生物化學(xué)課件12第十二章 ＤＮＡ合成

第十二章DNA生物合成

（DNABiosynthesis）大連醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)教研室崔秀云

遺傳信息的中心法則真核生物DNA復(fù)制所需要的酶及因子真核生物DNA復(fù)制的過(guò)程原核生物DNA復(fù)制的過(guò)程

DNA的逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程

DNA損傷與修復(fù)遺傳信息傳遞的中心法則（centraldogma）在DNA進(jìn)行合成時(shí)，以親代DNA為模板合成子代DNA，即將遺傳信息準(zhǔn)確地復(fù)制到子代DNA分子上，這一過(guò)程叫做復(fù)制（replication）。在生物細(xì)胞內(nèi)又以DNA為模板合成與DNA某段核苷酸順序相對(duì)應(yīng)的RNA分子，這就將遺傳信息傳遞到RNA分子中，此過(guò)程稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄（transcription）。然后以RNA中的mRNA為模板，按照其核苷酸順序所組成的密碼（codon）指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，這一過(guò)程稱(chēng)為翻譯（translation）。遺傳信息傳遞方向的這種規(guī)律稱(chēng)為中心法則（centraldogma）。

蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)復(fù)制DNARNA轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制RNA翻譯逆轉(zhuǎn)錄DNARNA遺傳信息的中心法則第一節(jié)DNA復(fù)制的概況

一.DNA的半保留復(fù)制

在DNA復(fù)制過(guò)程中，兩條螺旋的多核苷酸鏈之間的氫鍵斷裂，然后以每條鏈各作為模板合成新的互補(bǔ)鏈。這樣新形成的兩個(gè)子代DNA分子與原來(lái)DNA分子的堿基順序完全一樣。在此過(guò)程中，每個(gè)子代分子的一條鏈來(lái)自親代DNA。另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式稱(chēng)為半保留復(fù)制(semiconservativereplication)親代DNA分子第一子代分子第二子代分子15N-DNA14N-DNA混合1

2

3圖12－1DNA半保留復(fù)制及實(shí)驗(yàn)依據(jù)二.DNA復(fù)制的一般特點(diǎn)1.DNA的雙螺旋的兩條鏈在局部需要解開(kāi),以利于每條鏈作模板。2.

DNA的局部解旋引起周?chē)鷧^(qū)域過(guò)度纏繞,拓?fù)洚悩?gòu)酶使超螺旋張力釋放.3.DNA聚合酶以5'到3'方向合成。DNA的兩條鏈方向相反，因此，一條鏈的合成是連續(xù)的，而另一條鏈的合成則是不連續(xù)的。不連續(xù)鏈每個(gè)片段的合成都是獨(dú)立進(jìn)行的，然后各片段再連接起來(lái)。

4.DNA復(fù)制必須高度精確,DNA復(fù)制錯(cuò)誤率

大約是1/1010,校對(duì)機(jī)制保證新合成的

DNA的正確性。

5.

DNA的合成必須非常迅速,其合成速度與

基因組的大小及細(xì)胞分裂速度有關(guān)。

6.復(fù)制器本身不能復(fù)制線性DNA的末端,一

種特殊的端粒酶參與端粒的復(fù)制。

二.DNA復(fù)制的一般特點(diǎn)

三．DNA的半保留復(fù)制的有關(guān)酶類(lèi)及因子

表12-1真核生物DNA復(fù)制的兩種主要聚合酶及有關(guān)因子蛋白質(zhì)

酶及有關(guān)因子蛋白質(zhì)（英文代號(hào)）

功能

DNA聚合酶α/引發(fā)酶（DNApolα/primase）

引發(fā)及后隨鏈的部分合成

DNA聚合酶δ（DNApolδ）

DNA復(fù)制主要酶增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）

滑動(dòng)夾，與合成連續(xù)性有關(guān)

拓?fù)洚悩?gòu)酶（TopoI，TopoII

）

母鏈DNA拓?fù)洚悩?gòu)化單鏈DNA結(jié)合蛋白或復(fù)制蛋白A（RPA）

有解螺旋酶及單鏈結(jié)合作用

復(fù)制因子C（RFC）

參與滑動(dòng)夾子的裝配

DNA連接酶

連接岡崎片段及參與修復(fù)核酸酶H（RNaseH）

去除RNA引物側(cè)翼核酸內(nèi)切酶I（FENI）

去除RNA引物

1．DNA聚合酶（DNApolymerase）

DNA聚合酶以DNA為模板,以dNTP為原料,需要鎂離子作激動(dòng)劑催化如下的反應(yīng):

Mg(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi

2+表12-2真核細(xì)胞DNA聚合酶的分類(lèi)及功能酶的名稱(chēng)

功能

Pol

α

引物合成及后隨鏈部分合成Polβ

堿基切除修復(fù)Polγ

線粒體DNA復(fù)制Polδ

主要復(fù)制酶Polε

不清楚，復(fù)制或修復(fù)Polξ

損傷旁路修復(fù)Polη

損傷旁路修復(fù)Polι

損傷旁路修復(fù)

表12-3真核細(xì)胞幾種主要DNA聚合酶的性質(zhì)

DNA聚合酶

α

β

γ

δ

ε

蛋白質(zhì)分子量（K）

>25036~38160~300170256

細(xì)胞定位核核線粒體核核

相關(guān)連酶的活性

3’→5’外切酶無(wú)無(wú)有有有引物酶有無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)

2．引發(fā)酶（primase）

在真核生物，引發(fā)酶與DNA聚合酶α形成一個(gè)復(fù)合物，這個(gè)復(fù)合物合成大約10個(gè)核苷酸長(zhǎng)的RNA引物

3．拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase）

在復(fù)制過(guò)程中，DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)必須解開(kāi)，拓?fù)洚悩?gòu)酶能松弛超螺旋。人類(lèi)有兩種拓?fù)洚悩?gòu)酶，分別為I型和II型。

4．解(螺)旋酶(helicase)

