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第三部分、分子生物学－信息途径第十六节：DNA的复制、修复和重组中大历年考题：一、填空题1. DNA 复制时，引发前体和引发酶构成____________。
（0828）2. 端粒的简单串联重复DNA 合成由_________酶负责。
（0724）3. 基因组中能独立复制的单位称__________。
（0725）4. 现已发现大肠杆菌有五种不同的DNA 聚合酶，其中真正负责DNA 复制的是_________。
（0619）5. DNA 复制的两大特点是_________复制和_________复制。
（0501）6. 基因组中能够独立复制的单位称_________。
（0502）7. DNA 连接酶催化的连接反应需要能量供给，大肠杆菌以_________为能量来源，而动物细胞以_________为能量来源。
（0503）8. 大肠杆菌的三种DNA 聚合酶中有5’-3’外切酶活性的是_________。
（0504）9. 真核生物DNA 聚合酶中负责冈崎片段合成的是_________。
（0505）10. 端粒的简单串联重复DNA 合成由_________酶负责。
（0506）11. DNA 复制后最常见的修饰是某些碱基的___________，目的是自我识别，以免受到自身核酸内切酶的破坏。
（0524）12. 反向重复序列_________（05三7）13. 基因突变________（05三9）14. 复制体________（05三10）15. 基因家族_________（04三5）16. 复制子__________（04三8）二、判断题1. 生物物种随基因组增大，独特基因减少，家族基因增多。
（0820）2. 细胞器基因组都是环状DNA 分子。
（0828）3．小鼠基因组的中性位点的年替换率大于人类的基因组。
（0830）4. 原核生物和真核生物的聚合酶都是以dNTP 为底物。
（0719）5. 噬菌体的整合由整合酶引发，其功能相当于Ⅱ型拓扑异构酶。
DNA损伤修复与维持基因组稳定性的分子机制DNA是生物体内存储遗传信息的重要分子，但在生物活动过程中，DNA会受到各种内外因素的损伤，如自然辐射、化学物质和代谢产物等。
DNA的损伤可能导致突变、染色体异常和细胞死亡等严重后果，为了维持基因组的稳定性，生物体发展了复杂的DNA损伤修复系统。
本文将深入探讨DNA损伤修复与维持基因组稳定性的分子机制。
一、单链损伤修复机制DNA在受到外界损伤时，会产生各种类型的损伤，如碱基氧化、链断裂和损伤区域缺失等。
针对单链损伤，生物体主要依靠碱基切除修复（base excision repair, BER）和核苷酸切除修复（nucleotide excision repair, NER）两种主要机制进行修复。
碱基切除修复通过一系列酶的作用，将受损碱基切除，并用新的核苷酸替代受损位点，最终完成DNA修复。
核苷酸切除修复则主要用于修复大片段的DNA损伤，该机制可以识别和修复多种损伤，包括DNA链断裂、环化和交联。
二、双链断裂修复机制双链断裂是DNA损伤中最严重的一种，如果不及时修复，会导致基因组的部分或全部缺失。
生物体主要通过同源重组修复（homologous recombination repair, HRR）和非同源末端连接修复（non-homologous end joining, NHEJ）两种机制修复双链断裂。
同源重组修复是在双链断裂发生后，通过寻找相似的DNA序列进行配对，然后通过交换DNA片段完成修复。
这种修复机制具有高效、准确的特点，但需要依赖同源DNA序列的存在。
相比之下，非同源末端连接修复则是将损伤的DNA末端连接起来，但由于缺乏准确的模板，容易引起插入、缺失和突变等不可逆的后果。
三、基因组稳定性的维持DNA损伤修复不仅是为了保障个体遗传信息的完整性，同时也是为了维持基因组的整体稳定性。
