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DNA的复制和修复机制DNA是构成生命的基础分子，它存储了生物体遗传信息的全部内容。
在生物体繁殖和生长的过程中，DNA需要不断地进行复制和修复。
本文将从DNA复制和DNA修复两个方面来探讨DNA的复制和修复机制。
一、DNA的复制机制在细胞分裂过程中，DNA需要进行复制，以确保每个新生细胞都有完整的遗传物质。
DNA的复制过程是一个高度复杂和密集的事件，在保持准确性和可靠性方面具有重要意义。
1. DNA复制的基本原理DNA复制是由许多复杂步骤组成的，但总的原理是双链DNA 分解成两个单链模板，然后每个模板根据碱基互补规则进行互补匹配，形成新的DNA分子。
具体过程如下：1）双链DNA分离：DNA双链在复制开始前需要分解成两个单链。
DNA双链被酶或蛋白质复合物断开，形成两个单链。
2）DNA合成：DNA配对原则是A对T，C对G。
DNA聚合酶按照这种互补规则将游离碱基从溶液中拾取到新单链上，形成新的DNA双链。
这样，每条单链上的每个碱基都可以通过互补配对获得一个互补匹配的碱基，以恢复新的双链DNA结构。
3）复制完成：参与复制的酶和蛋白分离，复制完成。
2. DNA复制的重要生物分子DNA复制需要多种重要的生物分子参与，包括：1）DNA聚合酶：DNA聚合酶是一种大分子酶，可以将游离核苷酸与模板DNA上的碱基互补配对。
人类DNA中有15种不同类型的DNA聚合酶，它们各自在不同情况下执行DNA复制任务。
2）DNA螺旋酶：DNA螺旋酶能够打开和关闭双链DNA的螺旋结构。
它能解除DNA上的过度的正转和反转扭曲，并且为新合成链的合成提供合适的空间。
3）单链结合蛋白：单链结合蛋白能够保护自由的单链DNA不受降解和修复酶的攻击，从而确保DNA聚合酶能够准确地在正确的位置进行DNA复制。
二、DNA的修复机制DNA的修复是细胞确保DNA稳定性的关键保障，DNA修复机制能够检测和修复DNA链的损伤，从而维持细胞遗传稳定性。
本文将从DNA损伤的类型和DNA修复的方式两个方面探讨DNA的修复机制。
DNA复制和DNA修复的分子机制DNA是人类遗传信息的核心，控制着生命的起源和发展。
DNA的重要性在于存储和传递遗传信息，而复制和修复机制则保障了DNA信息的完整性和准确性。
本文将介绍DNA复制和DNA 修复的分子机制以及它们的相互作用与影响。
1. DNA复制的分子机制DNA复制是生物界最基本的生化过程之一，它在细胞分裂中起着核心作用。
它是指将一个双链DNA模板的信息复制到一个新的双链DNA子分子，并同时保留原始DNA分子的完整性和无误差的复制。
DNA复制的过程可以分解为三个阶段：（1）DNA双链分离；（2）DNA单链模板的复制；（3）新DNA双链的合成。
以下将逐个阶段介绍复制中涉及的分子机制。
（1）DNA双链分离DNA双链分离是DNA复制的第一个步骤和限制因素。
DNA双链在每一个DNA复制的起点处，通过融合到一起，在此处展开和暴露单链DNA模板，产生称为“复制泡”的结构。
这个过程主要受到三种因素的影响：（a）终止作用蛋白；（b）前进受阻；（c）原始DNA双链的拓扑结构变化。
大量的研究表明，在细胞分裂过程中，DNA单链的复制机制通过DNA融合合成了大量的蛋白终止作用物质，这些物质在不同的双链DNA断裂位点扮演不同的角色，包括终止复制泡移动、束缚外复制口的结构、保持单链DNA 泡的稳定性和重排DNA双链拓扑结构等等。
（2）DNA单链模板的复制DNA单链模板的复制是复制的核心阶段。
这个过程涉及到三个组分的复杂相互作用：DNA模板、DNA聚合酶和DNA模板的辅助因子。
DNA聚合酶是DNA复制中至关重要的组分，它在复制期间运行，根据单链DNA的模板复制新的DNA链。
DNA聚合酶由细胞核酸和蛋白质组成，仅能在DNA单链的3'端加入核苷酸。
它们会在单链DNA的末端现有核苷酸受到识别和特定引导下，配对新的碱基，并继续进行合成。
DNA模板的辅助因子在复制过程中，调节DNA聚合酶的活性，寻找复制泡的起点和方向并保护DNA聚合酶免受DNA外部条件的干扰。
DNA复制和修复DNA复制是指细胞在分裂过程中，将自身的遗传信息复制出一个完整的复制品。