在DNA復(fù)制中以單鏈DNA為模板，合成子代DNA。解螺旋酶能解開(kāi)雙螺旋，其作用是在復(fù)制叉前解開(kāi)一小段DNA。如猴肉瘤病毒(SV40)中的T抗原具有解螺旋酶的活性,同時(shí)也具有解鏈酶的活性。5．單鏈DNA結(jié)合蛋白(single-strandDNAbindingprotein,SSB)

DNA結(jié)合蛋白對(duì)單鏈DNA有高親和力，能特異地結(jié)合到分開(kāi)的單鏈DNA上。對(duì)DNA復(fù)制區(qū)形成的單鏈DNA有穩(wěn)定作用。哺乳動(dòng)物細(xì)胞的單鏈DNA結(jié)合蛋白在DNA的修復(fù)和重組中也起作用。

在真核生物中，一種單鏈DNA結(jié)合蛋白稱(chēng)之復(fù)制蛋白A（replicationproteinA,RPA）結(jié)合到暴露的單鏈上。

6.DNA連接酶

DNA結(jié)合蛋白酶催化兩個(gè)DNA片段通過(guò)3’，5’-磷酸二酯鍵連接在一起，形成更大的DNA片段。這一反應(yīng)需要ATP供能。DNA連接酶不但在DNA復(fù)制中起作用，而且在DNA損傷的修復(fù)和重組DNA中不可缺少。

7．增殖細(xì)胞核抗原（proliferatingcellnuclearantigen,PCNA）增殖細(xì)胞核抗原是DNA聚合酶δ的輔助蛋白質(zhì)，包含在引物的識(shí)別復(fù)合物中。DNA聚合酶δ催化DNA合成反應(yīng)的連續(xù)性是由PCNA來(lái)承擔(dān)的。PCNA的三個(gè)亞基繞著DNA形成一個(gè)滑動(dòng)夾子（slidingclamp）,DNA聚合酶δ附著于滑動(dòng)夾子上。PCNA是在復(fù)制的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)核抗原，為此而命名。此因子也存在于全身性紅斑狼瘡病人血清中。8.復(fù)制因子C（replicationfactorC,RFC）

RFC是一種夾子的裝載因子（clamp-loadingfactor）。RFC幫助這個(gè)環(huán)的裝配。此因子作為DNA聚合酶α和δ之間的連系物或紐帶，有助于前導(dǎo)鏈和后隨鏈的同時(shí)合成。圖12-3滑動(dòng)夾子

A.

一種夾子載體蛋白如RFC與DNA結(jié)合。

B.

夾子載體與PCNA裝配成滑動(dòng)夾子。

C.

DNA聚合酶與滑動(dòng)夾子相結(jié)合，開(kāi)始沿模板前進(jìn)。

D.PCNA的結(jié)構(gòu)，PCNA的三個(gè)亞基形成一個(gè)環(huán)，DNA從大孔中間自由通過(guò)。

9．核酸酶H（RNaseH）和側(cè)翼內(nèi)切核酸酶（flapendonuclease1,FEN1）它們參與去除RNA引物的作用。核酸酶H降解RNA引物，留下一個(gè)核苷酸連在岡崎片段的末端,由FEN1完成去除最后一個(gè)核苷酸。復(fù)制蛋白A（RPA）后隨鏈模板聚合酶/引發(fā)酶ABCDEFGPCNA復(fù)制因子C（RCF）聚合酶RNA引物RNaseH/FEN1岡崎片段圖12-4參與真核DNA復(fù)制的酶及蛋白因子(前導(dǎo)鏈未標(biāo)明)A：RPA,一種單鏈DNA結(jié)合蛋白，結(jié)合到單鏈模板上，使連續(xù)的復(fù)制叉解開(kāi)雙鏈。B：在聚合酶α/引發(fā)酶復(fù)合物作用下開(kāi)始合成RNA引物。C：引物合成達(dá)到10個(gè)核苷酸后，復(fù)合物的聚合酶α活性起作用，合成15-30個(gè)脫氧核苷酸以延長(zhǎng)引物。然后，聚合酶α/引發(fā)酶復(fù)合物從模板上解離。D：RFC結(jié)合到這個(gè)部分的岡崎片段的末端，催化裝配由PCNA構(gòu)成的滑動(dòng)夾子。E：聚合酶δ復(fù)合物結(jié)合到滑動(dòng)夾子上，并延長(zhǎng)岡崎片段。F：當(dāng)復(fù)制復(fù)合物達(dá)到RNA引物時(shí)，引物被RNaseH和FENI共同作用下水解。G：留下的間隙由連續(xù)延長(zhǎng)的岡崎片段所填補(bǔ)。存在的缺口由DNA連接酶封閉。第二節(jié)真核生物DNA的復(fù)制過(guò)程一．DNA復(fù)制起始過(guò)程

復(fù)制叉的形成

1．DNA復(fù)制起始過(guò)程

真核生物有多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)(originsofreplication,ori)。復(fù)制起始點(diǎn)有特殊的序列。一個(gè)大的蛋白復(fù)合物稱(chēng)起點(diǎn)辯認(rèn)復(fù)合物（originrecognitioncomplex，ORC）組裝在起始部位上，形成復(fù)制叉。ORC在起始點(diǎn)上的組裝還不足以開(kāi)始起動(dòng)，另一種復(fù)合物稱(chēng)小染色體維系蛋白（minichromosomemaintenanceprotein,MCM）必須參與。MCM有較弱的解旋酶的活性。這一激活過(guò)程是由細(xì)胞周期素和細(xì)胞周期依賴(lài)蛋白激酶調(diào)節(jié)的。起始辯認(rèn)復(fù)合物（ORC）小染色體維持蛋白（MCM）復(fù)制蛋白A解旋酶RNA引物DNADNA圖12-6真核生物DNA復(fù)制的起始A：起始辯認(rèn)復(fù)合物（ORC）結(jié)合到起始位點(diǎn)上。B：小核染色體維系蛋白（MCM）結(jié)合到上面。C：在細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)信號(hào)作用下后，起始復(fù)合物被激活，解旋酶的活性打開(kāi)了親代雙鏈，形成一個(gè)小泡。RPA結(jié)合到暴露的單鏈上。解旋酶附著于DNA上，小泡被擴(kuò)大。D：聚合酶α/引發(fā)酶復(fù)合物合成第一個(gè)RNA引物和短的DNA。E：RNA引物被聚合酶δ延長(zhǎng)，脫氧核苷酸參入。ABCDE2．RNA引物的合成

