第14章　DNA的损伤与修复 主讲教师：卢涛

14.1 DNA的复制 复制(replication) 是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。 复制 亲代DNA

14.1.1　DNA的复制方式——半保留复制 当DNA进行复制时，双螺旋结构解开成两条单链，各自作为模板合成与之互补的新链。在子代DNA双链中，一条是来自于亲代，另一条完全重新合成。这种复制方式称为半保留复制。

复制过程中形成的复制叉 子代DNA 母链DNA G T C T C A G A G T C T C A G A G T C T C A G A G T C T C A G A G T C T C A G + C A T G G T A C 复制过程中形成的复制叉 子代DNA 母链DNA

14.1.2　DNA的复制的过程 DNA的复制分为起始、延长和终止三个阶段。需要许多蛋白质因子和酶参与。

1．DNA复制的起始 （1）原核生物DNA复制的起始：DNA为环状DNA，只有一个复制起始点，富含AT序列，由DnaA识别，DnaB解链。起始后朝两个方向进行复制，称为双向复制。 ori ter A B C

（2）真核生物DNA复制的起始：DNA多为线性分子，较长，有多个复制起始点。 ori ori ori ori 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 复制

2．DNA复制时双螺旋的解旋与超螺旋形成： 解链过程中，DNA分子会过度拧紧、打结、缠绕、连环等现象，均需DNA拓扑异构酶，改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。拓扑酶主要分为I型拓扑酶和II型拓扑酶两种。其中I型拓扑酶的主要作用是切断DNA双链中一股链，使DNA变为松弛状态。II型拓扑酶又称旋转酶，能切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛；利用ATP供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。

3．单链DNA结合蛋白（SSB） SSB结合已解链的单链DNA以维持DNA单链状态，以利于其发挥模板作用。SSB还能保护其免受核酸酶降解。

4．DNA合成的基本反应和DNA聚合酶： 底物为dNTP 酶为DNA聚合酶

1．53 的聚合活性 活性： 2．核酸外切酶活性 全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase) 简称：DNA-pol 1．53 的聚合活性 2．核酸外切酶活性 活性：

原核生物的DNA聚合酶 DNA-polⅠ：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。 DNA-polⅡ：具体功能不详，可能参与DNA损伤的应急状态修复 DNA-pol Ⅲ：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。

真核细胞DNA聚合酶 DNA-pol  起始引发，有引物酶活性。 DNA-pol  参与低保真度的复制 。 DNA-pol  在线粒体DNA复制中起催化作用。 DNA-pol  延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。 DNA-pol  在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。

5．DNA复制的过程 复制过程简图

新链只能从5΄端向3΄端延长。 顺着解链方向而生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。 另一股链复制的方向却与解链方向相反，这股链的复制必须等待模板链解开至足够长度，才能从5΄→3΄方向生成引物然后复制。这股链在延长时，又要等到下一段暴露出足够长度的模板，再次生成引物而延长。这一股不连续复制的链称为随从链。 复制过程中随从链上的不连续复制的片段称为冈崎片段，其大小在原核生物在一至二千核苷酸范围。

随从链上不连续性片段的连接： 5 RNA酶 OH P DNA-pol Ⅰ dNTP ATP ADP+Pi DNA连接酶

14.2　DNA的损伤与修复 遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变（mutation）。从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。而在复制过程中发生的DNA突变称为DNA损伤（DNA damage）。修复（DNA repairing）是针对已发生了的缺陷而进行的补救机制。

14.2.1　原核DNA的损伤和修复 1．直接修复方式：紫外线引起邻近的胸腺嘧啶形成二聚体，光修复酶可使嘧啶二聚体分解为原来的非聚合状态，DNA完全恢复正常。 UV 光修复酶(photolyase)

2．切除修复： 通过特异的核酸内切酶水解核酸链内损伤部位的5´端和3´端的磷酸二酯键，在链内造成一个缺口。当错误的核苷酸从链上水解出来后，再由DNA聚合酶I的催化作用，按照模板的正确配对，按5´至3´方向补回空隙。最后，由DNA连接酶把最后的3´-OH与5´-P裂口接成磷酸二酯键，完成切除修复的过程。

UvrC E.coli的切除修复机制 UvrA UvrB OH P DNA聚合酶Ⅰ OH P DNA连接酶 ATP

3．丢失碱基和去碱基部位的修复： 　　DNA糖苷酶可切除不正常的碱基，然后Pol I和连接酶将这一部分修复。 4．甲基化指导的不配对修复： 　　如果有不配对碱基，细胞利用甲基化指导系统来进行修复。

14.2.2　真核细胞DNA损伤的修复 有直接修复和切除修复的机制，但还有这更为复杂的机制。

14.3 突变、单核苷酸多态性与个体差异 14.3.1 突变 （一）突变的分类 1．点突变： 14.3　突变、单核苷酸多态性与个体差异 　14.3.1　突变 （一）突变的分类 1．点突变： DNA分子上的碱基错配称点突变(point mutation)。 自发突变和不少化学诱变都能引起DNA上某一碱基的置换。 点突变发生在基因的编码区，可导致氨基酸改变。

N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · · · C 肽链 镰形红细胞贫血病人 正常成人Hb (HbA)β亚基 N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · · · C 肽链 CTC GAG 基因 镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) β亚基 N-val · his · leu · thr · pro · val · glu · · · · · · C 肽链 CAC GTG 基因

2．缺失和插入 缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。 插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。 缺失或插入都可导致框移突变 。 框移突变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。

缺失引起框移突变： 谷 酪 蛋 丝 5’ ……G C A G U A C A U G U C …… 丙 缬 组 缬 正常 5’ ……G A G U A C A U G U C …… 缺失C

3．重排： DNA分子内发生较大片断的交换，也称为重组。 移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置（倒位），也可以在染色体之间发生交换重组。

（二）造成突变的因素 1．自发突变 2．物理因素：紫外线和各种辐射 3．化学因素：烷化剂、亚硝酸盐、抗生素及类似物 4．病毒因素

（三）突变的后果 1．突变是进化、分化的分子基础 2．突变导致基因型改变：这种突变没有可察觉的表型改变，例如在简并密码子上第三位碱基的改变，蛋白质非功能区段上编码序列的改变等。 3．突变导致死亡 4．突变是某些疾病的发病基础：如遗传病、肿瘤和有遗传倾向的病。

14.3.2 单核苷酸多态性与个体差异 单核苷酸多态性（SNP）： 14.3.2　单核苷酸多态性与个体差异 单核苷酸多态性（SNP）： 　　是个体之间遗传信息差异的一种基本方式，他表示为基因组中特定位点上的单核苷酸差异。