而DNA修复则是指细胞在DNA受损或出现错误时，通过各种修复机制来修复DNA的完整性和正确性。
DNA复制和修复是生命维持与传递的基本过程，在细胞分裂和生物进化中起着重要作用。
一、DNA复制DNA复制是生物体在细胞分裂过程中进行的重要活动，它确保了新细胞中的DNA完全相同。
1. DNA复制的起点DNA复制始于特定的起始点，称为复制起点。
在这个起始点，DNA双链会被解开形成两个单链，每个单链作为新的DNA模板。
2. DNA复制的酶和蛋白质DNA复制过程中需要多种酶和蛋白质的参与。
首先是DNA聚合酶，它负责将新的核苷酸与模板上的核苷酸配对，形成新的DNA链。
还有其他酶和蛋白质，如DNA解旋酶、DNA连接酶等，它们协助DNA复制的进行。
3. DNA复制的三步骤DNA复制可以分为三个步骤：解旋、配对和连接。
解旋：DNA解旋酶会解开DNA双链，形成两个单链模板。
这是DNA复制的第一步。
配对：DNA聚合酶会按照模板链上的碱基顺序，将新的核苷酸与之配对。
这是DNA复制的第二步。
连接：DNA连接酶将配对好的新核苷酸连接起来，形成新的DNA 链。
这是DNA复制的最后一步。
二、DNA修复DNA修复是细胞对DNA损伤或错误的修复过程，它确保了DNA 的稳定性和可靠性。
1. DNA损伤的原因DNA存在多种损伤原因，包括放射线、化学物质、环境因素和内源性因素等。
这些损伤会导致DNA链断裂、碱基损伤等问题。
2. DNA修复机制细胞有多个DNA修复机制，如直接修复、错配修复、核切修复和碱基切除修复等。
直接修复：某些DNA损伤可以直接被修复酶修复，这种修复方式是最简单的一种。
错配修复：当DNA复制过程中出现错配错误时，细胞会引入错配修复机制，将错误的核苷酸去掉，并重新合成正确的核苷酸。
核切修复：当DNA链发生断裂时，细胞会引入核切修复机制，通过切割并重新连接DNA链来修复断裂。
从复制起始点到终止点的区域，一个复制子仅一个复制起点i.复制子：能独立进行复制的单位a.复制叉：复制时，双链DNA解开成双股链分别进行，复制起始点呈现叉子的形式b.27）光活化修复：DNA光解酶可切开嘧啶二聚体的环丁烷恢复其DNA的原初结构。
光解酶含有可吸收蓝光为反应提供所需能量的色素分子。
28）SOS修复：指细胞在受到潜在致死性压力(如UV辐射、胸腺嘧啶饥饿、丝裂霉素C作用、DNA复制必需基因失活等因素)之后，出现有利于细胞生存、以突变为代价的代谢预警反应。
诱导DNA 聚合酶活性，涉及近20个sos 基因的表达，整个反应受到阻遏蛋白-LexA和激活蛋白-RecA的调节。
29）DNA损伤由辐射或药物等引起的DNA结构的改变。
包括DNA结构的扭曲和点突变。
DNA结构的扭曲会造成对复制、转录的干扰；而点突变则会扰乱正常的碱基配对，通过DNA序列的改变而对后代产生损伤效应。
小的DNA损伤通常可通过DNA修复纠正，而程度广泛的损伤可引起细胞程序性死亡。
30）氧化损伤在所有需氧细胞中由于超氧化物、氢过氧化物及最重要的羟基自由基等活性氧（ROS）的存在，会在正常条件下发生氧化损伤，这些自由基可在许多位点上攻击DNA，产生一系列特性变化了的氧化产物。
31）烷基化烷化剂是可将烷基（如甲基）加入到核酸上各种位点的亲电化学试剂，但其加入的位点有别于正常甲基化酶的甲基化位点，常见的烷基化试剂有MMS和ENU。
32）加合物紫外线照射可使DNA链上相邻嘧啶形成嘧啶二聚体，结果不能与其相对应的链进行碱基配对，导致DNA 局部变性，产生破坏复制和转录的大块损伤。
33）DNA的自发损伤由DNA内在的化学活性以及细胞中存在的正常活性化分子所致的损伤称为自发性损伤。
34）转氨作用：胞嘧啶会自发地水解脱氨变成尿嘧啶而造成点突变形成损伤。
35）脱嘌呤作用：在弱酸性条件下，核酸，尤其是DNA分子上的嘌呤碱基被脱除的过程。
36）脱嘧啶作用：基本概念1.DNA 复制修复2019年6月18日17:42核酸分子上的嘧啶碱基也可能发生脱除，但频率很低。
第十九章DNA的复制、修复与重组121958年，F.Crick 提出中心法则,揭示了生物体内遗传信息的传递方向：4子代DNA的一条链来自亲代，另一条是新合成的。