除了损伤修复机制外，生物体还发展了一系列分子机制来监测DNA损伤和调控细胞周期。
重组修复名词解释重组修复是一种在生物学中常见的修复机制，指的是染色体上发生重组的过程。
染色体是一种由DNA和蛋白质组成的结构，承载着细胞遗传信息。
重组修复是指在染色体上的DNA分子发生断裂时，通过重新组合、修复过程来恢复DNA的完整性。
在细胞分裂和繁殖过程中，染色体上的DNA分子会不可避免地发生断裂。
这些断裂源自于内外部因素的影响，如辐射、化学物质等。
DNA分子的断裂会导致基因丢失、基因排列的错位等问题，对细胞的遗传稳定性和正常功能产生重大影响。
重组修复的目的是恢复DNA的完整性。
当DNA分子发生断裂时，细胞中的相关酶和蛋白质会介入修复过程。
首先，DNA链断裂的两端会被特定的酶修剪，形成过度悬挂的单链末端。
然后，细胞会寻找到与分裂片段相互匹配的相同或相似的DNA序列，并将其用作模板。
接下来，DNA链的重组修复就会发生，通过将损坏的DNA断裂端与模板DNA分子进行配对，恢复DNA的完整性。
最后，经过连接酶的作用，两端的DNA分子重新连接在一起，形成完整的染色体结构。
重组修复的机制有多种方式。
最常见的是同源重组修复（homologous recombination repair，HR），它发生在有着相同或相似序列的两条DNA分子之间。
当一条DNA分子发生断裂时，细胞会通过寻找另一条同源的DNA分子作为模板，来修复断裂的DNA。
此外，还有非同源末端连接（non-homologous end joining，NHEJ）和替身链合成（translesion synthesis，TLS）等重组修复机制。
重组修复在生物体中起着至关重要的作用。
它不仅有助于维持基因组的稳定性，还可以修复DNA上的各种损伤，如双链断裂、碱基损伤等。
如果重组修复机制发生异常，将导致染色体不稳定、基因突变等严重后果。
染色体不稳定性与癌症等疾病的发生密切相关。
总之，重组修复是一种细胞内的修复机制，通过重新组合和修复 DNA 分子来恢复染色体的完整性。
DNA修复与基因突变DNA修复是维护基因组稳定性的重要过程，它能修复DNA中的各种损伤，避免基因突变的发生。
本文将探讨DNA修复的机制和与基因突变的关系。
一、DNA修复的机制1. 直接修复直接修复是指DNA损伤后，通过物理或化学方式直接还原或修复。
这种修复方式适用于较简单的损伤类型，如光损伤和碱基组合问题。
2. 间接修复间接修复是指在DNA损伤后，通过切除和重合过程来修复。
常见的间接修复机制有切除修复（excision repair）和重组修复（recombination repair）。
切除修复包括：- 错配修复（mismatch repair）：修复DNA配对错误。
- 核苷酸切除修复（nucleotide excision repair）：修复各种DNA损伤，如化学物质引起的损伤和紫外线照射导致的损伤。
- 噬菌体T4修复（phage T4 repair）：修复T4噬菌体感染后引起的DNA损伤。
重组修复包括：- 同源重组（homologous recombination）：通过同源染色体信息在DNA双链损伤部位进行修复，该修复机制保证了DNA完整性和稳定性。
- 非同源结合（non-homologous end joining）：在DNA双链损伤无同源片段的情况下，通过直接将两个断裂端连接在一起来修复DNA。
二、基因突变的发生与DNA修复的关系DNA修复功能的损失或异常可能导致基因突变的发生。
基因突变是指DNA序列的改变，这种改变可能影响基因功能、表达或调控。
1. DNA修复缺陷与遗传性疾病一些遗传性疾病与DNA修复缺陷密切相关。
例如，缺少DNA修复酶的人可能患有遗传性疾病，如遗传性乳腺癌。
2. DNA修复缺陷与肿瘤发生DNA修复缺陷也与肿瘤发生相关。
在正常细胞中，DNA损伤会被及时修复，避免基因突变的积累。
然而，当DNA修复机制出现缺陷时，细胞的基因组稳定性受到影响，易于发生突变，增加了肿瘤的风险。
