第五章DNA生物合成

第五章DNA的生物合成第一節(jié)原核生物的DNA復(fù)制第二節(jié)真核生物的DNA復(fù)制第三節(jié)DNA的損傷修復(fù)第四節(jié)DNA的重組DNA具有儲(chǔ)存、傳遞（包括復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯）和接受（反轉(zhuǎn)錄）遺傳信息的功能。DNA的生物合成包括DNA的復(fù)制、損傷修復(fù)和重組。DNA復(fù)制是保持DNA分子的忠實(shí)拷貝過(guò)程，具有高度的忠實(shí)性，DNA修復(fù)和重組是影響遺傳信息本身結(jié)構(gòu)的調(diào)整過(guò)程，保持遺傳信息的完整性。第一節(jié)原核生物的DNA復(fù)制復(fù)制（replication）是以親代的DNA為模板合成出相同DNA分子的過(guò)程，也是遺傳信息從親代向子代的傳遞過(guò)程，因此與細(xì)胞的增殖有關(guān)。染色體外的遺傳因子，包括細(xì)菌的質(zhì)粒、真核生物的細(xì)胞器及細(xì)胞內(nèi)共生生物的DNA。它們的復(fù)制方式或受染色體復(fù)制的控制，與染色體復(fù)制同步；或不受染色體復(fù)制的控制，在細(xì)胞周期中隨時(shí)都可以進(jìn)行。如果病毒DNA整合到宿主染色體中，則該DNA作為宿主染色體的一部分而被復(fù)制。一.DNA的半保留復(fù)制（一）概念DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過(guò)來(lái)，另一股單鏈則完全從新合成。兩個(gè)子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。半保留復(fù)制親代第一代第二代（二）半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

1958年Meselson和Stahl用同位素15N標(biāo)記大腸桿菌DNA，首先證明了DNA的半保留復(fù)制。重輕雜和

DNA雜和DNA新鏈舊鏈（三）DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：

按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性.

遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對(duì)的。子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式

全保留式半保留式混合式（四）

復(fù)制的起點(diǎn)和方向1.概念●復(fù)制子(replicon)：基因組能獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的單位。習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間的距離定為一個(gè)復(fù)制子.●起點(diǎn)(origin)：也稱原點(diǎn)，控制復(fù)制起始，是含有100～200個(gè)堿基對(duì)的一段DNA。細(xì)胞內(nèi)存在著能識(shí)別起點(diǎn)的特殊蛋白質(zhì)(大腸桿菌中稱為DnaA蛋白)?！窠K點(diǎn)(terminus)：終止復(fù)制的序列位點(diǎn).●復(fù)制叉(replicationfork)：復(fù)制開始后由于DNA雙鏈解開，在兩股單鏈上進(jìn)行復(fù)制，形成在顯微鏡下可看到的叉狀結(jié)構(gòu)。A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)B.復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(diǎn)(termination,ter)oriterABC原核生物：只有一個(gè)復(fù)制子真核生物：多個(gè)復(fù)制子，多個(gè)起點(diǎn)，形成多個(gè)“復(fù)制眼”或“復(fù)制泡”5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制子3’2.起始點(diǎn)和方向

1）原核生物和真核生物復(fù)制都是在DNA分子特定的位置起始的，如大腸桿菌起始點(diǎn)有固定的保守順序GATC和TTATCCACA，多次出現(xiàn)，可被酶識(shí)別。

2）方向：大多是雙向、對(duì)稱復(fù)制,也有單向或不對(duì)稱的。

3）速度：原核復(fù)制叉移動(dòng)快(約1000個(gè)核苷酸/s);真核生物復(fù)制叉移動(dòng)慢(約50個(gè)核苷酸/s)。典型動(dòng)物細(xì)胞所含DNA是細(xì)菌中的50倍左右，但兩者DNA的復(fù)制時(shí)間差異不很大（大腸桿菌40min，真核通常幾小時(shí)），因?yàn)檎婧松餅槎鄰?fù)制子。復(fù)制起始點(diǎn)、復(fù)制子與復(fù)制叉（動(dòng)畫演示）二.DNA聚合酶(DNApolymerase,DNA-pol)(一)DNA聚合酶的反應(yīng)特點(diǎn)DNA聚合酶是一種催化依賴模板的以脫氧核苷三磷酸為前體合成DNA的酶。1956年Arthurkornberg等首先從大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶，其后在不同的生物中都找到有這種酶。DNA聚合酶的反應(yīng)特點(diǎn)：?

4種dNTP底物：(dATPdGTPdCTPdTTP)；?接受模板指導(dǎo):

解開成單鏈的DNA母鏈；?需引物提供3′-OH；?新鏈生長(zhǎng)方向：5′→3′；?產(chǎn)物DNA性質(zhì)與模板相同。

此外,DNA復(fù)制過(guò)程中還需其它酶和蛋白質(zhì)因子.模板DNA鏈引物新加入的dNTP脫氧核糖親核攻擊5′3′生長(zhǎng)的DNA鏈*

引物(primer)是一和模板鏈互補(bǔ)的線性片段,其上帶有能與核苷酸相結(jié)合的游離3′-OH.引物通常是寡聚RNA.（二）大腸桿菌DNA聚合酶有五種，即DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ。1.大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ—polⅠ

也稱Kornberg酶,是各種DNA聚合酶中研究的最透徹的，它的一些特點(diǎn)代表了DNA聚合酶的基本特點(diǎn)：1）polⅠ的性質(zhì)分子量：103000，單鏈，球形，活性部位含Zn2＋,每個(gè)細(xì)胞有400個(gè)酶分子。323個(gè)氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604個(gè)氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。

模板聚合酶活性位點(diǎn)引物3′→5′外切酶位點(diǎn)2）功能：

①

5′→3′聚合酶活性（大片段上）；酶與模板結(jié)合后構(gòu)象改變，識(shí)別堿基，正確配對(duì)后才發(fā)揮聚合作用；（錯(cuò)誤率10-5）②

3′→

5′外切酶活性（大片段上）；僅對(duì)短的單鏈DNA起作用，主要是對(duì)新生DNA鏈進(jìn)行校對(duì)，防止“錯(cuò)配”；（錯(cuò)誤率5*10-2）

③

5′→3′外切酶活性（小片段上）。僅作用于雙鏈DNA，可切除由紫外線照射形成的嘧啶二聚體，也可切除岡崎片段5’端RNA引物。2）功能：

5′→3′聚合酶的選擇作用和3′→

5′外切酶的校對(duì)作用使DNA復(fù)制過(guò)程受到雙重核對(duì)，大大減少了錯(cuò)誤率。

可見，DNApolⅠ是1個(gè)多功能酶。但它不是DNA合成的主要酶，持續(xù)合成能力（指DNA聚合酶解離前所能加上的核苷酸的平均數(shù)目）較低。故其功能主要是：對(duì)復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對(duì)DNA損傷進(jìn)行修復(fù)，以及在DNA復(fù)制時(shí)RNA引物的切除及其空隙的填補(bǔ)。2.大腸桿菌DNA聚合酶Ⅱ——polⅡ1）多亞基，聚合酶亞基(單鏈)分子量為88000,

每個(gè)細(xì)胞有100個(gè)酶分子2）功能：①

5′→3′聚合酶活性；

②

3′→5′外切酶活性。

（該酶無(wú)5′→3′外切酶活性;且活性低，表明該酶仍不是主要的復(fù)制酶，可能是一種修復(fù)酶。一般在無(wú)DNA聚合酶Ⅰ和酶Ⅲ時(shí)，該酶才起作用，具體功能仍不清楚）

目前認(rèn)為該酶主要參與DNA損傷的修復(fù)。3.大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ——polⅢ

真正的DNA復(fù)制酶，1971年發(fā)現(xiàn)

1）polⅢ是真正起復(fù)制作用的酶，由10種亞基組成不對(duì)稱二聚體,含Zn2+，α、ε、θ組成核心酶

2）功能：

①

5′→3′聚合酶活性（α亞基）；

②

3′→5′外切酶活性（ε亞基）。

該酶在原核細(xì)胞中主要負(fù)責(zé)DNA鏈的延伸，是復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶。

(該酶無(wú)5′→3′外切酶活性)

E.coliDNA

聚合酶Ⅲ不對(duì)稱二聚體ε''ε可滑動(dòng)的夾持器亞基催化亞基3′→5′外切酶亞基前導(dǎo)鏈合成后隨鏈合成

夾持器裝置催化亞基亞基保持核心酶的二聚體結(jié)構(gòu)酶的各個(gè)亞基的作用見表5-1.α亞基具有5′→3′方向合成DNA的催化活性ε亞基具有3′→5′外切酶活性，起校對(duì)功能，可提高聚合酶Ⅲ復(fù)制DNA的保真性亞基可能起組建的作用β亞基猶如夾子，功能是識(shí)別引物、夾住DNA