★环状DNA复制起点的gene mapping P532图19-3783、复制方向复制方向大多数是双向的，形成两个复制叉，少数是单向复制，形成一个复制叉。
4、DNA的几种复制方式¾（1）直线双向复制单点，原核生物; 多点，真核染色体DNA¾（2）θ型复制：环状双链DNA，单向或双向（E .coli.）¾（3）滚环复制：环状单链DNA，Φx174 p533¾（4）D环复制：线粒体、叶绿体DNA¾（5）多复制叉复制：第一轮复制尚未完成，复制起点就开始第二轮的复制。
910滚动环复制11E.coli复制叉移动的速率约50Kb/min，复制一代约需40分钟[4.2 ×106/（50Kb ×2）=42]。
富营养时，可采取多复制叉复制方式，20min复制一代。
真核复制叉前进的速率约1000-3000bp/min，采用多复制子（多点）方式，真核染色体复制一代要6-8小时。
131617DNA 聚合酶的反应特点：⑴以4种dNTP 为底物⑵反应需要接受模板的指导⑶反应需有引物3，-OH 存在⑷链生长方向5，→3，DNA 生物合成5’→3’，3. E.coli DNA聚合酶（1）DNA pol I单体酶，催化活性：5，→3，聚合酶活性3，→5，外切酶活性5，→3，外切酶活性大片段（Klenow）：5，→3，聚合活性、3，→5，外切活性。
小片段，5，→3，外切活性18（2）DNA PolⅡ单体酶，催化活性：5，→3，聚合(活性很低)3，→5，外切在DNA修复中起作用。
（3）DNA polⅢ（复制酶）寡聚酶。
DNA polⅢ是合成新链DNA主要的酶，又称复制酶(Replicase)19DNA聚合酶III5’→3’聚合酶活性5’→3’外切酶活性3’→5’外切酶活性(校正)★DNA聚合酶的校对功能：错配碱基被3’-5’外切酶切除DNA复制的高保真机制:1.DNA聚合酶的高度选择性2.DNA聚合酶（3’→5’外切酶）的校对功能3.错配修复P539表19-1、19-22021P1. 复制的起始DNA的双螺旋解开合成RNA引物的过程。
1）由TopoII松弛超螺旋，Dna A、解螺旋酶解开双链，SSB（单链结合蛋白）结合到单链上使其稳定。
2）形成引发体：各种蛋白质因子（dnaB、dnaC）、引物酶（dna G）构成的复合体，负责RNA引物的合成。
引发体沿着模板链3’→5’方向移动引物的合成方向也是5´→3´方向。
27★大肠杆菌起始复制所需蛋白质：p542表19-4 Dna A 在原点处打开双螺旋Dna B 使DNA解旋Dna C 帮助Dna B结合在原点Hu刺激起始引物酶(Dna G) 合成RNA引物SSB 结合单链DNARNA聚合酶促进Dna A活性旋转酶(Topo II) 松驰DNA扭曲张力292、DNA链的延长反应链的延长反应由DNA pol III催化。
在DNA聚合酶催化下，以解开的单链为模板，以四种dNTP为原料，进行聚合作用。
由5´→3´方向延长子链。
303、RNA引物的切除及缺口补齐DNA polⅠ的5，→3，外切酶活力，切除RNA引物。
DNApolⅠ的5， → 3，聚合酶活性，补齐缺口。
4、DNA切口的连接 DNA ligase。
5、DNA合成的终止E.coli复制的终止区含有7个23bp的终止位点 细菌环状DNA，复制叉相遇即终止。
33不连续片段的连接（滞后链）3' 5' 5' 3' RNA 酶（DNA polⅠ） 5' 3' OH P3' 5'dNTP 3' 5'DNA 聚合酶 P 5' 3'ATP 3' 5'DNA 连接酶 5' 3'34原核细胞DNA的 半不连续复制复 制过程复制叉的 移动方向5´3´Topo II Dna A 解螺旋酶 Dna B 引 引物酶+Dna C发 体SSB复制的起始RNA引物DNA链的延长DNA聚 合酶III DNA聚 合酶I3´DNA链终止前导链 滞后链DNA连接酶3´3´5´RNA引物3´5´35★ 复制过程小结：⑴ DNA解螺旋酶……解开双链DNA。
⑵ SSB结合于DNA单链。
⑶ DNA促旋酶引入负超螺旋，消除复制叉前进时带来 的扭曲张力。
⑷ DNA引物酶(在引发体中)合成RNA引物。
⑸ DNA pol III在两条链上合成DNA。
⑹ DNA polⅠ切除RNA引物，并补上DNA。