DNA修复的五种方式作者：杨蕙萱肖义军来源：《中学生物学》2015年第07期人教版高中生物教材中，介绍了细胞在受到致癌因子作用时，细胞中的遗传物质会发生变化，使细胞发生癌变。
除此之外，作为细胞中最主要的遗传物质DNA偶尔也会发生碱基错配的情况，如碱基的替换、增添和缺失等，都会对DNA的结构造成损伤，使其复制与转录都受到阻碍，进而引起细胞突变。
然而，在一定条件下，细胞能对受到的不同损伤进行修复，修复的方式主要有错配修复、直接修复、切除修复、重组修复和应急反应（SOS）。
1 错配修复错配修复是指DNA分子在复制的过程中，有碱基的插入/缺失而引起碱基错配时，而采用的一种修复方式。
在人教版高中生物教科书必修2“DNA的复制”中，DNA作为生物体最主要的遗传物质，在复制的过程中，是按照碱基互补配对原则进行的，但这种碱基互补配对原则是不是就一定能保证碱基配对不会发生错误呢？而在第五章第一节“基因突变和基因重组”中，又介绍了基因突变是指DNA分子中发生碱基对的替换、增添或缺失等，而引起的基因结构的改变。
由此可见，DNA分子在复制时虽按碱基互补配对的原则进行，但碱基配对偶尔也会发生错配的情况。
一旦DNA分子中出现碱基错配，细胞就会启动错配修复系统来修复，进而减少突变的发生。
这种修复方式主要是依靠细胞中的Dam甲基化酶，它能在母链GATC序列上使腺苷酸N6位甲基化。
在DNA分子复制时，复制叉只要通过复制的起始位点，在DNA合成前的数分钟，母链就会被甲基化。
若DNA出现碱基错配，该系统就会通过辨别母链和子链（新合成时未被甲基化）来将子链切除，同时以母链作模板，再合成新的子链片段。
以大肠杆菌为例，在其修复过程中需要许多酶的参与，如：特异性修复蛋白（MutS、MutL、MutH）、核酸外切酶（ExoⅠ、ExoⅦ、ExoX、RecJ）、DNA解旋酶Ⅱ、DNA单链结合蛋白（SSB）及DNA连接酶等。
具体过程是二聚体MutS先找到DNA错配位点，之后与之结合，随后二聚体MutL结合上来，和MutS组成复合物（MutSL），MutSL在ATP水解提供能量的驱使下，能沿DNA双链向两方向移动直至遇到GATC序列为止，然后MutH再与MutSL结合，并在未被甲基化的子链GATC序列的5′端（沿5′→3′方向由ExoⅦ或RecJ将链切除）或3′端（沿3′→5′方向由ExoⅠ或ExoX将链切除）把核酸链切开，最终再由DNA聚合酶Ⅲ依照模板序列合成新的DNA链，由DNA连接酶将缺口连接。
DNA的重组（考研分子）知识点梳理1.D NA分子内或分子间发生遗传信息的重新组合称为遗传重组（genetic recombination）或基因重排（genetic rearrangement），重组产物为重组体DNA，DNA的重组广泛存在于各位生物中，真核生物多发生在减数分裂同源染色体之间的交换2.D NA重组能够迅速增加群体的遗传多样性，使有利的变异与有害的变异分开，通过优化组合积累有意义的遗传信息；为DNA的损伤或复制障碍提供修复机制；调控某些基因的表达或生物的发育过程3.D NA重组（recombination）●概念：指发生在DNA分子内或DNA分子之间的核苷酸序列的交换、重排和转移的现象，是已有遗传物质的重新组合过程，包括同源重组、位点特异性重组和转座重组，是基因变异和物种进化的遗传基础●作用：生物体利用重组产生新的基因或等位基因组合、病毒利用重组将自身DNA整合到宿主细胞DNA中；基因工程技术利用重组进行基因敲除和遗传作图、生物体利用重组进行重组修复●分类●同源重组（homologous recombination）●概念：又称为一般性重组（general recombination），它是由两条具有同源区的DNA分子，通过配对、链的断裂和再连接而产生片段交换的过程，不依赖序列的特异性，只依赖序列的同源性，包括细菌的接合、转化和转导真核生物同源染色体之间的交换等●同源重组的类型●解释同源重组机制的模型●Holliday 