分子向前滑動(dòng)亞基起著促使核心酶二聚化的作用其余的亞基構(gòu)成-復(fù)合物，主要功能是幫助亞基夾住DNA（也稱夾子裝置器），并有增強(qiáng)核心酶活性的作用DNA聚合酶polⅠpolⅡpolⅢ

亞基數(shù)目1≥4≥105′→3′聚合酶活性+++3′→5′外切酶活性+++5′→3′外切酶活性+-

-聚合速度(核苷酸/分)1000~1200240015000-60000

持續(xù)合成能力3~2001500≥500000分子數(shù)/細(xì)胞40010010~20功能切除引物,修復(fù)修復(fù)復(fù)制表大腸桿菌3種DNA聚合酶性質(zhì)比較4）大腸桿菌DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ1999年發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶

Ⅳ和Ⅴ，參與DNA的錯(cuò)誤傾向修復(fù)。當(dāng)DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，正常的DNA聚合酶在該處不能形成正確的堿基配對(duì)而停止修復(fù)，此時(shí)誘導(dǎo)產(chǎn)生這兩種酶，能在損傷部位繼續(xù)復(fù)制，但修復(fù)的準(zhǔn)確性較差，會(huì)造成較高的突變率，這雖然會(huì)殺死許多細(xì)胞，但至少可以克服復(fù)制障礙，使少數(shù)突變的細(xì)胞得以存活，從而延續(xù)種系。（三）與DNA的復(fù)制過(guò)程有關(guān)的其他酶和蛋白質(zhì)因子（以大腸桿菌為例）除DNA聚合酶外，還需要20多種不同的酶和蛋白質(zhì)因子的參與，整個(gè)復(fù)合物統(tǒng)稱為DNA復(fù)制酶系統(tǒng)(DNAreplicasesystem)或者復(fù)制體(replisome)。解旋酶（helicase）：DNA復(fù)制時(shí)，解旋酶沿著DNA母鏈滑動(dòng)使之解旋，同時(shí)打開雙鏈之間的氫鍵，這一過(guò)程所消耗的化學(xué)能通過(guò)ATP水解提供。（三）與DNA的復(fù)制過(guò)程有關(guān)的其他酶和蛋白質(zhì)因子（以大腸桿菌為例）拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase）：用于消除螺旋狀DNA解旋時(shí)產(chǎn)生的拓?fù)鋺?yīng)力。拓?fù)洚悩?gòu)酶I主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，與轉(zhuǎn)錄有關(guān)；拓?fù)洚悩?gòu)酶II分布在染色質(zhì)骨架蛋白和核基質(zhì)部位，同復(fù)制有關(guān)。單鏈DNA結(jié)合蛋白（singlestrandDNAbindingprotein,SSB）引物酶（primase）：促使引物合成。DNA連接酶（DNAligase）可分為三個(gè)階段：合成的起始，延伸，終止。（一）起始（以大腸桿菌為例，圖5-9）至少有9種酶或蛋白質(zhì)參與復(fù)制的起始。起始位點(diǎn)是245bp構(gòu)成的高度保守序列，有兩個(gè)關(guān)鍵序列，一個(gè)由13bp組成的3次重復(fù)片段和一個(gè)由9bp組成的4次重復(fù)片段。合成起始階段的關(guān)鍵部分是DnaA蛋白（只與負(fù)超螺旋的DNA相結(jié)合）。原核生物的SSB與DNA的結(jié)合有明顯的協(xié)同效應(yīng)。三、雙鏈DNA復(fù)制的分子機(jī)制圖5-9.

大腸桿菌起始點(diǎn)oriC的復(fù)制引發(fā)模型

A.約20個(gè)各帶1個(gè)ATP

的DnaA蛋白結(jié)合于

9bp序列，使DNA圍

繞著復(fù)合物卷成一圈

B.三個(gè)富含A=T的

13bp重復(fù)序列被變性

C.在DnaC蛋白的幫助

下DnaB蛋白進(jìn)一步

使DNA解螺旋，以

備引物和DNA的合成3組13個(gè)堿基對(duì)重復(fù)DnaA+ATP4組9個(gè)堿基對(duì)重復(fù)oriCHU+ATPDnaBDnaC+ATPDnaB解旋酶引發(fā)與復(fù)制ACB表5-3大腸桿菌復(fù)制起始點(diǎn)引發(fā)DNA復(fù)制所需的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)亞基數(shù)功能DnaA蛋白質(zhì)1識(shí)別起始點(diǎn)序列，在起始點(diǎn)特異部位解開起始點(diǎn)雙鏈DnaB蛋白質(zhì)（解旋酶）6使DNA解旋，解開DNA雙鏈DnaC蛋白質(zhì)1幫助DnaB結(jié)合在起點(diǎn)HU2類組蛋白；使DNA彎曲，刺激復(fù)制的引發(fā)引物酶（DnaG蛋白質(zhì)）1合成RNA引物單鏈DNA結(jié)合蛋白質(zhì)（SSB）4結(jié)合單鏈DNARNA聚合酶5有利于提高DnaA的活性DNA旋轉(zhuǎn)酶（DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ）4消除因DNA解旋而產(chǎn)生的應(yīng)力Dam甲基化酶1使oriC處（5'）GATC序列甲基化（二）延伸DNA的兩條鏈都能作為模板。由于DNA分子的一條鏈的走向?yàn)?′→5′，另一條鏈為5′→3′；而所有已知DNA聚合酶的合成方向都是5′→3′。為了解決這個(gè)矛盾，1968年，日本學(xué)者Okazaki等提出了DNA的不連續(xù)復(fù)制模型，認(rèn)為：沿3′→5′模板鏈合成的子鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成，而沿5′→3′方向合成的子鏈?zhǔn)欠侄魏铣?，由許多DNA片段連接起來(lái)的。1、岡崎片段和半不連續(xù)復(fù)制以復(fù)制叉向前移動(dòng)的方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，一條模板鏈?zhǔn)?′→5′走向，在其上DNA能以5′→3′方向連續(xù)合成，稱為前導(dǎo)鏈（leadingstrand）；另一條模板鏈?zhǔn)?′→3′走向，在其上DNA也是從5′→3′方向合成，但是與復(fù)制叉移動(dòng)的方向正好相反，所以隨著復(fù)制叉的移動(dòng)，形成許多不連續(xù)的片段，最后連成一條完整的DNA鏈，該鏈成為滯后鏈或后隨鏈（laggingstrand）。

岡崎片段(Okazakifragment)：

在不連續(xù)的后隨鏈DNA合成中形成的DNA短片段，在原核生物為1000～2000核苷酸，真核生物約100～200核苷酸。1968年岡崎發(fā)現(xiàn)。DNA的半不連續(xù)復(fù)制:DNA雙鏈復(fù)制時(shí)，一條鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的(前導(dǎo)鏈,leadingstrand)，另一條鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)合成的(滯后鏈或后隨鏈,laggingstrand)，這種前導(dǎo)鏈的連續(xù)復(fù)制和后隨鏈的不連續(xù)復(fù)制方式稱DNA的半不連續(xù)復(fù)制。35353′5′3′5′解鏈方向領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)后隨鏈(laggingstrand)DNA的半不連續(xù)復(fù)制3′5′復(fù)制叉起點(diǎn)復(fù)制叉延伸延伸起點(diǎn)領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈隨后鏈隨后鏈3’5’3’5’DNA的雙向復(fù)制5’5’5’5’5’5’5’5’3’3’3’3’3’3’3’2、DNA半不連續(xù)復(fù)制中的RNA引物

（1）前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成都需要RNA引物。（2）引物合成酶(DnaG)：是以DNA為模板的RNA聚合酶（合成方向5′→3′），與DNA聚合酶不同的是，它不需要引物，只需要DNA模板，就可以在其上合成新的RNA鏈。

(3)引物RNA的起始和終止的位置受解鏈酶、引發(fā)酶、模板順序及其二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響。（4）DNA聚合酶Ⅰ切除前導(dǎo)鏈及岡崎片段的引物后,填補(bǔ)空缺，由DNA連接酶將切口連接。RNA引物的合成稱作“引發(fā)”。

后隨鏈的合成需多次引發(fā)作用，而發(fā)動(dòng)前導(dǎo)鏈的合成只需一次引發(fā)。

前導(dǎo)鏈的引物一般比岡崎片段的引物略長(zhǎng)一些，前者大約為10～60核苷酸，后者通常為5～10核苷酸。

成熟的DNA是不含RNA的，RNA引物最終被DNA所置換。3、DNA連接酶（ligase）催化兩段DNA之間的連接:35535353HOP

DNAligaseNADATPNMNAMP+PPi′′′′′′′′+DNA連接酶（1967年發(fā)現(xiàn)）：若雙鏈DNA中一條鏈有切口,一端是3′-OH，另一端是5′-磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，而使切口連接。

但它不能將兩條游離的DNA單鏈連接起來(lái)。磷酸基必需通過(guò)腺苷化激活。大腸桿菌和其它細(xì)菌的DNA連接酶需要NAD+提供能量;在高等生物和噬菌體中，則要ATP提供能量。3'5'3'5'OHP4.母本DNA雙鏈的分離