引發(fā)酶與DNA聚合酶α形成一個(gè)復(fù)合體，能識(shí)別起始位點(diǎn)，并且以核糖核苷三磷酸為底物（NTP），以解開(kāi)的一段DNA為模板，合成一個(gè)短鏈RNA（8～10個(gè)核苷酸）引物。然后從引發(fā)酶的活性轉(zhuǎn)變?yōu)镈NA聚合酶α的活性，RNA引物的3’-OH末端為合成新的DNA單鏈的起點(diǎn)，以dNTP為原料，延長(zhǎng)引物大約15-30個(gè)脫氧核苷酸。二.DNA鏈的延伸

1.DNA片段的生成

為什么DNA兩條鏈不能均連續(xù)合成?

在真核細(xì)胞內(nèi)，DNA的兩條鏈都作為模板同時(shí)合成兩條新的DNA鏈。由于DNA分子的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，從一個(gè)方向看去，一條鏈?zhǔn)菑?’→3’走向，另一條鏈則是3’→5’。DNA復(fù)制時(shí)，不管以那條鏈作模板，新鏈的合成始終是按5’→3’方向進(jìn)行的。隨著雙鏈的打開(kāi)，由起始點(diǎn)形成復(fù)制叉后，新合成的兩條方向相反的鏈中，一條鏈的合成方向與復(fù)制叉前進(jìn)方向是一致的，合成就能順利地連續(xù)進(jìn)行；另一條鏈的合成方向則與復(fù)制叉前進(jìn)方向相反，這新鏈?zhǔn)侨绾魏铣傻哪兀繉槠蔚陌l(fā)現(xiàn):1968年，日本生化學(xué)者岡崎等人用3H-胸腺嘧啶核苷酸培養(yǎng)大腸桿菌，發(fā)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)首先合成的是較短的DNA片段，接著再出現(xiàn)較大的分子。這說(shuō)明這條新鏈?zhǔn)且欢我欢蔚?、不連續(xù)合成的。這些DNA片段稱(chēng)岡崎片段。岡崎片段的形成是從RNA引物的3’-OH末端開(kāi)始的，DNA聚合酶α催化這一反應(yīng)，它以脫氧核苷三磷酸為底物，依據(jù)堿基互補(bǔ)原則，以分開(kāi)的一條DNA鏈為模板，合成新的互補(bǔ)鏈。合成的方向仍然為5’→3’。一旦岡崎片段達(dá)到這一長(zhǎng)度，引發(fā)酶與DNA聚合酶α形成的復(fù)合體便從DNA上解離下來(lái)。RFC結(jié)合到這一延長(zhǎng)的引物上，并組裝到PCNA滑動(dòng)夾上，然后DNA聚合酶δ（polδ）結(jié)合到PCNA上并完成岡崎片段的最終長(zhǎng)度130-200bp.當(dāng)它遇到原先已形成的岡崎片段5'末端時(shí)，polδ/PCNA復(fù)合物從DNA上釋放下來(lái)，見(jiàn)圖（12-4）。兩條鏈均按5’到3’方向合成，一條鏈3’末端的方向朝著復(fù)制叉前進(jìn)的方向，可連續(xù)合成，稱(chēng)前導(dǎo)鏈（leadingstrand）。另一條鏈5’末端朝著復(fù)制叉，合成是不連續(xù)的，形成岡崎片段，此鏈稱(chēng)后隨鏈(laggingstrand)。2．RNA引物的水解

引物的去除通過(guò)兩個(gè)步驟，首先由RNaseH降解RNA引物，留下單個(gè)核糖核苷酸連接到岡崎片段上。然后，由側(cè)翼內(nèi)切核酸酶（flapendonucleae1,FEN1）除去最后一個(gè)核苷酸。FEN1也能除去由于DNA聚合酶δ產(chǎn)生的某些錯(cuò)誤的堿基。3．DNA大分子的形成

DNA連接酶將相鄰的兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)，形成大分子DNA鏈。由于DNA聚合酶具有校正功能，即通過(guò)它的核酶外切酶的功能，能及時(shí)切除錯(cuò)配的堿基，使DNA復(fù)制具有高度的保真性，保證遺傳信息的穩(wěn)定性。三.端粒DNA的合成

端粒(telomeres)是染色體末端的結(jié)構(gòu)，它是由許多富含鳥(niǎo)嘌呤核苷酸的特殊的重復(fù)順序DNA及相關(guān)蛋白質(zhì)組成的復(fù)合體。端粒酶（telomerase）是催化端粒合成的酶。端粒酶是由蛋白質(zhì)及RNA組成的，它具有逆轉(zhuǎn)錄酶的活性，能與自身攜帶的RNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄合成端粒DNA

端粒DNA：人的DNA的3’末端存在的重復(fù)順序（TTAGGG）n

端粒酶：催化端粒DNA的復(fù)制，酶本身含有與端粒DNA序列互補(bǔ)的RNA片段。四膜蟲(chóng)端粒是由TTGGGG重復(fù)序列組成的，端粒的3’末端是通過(guò)端粒酶合成的。端粒的3’末端TTG與端粒酶中的RNA堿基互補(bǔ);以此RNA為模板通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄延伸端粒的3’末端;端粒酶經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)位重新與端粒的3’末端的TTG配對(duì),催化另一個(gè)重復(fù)序列的合成.

