）,感染感染T T淋巴细胞后即杀死细胞，造成宿主机体免疫系淋巴细胞后即杀死细胞，造成宿主机体免疫系统损伤，引起艾滋病（统损伤，引起艾滋病（acquired immunodeficiency acquired immunodeficiency syndrome,AIDSsyndrome,AIDS）（三）

25、（三）DNADNA的损伤修复的损伤修复DNADNA的损伤：的损伤：DNADNA在复制时产生错配、病毒基因整合；某些在复制时产生错配、病毒基因整合；某些物化因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，破坏物化因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，破坏DNADNA的双螺的双螺旋结构。旋结构。从而影响从而影响DNADNA的复制，并使的复制，并使DNADNA的转录和翻译也跟着变的转录和翻译也跟着变化，因而表现出异常的特征（生物突变）。化，因而表现出异常的特征（生物突变）。若若DNADNA的损伤或错配得不到修复，会导致的损伤或错配得不到修复，会导致DNADNA突变。其主要突变。其主要形式：形式：一个或几个碱基被置

26、换一个或几个碱基被置换 插入一个或几个碱基插入一个或几个碱基 一个或多个碱基对缺失一个或多个碱基对缺失u DNADNA的损伤修复的损伤修复 四种修复途径四种修复途径:光复活光复活、切除切除修复、复组修复和诱导修复（亦称暗修复）。修复、复组修复和诱导修复（亦称暗修复）。u光复活：光复活：400400nmnm左右的光激活光复活酶，专一分解紫外光照左右的光激活光复活酶，专一分解紫外光照射引起的同一条链上射引起的同一条链上TTTT（CC CTCC CT）二聚体。（包括从单细胞生二聚体。（包括从单细胞生物到鸟类，而高等哺乳动物无）物到鸟类，而高等哺乳动物无）u切除修复：切除修复：将将DNADNA分子中的

27、受损伤部分切除，以完整分子中的受损伤部分切除，以完整的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、DNADNA聚合聚合酶酶、DNADNA外切酶、外切酶、DNADNA连接酶均参与。（发生在连接酶均参与。（发生在DNADNA复制前）复制前）u重组修复重组修复 （发生在复制后）：复制时，跳过损伤部（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。切除但在后代逐渐稀释。P349P349u诱导修复：诱导修复：造成造成DNADNA损伤或抑制复制的处理均能引起损伤或抑制复制的处理均能

28、引起一系列复杂的诱导效应，称为一系列复杂的诱导效应，称为应急反应（应急反应（SOS SOS responseresponse）。）。此过程诱导产生切除修复和重组修复此过程诱导产生切除修复和重组修复中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的DNADNA聚合聚合酶。所以会有酶。所以会有2 2种结果：修复或种结果：修复或变异（进化）变异（进化）。紫外线照射可以使DNA分子中同一条链相临的两个胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体，这种二聚体是由两个胸腺嘧啶碱基以共价键连接成环形丁烷的结构而形成的，如右图。其他嘧啶碱基之间也能形成类似的二聚体。但数量有限。嘧啶二聚体的形成，影响了

29、DNA的双螺旋结构，使其复制和转录功能均受到阻碍。细胞内具有一系列起修复作用的酶系统，可以除去DNA上面的损伤，恢复DNA的正常双螺旋结构。目前已经知道体内有两大修复系统，即无差错修复系统和有差错修复系统。1、无差错修复系统：此中修复系统可使受损伤的DNA完全得到修复，恢复原有的结构和功能。主要包括光复活修复（photoreactivation repair）和切除修复（excision repair）。（1）光复活修复：早在1949年即已发现光复活现象。稍后一些时间就了解到光复活的机制是可见光（大约在400nm）激活了光复活酶，它能分解由于紫外线照射而形成的嘧啶二聚体。光复活作用是一种高度专