(1)DNA解鏈酶(解螺旋酶,DnaB)：通過(guò)水解ATP將復(fù)制叉前方的DNA雙鏈打開。每解開一對(duì)堿基需要水解2個(gè)ATP分子。

(2)單鏈結(jié)合蛋白(SSB)：穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈，阻止復(fù)性和保護(hù)單鏈不被核酸酶降解。

(3)DNA旋轉(zhuǎn)酶或拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ:兼有內(nèi)切酶和連接酶活性,可迅速使DNA兩條鏈斷開又接上,消除解鏈酶產(chǎn)生的拓?fù)鋸埩Α．?dāng)引入負(fù)超螺旋時(shí)需要由ATP提供能量,同復(fù)制有關(guān)。（三）終止復(fù)制的最后，大腸桿菌染色體的兩個(gè)復(fù)制叉在終止區(qū)域相遇，這個(gè)區(qū)域含有20個(gè)堿基對(duì)序列，叫做Ter序列（Terminus，終止的意思）。該序列排列在染色體上造成一種陷阱，即復(fù)制叉到此就停止不再向前進(jìn)行。Ter序列的功能是結(jié)合一種叫做Tus的蛋白質(zhì)(terminusutilizationsubstance,即終止利用物質(zhì)).Tus-Ter復(fù)合體能夠阻止單方向前進(jìn)的復(fù)制叉，該復(fù)合體只能對(duì)一個(gè)復(fù)制叉起作用。（三）終止當(dāng)一個(gè)復(fù)制叉遇到Tus-Ter復(fù)合體時(shí)，復(fù)制停止；另一復(fù)制叉在遇到已停止的復(fù)制叉時(shí)復(fù)制也隨之停止。最后的數(shù)百個(gè)位于這些大的蛋白質(zhì)復(fù)合體之間的堿基對(duì)尚沒(méi)被復(fù)制。其后兩條親代母鏈解開，通過(guò)修復(fù)方式填補(bǔ)空缺，形成了兩個(gè)交聯(lián)在一起的環(huán)狀染色體。這種拓?fù)浠ヂ?lián)環(huán)稱為連環(huán)體（catenane）,大腸桿菌的交聯(lián)DNA環(huán)的分離需要拓?fù)洚悩?gòu)酶IV（一種II型拓?fù)洚悩?gòu)酶），分離開的染色體在細(xì)胞分裂時(shí)分別進(jìn)入子細(xì)胞。包括真核生物的DNA病毒在內(nèi)的其他環(huán)狀染色體復(fù)制的終止機(jī)制都與此類似。

細(xì)菌復(fù)制終止區(qū)含有多個(gè)約20bp的終止子(terminator)位點(diǎn)，E.coli有7個(gè)終止子位點(diǎn)。總結(jié):

原核生物DNA的復(fù)制過(guò)程:(以大腸桿菌為例)●起始----RNA引物的合成●

DNA鏈的延伸●終止B.RNA引物的合成引發(fā)體先與DNA起始部位雙鏈結(jié)合，通過(guò)引物合成酶形成前導(dǎo)鏈引物后，再沿5′→3′模板鏈與復(fù)制叉同向移動(dòng)，在移動(dòng)中斷斷續(xù)續(xù)形成岡崎片段的RNA引物。A.雙鏈的解開

DNA旋轉(zhuǎn)酶(拓?fù)洚悩?gòu)酶Π)、DNA解鏈酶、單鏈結(jié)合蛋白協(xié)同作用C.DNA鏈的延伸

在DNApolШ的催化下，以四種dNTP為底物，在RNA引物的3′端以磷酸二酯鍵連接上脫氧核苷酸并釋放出焦磷酸。DNA鏈的延伸同時(shí)進(jìn)行領(lǐng)頭鏈和后隨鏈的合成。5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol①前導(dǎo)鏈的延長(zhǎng)：

DNApolⅢ全酶二聚體的一個(gè)亞基與前導(dǎo)鏈的模板結(jié)合而發(fā)揮催化作用，與復(fù)制叉同向。②滯后鏈的延長(zhǎng)滯后鏈上合成的岡崎片段是多種酶共同作用的結(jié)果。DnaB解旋酶和DnaG引物酶組成了一個(gè)復(fù)制的功能單元，稱為引發(fā)體(primosome)。DNA聚合酶Ⅲ以其一套核心部分（核心聚合酶）連續(xù)合成前導(dǎo)鏈，同時(shí)，另一套核心聚合酶在滯后鏈環(huán)上從一個(gè)岡崎片段滑動(dòng)到另一個(gè)岡崎片段。當(dāng)岡崎片段合成到一定長(zhǎng)度，其3′-OH遇到上一個(gè)岡崎片段時(shí)即停止合成，DNA聚合酶III的核心部分與β滑動(dòng)夾(及完成的岡崎片段）分離，然后再俘獲新的β滑動(dòng)夾，新的岡崎片段的合成開始。一旦岡崎片段合成完成，通過(guò)DNA聚合酶I去除其RNA引物，以前一個(gè)岡崎片段的3′-羥基為引物，催化合成DNA取而代之，并形成一個(gè)切口，這個(gè)切口由DNA連接酶連接封閉。合成過(guò)程中復(fù)制復(fù)合物本身并沒(méi)有不斷移動(dòng)，而是靠與質(zhì)膜結(jié)合的DNA移動(dòng)通過(guò)固定的復(fù)合物來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)合成的過(guò)程是相當(dāng)快速的，新DNA的每條鏈(前導(dǎo)鏈和滯后鏈)大約每秒添加1000個(gè)核苷酸。DNA聚合酶Ⅲ催化領(lǐng)頭鏈和隨從鏈同時(shí)合成D.復(fù)制終止

細(xì)菌環(huán)狀染色體的兩個(gè)復(fù)制叉向前推移，在終止區(qū)相遇而停止復(fù)制，復(fù)制體解體。

這樣,以兩條親代DNA鏈為模板，各自形成一條新的DNA互補(bǔ)鏈，結(jié)果形成了兩個(gè)DNA雙股螺旋分子。復(fù)制的保真性(fidelity)主要依賴3種機(jī)制：

聚合酶對(duì)堿基的選擇；

3′→5′方向的外切核酸酶活性起校正作用;

復(fù)制后錯(cuò)配現(xiàn)象的特異性修復(fù)機(jī)制。5.DNA聚合酶的“校對(duì)”(proofreading)作用

大腸桿菌DNA復(fù)制錯(cuò)配率約10-9~10-10。其染色體中有4.5×106bp，平均每1000～10000個(gè)細(xì)胞經(jīng)過(guò)一次分裂才會(huì)插入一個(gè)不正確的堿基。小結(jié)－維持DNA復(fù)制準(zhǔn)確性的因素：內(nèi)因:①按堿基配對(duì)原則②DNA聚合酶的作用

?對(duì)堿基的識(shí)別作用----選擇正確的堿基摻入到引物末端；

?對(duì)底物的識(shí)別作用----先識(shí)別引物最后一個(gè)堿基是否正確,后識(shí)別摻入的dNTP是否正確；

?校正閱讀----3′→5′外切酶的作用；③RNA引物最終被切除,提高了復(fù)制準(zhǔn)確性；④復(fù)制完成后對(duì)錯(cuò)配堿基進(jìn)行修復(fù)的酶系統(tǒng)。外因：

?四種dNTP要平衡；

?Mn2+和Mg2+的比例、濃度（酶活）DNA復(fù)制的分子機(jī)制的基本特點(diǎn)

復(fù)制的結(jié)果是半保留復(fù)制，復(fù)制的過(guò)程是半不連續(xù)復(fù)制。復(fù)制以復(fù)制單位進(jìn)行，起始于特定的位點(diǎn)（復(fù)制起點(diǎn)）。復(fù)制可以是單向，也可以是雙向，后者更為常見。復(fù)制時(shí)，DNA的兩條鏈都從5′端向3′端延伸。前導(dǎo)鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成，而后續(xù)鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)合成。DNA的合成始于RNA引物的合成，因此前導(dǎo)鏈只有一次RNA合成，滯后鏈的岡崎片斷每個(gè)都有RNA引物的合成。RNA引物隨后由DNA片段替換，相鄰的DNA片段連接形成一條完整的DNA鏈。DNA聚合酶的校對(duì)功能和細(xì)胞的錯(cuò)誤修復(fù)功能維持DNA分子的準(zhǔn)確性和忠實(shí)性。第二節(jié)真核生物的DNA復(fù)制真核生物中的DNA分子通常比大腸桿菌等原核生物大；真核生物的DNA通常都與組蛋白構(gòu)成核小體，以染色質(zhì)的形式存在于細(xì)胞核中；真核生物DNA復(fù)制的岡崎片段長(zhǎng)約200bp左右，相當(dāng)于一個(gè)核小體DNA的堿基對(duì)長(zhǎng)度。