圖12-10線粒體DNA的復(fù)制（D-襻型）前導(dǎo)鏈及后鏈分別有不同的復(fù)制起始點(diǎn)，兩條鏈不是同時(shí)合成的。前導(dǎo)鏈合成至全長(zhǎng)的2/3時(shí)，后隨鏈開(kāi)始合成，故后隨鏈的模板在前導(dǎo)鏈合成時(shí)被排斥出來(lái)，形成D-襻。兩條鏈合成的方向相反。最后，前導(dǎo)鏈復(fù)制完成，后隨鏈復(fù)制尚未完成。

四.線粒體DNA的復(fù)制后隨鏈起始點(diǎn)前導(dǎo)鏈起始點(diǎn)后隨鏈起始點(diǎn)替代鏈第三節(jié)

原核生物DNA的復(fù)制

表12-4細(xì)菌與真核生物復(fù)制具有相似功能組分的比較

功能細(xì)菌真核細(xì)胞合成的主要酶PolIII核心酶Pol

δ拓?fù)洚悩?gòu)Omega(ω)蛋白TopoIgyrase（旋轉(zhuǎn)酶）解旋酶DnaBT抗原解鏈酶DnaCT抗原維持單鏈SSBRPA

引物合成

DnaGPol

α/引發(fā)酶滑動(dòng)夾PolIII的β亞基PCNA

夾子裝載PolIII的γ亞基復(fù)合物RFC

連接反應(yīng)連接酶連接酶1RNA去除Pol1RNaseH,FEN1

表12-5細(xì)菌DNA聚合酶

分類(lèi)主要功能PolI合成岡崎片段，及DNA修復(fù)PolIIDNA修復(fù)PolIII主要復(fù)制酶

Pol1V損傷旁路修復(fù)PolV損傷旁路修復(fù)圖12-11大腸桿菌聚合酶III同時(shí)催化

DNA兩條鏈的復(fù)制兩個(gè)聚合酶III結(jié)合在一起，后隨鏈形成環(huán)，才能穿過(guò)復(fù)合物。兩條鏈在一個(gè)位置上合成。

二原核生物DNA的復(fù)制過(guò)程

表12-6參與細(xì)菌復(fù)制起始的各種蛋白質(zhì)及其功能

蛋白質(zhì)名稱(chēng)功能

DnaA識(shí)別起始位點(diǎn)DnaB解螺旋酶活性，解開(kāi)DNA雙鏈DnaC協(xié)助解螺旋酶的活性DnaG引發(fā)酶活性，催化RNA引物合成SSB單鏈DNA結(jié)合蛋白，穩(wěn)定解開(kāi)的單鏈

Omega(ω)拓?fù)洚悩?gòu)

gyrase（旋轉(zhuǎn)酶）拓?fù)洚悩?gòu)

1．復(fù)制的起始

2．引物的形成及岡崎片段的合成

3．RNA引物的去除及岡崎片段的連

接

4．DNA復(fù)制的終止

前導(dǎo)鏈在聚合酶III與滑動(dòng)夾子結(jié)合下連續(xù)合成。為合成后隨鏈，解旋酶（DnaB）和引物酶（DnaG）沿著模板移動(dòng)。每1000~2000bp合成一個(gè)引物。聚合酶III延伸引物，一直達(dá)到前一個(gè)岡崎片段為止。聚合酶I去處RNA引物，并填補(bǔ)留下的空隙。最后缺口由連接酶封閉。(DnaB)(DnaG)第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程某些病毒是以RNA為基因組，如RNA腫瘤病毒及AIDS病毒。它們分別造成人類(lèi)腫瘤和免疫缺陷。逆轉(zhuǎn)錄酶（reversetranscriptase）可催化以RNA為模板合成DNA的反應(yīng)。因此它又被稱(chēng)為RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶（RNA-directedDNApolymerase,RDDP）。

逆轉(zhuǎn)錄酶具有雙重功能。它既可利用病毒RNA作模板，合成一條與模板互補(bǔ)的DNA單鏈，二者形成RNA-DNA雜交分子。逆轉(zhuǎn)錄酶同時(shí)又具有核糖核酸酶H的活性，專(zhuān)一地水解RNA-DNA雜交分子中的RNA。留下來(lái)的單鏈DNA作模板，在DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶的作用下，合成另一條互補(bǔ)DNA鏈，形成雙鏈DNA分子

逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程

逆轉(zhuǎn)錄酶存在于所有致癌RNA病毒中，其功能可能與病毒的惡性轉(zhuǎn)化有關(guān)。病毒的RNA通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄先形成DNA（前病毒），然后整合到宿主細(xì)胞染色體DNA中去，使細(xì)胞內(nèi)除合成自身原有的蛋白質(zhì)外，又能合成病毒特異的某些蛋白質(zhì)。

逆轉(zhuǎn)錄酶也分布于正常細(xì)胞，如蛙卵、正在分裂的淋巴細(xì)胞、胚胎細(xì)胞（雞胚及鼠胚）等。推測(cè)這類(lèi)酶在細(xì)胞分化和胚胎發(fā)生中可能起某種作用。在重組DNA中，可利用逆轉(zhuǎn)錄酶合成某些mRNA相應(yīng)的DNA，稱(chēng)互補(bǔ)DNA（complementaryDNA,cDNA）。

逆轉(zhuǎn)錄及逆轉(zhuǎn)錄酶的作用第五節(jié)DNA的重組、損傷與修復(fù)

一.DNA的重組

DNA重組(recombination)是遺傳信息的交換。重組事件發(fā)生的兩位點(diǎn)之間與它們的物理距離粗略地成正比。兩基因之間重組頻率為1%，定義為1厘摩(centrimorgan,cM)。厘摩是遺傳學(xué)的量度，它是遺傳圖的基礎(chǔ)。在人類(lèi)，1cM在染色體上大約是1000000bp。DNA轉(zhuǎn)座(transposition)它屬于非同源重組。轉(zhuǎn)座是一段特殊DNA在基

因組中移動(dòng)，這段DNA片段稱(chēng)轉(zhuǎn)座子（transposons）。轉(zhuǎn)座子可以在同一染色體上從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置上，也可以整合到另一條染色體上。轉(zhuǎn)座酶催化轉(zhuǎn)座子從基因組的一個(gè)部位剪切和插入到基因組另外一個(gè)地點(diǎn)。人類(lèi)的某些疾病是由于轉(zhuǎn)座子插入引起基因突變?cè)斐傻摹６蛲蛔?/p>