⑺ DNA ligase连接冈崎片段。
(8)DNA合成的终止36第三节 真核生物DNA的复制P424 1、 复制起点和单位真核生物染色体DNA是多复制子，有多个复制起点， 可以多点起始，分段进行复制。
每个复制子大多在100-200kb之间，比细菌染色体DNA （单复制子）小得多。
37真核细胞DNA复制的特点• 多个起点复制起 点 起 点 起 点 起 点 起 点 起 点真核生物复制叉移动的速度(1~3kb/min)比原核(50kb)的 慢。
38第四节 逆转录逆转录：以RNA为模板，合成DNA的过程 逆转录酶：RNA指导的DNA聚合酶1） RNA指导的DNA聚合酶 2） Rnase H 3） DNA指导的DNA聚合酶逆转录病毒RNA、DNA的合成43第五节DNA突变与修复一、 DNA突变突变 (mutation)：遗传物质结构改变而引起的遗 传信息的改变，也称为DNA损伤 (DNA damage)。
主要分为：碱基置换、DNA片段的缺失或插入、移码突 变、插入失活。
从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改 变。
44突变的类型：p559点突变：DNA原来的一个碱基对被另外一个碱基对所取 代。
转换 ：发生在同型碱基之间的置换。
颠换 ：一种嘌呤与一种嘧啶之间的置换。
移码突变：碱基缺失和插入引起的三联体密码的阅读 方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。
45DNA突 变的类型碱基对的置换 (substitution)野生型基因-T-C-T-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-T-G-A-C-A-T-G-C-移码突变 (framesshift mutation)转换-T-C-T-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-C-G-A-C-A-T-G-C-插入-T-C-T-C-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-G-T-G-A-C-A-T-G-C-颠换-T-C-T-T-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-A-G-A-C-A-T-G-C-T缺失46-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-A移码突变：正常5´……GCA GUA CAU GUC……丙缬组缬缺失C5´……GAG UAC AUG UC……谷酪蛋丝47诱变剂：能够提高突变率的物理和化学因子。
碱基类似物(如：5-BrU)碱基修饰剂（羟胺类，NH2OH)嵌入染料：丫啶橙，溴化乙锭紫外线、电离辐射481、光复活细菌光复活现象: 可见光（最有效400nm）可激活光复活酶，此酶能分解由于紫外线形成的嘧啶二聚体。
高等哺乳动物没有此酶。
50A 形成嘧啶二聚体B. 光复合酶结合于损伤部位C 酶被可见光激活D. 修复后释放酶2、切除修复P566 图19-27 DNA损伤的切除修复过程在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除，并以完整的那一条链为模板，合成出切去部分，DNA恢复正常结构。
I、结构缺陷的修复：II、碱基缺陷或错配——（N-糖苷酶）523、重组修复P568图19-29重组修复的过程切除修复发生在DNA复制之前，而当DNA发动复制时尚未修复的损伤部位，可以先复制，再重组修复。
在重组修复过程中，DNA链的损伤并未除去。
54554、SOS反应及其诱导的修复SOS诱导修复是细胞DNA受到严重损伤或DNA复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的一系列诱导性修复。
SOS反应是由RecA蛋白(触发SOS)和LexA阻遏物相互作用引起的。
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