第一节 DNA的生物合成
一, DNA的复制
复制部位：
真核生物,细胞核
原核生物,细胞质的核质区
(一 ) 复制的反应
n1d ATP
n2d CTP
n3d GTP
n4d TTP
DNA聚合酶
DNA模板 DNA +（ n1+n2+n3+n4)PPi
PPi随即被焦磷酸酶水解，从
而推动聚合反应的进行。
一, DNA的复制
(二 ) 复制的方式
DNA复制时, 亲代 DNA的双螺旋先解旋并分开,
然后以每条链为模板, 按照碱基配对原则, 各形
成一条互补链 。 这样, 从亲代的一个 DNA双螺旋分
子复制成两个与亲代的碱基序列完全相同的子代
DNA分子 。 每个子代 DNA分子中, 有一条链来自亲
代 DNA,另一条则是新形成的, 这样的复制方式叫
做 半保留复制 （ semiconservative replication） 。
半保留复制
一, DNA的复制
半保留复制
(二 ) 复制的方式 一, DNA的复制
如何证明半保留复制
(二 ) 复制的方式 一, DNA的复制
1958年,Meselson 证明：用,15NH4Cl唯一氮源
培养大肠杆菌，之后，用 14NH4Cl培养，然后进行
CsCl2进行密度梯度离心。由于 15NH4Cl密度大于
14NH4Cl,因此，形成不同区带，经过若干代培养
后，两个 14NH4Cl区带增多。
(二 ) 复制的方式 一,DNA的复制
半保留复制 全保留复制
(三 ) 复制反应 注意点
DNA复制除入 DNA聚合酶,DNA模板,
dNTP外,还需要多种 蛋白质因子、引物
,Mg2+等,
一, DNA的复制
特点：
A 对利福平不敏感
B 核糖核酸代替脱氧核糖核酸
DNA聚合酶
催化活性
功 能5'→3'
聚合
3'→5'
核酸外切
5'→3'
核酸外切
原
核
生
物
DNA聚合
酶 Ⅰ ＋ ＋ ＋
切去引物 RNA,补上
正确的 DNA片段
DNA聚合
酶 Ⅱ ＋ ＋ 与修复有关 (活性低 )
DNA聚合
酶 Ⅲ ＋ ＋
负责链的延长
(活性高 )
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
1,DNA聚合酶 (DNA polymease)
More than 90 % of the DNA polymerase activity observed
in E,coli extracts can be accounted for by DNA
polymerase I
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
DNA polymerase III is much more complex than DNA
polymerase I,having ten types of subunits
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
DNA聚合酶
催化活性
功 能5'→3'
聚合
3'→5'
核酸外切
5'→3'
核酸外切
真
核
生
物
DNA聚合
酶 a ＋
切去引物 RNA,补上
正确的 DNA片段
DNA聚合
酶 b ＋
DNA聚合
酶 g ＋ 负责链的延长
DNA聚合
酶 d ＋ ＋ 负责先导链的延长
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
2,DNA聚合酶 (DNA polymease)
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
2,DNA聚合酶 (DNA polymease)
3'→5' 核酸外切2,DNA聚合酶 (DNA polymease)
Every cell contains several different nucleases (核
酸酶 ),belonging to two broad classes,exonucleases
(核酸外切酶 )and endonucleases (核酸内切酶 ).
Exonucleases degrade nucleic acids from one end of
the molecule,核酸外切 Exonucleases degrade
nucleic acids from one end of the molecule,Many
operate in only the 5 '→ 3 ' or the 3'→ 5' direction,
removing nucleotides only from the 5' or the 3'
end,respectively,of one strand of a doublestranded
nucleic acid or of a single-stranded DNA.
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
Endonucleases can begin to degrade at
specific internal sites in a nucleic acid
strand or molecule,reducing it to smaller
and smaller fragments,A few exonucleases
and endonucleases degrade only single-
stranded DNA,There are a few important
classes of endonucleases that cleave only at
specific nucleotide sequences.
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
5'→3' 核酸外切
一,DNA的复制
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
DNA Replication Requires Many Enzymes and
Protein Factors
Replication in E,coli requires not just a single
DNA polymerase but 20 or more different enzymes
and proteins,each performing a specific task,The
entire complex has been termed the DNA replicase
system or replisome,The enzymatic complexity of
replication reflects the constraints imposed by the
structure of DNA and by the requirements for
accuracy.