一、

真核生物的DNA聚合酶DNA-polα－－現(xiàn)認(rèn)為其功能只是合成引物DNA-polδ－－在復(fù)制延長(zhǎng)中起催化作用DNA-polε－－校對(duì)、修復(fù)、填補(bǔ)(類似E.coliDNApolI)DNA-polγ

－－線粒體DNA合成DNA-polβ－－核DNA修復(fù)與原核生物的DNA聚合酶相似：均以4種脫氧核苷三磷酸為底物，需Mg2+激活，有模板和含有游離3′-OH引物存在，新鏈向5′→3′方向延伸。

4~84細(xì)胞核染色體的復(fù)制由DNA聚合酶α、δ和ε共同完成。聚合酶α合成引物，聚合酶δ是主要的復(fù)制酶，聚合酶ε可能相當(dāng)于細(xì)菌DNA聚合酶Ⅰ，是修復(fù)酶，也有報(bào)道它參與前導(dǎo)鏈的合成。DNA聚合酶δ與另一種稱為增殖細(xì)胞核抗原（proliferatingcellnuclearantigen,PCNA）的復(fù)制因子相結(jié)合，構(gòu)成真核生物的復(fù)制復(fù)合體，該因子由四個(gè)相對(duì)分子量為29000的亞基組成一個(gè)環(huán)狀的同源四聚體。PCNA相當(dāng)于大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ的β亞基，它形成的環(huán)狀?yuàn)A子穩(wěn)定DNA聚合酶δ和DNA的相互作用，極大增加聚合酶的持續(xù)合成能力?，F(xiàn)也有報(bào)道一些新發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶如DNA聚合酶ζ、η、ι、κ和Rev1,他們主要參與DNA的損傷修復(fù)，因此保真性較低。在真核生物的DNA復(fù)制中，復(fù)制蛋白-A（replicationproteinA,RPA）是真核生物的單鏈DNA結(jié)合蛋白，相當(dāng)于大腸桿菌的SSB蛋白。復(fù)制因子-C（replicationfactorC,RFC）由一個(gè)大亞基（145kD）和四個(gè)小亞基（40，38，37和36kD）組成，具有DNA依賴的ATP酶活性，是夾子裝置器（clamploader），相當(dāng)于大腸桿菌的γ復(fù)合體，幫助PCNA因子在DNA雙鏈的裝卸。此外，它還促進(jìn)復(fù)制體的裝配。二、染色質(zhì)復(fù)制也可以分為起始、延伸和終止三個(gè)階段。也是DNA聚合酶和多種蛋白的協(xié)調(diào)作用的結(jié)果。在復(fù)制叉上有一個(gè)DNA聚合酶α，以合成引物；DNA聚合酶ε和DNA聚合酶δ，分別合成前導(dǎo)鏈和滯后鏈。1.起始復(fù)合體(originrecognitioncomplex,ORC)ORC以一種依賴ATP的方式結(jié)合到起始位點(diǎn)，并作為其它起始因子的裝配骨架。ORC所結(jié)合的DNA序列變化非常大。ORC的定位與起始的選擇涉及到許多精細(xì)調(diào)控途徑，也受ORC-染色質(zhì)上游和下游許多調(diào)節(jié)因子的作用，但是目前仍不清楚ORC是如何發(fā)現(xiàn)這些序列。1.起始復(fù)合體(originrecognitioncomplex,ORC)真核生物合成DNA時(shí)，首先構(gòu)建前起始復(fù)合體。在G1期ORC先結(jié)合到DNA上，然后核復(fù)合體相關(guān)蛋白（nucleolarcomplex-associatedproteinsNOC）、CDC6（celldivisioncycle，細(xì)胞分裂周期蛋白）和CDT1（CDC10dependenttranscript,CDC10依賴性轉(zhuǎn)錄因子），以及MCM2~7(minichromosomemaintenanceprotein,微小染色體維持蛋白)復(fù)合體等依次結(jié)合上來(lái)，在結(jié)合MCM后，CDC6和CDT1從復(fù)制前起始復(fù)合體脫落，形成一個(gè)有效復(fù)制前起始復(fù)合體。1.起始復(fù)合體(originrecognitioncomplex,ORC)在G1/S轉(zhuǎn)換時(shí)，CDC45、TOPBP1(topoisomeraseIIbindingprotein1,拓?fù)洚悩?gòu)酶II結(jié)合蛋白1）和MCM8~10協(xié)助GINS(goichinisan，polε輔助因子）復(fù)合物的加載，DNA解螺旋，DNA聚合酶的結(jié)合，使復(fù)制前起始復(fù)合體轉(zhuǎn)變成復(fù)制起始復(fù)合體。

圖5-15.真核細(xì)胞核DNA復(fù)制的模型（A）起始前復(fù)合物的組成。（B）起始復(fù)合物的組成。（C）DNA復(fù)制叉的組成。CDT1CDC6ORCNOC3MCM2-7CDC45GINS2-7MCMORCNOC3MCM8MCM10MCM9TOPBP1polδPCNARFCRPApolαGINSCDC45MCM2-7前導(dǎo)鏈滯后鏈MCM8MCM10MCM9（C）延伸（B）起始（A）起始前polε2.復(fù)制復(fù)制起始復(fù)合體形成后，MCM2~7，CDC45和GINS使雙螺旋DNA解旋。GINS促進(jìn)polε的聚合作用，前導(dǎo)鏈合成主要由polε來(lái)完成。在滯后鏈上，RPA穩(wěn)定ssDNA，polα先合成一個(gè)10個(gè)核苷酸的RNA引物，繼之在引物的3′端合成20～30個(gè)脫氧核苷酸的DNA片段，然后被polδ替代，由其完成岡崎片段的合成。RFC協(xié)助PCNA（增殖細(xì)胞核抗原）加載到polδ上，增加polδ的持續(xù)合成能力，而MCM8~10在此過(guò)程中準(zhǔn)確地作用尚不清（圖5-15，C）。2.復(fù)制在滯后鏈的合成中，相鄰岡崎片段的連接是在核酸酶、FEN1（flapendonuclease1,側(cè)翼核酸內(nèi)切酶）、DNA聚合酶等共同作用下完成。RNA引物被RNaseH1、成熟因子-1(maturationfactor，MF）等核酸酶水解，然后由DNA聚合酶ε填補(bǔ)缺口，DNA連接酶連接切口，圖5-16提供了目前大家比較公認(rèn)的三個(gè)滯后鏈連接模型。在DNA合成時(shí)究竟是酶在移動(dòng)還是DNA在移動(dòng)？最近研究表明DNA聚合酶在合成DNA時(shí)為固定狀態(tài)，原核生物的DNA聚合酶固定在細(xì)胞膜上，真核生物固定在核基質(zhì)上。所有參與DNA復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)，也包括固定DNA聚合酶的蛋白質(zhì)都固定在同一位置，從而構(gòu)成復(fù)制體。DNA復(fù)制過(guò)程中復(fù)制子與復(fù)制體結(jié)合，形成復(fù)制簇。新合成的DNA從復(fù)制體向外滑出，同時(shí)親代DNA通過(guò)固定點(diǎn)向內(nèi)移動(dòng)。在此過(guò)程中親本鏈形成的環(huán)逐漸收縮，復(fù)制鏈形成的環(huán)不斷增大。這樣DNA進(jìn)入復(fù)制體被復(fù)制，進(jìn)去的是母鏈，出來(lái)的是子鏈（圖5-18）。圖5-18.復(fù)制子簇內(nèi)DNA復(fù)制模型

復(fù)制起點(diǎn)親本鏈復(fù)制鏈復(fù)制體復(fù)制鏈復(fù)制起點(diǎn)親本鏈復(fù)制體真核生物中DNA的復(fù)制特點(diǎn)1、真核生物染色體有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)制子。2、岡崎片段長(zhǎng)約200bp。3、真核生物DNA復(fù)制速度比原核慢。4、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點(diǎn)不再重新開始復(fù)制；而在快速生長(zhǎng)的原核中，起點(diǎn)可以連續(xù)發(fā)動(dòng)復(fù)制。真核生物快速生長(zhǎng)時(shí)，往往采用更多的復(fù)制起點(diǎn)。真核生物中DNA的復(fù)制特點(diǎn)5、真核生物有多種DNA聚合酶。6、真核生物線性染色體兩端有端粒結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端連接。由端粒酶負(fù)責(zé)新合成鏈5端RNA引物切除后的填補(bǔ)，亦保持端粒的一定長(zhǎng)度。7、真核生物的染色體以核小體為結(jié)構(gòu)單位，在其復(fù)制時(shí)，組成核小體的組蛋白是全保留式的復(fù)制。8、真核生物DNA的復(fù)制要復(fù)雜的多，目前仍有許多未解之謎。

端粒端粒中心粒圖真核生物染色體

端粒(telomere)是真核生物線性染色體的兩個(gè)末端所具有的特殊結(jié)構(gòu),其共同特點(diǎn)是一條鏈上富含T、G短序列的多次重復(fù),而其互補(bǔ)鏈上富含A、C。三、端粒的復(fù)制端粒主要有兩大生理功能：