（一）基因突變的類(lèi)型

1．點(diǎn)突變DNA分子中的一個(gè)堿基被另一種堿基所取代稱(chēng)點(diǎn)突變。在這些突變中，一個(gè)嘌呤堿基被另一種嘌呤堿基所取代，或一個(gè)嘧啶堿基被另一種嘧啶堿基所取代，稱(chēng)為轉(zhuǎn)換（transition）；嘌呤和嘧啶堿基之間的互換稱(chēng)為顛換（transversion）。（一）基因突變的類(lèi)型由于單一堿基的改變而產(chǎn)生新的密碼子，編碼不同的氨基酸所造成的突變稱(chēng)錯(cuò)義突變（missensemutation）；由于一個(gè)堿基改變使正常的密碼子成為終止密碼子而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止，這種突變稱(chēng)無(wú)義突變（nonsensemutation）。這種突變引起的后果比錯(cuò)義突變可能更為嚴(yán)重。2．分子中有一個(gè)或多個(gè)堿基缺失。3．分子中發(fā)生一個(gè)或多個(gè)堿基的插入。某些突變來(lái)自轉(zhuǎn)座子的插入，引起較大范圍的改變。由于堿基的插入或丟失引起移碼突變（Frameshifts），移碼突變不僅改變了氨基酸的種類(lèi)和順序，同時(shí)也引起編碼多肽鏈提前終止或更罕見(jiàn)的延長(zhǎng)。3.三聯(lián)體擴(kuò)增

(tripletexpansion)重復(fù)三聯(lián)體數(shù)目大量增加。這種三聯(lián)體是簡(jiǎn)單重復(fù)多態(tài)性的一種（也稱(chēng)微衛(wèi)星DNA）。在正常個(gè)體，重復(fù)數(shù)目有一定的范圍。當(dāng)重復(fù)數(shù)目超出正常時(shí)，這樣便合成一個(gè)長(zhǎng)的相同氨基酸殘基插入到編碼多肽鏈中，從而造成疾病。如亨逖敦氏?。╤untington’sdisease）。（二）基因突變的因素

1.自發(fā)性突變

圖12-14自發(fā)性轉(zhuǎn)換突變的發(fā)生機(jī)制

*腺嘌呤的亞氨型同分異構(gòu)體與胞嘧啶配對(duì)（A-C），在下一次復(fù)制時(shí)，由于胞嘧啶與鳥(niǎo)嘌呤配對(duì)，在子代DNA分子中，原來(lái)A-T變成G-C。ATATATATAT*ACGC2.環(huán)境因素

圖12-15DNA損傷造成嘧啶二聚體形成

電離輻射、紫外線和化學(xué)誘變劑等，都能造成DNA的損傷。DNA的損傷包括堿基的更替、丟失、骨架中磷酸酯鍵的斷裂，兩條鏈之間形成交聯(lián)等

三．DNA損傷及修復(fù)

(一)酶學(xué)光復(fù)活

光復(fù)活酶(photoreactivatingenzyme)或稱(chēng)光裂解酶（photolyase）。此酶在可見(jiàn)光的作用下被激活后與DNA分子上的嘧啶二聚體結(jié)合，并在二個(gè)輔助因子（FADH2，蝶呤）的協(xié)同下打開(kāi)二聚體。使損傷的DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。

A：六邊型表示錯(cuò)誤的堿基

B：一種DNA糖基化酶切除錯(cuò)誤的堿基

C：AP內(nèi)切核酸酶及AP裂解酶切除磷酸二酯鏈及糖基

D：DNA聚合酶填補(bǔ)單一核苷酸。

E：DNA連接酶封閉缺口

ABCDE（二）切除修復(fù)1.堿基切除修復(fù)2．核苷酸切除修復(fù)

人類(lèi)切除修復(fù)DNA大約需要16種蛋白因子參加。切除修復(fù)可分以下幾個(gè)步驟：1）通過(guò)特異的核酸內(nèi)切酶識(shí)別損傷部位。2）由酶的復(fù)合物在損傷的兩邊切除幾個(gè)核苷酸。3）以另一條完整的DNA鏈為模板，在DNA聚合酶β或其他的DNA聚合酶作用下，按5’→3’方向進(jìn)行修復(fù)合成。4）DNA連接酶將所合成的DNA鏈與原來(lái)的鏈接上（圖12-17）。

A.DNA一條鏈損傷

B、C:核酸內(nèi)切酶識(shí)別損傷部位并在損傷部位的兩端切除一段DNAD:DNA聚合酶以另一條完好的DNA鏈為模板合成一段新的DNAE:缺口處由DNA連接酶封閉。

ABCDEA.

DNA一條鏈損傷（如含有嘧啶二聚體）B．DNA復(fù)制后，其中一個(gè)子代是正常的，而另一個(gè)子代的一條鏈出現(xiàn)空隙。C．以正常子代中原來(lái)自母鏈的一段DNA序列通過(guò)重組，將缺損部分修復(fù)。D.最后，再以子代中完整的鏈為模板，修補(bǔ)缺失的互補(bǔ)序列ABCD（三）復(fù)制后重組修復(fù)（子鏈間隙的修復(fù)）(四)旁路合成（bypasssynthesis）修復(fù)

圖12-19DNA損傷的旁路合成修復(fù)