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
DNA Replication Requires Many Enzymes and
Protein Factors
(四 )参与复制的酶和蛋白质
合成 RNA引物, 又叫 引物合成酶, 引发酶 。
2,引物酶 (primer)
它以单链 DNA为模板，以 ATP,GTP,CTP,UTP
为原料，从 5?→3 ?方向合成出 RNA片段，即引物。
一,DNA的复制
3,DNA连结酶 (DNA ligase)
催化 DNA双链中一条链上的缺口 （ 3′-OH 与
它下游相邻的核苷酸的 5′-磷酸之间 ） 共价连结 （
形成磷酸二酯键 ） 。
连结过程需要能量,E.coli 和某些 细菌中由
NAD+提供； 动物细胞由 ATP提供。
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
3,DNA连结酶 (DNA ligase)
4,使 DNA双螺旋解开的酶和蛋白质
解螺旋酶 (helicase)：
将 DNA的两条链打开 。 每解开一对碱基需要
水解 2分子 ATP。 方向为 5’ -3’, 大肠杆菌中的
解螺旋酶又叫 rep蛋白, 但 方向为 3’ -5’ 。
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
单链结合蛋白 (SSBP)：
与解链后的 DNA单链结合, 阻止其再次形成双
螺旋 。 大肠杆菌 SSB为 177 aa多肽, 以四聚体形
式存在, 与 32个 bp DNA区相结合, 结合后的 DNA
分子僵硬, 不易 弯曲, 有利于单链 DNA分子的稳
定, 避免核酸酶进攻；同时降低了 Tm值, 进一步
促进 DNA的解链 。
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
4,使 DNA双螺旋解开的酶和蛋白质
旋转酶 (gyrase,untwisting protein)：
催化 DNA的拓扑连环数发生变化 。
可分为 拓扑异构酶 Ⅰ 和拓扑异构酶 Ⅱ 。
Ⅰ 型酶可减少负超螺旋； Ⅱ 型酶可引入负超螺旋 （
此时需要 ATP提供能量 ） 。 具有内切酶和连接酶活力
,参与 DNA复制前双螺旋的松弛及复制后超螺旋的再
恢复 。
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
4,使 DNA双螺旋解开的酶和蛋白质
dnab蛋白 (mobile promoter)：
功能：识别 DNA的合成的起始位臵, 与引物酶及其
它一些蛋白组成复合体启动 RNA引物链的合成 。
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
4,使 DNA双螺旋解开的酶和蛋白质
（五 ） 复制的过程
复制从特定的位点开始, 这一位臵叫 复制原点
。
原核生物的 DNA上一般只有一个复制原点, 但在
迅速生长时期, 第一轮复制尚未完成, 就在起点处启
动第二轮复制；
真核生物则有多个复制原点，可以同时启动复制
过程。
1,复制的启动
一,DNA的复制
复制过程的调控主要取决于复制启动的频率,
而 DNA延长的速度大体上是恒定的 。 由于真核生物
在多位点上启动复制, 所以尽管其 DNA比原核生物
DNA大得多, 但复制的总速度反而比原核生物快 。
DNA的复制是由引发体识别并结合于复制原点
而被启动的，其机理比较复杂，目前还不十分明了
。
1,复制的启动
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
2,复制眼的形成
由于复制原点都是在 DNA分子的内部, 而不是在
末端, 所以当复制启动后需要在复制原点处将 DNA双
螺旋局部解链, 形成, 眼状, 结构 —— 复制眼 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
复制眼的结构：
复制眼形成后，其两端的叉子状结构称为 复制叉 。
2,复制眼的形成
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
(b)
复制叉
双向复制
起点
复制叉起点
(a)
单向复制
复制叉
2,复制眼的形成 -双螺旋解开的过程
解螺旋酶使 DNA双螺旋局部解链；
SSB结合到解开的单链上；
拓扑异构酶 Ⅱ 向 DNA中引入负超螺旋，以消除由
解链产生的扭曲张力 (动画 )。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
端单链穿越
带切开的3′
与另一条连
(b)
Tyrosine
NH
Oˉ
P
O
5′
H
O
CR HN CH
CH 2
O
PO O
Oˉ
H
DNA链O
H
R′
2NH
H
H
O
N
N
N
N
(-)
(+)
结合TopⅠ
(-)
(-)
(-)
3个负超螺旋
O
成DNA-磷酸
DNA-酶中间物
酪氨共价键
（L=n)
(a)
接封口
Tyr
P
OH
的一条链形
切开双链中
TopⅠ
双螺旋DNA
3′5′
(c)
的双链
切断后面
(+)
(-)
切断的双链
穿起至上面
与原断链
连接封口
(-)
(-)
TopⅠ被解离
2个负超螺旋
(-)
(-)
3.复制叉的推进 (1) 复制叉推进的方式
随着复制叉的推进, 两条新链的合成方向是不同的：
一条链延伸的方向与复制叉前进的方向一致, 它的合成
能连续进行, 称为前 导链 ；
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3′
冈崎片段
5′
5′
5′
3′
5′
3′
前导链
另一条链延伸的方向与复制叉前进的方向
相反, 它显然不能被连续合成, 需要复制叉推
进了一定的长度, 有了一段 DNA单链后, 才能
以此为模板合成一个片段 。 因此这条新链的合