（1）維持染色體結(jié)構(gòu)的完整性，防止染色體被核酸酶降解及染色體間相互融和。（2）防止染色體結(jié)構(gòu)基因在復(fù)制時(shí)丟失，解決了末端復(fù)制的難題。

DNA復(fù)制時(shí)，DNA聚合酶必須在RNA引物基礎(chǔ)上從5′向3′方向延伸，而5′端RNA引物去除后因無(wú)引物的存在而不能復(fù)制，結(jié)果每復(fù)制一次染色體末端將丟失一段序列。端粒的存在使每次丟失的僅為端粒的一部分，從而保護(hù)了染色體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)基因。另外，有些研究還顯示，端粒與核運(yùn)動(dòng)有關(guān)，可能對(duì)同源染色體的配對(duì)重組有重要意義。

線性DNA在復(fù)制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出現(xiàn)縮短。故需要在端粒酶(telomerase)的催化下，進(jìn)行延長(zhǎng)反應(yīng)。53355335端粒酶是一種RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，它可以其RNA為模板，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程對(duì)末端DNA鏈進(jìn)行延長(zhǎng)。端粒酶的爬行模型（動(dòng)畫演示）母鏈藉非標(biāo)準(zhǔn)堿基配對(duì)回折DNA聚合酶端粒合成完成進(jìn)一步加工四、DNA復(fù)制的調(diào)控

就目前所知，起始階段是DNA復(fù)制中唯一的一個(gè)可以受調(diào)節(jié)的階段，由于受到調(diào)節(jié)而使得真核細(xì)胞在一個(gè)細(xì)胞周期中發(fā)生一次復(fù)制。調(diào)節(jié)的機(jī)制尚未了解清楚。原核生物的調(diào)控原核生物DNA的甲基化以及與細(xì)胞質(zhì)膜的相互作用可以影響復(fù)制的起始時(shí)間。Dam甲基化酶可以使oriCDNA甲基化，甲基化發(fā)生在回文序列GATC中腺嘌呤的N6位（Dam代表腺嘌呤甲基化的縮寫）。大腸桿菌的oriC區(qū)域有很多GATC序列片段，這一片段在大腸桿菌染色體中的平均頻率是每256個(gè)堿基對(duì)中有1個(gè)，而在oriC區(qū)域的245個(gè)堿基對(duì)中就有11個(gè)這樣的片段。原核生物的調(diào)控復(fù)制完成后，DNA是半甲基化，即oriC區(qū)域的母鏈?zhǔn)羌谆?，而新合成的鏈沒(méi)有甲基化。oriC的半甲基化序列會(huì)在質(zhì)膜上滯留一段時(shí)間（機(jī)制尚不清楚）。當(dāng)oriC從質(zhì)膜上釋放出來(lái)，在它再次與DnaA結(jié)合并引發(fā)DNA復(fù)制之前，它必須由甲基化酶將其甲基化。復(fù)制起始的調(diào)節(jié)可能也涉及到由DnaA蛋白質(zhì)引起的ATP的緩慢水解，因?yàn)檫@種調(diào)節(jié)使DnaA蛋白質(zhì)在活化態(tài)（與ATP結(jié)合）和非活化態(tài)（與ADP結(jié)合）間發(fā)生循環(huán)變化。真核生物的調(diào)控（遠(yuǎn)比原核生物更為復(fù)雜）真核生物的細(xì)胞有多條染色體，每一條染色體上有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，所以是多復(fù)制子。它們的復(fù)制是由時(shí)間控制，并不是所有起點(diǎn)都是同一時(shí)間被激活的，而是有先有后。復(fù)制時(shí)間與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA甲基化及轉(zhuǎn)錄活性有關(guān)。通常活性區(qū)先復(fù)制，異染色質(zhì)區(qū)晚復(fù)制。復(fù)制是雙向的，相鄰兩復(fù)制起點(diǎn)形成的復(fù)制叉相遇后借助拓?fù)洚悩?gòu)酶而使子代分子分開。真核生物的調(diào)控（遠(yuǎn)比原核生物更為復(fù)雜）真核生物似乎沒(méi)有復(fù)制終止子。染色體復(fù)制在一個(gè)細(xì)胞周期中只發(fā)生一次，所有基因既無(wú)丟失，也不會(huì)過(guò)剩。這一機(jī)制被認(rèn)為是復(fù)制許可因子（replicationlicensingfactor）所控制。該因子為復(fù)制起始所必需，但一旦復(fù)制起始后它即被滅活或者降解。由于復(fù)制許可因子不能通過(guò)核膜，只能經(jīng)過(guò)有絲分裂在重建核結(jié)構(gòu)時(shí)才能進(jìn)入核內(nèi)并作用于染色體的復(fù)制起點(diǎn)，這使其僅在有絲分裂后期才能與復(fù)制起點(diǎn)相互作用。真核生物的復(fù)制起始是受多種因子的調(diào)控，這些因子的磷酸化和去磷酸化直接影響著復(fù)制的起始。

第三節(jié)DNA的損傷修復(fù)

DNA的損傷：DNA在復(fù)制時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)配、病毒基因整合，某些理化因子如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變等，破壞DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而影響DNA的復(fù)制，并使DNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯也跟著變化，因而表現(xiàn)出異常的特征（生物突變）。

引發(fā)突變的因素物理因素紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV化學(xué)因素目錄突變分子的改變類型錯(cuò)配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)框移(frame-shift)

DNA分子上的堿基錯(cuò)配稱點(diǎn)突變(pointmutation)。發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。1.轉(zhuǎn)換發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。2.顛換（一）錯(cuò)配鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

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C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

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C肽鏈CTCGAG基因（二）缺失、插入和框移缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。插入：原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間?？蛞仆蛔兪侵溉?lián)體密碼的閱讀方式改變，造成肽鏈氨基酸排列順序發(fā)生改變。

缺失或插入都可導(dǎo)致框移突變

。谷酪蛋絲5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙纈組纈正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突變（三）重排DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排。

由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型目錄DNA損傷的修復(fù)修復(fù)(repairing)

是對(duì)已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。錯(cuò)配修復(fù)切除修復(fù)(directrepairing)直接修復(fù)(excisionrepairing)重組修復(fù)(recombinationrepairing)SOS修復(fù)

修復(fù)的主要類型一、錯(cuò)配修復(fù)（mismatchrepair

）原核生物：依賴于模板鏈所提供的信息，可提高復(fù)制的忠實(shí)性102~103。修復(fù)系統(tǒng)須首先識(shí)別模板和新合成的鏈；鏈的識(shí)別是依賴于Dam甲基化酶的作用，酶使DNA的5′-GATC序列中腺嘌呤的N6位甲基化。在DNA復(fù)制后的一段時(shí)間，模板甲基化而新鏈不甲基化，未被甲基化的GATC序列就是新合成鏈與模板鏈的區(qū)分點(diǎn)。復(fù)制錯(cuò)配發(fā)生在GATC序列半甲基化的附近，就依據(jù)已甲基化的模板的信息去修復(fù)。這種甲基指導(dǎo)的錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)中可以有效修復(fù)錯(cuò)配達(dá)1000個(gè)堿基對(duì)。MutH和MutS蛋白對(duì)(5′)GATC和錯(cuò)配核苷酸具有特異的識(shí)別功能。

MutL蛋白與MutS蛋白結(jié)合形成一個(gè)復(fù)合物，再附著到錯(cuò)配堿基對(duì)上，MutH蛋白繼之與MutL和MutL-MutS復(fù)合物結(jié)合。錯(cuò)配堿基對(duì)帶著兩邊的DNA穿過(guò)MutL-MutS復(fù)合物，形成了一個(gè)DNA環(huán)。一旦遇到半甲基化GATC序列，MutH的位點(diǎn)專一性核酸內(nèi)切酶活性被激活，在GATC序列中靠5′端的G處切斷非甲基化鏈。一個(gè)由Ⅱ型解螺旋酶和幾個(gè)外切核酸酶組成的復(fù)合物從切點(diǎn)到錯(cuò)配點(diǎn)降解未甲基化的DNA鏈。如果錯(cuò)配位置距GATC序列較遠(yuǎn)，前面的過(guò)程同前所述，在GATC序列中靠5′端的G處切斷非甲基化鏈后，后面的過(guò)程決定于錯(cuò)配位點(diǎn)相對(duì)于切點(diǎn)的位置。錯(cuò)配修復(fù)在能量消耗方面特別大。錯(cuò)配位置可能會(huì)距GATC序列達(dá)1000個(gè)堿基對(duì)。裂解和替換這么長(zhǎng)的鏈需要大量dNTP，而目的只是為了修復(fù)一個(gè)錯(cuò)配的堿基對(duì)。這說(shuō)明遺傳信息的穩(wěn)定傳遞是需要很大的代價(jià)，維持基因的完整是細(xì)胞的重要作用。真核生物：真核細(xì)胞DNA錯(cuò)配修復(fù)的詳細(xì)機(jī)制還不清楚，但與細(xì)菌的甲基化調(diào)控體系不同。二、切除修復(fù)(excisionrepair)所謂切除修復(fù)，即在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷部分切除掉，并以完整的那一條鏈為模板，合成出切去的部分，然后使DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)的過(guò)程。參與切除修復(fù)的酶主要有：特異的核酸內(nèi)切酶、外切酶、聚合酶和連接酶。切除修復(fù)主要有兩種類型：堿基切除修復(fù)（base-excisionrepair）核苷酸切除修復(fù)(nucleotide-excisionrepair)（一）堿基切除修復(fù)