(TT)表示模板的損傷的部位。一些特殊的DNA聚合酶可以修補(bǔ)損傷部位。

（五）SOS調(diào)節(jié)子（TheSOSregulon）

由于DNA損傷廣泛以至于難以進(jìn)行復(fù)制，由此誘發(fā)一系列復(fù)雜的反應(yīng)。SOS應(yīng)答是大量基因的協(xié)同誘導(dǎo)它們的轉(zhuǎn)錄至少部分地被共同阻遏物L(fēng)exA所調(diào)節(jié)。這些基因包括uvrA、uvrB、uvrC、recA及LexA本身。被共同阻遏物控制的一組操縱子(operon)稱(chēng)為調(diào)節(jié)子（regulon）。LexA的自動(dòng)調(diào)節(jié)是基于簡(jiǎn)單的反饋調(diào)節(jié)。在正常細(xì)胞里存在低水平的RecA蛋白質(zhì)。當(dāng)DNA損傷時(shí)，RecA是有活性的，并能結(jié)合LexA,使后者裂解生成無(wú)活性片段。因此，正常被LexA抑制的基因被開(kāi)放。當(dāng)DNA損傷被修復(fù)后，活化的RecA減少，LexA的分解也減少。細(xì)胞中LexA水平提高，逐漸關(guān)閉了SOS應(yīng)答。這種調(diào)節(jié)是有效的，迅速的，但也是瞬間的對(duì)DNA損傷的應(yīng)答。SOS調(diào)節(jié)子-LexAA．DNA未損傷時(shí)，LexA極大的抑制RecA,UvrA,UvrB,UvrC及LexA自身和其它參與SOS應(yīng)答蛋白質(zhì)的合成。B。當(dāng)DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，RecA被激活，結(jié)合到單鏈DNA上，并導(dǎo)致LexA的自身的降解。使SOS應(yīng)答蛋白質(zhì)合成，由此DNA損傷得到修復(fù)。多選題

A型題

1.下列有關(guān)DNA復(fù)制酶的敘述哪個(gè)是正確的？

A.

所有的聚合酶都具有5'-3'和3'-5'外切酶的活性

B.

DNA聚合酶δ的聚合作用是在DNA引物上進(jìn)行的

C.DNA聚合酶δ和α都需要模板和引物

D.DNA聚合酶α保留在模板上直到大量核苷酸合成為止。

E.聚合酶反應(yīng)的特異性是聚合酶內(nèi)在的性質(zhì)。

2.DNA兩條鏈均作為模板發(fā)生在:

A.復(fù)制

B.切除修復(fù)

C.錯(cuò)配修復(fù)

D.轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)

E.上述所有情況多選題

A型題

多選題

A型題3.合成DNA的原料是：A.dAMP、dGMP、dCMP、dTMPAMP、GMP,、CMP、TMPdATP、dGTP、dCTP、dTTPATP、GTP、CTP、TTPE.dADP、dGDP、dCDP、dTDP多選題

A型題4.DNA合成的不連續(xù)性:當(dāng)它達(dá)到每一個(gè)單鏈的末端時(shí)，所需的

DNA聚合酶δ從模板上釋放下來(lái)。B.因?yàn)楹铣墒菑钠鹗键c(diǎn)雙向進(jìn)行的C.導(dǎo)致合成岡岐片段D.意味著僅當(dāng)?shù)谝粭l鏈合成之后才合成第二條鏈E.意味著3'-5'和5'-3'兩種聚合酶都需要多選題

A型題5.在DNA復(fù)制時(shí)，下利所有因子對(duì)DNA鏈解旋和解鏈都是必需的，但除外

A.負(fù)超螺旋傾向解旋

B.通過(guò)解旋酶解開(kāi)不穩(wěn)定的堿基對(duì)

C.需要拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用

D.SSD蛋白酶的活性

E.需要以ATP的形式供應(yīng)能量多選題

A型題6.真核DNA的復(fù)制

A.僅有一個(gè)復(fù)制體形成，因?yàn)橹挥袉我粡?fù)制起始點(diǎn)

B.岡崎片段有1000~2000核苷酸的長(zhǎng)度

C.只要起始泡形成，解旋酶就從DNA上脫離下

來(lái)

D.至少有一種DNA聚合酶有3'-5'外切核酸酶

的活性

E.在細(xì)胞的全過(guò)程都發(fā)生多選題

A型題7．有下述有關(guān)端粒酶的描述都是正確的，但除外

A.RNA復(fù)合物作模板合成DNAB.它將端粒加到DNA鏈的5'末端

C.在大多數(shù)真核生物，它提供了線性染色體的機(jī)制

D.它識(shí)別G-豐富的單鏈DNAE.它是一種逆轉(zhuǎn)錄酶多選題

A型題8.轉(zhuǎn)換突變A.嘧啶被嘌呤取代或反過(guò)來(lái)B.來(lái)自一個(gè)或兩個(gè)堿基插入或堿基類(lèi)似物插入DNA上C.減少堿基類(lèi)似物如此氨基瞟呤的頻率D.一種嘌呤堿基替代另一種嘌呤堿基或一種嘧啶替代另一種嘧啶E.突變是無(wú)意義的多選題

A型題9．細(xì)胞中進(jìn)行DNA復(fù)制的部位是:

A.核蛋白體

B.細(xì)胞膜

C.細(xì)胞核

D.微粒體

E.細(xì)胞漿多選題

A型題10.DNA復(fù)制中的引物是：

A.由DNA為模板合成的DNA片段

B.由RNA為模板合成的RNA片段

C.由DNA為模板合成的RNA片段

D.由RNA為模板合成的RNA片段

E.引物仍存在于復(fù)制完成的DNA鏈中多選題

A型題11．DNA復(fù)制時(shí)，子鏈的合成是：

A.一條鏈

5'→3'，另一條鏈3→5'

B.兩條鏈均為5'→3'

C.兩條鏈均為連續(xù)合成

D.兩條鏈均為3'→5'

E.兩條鏈均為不連續(xù)合成多選題

A型題12．岡崎片段是指：

A.DNA模板上的DNA片段

B.引發(fā)酶催化合成的RNA片段

C.后隨鏈上合成DNA片段

D.前導(dǎo)鏈合成的DNA片段

E.由DNA連接酶合成的DNA多選題

A型題13．DNA復(fù)制時(shí)辯認(rèn)復(fù)制起始點(diǎn)主要酶是：

A．DNA聚合酶

B.拓?fù)洚悩?gòu)酶

C.解鏈酶

D.引發(fā)酶

E.DNA連接酶多選題

A型題14．DNA復(fù)制中，下列哪一種酶是不需要的？

A.DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶

B.DNA連接酶

C.拓?fù)洚悩?gòu)酶

D.解鏈酶

E.限制性?xún)?nèi)切酶多選題

A型題15．下列關(guān)于大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ的敘述哪一項(xiàng)是正確的？