模型●内容1)两个同源染色体DNA相互靠近，排列整齐2)两条链在对应的位置上各产生一个单链的断裂3)被切开的链相互入侵、交换、连接形成Holliday中间体4)通过分支迁移产生异源双链DNA5)Holliday中间体切开并修复，形成两个双链重组DNA，根据切开方向分为片段重组体（切开的链与原断裂的链为同一条，产生的重组体有一段异源双链区，异源双链区两侧来自同一亲本DNA链，左）和剪接重组体（切开的链不是原来断裂的链，重组体异源双链区两侧不是来自同一亲本DNA，右）●不足：Holliday模型能够较好地解释同源重组现象，但是两个DNA 分子对应链的相同位置发生断裂的可能性很小●单链断裂模型1)两个同源染色体中某一个DNA分子的一条链发生断裂产生3'末端，入侵另一个DNA分子的同源区的互补链并与之配对，●双链断裂模型1)在一个DNA分子中产生一个双链断裂，DNA外切酶在断裂处进行修剪，产生3'末端，3'末端入侵另一条DNA分子并与之配对，对应的链则被置换出来以原来断裂的链配对，经过修复合成和链的再连接形成两个交叉●细菌的基因转移与重组的机制●接合（conjugation）1)细菌的细胞相互接触时遗传信息从一个细胞转移到另一个细胞的过程2)供体细胞被定义为雄性，受体细胞被定义为雌性，转移DNA的过程由接合质粒完成，能促使染色体DNA基因转移的接合质粒称为F因子，F因子中与基因转移有关的转移区约占整个染色体的三分之一，其中的tra基因编码的蛋白质是构成F性菌毛的亚基，F性菌毛接触受体细胞表面后接合过程被活化，tra S和traT基因编码表面排斥蛋白（防止与F⁺细菌接合），F⁺细菌与受体细胞靠近后，TraD蛋白（一种内膜蛋白）作为DNA的转移通道，Tra I在Tra Y的协助下结合到接合质粒的转移起点切开一条链并与5'端共价结合，Tra I也有解旋酶活性，5'端进入受体细胞内便开始合成互补链，因此受体细胞变为F⁺细胞，而供体中的单链也合成互补链3)F因子也能整合在大肠杆菌染色体DNA上，当F因子启动接合时，质粒基因中转移起点被切开，其前导链引导染色体DNA单链转移，至于转移DNA链长短取决于转移过程的时间，转移到受体中的DNA单链先互补配对成双链，然后与受体DNA发生重组，外源基因的插入需要在两端分别形成交叉连接，即发生两个位点的重组4)整合在染色体DNA中的F因子也可能被切下来，不精确切割使切下来的F因子常带有宿主的染色体基因，称为F'因子，F'细胞与F⁻细胞杂交，供体部分的染色体基因随F'因子进入受体细胞，无需整合就能表达（因为接合质粒上有转录起始点），实际上形成部分二聚体，此时受体细胞变为F'，该过程叫性导（sexduction）●遗传转化（genetic transformation）1)是指细菌品系由于吸收了外源DNA（转化因子）而发生遗传性状改变的现象，具有摄取周围环境中游离DNA分子能力的细菌细胞称为感受态细胞（competence cell），感受态是暂时的，与特定的生理状态有关2)感受态因子可以诱导与感受态有关的蛋白的表达，如自溶素能使细胞表面的DNA结合蛋白和核酸酶暴露，当游离的DNA与DNA结合蛋白结合后，核酸酶使其一条链降解，另一条链被吸收进入细胞，并与感受态特异蛋白结合整合到染色体DNA中发生重组3)也有少数细菌可以吸收双链DNA4)用高浓度Ca²⁺处理大肠杆菌可以使其转化为感受态●转导（transduction）1)是通过噬菌体将细菌基因从供体转移到受体细胞的过程，包括普遍性转导和局限性转导2)普遍性转导：宿主细胞基因组任意一段DNA组装到成熟噬菌体颗粒内而被代入受体菌3)局限性转导：某些温和的噬菌体在装配病毒颗粒时将宿主的染色体整合部分的DNA切割下来取代病毒DNA●细胞融合（cell