細(xì)胞中有一類DNA糖苷酶(DNAglycosylase)，識(shí)別一些常見的DNA損傷(如脫氨基的胞嘧啶和腺嘌呤)，通過(guò)斷裂N-糖苷鍵切除受到影響的堿基，從而在DNA中產(chǎn)生無(wú)嘌呤(apurinic)或無(wú)嘧啶(apyrimidinic)位點(diǎn)，常稱為AP位點(diǎn)(APsite)。每種DNA糖苷酶專一作用于一種類型的損傷。例如，細(xì)胞中的尿嘧啶糖苷酶，它能去除DNA中由胞嘧啶自發(fā)脫氨基所產(chǎn)生的尿嘧啶，以及DNA復(fù)制過(guò)程中誤摻的少量脫氧尿苷酸。缺乏這種酶的變異細(xì)胞，G≡C突變?yōu)锳＝T的比例很高。這種糖苷酶并不能作用于RNA的尿嘧啶和DNA的胸腺嘧啶。從胞嘧啶脫氨基產(chǎn)物（尿嘧啶）中識(shí)別胸腺嘧啶的能力可能是DNA進(jìn)化為含胸腺嘧啶而不含尿嘧啶的原因之一。（二）核苷酸切除修復(fù)通常單個(gè)堿基缺陷通過(guò)堿基切除修復(fù)，如果DNA損傷造成DNA螺旋狀結(jié)構(gòu)扭曲，可通過(guò)核苷酸切除修復(fù)方式修復(fù)。多亞基組成的核苷酸切除酶水解損傷部位兩側(cè)磷酸二酯鍵。在大腸桿菌和其他原核生物中，酶系統(tǒng)水解3′端的第5個(gè)磷酸二酯鍵以及5′端的第8個(gè)磷酸二酯鍵，根據(jù)損傷是1或2個(gè)堿基而產(chǎn)生一個(gè)含有12或13個(gè)核苷酸的片段。人類和其他真核細(xì)胞，酶水解3′端第6個(gè)磷酸二酯鍵和5′端的第22個(gè)磷酸二酯鍵，產(chǎn)生含有27~29個(gè)核苷酸的片段。經(jīng)雙重?cái)嗔押螅谐墓押塑账徭湉碾p螺旋中釋放出來(lái)，留下的缺口在大腸桿菌由DNA聚合酶I填補(bǔ)，在人體內(nèi)由DNA聚合酶ε填補(bǔ)。切口由DNA連接酶連接。在大腸桿菌中，關(guān)鍵的酶復(fù)合物是由uvr基因編碼的ABC核苷酸切除酶（excinuclease）。其活性依賴于3個(gè)亞基：UvrA、UvrB、UvrC。UvrA和UvrB形成的復(fù)合物（A2B）掃描DNA并鎖定損傷部位。UvrA二聚體隨即離開UvrB-DNA復(fù)合物。UvrC與UvrB結(jié)合后，UvrB水解損傷DNA的3′端的第5個(gè)磷酸二酯鍵，形成切口。隨后，由UvrC水解5′端第8個(gè)磷酸二酯鍵，產(chǎn)生另一切口，UvrD解旋酶繼而去除這個(gè)12~13個(gè)核苷酸片段，產(chǎn)生的缺口立刻由DNA聚合酶Ⅰ和DNA連接酶填補(bǔ)和封閉。

ABC核苷酸切除酶可在DNA上產(chǎn)生兩個(gè)切割點(diǎn)，核苷酸切除酶一詞就根據(jù)該活性來(lái)命名，以與標(biāo)準(zhǔn)的核酸內(nèi)切酶相區(qū)別。真核生物核苷酸切除酶的16個(gè)亞基與大腸桿菌的核苷酸切除酶亞基結(jié)構(gòu)不同，但它的功能與細(xì)菌中的酶極為相似。切除酶可以識(shí)別許多種DNA損傷，包括嘧啶二聚體和其他幾類堿基加合物（如因接觸煙草煙霧而在DNA上生成的α-苯并芘鳥嘌呤）。因此，此途徑是許多類型DNA損傷的主要修補(bǔ)途徑。切除修復(fù)不局限于某種特定原因造成的DNA損傷，而是一般的識(shí)別DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的改變，對(duì)遭到破壞而呈現(xiàn)不正常結(jié)構(gòu)的部分加以去除和修復(fù)，以維持DNA的完整性。在核苷酸切除修復(fù)過(guò)程中，所產(chǎn)生的遺傳缺陷會(huì)導(dǎo)致人類產(chǎn)生各種各樣的疾病。三、直接修復(fù)

許多類型的損傷修復(fù)不必將堿基或者核苷酸切除，因而稱為直接修復(fù)（directrepair）。最典型的例子是環(huán)丁烷嘧啶二聚體的光復(fù)活修復(fù)，該反應(yīng)由DNA光復(fù)活酶（photoreactivatingenzyme）也稱DNA光解酶（DNAphotolyase）引發(fā)。

（一）光修復(fù)400nm左右的光激活光復(fù)活酶，專一分解紫外光照射引起的同一條鏈上的TT（或CC，CT）二聚體光修復(fù)酶(photolyase)

UV（二）直接修復(fù)的另一種方式的例子是O6-甲基鳥嘌呤的修復(fù)，烷化劑誘導(dǎo)O6-甲基鳥嘌呤的形成是一種常見和誘變率高的DNA損傷。在復(fù)制的過(guò)程中，它傾向于與胸腺嘧啶而不是胞嘧啶配對(duì)，因此就會(huì)導(dǎo)致從G≡C到A＝T的突變（圖5-25）。O6-甲基鳥嘌呤的直接修復(fù)由O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶引發(fā)，此酶催化O6-甲基鳥嘌呤上的甲基轉(zhuǎn)移到酶自身的半胱氨酸殘基上。酶在接受這個(gè)甲基后，會(huì)使蛋白質(zhì)永久甲基化，從而失去活性。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，這種甲基轉(zhuǎn)移酶并不是一種酶，因?yàn)閱蝹€(gè)甲基的轉(zhuǎn)移即將其失活，所催化的反應(yīng)是一種自殺性抑制劑類型。要修復(fù)一個(gè)損傷的甲基就要消耗一個(gè)蛋白質(zhì)分子，這又一次說(shuō)明保持細(xì)胞DNA完整性的重要地位。同時(shí)失活的甲基化酶作為一種蛋白質(zhì)起到轉(zhuǎn)錄激活因子的功能，增強(qiáng)了其自身基因和其它幾種修復(fù)酶基因的表達(dá)，這充分反應(yīng)生物體功能的高效性和協(xié)同性。此外，DNA單鏈斷裂也是損傷的一種常見形式，修復(fù)這類損傷是直接通過(guò)重新形成3′,5′磷酸二酯鍵來(lái)完成。因此，只需要DNA連接酶的參與，由ATP或NAD+提供能量。四、重組修復(fù)上述介紹到的修復(fù)途徑通常僅對(duì)雙鏈DNA上的損傷起作用，由未損傷鏈提供準(zhǔn)確的遺傳信息使損傷鏈恢復(fù)至原狀。四、重組修復(fù)在某些類型的損傷中如電離輻射和氧化反應(yīng)，互補(bǔ)鏈也損傷或不存在(雙鏈斷裂或交聯(lián))；或損傷發(fā)生在復(fù)制前未被修復(fù)單鏈DNA中，復(fù)制叉與未修復(fù)的DNA損傷相遇時(shí)，DNA聚合酶不能越過(guò)DNA損傷，因而會(huì)使損傷留在單鏈缺口處，單鏈斷裂會(huì)引起雙鏈斷裂。四、重組修復(fù)在沒(méi)有第二條鏈指導(dǎo)修復(fù)的情況下，準(zhǔn)確修復(fù)所需的信息必須來(lái)自獨(dú)立、同源的染色體，這個(gè)過(guò)程稱為重組修復(fù)（recombinantrepair）。在正常生長(zhǎng)情況下，受阻的復(fù)制叉被一種復(fù)雜的修復(fù)途徑重新激活，該途徑包括重組DNA修復(fù)、復(fù)制的重新啟動(dòng)和留下的損傷的修復(fù)。由于這種修復(fù)發(fā)生在復(fù)制后，又稱為復(fù)制后修復(fù)（postreplicationrepair）。重組修復(fù)（發(fā)生在復(fù)制后）：復(fù)制時(shí)，跳過(guò)損傷部位，新鏈產(chǎn)生的缺口由母鏈彌補(bǔ)，原損傷部位并沒(méi)有切除但在后代逐漸稀釋。一旦復(fù)制叉被中止，至少可以用兩種方法進(jìn)行恢復(fù)，這兩種方法都需要RecA蛋白。此外，還需要RecF、RecO和RecR蛋白。修復(fù)雙鏈的斷裂需要RecBCD酶。其他重組步驟依賴于一個(gè)叫做依賴原點(diǎn)的復(fù)制重新啟動(dòng)過(guò)程。在此過(guò)程中，復(fù)制叉在由7種蛋白質(zhì)（PriA、B、C和DnaB、C、D、T）組成的復(fù)合物的幫助下被重新構(gòu)建。該復(fù)合物稱之為復(fù)制重啟引發(fā)體。復(fù)制叉的重新啟動(dòng)還需要DNA聚合酶Ⅱ，其作用尚不清楚（圖5-26）。受阻復(fù)制叉的修復(fù)是每種細(xì)胞同源重組系統(tǒng)的主要功能，重組DNA修復(fù)中的缺陷是導(dǎo)致人類疾病的主要原因。在復(fù)制過(guò)程中，DNA鏈的損傷并未除去。當(dāng)進(jìn)行第二輪復(fù)制時(shí)，留在母鏈上的損傷仍會(huì)給復(fù)制帶來(lái)困難，復(fù)制經(jīng)過(guò)損傷部位時(shí)所產(chǎn)生的缺口還需通過(guò)同樣的重組過(guò)程來(lái)彌補(bǔ)，直至損傷被切除修復(fù)所消除。但是，隨著復(fù)制不斷進(jìn)行，若干代后，即使損傷始終未從親代鏈中除去，而在后代細(xì)胞群中也已被稀釋，實(shí)際上消除了損傷的影響。未修復(fù)的DNA復(fù)制造成無(wú)配對(duì)損傷DNA單鏈或雙鏈斷裂產(chǎn)物，可以由兩條不同途徑修復(fù)前面介紹的DNA損傷修復(fù)功能可以不經(jīng)誘導(dǎo)而發(fā)生。然而許多能造成DNA損傷或抑制復(fù)制的處理均能引起一系列復(fù)雜的誘導(dǎo)效應(yīng)，稱為應(yīng)急反應(yīng)（SOSresponse）。