A.具有3’→5’核酸外切酶活性

B.不需要引物

C.需求4種不同的三磷酸核苷

D.dUTP是它的一種作用物

E.可以將二個(gè)DNA片段連起來(lái)多選題

A型題16．下列關(guān)于逆轉(zhuǎn)錄的敘述哪一項(xiàng)是錯(cuò)誤的？

A.以RNA為模板合成DNAB.RNA-DNA雜交體是終產(chǎn)物

C.催化鏈的延長(zhǎng)其方向?yàn)?'→3'

D.底物是四種dNTP

E.遵守堿基配對(duì)規(guī)律

B型多選題

A．半不連續(xù)復(fù)制

B.半保留復(fù)制

C.轉(zhuǎn)錄D.逆轉(zhuǎn)錄E.翻譯

1.細(xì)胞分裂增殖時(shí)的DNA合成叫做：

2.雙鏈DNA復(fù)制時(shí)，合成的新鏈一條是前導(dǎo)鏈，另一條是有岡崎片段連接的隨從鏈，這叫做：

3.RNA為模板指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)的過(guò)程：

4.RNA為模板指導(dǎo)合成DNA的過(guò)程

5.DNA為模板指導(dǎo)合成RNA的過(guò)程

B型多選題:

A.前導(dǎo)鏈B.后隨鏈C.模板鏈

D.編碼鏈E.岡崎片段

6．以5'→3'DNA鏈為模板合成的DNA新鏈?zhǔn)牵?/p>

7．以3'→5'DNA鏈為模板合成的DNA新鏈?zhǔn)牵憾噙x題

A型題答案1.下列有關(guān)DNA復(fù)制酶的敘述哪個(gè)是正確的？C.DNA聚合酶δ和α都需要模板和引物

DNA聚合酶δ和α是真核生物DNA復(fù)制中起作用的主要酶,它們都需要模板和引物。多選題

A型題答案2.DNA兩條鏈均作為模板發(fā)生在:A.復(fù)制只有在DNA復(fù)制時(shí)，DNA的兩條鏈均作為模板合成子代DNA。這種復(fù)制稱(chēng)DNA的半保留復(fù)制。

多選題

A型題答案3.合成DNA的原料是：C.dATP,dGTP,dCTP,dTTP

DNA的合成需要四種脫氧核苷三磷酸為原料，在DNA聚合酶的催化下形成多核苷酸鏈。合成反應(yīng)是耗能的,故需要脫氧核苷三磷酸。多選題

A型題答案4.DNA合成的不連續(xù)性:C.導(dǎo)致合成岡崎片段.DNA合成的不連續(xù)性導(dǎo)致合成岡崎片段的生成。DNA新鏈的合成始終是按5’→3’方向進(jìn)行的。隨著雙鏈的打開(kāi)，由起始點(diǎn)形成復(fù)制叉后，新合成的兩條方向相反的鏈中，一條鏈的合成方向與復(fù)制叉前進(jìn)方向是一致的，合成就能順利地連續(xù)進(jìn)行；另一條鏈的合成方向則與復(fù)制叉前進(jìn)方向相反，DNA的合成是不連續(xù)的,導(dǎo)致合成岡崎片段。多選題

A型題答案5.在DNA復(fù)制時(shí)，下利所有因子對(duì)DNA鏈解旋和解鏈都是必需的，但除外

D.SSD蛋白酶的活性

DNA復(fù)制時(shí)，SSD對(duì)單鏈DNA有結(jié)合作用故稱(chēng)為單鏈DNA結(jié)合蛋白，對(duì)DNA解旋和解鏈不是必需的。多選題

A型題答案

6.真核DNA的復(fù)制

D.至少有一種DNA聚合酶有3'-5'外切核酸酶的活性真核DNA的復(fù)制時(shí)，至少有一種DNA聚合酶有3'-5'外切核酸酶的活性。如DNA聚合酶具有這種活性。在DNA復(fù)制過(guò)程中DNA聚合酶的3'-5'外切核酸酶的活性能及時(shí)去除錯(cuò)誤核苷酸的摻入，這對(duì)于保證DNA復(fù)制的保真性是必需的。多選題

A型題答案7．有下述有關(guān)端粒酶的描述都是正確的，但除外B.它將端粒加到DNA鏈的5’末端端粒酶將端粒加到DNA鏈的3’末端。因?yàn)镈NA的3’末端存在著富含鳥(niǎo)嘌呤核苷酸的重復(fù)順序,端粒酶中的RNA與其互補(bǔ)合成端粒。多選題

A型題答案8.轉(zhuǎn)換突變D.轉(zhuǎn)換突變是指一種嘌呤堿基替代另一種嘌呤堿基或一種嘧啶替代另一種嘧啶即A-G或C-T之間互換多選題

A型題答案9．細(xì)胞中進(jìn)行DNA復(fù)制的部位是:C.細(xì)胞核

DNA存在于細(xì)胞核內(nèi),DNA復(fù)制的有關(guān)酶類(lèi)也存在細(xì)胞核內(nèi),故DNA的復(fù)制是在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行的。多選題

A型題答案10.DNA復(fù)制中的引物是：C.由DNA為模板合成的RNA片段

引發(fā)酶以DNA為模板，以NTP為原料，合成一小段RNA，此RNA片段為DNA的合成提供3’-OH末端，DNA聚合酶在RNA3’-OH末端的基礎(chǔ)上，合成DNA。多選題

A型題答案11．DNA復(fù)制時(shí)，子鏈的合成是：B.兩條鏈均為5’→3’

DNA聚合酶催化DNA復(fù)制，其合成的方向只能是5’→3’，故兩條鏈合成的方向均為5’→3’。為此，一條鏈的合成是連續(xù)的，另一條鏈的合成是不連續(xù)的。12．岡崎片段是指：C.后隨鏈上合成DNA片段

由于DNA兩條鏈合成的方向均為5’→3’。為此，一條鏈的合成是連續(xù)的，稱(chēng)前導(dǎo)鏈。另一條鏈的合成是不連續(xù)的，稱(chēng)后隨鏈。岡崎片段是指后隨鏈上合成的DNA片段。多選題