30、一的修复方式，它只作用于紫外线引起的DNA嘧啶二聚体。该酶在生物界分布很广，从低等的单细胞生物到鸟类都有，而高等的哺乳类却没有。这说明在生物进化过程中该作用逐渐被暗修复系统所取代，并丢失了这个酶。（2）切除修复：也称为暗修复，即在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成出切去的部分，然后使 DNA恢复正常结构的过程。这是一种比较普遍的修复机制，对多种损伤均能起修复作用。参与切除修复的酶主要有：特异的核酸内切酶、外切酶、DNA聚合酶和DNA连接酶。修复过程包括四个步骤：即识别、切除、修复合成、连接（或者是识别、修复合成、切除、连接），如右图。识别：专一性的

31、核酸内切酶在靠近二聚体（或其他损伤处）处切断单链DNA。修复：DNA聚合酶利用完整的互补链为模板，在断口处进行局部的修复合成。切除：5-核酸外切酶切去含二聚体（或其他损伤）的寡核苷酸片段。连接：DNA连接酶在提供能量的基础上将新合成的DNA链与原来的DNA链连接在一起。2、有差错修复系统：在这种修复系统中，受损伤DNA并不因修复而除掉损伤部位，但随着修复的进行，受损伤DNA的浓度越来越低，从而消除损伤的影响。主要包括重组修复（recombination repair）和SOS修复（SOS repair）。（1）重组修复：重组修复是发生在DNA复制后的一种修复系统。在复制时，受损伤部位可被跳过，

32、结果在子代链在损伤相对应处留下一缺口，这种遗传信息有缺损的子代DNA分子可通过遗传重组而加以弥补，即从完整的母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列来补上母链的空缺（如右图）。此过程称为重组修复，因为发生在复制之后，故又称为复制后修复。（2）SOS修复：前面介绍的DNA损伤修复功能可以不经诱导而产生，然而许多能造成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反应包括诱导出现的DNA损伤修复效应、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等。细胞的癌变也可能与SOS反应有关。SOS反应是细胞DNA受到损伤或复制

33、系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的应急反应。SOS反应诱导的修复系统包括避免差错的修复（error free repair）和倾向差错的修复（error prone repair）两类。光复活、切除修复能够识别DNA的损伤或错配碱基而加以消除，在它们的修复过程中并不引入错配碱基，因此属于避免差错的修复。SOS修复能诱导切除修复和重组修复中某些关键酶和蛋白质的产生，使这些酶和蛋白质在细胞内的含量升高，从而加强切除修复和重组修复的能力。此外，SOS反应还能诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，它能在DNA损伤部位进行复制而避免了死亡，可是却带来了高的变异率。SOS的诱变效应与此有关。现在知

34、道，SOS反应是由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的。RecA蛋白不仅在同源重组中起重要作用，而且它也是SOS反应最初发动的因子。在有单链DNA和ATP存在时，RecA蛋白被激活而表现出蛋白水解酶的活力，它能分解噬菌体的组遏蛋白和LexA蛋白。LexA蛋白（分子量22 000）是许多基因的组遏物。当它被RecA的蛋白水解酶分解后即可使一系列基因得以表达，其中包括紫外线损伤的修复基因uvrA、uvrB、uvrC（分别编码核酸内切酶的亚基），以及recA和lexA基因本身，此外还有编码单链结合蛋白的基因ssb，与 噬菌体DNA整合有关的基因himA，与诱变作用有关的基因umuDC，与细胞分

35、裂有关的基因sulA、ruv和lon以及一些功能还不清楚的基因dinA、B、D、F等。SOS反应的机制见下图：SOS反应广泛存在于原核生物和真核生物，它是生物在不利环境中求得生存的一种基本功能。SOS反应主要包括两个方面：DNA修复和导致变异。在一般环境中突变常是不利的，可是在DNA受到损伤和修复被抑制的特殊条件下，生物发生突变将是有利于它的生存。因此SOS反应可能在生物进化中起着重要作用。然而在另一方面，大多数能在细菌中诱导产生SOS反应的作用剂，对高等动物都是致癌的：如X-射线、紫外线、烷化剂、黄曲霉毒素等。而某些不能造成致癌的诱变剂却并不引起SOS反应，如5-溴尿嘧啶。因此猜测，癌变可能是通过SOS反应造成的。目前有关致癌物的一些简便检测方法即是根据SOS反应原理而设计的，因为在动物身上诱发肿瘤的试验需要花费较大的人力、物力和较长的时间，而细菌的SOS反应则很易测定。