SOS反應(yīng)包括誘導(dǎo)出現(xiàn)的DNA損傷修復(fù)效應(yīng)、誘變效應(yīng)、細(xì)胞分裂的抑制以及溶原性細(xì)菌釋放噬菌體等等。細(xì)胞的癌變也可能與SOS反應(yīng)有關(guān)。五、SOS修復(fù)SOS反應(yīng)是細(xì)胞DNA受到損傷或復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的緊急情況下，為求得生存而出現(xiàn)的應(yīng)急效應(yīng)。SOS反應(yīng)誘導(dǎo)的修復(fù)系統(tǒng)包括避免差錯(cuò)的修復(fù)（errorfreerepair）和傾向差錯(cuò)的修復(fù)（errorpronerepair）兩類。光復(fù)活、切除修復(fù)和重組修復(fù)能識(shí)別DNA的損傷或錯(cuò)配堿基而加以消除，在它們的修復(fù)過(guò)程中并不引入錯(cuò)配堿基，因此屬于避免差錯(cuò)的修復(fù)。SOS反應(yīng)能誘導(dǎo)切除修復(fù)和重組修復(fù)中某些關(guān)鍵酶和蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，使這些酶和蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的含量升高，從而加強(qiáng)切除修復(fù)和重組修復(fù)的能力。五、SOS修復(fù)此外，SOS反應(yīng)還能誘導(dǎo)產(chǎn)生缺乏校對(duì)功能的DNA聚合酶，它能在DNA損傷部位進(jìn)行復(fù)制而避免了死亡，可是卻帶來(lái)了高的變異率，SOS的誘變效應(yīng)與此有關(guān)。這種修復(fù)特異性低，對(duì)堿基的識(shí)別、選擇能力差。通過(guò)SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而DNA保留的錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長(zhǎng)期的突變。SOS反應(yīng)使細(xì)菌細(xì)胞分裂受到抑制，結(jié)果長(zhǎng)成絲狀體。其生理意義可能是在DNA復(fù)制受到阻礙的情況下避免因細(xì)胞分裂而產(chǎn)生不含DNA的細(xì)胞，或者使細(xì)胞中有更多進(jìn)行重組修復(fù)的機(jī)會(huì)。一些SOS蛋白，例如UvrA和UvrB蛋白，通常在細(xì)胞中存在，但在SOS反應(yīng)時(shí)被誘導(dǎo)而更多的表達(dá)。另一些SOS蛋白參與易錯(cuò)修復(fù)的新途徑。UmuD蛋白被裂解產(chǎn)生的較短片段稱為UmuD′，其與UmuC蛋白形成了復(fù)合體，產(chǎn)生了一種專一的DNA聚合酶（DNA聚合酶Ⅴ），它能跳過(guò)以往通常會(huì)阻礙復(fù)制的DNA損傷進(jìn)行復(fù)制。這種轉(zhuǎn)移損傷的復(fù)制容易出錯(cuò)。變異結(jié)果是很多細(xì)胞死亡，但至少有一些變異的細(xì)胞能夠生存下來(lái)。除了DNA聚合酶Ⅴ以外，損傷異位復(fù)制還需要RecA、SSB和一些來(lái)自DNA聚合酶Ⅲ的亞基。而另一種DNA聚合酶，即DNA聚合酶Ⅳ在SOS反應(yīng)中也會(huì)被誘導(dǎo)表達(dá)。作為dinB基因產(chǎn)物，DNA聚合酶Ⅳ在復(fù)制中也很容易出錯(cuò)。一些在SOS應(yīng)答過(guò)程中被誘導(dǎo)的基因，至今仍然未知其功能（表5-5）。六、細(xì)菌的限制—修飾系統(tǒng)

在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在一類能識(shí)別并水解外源雙鏈DNA的核酸內(nèi)切酶，稱為限制性核酸內(nèi)切酶(restrictionendonuclease),可用于特異切割DNA,是很有用的工具酶。

限制酶與修飾甲基化酶往往同時(shí)成對(duì)地出現(xiàn),二者具有相同的底物專一性，具有識(shí)別相同堿基序列的能力。

限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別的序列具有二次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。

限制性核酸內(nèi)切酶酶切產(chǎn)生平頭末端或粘性末端。5′—G—T—T—A—A—C—3′3′—C—A—A—T—T—G—5′5′—G—T—TA—A—C—3′3′—C—A—AT—T—G—5′平頭末端HpaⅠ5′—G—A—A—T—T—C—3′3′—C—T—T—A—A—G—5′5′—G—3′5′—