A型題答案多選題

A型題答案13．DNA復(fù)制時(shí)辯認(rèn)復(fù)制起始點(diǎn)主要酶是：

D.引發(fā)酶

引發(fā)酶在復(fù)制起始點(diǎn)以DNA為模板，首先合成一小段RNA引物，其后DNA聚合酶才起作用。多選題

A型題答案14．DNA復(fù)制中，下列哪一種酶是不需要的？E.限制性?xún)?nèi)切酶

在DNA復(fù)制中不需要限制性?xún)?nèi)切酶。在基因工程及基因診斷等該酶是重要的工具酶。15．下列關(guān)于大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ的敘述哪一項(xiàng)是正確的？

A.具有3’→5’核酸外切酶活性大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ除了具有聚合酶的活性外，還具有3’→5’核酸外切酶的活性。此活性對(duì)復(fù)制的保真性具有重要的作用，能及時(shí)切除錯(cuò)配的堿基。多選題

A型題答案16．下列關(guān)于逆轉(zhuǎn)錄的敘述哪一項(xiàng)是錯(cuò)誤的？

B.RNA-DNA雜交體是終產(chǎn)物

逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程是以RNA為模板，終產(chǎn)物是雙鏈DNA而不是RNA-DNA的雜交體。多選題

A型題答案多選題B型答案

1.細(xì)胞分裂增殖時(shí)的DNA合成叫做：

B.半保留復(fù)制

在DNA復(fù)制過(guò)程中，兩條螺旋的多核苷酸鏈之間的氫鍵斷裂，然后以每條鏈各作為模板合成新的互補(bǔ)鏈。這樣新形成的兩個(gè)子代DNA分子與原來(lái)DNA分子的堿基順序完全一樣。在此過(guò)程中，每個(gè)子代分子的一條鏈來(lái)自親代DNA。另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式稱(chēng)為半保留復(fù)制多選題B型答案2.雙鏈DNA復(fù)制時(shí)，合成的新鏈一條是前導(dǎo)鏈，另一條是有岡崎片段連接的后隨鏈，這叫做：A．半不連續(xù)復(fù)制由于DNA分子的兩條鏈?zhǔn)欠聪蚱叫械?，從一個(gè)方向看去，一條鏈?zhǔn)菑?’→3’走向，另一條鏈則是3’→5’。DNA復(fù)制時(shí)，不管以那條鏈作模板，新鏈的合成始終是按5’→3’方向進(jìn)行的。隨著雙鏈的打開(kāi)，由起始點(diǎn)形成復(fù)制叉后，新合成的兩條方向相反的鏈中，一條鏈的合成方向與復(fù)制叉前進(jìn)方向是一致的，合成是連續(xù)的,另一條鏈合成方向與復(fù)制叉前進(jìn)方向相反,合成是不連續(xù)的,故DNA的復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制。多選題B型答案3.RNA為模板指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)的過(guò)程：

E.翻譯

蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，RNA是由核苷酸組成的。以RNA為模板合成蛋白質(zhì)的過(guò)程是兩種語(yǔ)言的交換故稱(chēng)翻譯。多選題B型答案4.RNA為模板指導(dǎo)合成DNA的過(guò)程D.逆轉(zhuǎn)錄

轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成RNA的過(guò)程，而以RNA為模板指導(dǎo)DNA的合成稱(chēng)逆轉(zhuǎn)錄。在逆轉(zhuǎn)錄病毒中,逆轉(zhuǎn)錄是在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化下進(jìn)行的。在重組DNA中，可利用逆轉(zhuǎn)錄酶合成某些mRNA相應(yīng)的DNA，稱(chēng)互補(bǔ)DNA（complementaryDNA,cDNA）。

多選題B型答案5.DNA為模板指導(dǎo)合成RNA的過(guò)程C.轉(zhuǎn)錄

以DNA為模板，在DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶的作用下，以NTP為底物合成RNA的過(guò)程為轉(zhuǎn)錄。由于RNA中不含有T，而含有U，故在堿基配對(duì)時(shí)，DNA中T由RNA中的U取代。即在RNA中是A-U，G-C配對(duì)。

多選題B型答案6．以5’→3’DNA鏈為模板合成的DNA新鏈?zhǔn)牵築.后隨鏈

以5’→3’DNA鏈為模板合成的DNA新鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)的,形成岡崎片段,稱(chēng)后隨鏈.多選題B型答案7.以3‘→5’DNA鏈為模板合成的DNA新鏈?zhǔn)牵?/p>

A.前導(dǎo)鏈以3’→5’DNA鏈為模板合成的DNA新鏈與復(fù)制叉前進(jìn)的方向相同,復(fù)制是連續(xù)的,稱(chēng)前導(dǎo)鏈.

歷史故事一．1958年，提出DNA復(fù)制為半保留復(fù)制美國(guó)科學(xué)家馬修.梅塞爾(MatthewMeselson)于1930年出生在科羅拉多州的丹佛。他畢業(yè)于加州工學(xué)院物理化學(xué)專(zhuān)業(yè)。畢業(yè)后留校，1976年到哈佛大學(xué)工作。福蘭克林.斯塔爾(FranklinStahl)于1929年出生于馬薩諸塞州的波士頓。曾求學(xué)于哈佛大學(xué)及羅切斯特大學(xué)。1955年至1958年在加州工學(xué)院工作，其后在密蘇里大學(xué)工作一年。1970年受聘于俄羅岡大學(xué)任教授。

1957年，梅塞爾和斯塔爾在加州工學(xué)院工作期間，利用大腸桿菌研究遺傳物質(zhì)DNA。他們先將大腸桿菌放入含有N15的培養(yǎng)基中標(biāo)培養(yǎng)，然后將這些大腸桿菌轉(zhuǎn)移到N14的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，最后把大腸桿菌經(jīng)密度梯度離心。他們發(fā)現(xiàn)提取的DNA有三條帶。它們分別為只含有N15的DNA，只含有N14的DNA，和既含有N15的DNA又含有N14的DNA。將含有N15的DNA又含有N14的DNA進(jìn)行加熱，DNA分為兩半，一條是含有N15的DNA的重鏈，另一條是含有N14的DNA的輕鏈。他們得出的結(jié)論是新合成的DNA兩條鏈，一條由