fusion）1)由于细菌细胞质膜融合导致基因转移和重组，实验室内可以通过使用溶菌酶将去除细菌细胞壁的肽聚糖使之成为原生质体进而完成融合●与重组有关的酶1)RecA蛋白●此蛋白可以诱发SOS反应和促进DNA单链的同化（单链与同源DNA分子双链发生链的交换）从而使重组过程中DNA配对、形成Holliday中间体和分支移动等过程能够实现●机理：数千个RecA蛋白单体与DNA单链结合形成螺旋状纤丝，此复合物与双链DNA作用使其部分解旋，然后迅速扫描单链DNA的互补序列，一旦找到，互补区双链进一步解旋与单链DNA沿5'——→3'方向互补配对，直到交换终止（ATP提供能量）●该基因突变会导致双链断裂积累，无法形成正常的联会复合体●真核生物中RecA的类似物：酵母中的Rad51和Dmc1蛋白；人体中的BCRA1和BCRA2蛋白，若编码这俩蛋白的基因突变会导致乳腺癌2)RecBCD蛋白●多功能酶：依赖于ATP的核酸外切酶活性、可被ATP增强的核酸内切酶活性（内外切都有）、ATP依赖的解旋酶活性●DNA分子发生双链断裂后，RecBCD结合在游离端，使DNA双链解旋并降解，当其移动到χ 位点（5'-GCTGGTGG-3'），在其3'端4—6个核苷酸处切开，产生有3'端的DNA单链，之后结合有RecA和SSB的DNA单链入侵双链DNA形成D环结构，RecA协助寻找同源区，互补配对后RecA和SSB被释放3)Ruv A、Ruv B和Ruv C蛋白●Ruv A蛋白能够识别Holliday 连结体的交叉点并结合，使其变成四方平面构象，并帮助Ruv B蛋白六聚体在交叉点上游结合在DNA双链上，通过水解ATP使双链解旋，并使异源链螺旋化，最后Ruv C蛋白切开联结体（分支迁移就是为了找到ATTG序列，才能切开）●减数分裂时的同源重组●启动重组的机制不同：双链断裂模型，但重组仅出现在断裂的一侧，杂合DNA只出现在同一条染色单体上●特异位点重组（site-specific recombination）●只发生在DNA的特异位点之间，依赖于序列的特异性，对序列的同源性要求低●λ噬菌体与大肠杆菌的位点特异性重组●特征：基本步骤同同源重组（链的交换、形成Holliday中间体、分支迁移、拆分），但是不需要RecA参与，分支迁移距离较短，依赖于特定的蛋白质识别重组位点，催化重组反应。
DNA损伤修复系统维持细胞基因组稳定性的机制细胞是生命的组成单位，细胞的核内含有人类基因组的DNA。
每天数万亿的细胞不断朝着人体各个器官生长和繁殖，其基因组必须保持稳定性以避免遗传性疾病及其他健康问题的出现。
然而，DNA的稳定性还受到外部环境因素如辐射、化学物质、病毒、自由基等的影响，这时就需要DNA损伤修复系统介入来修复受损的DNA。
DNA损伤修复系统一般包括三个主要的步骤：首先是寻找受损位置，然后是去除受损部位并插入新的DNA，并最后完成修复。
DNA损伤修复系统大致可分为六种：直接损伤修复、错配修复、核苷酸切除修复、无义介导的RNA腐化、修复交联和重组修复。
当DNA受到损伤时，固定不动地保持原样显然不是细胞的解决之道，而是通过上述修复系统来采取行动。
直接损伤修复是指细胞暴露在辐射、化学物质、即可氧化性物质影响下，引发基因突变或其他病态变化。
直接损伤修复的方式包括光降解和光增强两种，两种方法的效果都非常显著。
错配修复是一种以核苷酸无法正确配对为原理的修复方式，通常发生在DNA 复制过程中。
错配修复机制考虑了一种非常特殊的情况，在这种情况下，复制的DNA链是错误的，因为它含有不符合碱基配对规则的组合。
在核苷酸切除修复系统中，受损的碱基或核苷酸将被切除并替换为合法的链。
该过程涉及酶的蛋白合成、蛋白相互作用和不同细胞途径的相互协作。
此外，核苷酸切除修复也是一种涉及复合体的复杂过程，其中GSTN1、AP-endonuclease、excision-endonuclease和ligase在其中扮演不同的角色。
无义介导的RNA降解是通过RNA介导的酶作用，在受损DNA区域停止转录并生成一段不完整的RNA程序，从而触发DNA体内的酶，将DNA修复。
这种修复方式遵循一种完整的机制，在该机制中，RNA会与适当的蛋白分子结合，从而启动修复过程。
修复细胞毒性交联和重组修复是当DNA跨链污染或受到其他毒害时发生的过程。