A—A—T—T—C—3′3′—C—T—T—A—A—5′3′—G—5′粘性末端EcoRⅠ第四節(jié)DNA的重組DNA分子內(nèi)或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合，被稱為遺傳重組（geneticrecombination），或者基因重排(generearrangement)。重組產(chǎn)物被稱為重組體DNA（recombinantDNA）。DNA的重組廣泛存在于各類生物，真核生物基因組間重組多發(fā)生在減數(shù)分裂（meiosis）時(shí)同源染色體間的交換（crossover）。細(xì)菌及噬菌體的基因組為單倍體，來(lái)自不同親代兩組DNA之間可通過(guò)多種形式進(jìn)行遺傳重組。第四節(jié)DNA的重組DNA重組對(duì)生物進(jìn)化起著關(guān)鍵的作用，重組能迅速增加群體的遺傳多樣性，使有利突變與不利突變分開；通過(guò)優(yōu)化組合積累有意義的遺傳信息。DNA重組還參與許多重要的生物學(xué)過(guò)程。它為DNA損傷或復(fù)制障礙提供修復(fù)機(jī)制，某些生物的基因表達(dá)受DNA重組的調(diào)節(jié)，生物發(fā)育過(guò)程也受到基因加工的控制。DNA重組包括同源重組、特異位點(diǎn)重組和轉(zhuǎn)座重組類型。一、同源重組同源重組（homologousrecombination）又稱為一般性重組（generalrecombination），它是由兩條同源區(qū)的DNA分子，通過(guò)配對(duì)、鏈的斷裂和再連接，產(chǎn)生片段交換的過(guò)程。在細(xì)菌中同源重組是DNA修復(fù)的主要步驟，也是遺傳基因轉(zhuǎn)移的主要手段。在真核細(xì)胞中同源重組一般與細(xì)胞分裂和DNA修復(fù)有關(guān)。一、同源重組同源重組的主要功能：參與幾種DNA損傷的修復(fù)；為減數(shù)分裂提供一個(gè)暫時(shí)的物理連接；增加了遺傳群體的遺傳多樣性。同源重組不改變基因的線性排列，但可以決定哪些等位基因可以一起連接在一個(gè)染色體上。（一）真核生物的同源重組真核生物在減數(shù)分裂前期，參與聯(lián)會(huì)（synapsis）的同源染色體已復(fù)制形成兩條姊妹染色單體，從而出現(xiàn)由四條染色單體構(gòu)成的四聯(lián)體（tetrad）。在四聯(lián)體的某些位置，非姊妹染色單體之間可以發(fā)生交換（圖5-28）。同源重組是減數(shù)分裂時(shí)同源染色體聯(lián)會(huì)的原因，而不是聯(lián)會(huì)的結(jié)果。重組是由雙鏈斷裂所啟動(dòng)，DNA分子雙鏈斷裂才能與同源分子發(fā)生鏈的交換，籍以將同源染色體分配到子代細(xì)胞中去。因此，雙鏈斷裂啟動(dòng)重組，也啟動(dòng)了減數(shù)分裂（圖5-28）。著絲粒同源姊妹染色單體同源配對(duì)四分體交叉著絲粒染色單體DNA同源重組的分子基礎(chǔ)是鏈間的配對(duì)，這必須通過(guò)堿基配對(duì)才能找到正確位置，進(jìn)行鏈的交換。在不同生物體內(nèi)同源重組的具體過(guò)程可有許多變化，但基本步驟大致相同。同源性并不意味序列完全相同。實(shí)驗(yàn)表明，兩DNA分子必須有75bp以上的同源區(qū)才能發(fā)生同源重組。同源重組是最基本的重組方式，它參與多種重要的生物學(xué)過(guò)程。復(fù)制、重組和重組修復(fù)三個(gè)過(guò)程是密切相關(guān)的，許多有關(guān)的酶和輔助因子也都是共用的。同源重組也在基因的加工、整合和轉(zhuǎn)化中起著重要作用。（二）重組有關(guān)的酶研究最多的是大腸桿菌的酶。在大腸桿菌中，RecA蛋白參與重組最關(guān)鍵的步驟。RecA有兩個(gè)主要的功能：誘發(fā)SOS反應(yīng)和促進(jìn)DNA單鏈的同化。單鏈同化（singlestrandassimilation）是指單鏈與同源雙鏈分子發(fā)生鏈的交換，從而使重組過(guò)程中DNA配對(duì)、Holliday中間體的形成，分支移動(dòng)等步驟得以產(chǎn)生。（二）重組有關(guān)的酶當(dāng)RecA與DNA單鏈結(jié)合時(shí)，數(shù)千RecA單體協(xié)同聚集在單鏈上，形成螺旋狀纖絲。RecF、RecO和RecR蛋白調(diào)節(jié)RecA纖絲的裝配和拆卸。RecA蛋白與單鏈DNA結(jié)合形成的復(fù)合物可以與雙鏈DNA作用，使DNA部分解旋，同時(shí)迅速掃掠尋找與單鏈互補(bǔ)的序列?；パa(bǔ)序列一旦被找到，雙鏈進(jìn)一步被解旋以允許轉(zhuǎn)換堿基配對(duì)，使單鏈與雙鏈中的互補(bǔ)鏈配對(duì)，同源鏈被置換出來(lái)。鏈的交換速度大約為6bp/s，交換沿單鏈5′→3′方向進(jìn)行，直至交換終止，在此過(guò)程中由水解ATP提供能量(圖5-29)。（a）RecA和單鏈DNA形成絲狀體；（b）同源雙鏈和絲狀體相纏繞，形成三鏈配對(duì)中間體；（c）DNA旋轉(zhuǎn)引起紡錘體效應(yīng)，從左到右移動(dòng)三鏈區(qū)，入侵鏈和一條互補(bǔ)鏈配對(duì)，雙鏈中的另一條原始鏈被替換；（d，e）旋轉(zhuǎn)繼續(xù)，被替換鏈最后被分離。此過(guò)程中，RecA蛋白水解ATP作為能量來(lái)源.任何部位的單鏈DNA都能借助RecA蛋白與同源雙鏈DNA進(jìn)行鏈的交換。單鏈DNA可以由許多途徑產(chǎn)生，RecBCD酶是產(chǎn)生參與重組的DNA單鏈形成的主要酶。該酶的亞基分別由基因recB、recC、和recD編碼。RecBCD酶具有三種酶活性：①依賴于ATP的核酸外切酶活性。②可被ATP增強(qiáng)的核酸內(nèi)切酶活性。③ATP依賴的解螺旋酶活性。當(dāng)DNA分子斷裂時(shí)，酶即可結(jié)合在其游離端，使DNA分子雙鏈解旋并降解，解旋所需能量由ATP供給。直至酶移動(dòng)到chi位點(diǎn)(5′-GCTGGTGG-3′)，在其3′端側(cè)4~6個(gè)核苷酸處將鏈切開，產(chǎn)生具有3′末端的游離單鏈（圖5-30）。隨后單鏈可參與重組各步驟。大腸桿菌基因組共有1009個(gè)chi位點(diǎn)，分布在DNA各部位，平均5kb有一個(gè)，成為重組熱點(diǎn)。相當(dāng)于原核生物中與重組有關(guān)酶的對(duì)應(yīng)物也已在真核生物中發(fā)現(xiàn)。在釀酒酵母中的rad51基因與大腸桿菌recA基因同源，二者的功能有關(guān)。該基因突變?cè)斐呻p鏈斷裂積累，并且無(wú)法形成正常的聯(lián)會(huì)復(fù)合物，但此蛋白質(zhì)不能在體外與單鏈DNA形成纖絲，表明原核生物與真核生物的同源重組機(jī)制可能有所不同。（三）細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組細(xì)菌可以通過(guò)多種途徑進(jìn)行細(xì)胞間基因轉(zhuǎn)移，并通過(guò)基因重組以適應(yīng)隨時(shí)改變的環(huán)境，這就是細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組(genetictransmissionandrecombination)?；蜣D(zhuǎn)移不僅發(fā)生在種內(nèi)，也發(fā)生在種間，甚至與高等動(dòng)植物細(xì)胞之間也存在基因轉(zhuǎn)移。例如，從人體內(nèi)寄生的細(xì)菌基因組中可以找到人類的基因。（三）細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組被轉(zhuǎn)移的基因稱外基因子(exogenote)，如果與內(nèi)源基因組或稱內(nèi)基因子(endogenote)的一部分同源，就成為部分二倍體(partialdiploid)，這種情況下可發(fā)生同源重組。細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移主要有四種機(jī)制：接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞融合。進(jìn)入受體細(xì)胞的外源基因通常有四種結(jié)果：降解、暫時(shí)保留、與內(nèi)源基因置換和發(fā)生整合。細(xì)菌的同源重組過(guò)程和真核細(xì)胞類似，而發(fā)生同源重組的情況主要有以下幾種。1.細(xì)菌的接合作用細(xì)菌細(xì)胞相互接觸時(shí)遺傳信息可由一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞，稱接合作用(conjugation)。供體細(xì)胞為雄性，受體細(xì)胞為雌性。轉(zhuǎn)移DNA的能力由接合質(zhì)粒提供，與接合功能有關(guān)的蛋白質(zhì)均由結(jié)合質(zhì)粒所編碼。能夠促使染色體基因轉(zhuǎn)移的接合質(zhì)粒稱為致育因子(fertilityfactor)，簡(jiǎn)稱為性因子或F因子。對(duì)大腸桿菌F質(zhì)粒（F因子）研究得最多，也是研究得最清楚的一種接合質(zhì)粒。1.細(xì)菌的接合作用F質(zhì)粒是雙鏈閉環(huán)的大質(zhì)粒，總長(zhǎng)約100kb，復(fù)制起點(diǎn)為oriV。F質(zhì)?？梢栽诩?xì)胞內(nèi)游離存在，也可以整合到宿主染色體內(nèi)，因此屬于附加體。F質(zhì)粒與轉(zhuǎn)移有關(guān)的基因（tra）占據(jù)質(zhì)粒的1/3(約33kb)，稱為轉(zhuǎn)移區(qū)，包括編碼F性菌毛(Fpilus)、穩(wěn)定接合配對(duì)、轉(zhuǎn)移起始調(diào)節(jié)等，總共約40個(gè)基因。2.細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化遺傳轉(zhuǎn)化（genetictransformation）是指細(xì)菌品系由于吸收了外源DNA（轉(zhuǎn)化因子）而發(fā)生遺傳性狀的改變現(xiàn)象。具有攝取周圍環(huán)境中游離DNA分子能力的細(xì)菌細(xì)胞稱為感受態(tài)細(xì)胞（competentcell）。雖然感受態(tài)經(jīng)常是瞬時(shí)的，與特定的生理狀態(tài)有關(guān)，但很多細(xì)菌在自然條件下就有吸收外源DNA的能力（如固氮菌、鏈球菌、芽胞桿菌、奈氏球菌及嗜血桿菌等）。2.細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化過(guò)程涉及細(xì)菌染色體上10多個(gè)基因。例如，感受態(tài)因子（competencefactor）、與膜聯(lián)結(jié)的