成是不连续的, 而且总晚于先导链, 所以称为
随后链 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的方式
这种前导链连续合成, 随后链断续合成的
方式, 称为 半不连续复制 。
随后链中合成的多个 DNA片段, 称为 冈崎
片段 。 冈 崎 片 段 的 长 度 原 核 细 胞 中 约
1000~2000个 核苷酸, 真核细胞中约
100~200个核苷酸 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的方式
引物酶 在复制原点附近合成一段 RNA
引物；
DNA聚合酶 Ⅲ (原核细胞 )在引物的
3'末端逐个添加脱氧核苷酸 。
随着复制叉的推进, 亲代 DNA双螺
旋不断被解开, 先导链也不断延伸 。
① 先导链的合成
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的过程
② 随后链的合成
引物的合成,随后链的每个冈崎片段都需要合成
RNA引物 。 也是由 引物酶 催化 。
冈崎片段的合成, DNA聚合酶 Ⅲ (原核细胞 )在引物的
3'末端使 DNA链延伸, 直至抵达其
下游的另一个冈崎片段的 RNA引物
的 5'端 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的过程
② 随后链的合成
冈崎片段的连结, DNA聚合酶 Ⅰ 一面以其 DNA聚合活
性在上游冈崎片段的 3'-OH末端添加
脱氧核苷酸, 一面以其 5'→ 3'核酸外
切活性切除引物, 直至将引物全部切
除 。
DNA连接酶 将最后的缺口补好 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的过程
③ 先导链和随后链中 DNA的延伸由同一个 DNA聚
合酶 Ⅲ 全 酶二聚体催化
随后链的模板回折成环, 从而使冈崎片段的延伸
方向与先导链的延伸方向一致, 它们的 3'末端分别落
在 DNA聚合酶 Ⅲ 全酶的双活性部位 。 因此, 随着聚合
酶的移动, 两条链同时延伸 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的过程
4.复制的结束 复制的终止没有特殊的信号
?原核生物中：
其 环 状 的 DNA从
单点开始双向复制
,当两个复制叉在
复制原点的对面处
相遇并合并时, 结
束复制, 形成两个
环状 DNA分子 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
染色体 单体
Tus
C
E
D
A
C
B
F
G
4.复制的结束
复制的终止没有特殊的信号
?真核生物中：
其线状的 DNA上有多个复制原点, 因此形成
多个复制眼, 复制叉的推进使复制眼增大,
直至各个复制眼融合, 复制终止, 形成两个
线状 DNA分子 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
（六 ） DNA复制的忠实性 一,DNA的复制
差错率为 10-9-10-10
1,新合成的子链与母链之间碱基配对严格性
2,使用引物 RNA
3,DNA聚合酶对底物专一性
4,DNA聚合酶的校对作用
5,DNA修复机制
二, DNA的损伤与修复
DNA分子的完整性对细胞至关重要，这一点是
其它生物分子无法比拟的。在生物的进化中，
DNA复制中可因 DNA聚合酶催化作用引发出偶然
的错误。环境因素（如辐射、紫外光照射、化学诱
变物等）也可引起 DNA序列上的错误，这些错误
若不能予以改正而保留下来，会直接影响机体的生
理功能，以致影响到后代的正常生长和发育。但是
，生物体内存在有效的修复（ repair） 体系，保证
了 DNA复制的高度精确性。
二, DNA的损伤与修复1,DNA损伤的原因
? 外环境中的射线, X-射线、紫外线等
—— 高剂量的紫外辐射使 DNA链上邻
近的嘧啶核苷酸之间形成化学键，生
成二聚体；此外还有 脱嘌呤作用和脱
氨基作用,
二, DNA的损伤与修复
2,修复
所有细胞对 DNA的损伤都有一定的修复能力，
以恢复正常的 DNA结构。
修复的方式：光修复、切除修复、重组修复,SOS修复
(1) 光修复
由 DNA光裂合酶 （ photolyase） 催化 。 该酶需要
光 （ 400?700 nm） 才能激活, 它能切除嘧啶二聚体
之间的连键 (C-C键 ),从而修复由紫外照射而造成的
损伤 。
二, DNA的损伤与修复2,修复
(2) 切除修复
该类修复是指在一系列酶的作用下，将 DNA分
子中受损伤的部分切除，并以完整的那一条链为模板
，合成出新的被切去的部分，然后使损伤的 DNA恢
复正常结构的过程。切除修复系统可对多种损伤起修
复作用。切除修复有核苷酸切除修复（ nucleotide
excision repair,NER） 和碱基切除修复（ base
excision repair,BER） 两种。
二, DNA的损伤与修复2,修复
(2) 切除修复
修复机制,
其过程是：切 → 补 → 切 → 缝
由专一性核酸内切酶催化，在离损伤处附近切断
由 DNA聚合酶在断口处进行 DNA合成
由 5′核酸外切酶将损伤部位切掉
由连接酶将新合成的 DNA链与原来的链连接
知识窗 NER缺陷与癌症和遗传疾病
核苷酸切除修复（ nucleotide excision repair,
NER） 缺陷与癌症的发生有关，如着色性皮肤病是由
于体内 NER系统缺陷引起皮肤细胞对日光或紫外线特
别敏感，其所形成的 T-T二聚体就是因缺乏能切除 T-T
二聚体的特异性核酸内切酶所致，以致在后续的复制
中造成遗传信息改变，最终出现皮肤癌。
知识窗 NER缺陷与癌症和遗传疾病
一些常染色体退行性疾病患者对太阳光极其敏感
。还有的患者在婴儿时期皮肤明显地改变，如干燥、
进行性的雀斑和角质化（一种皮肤肿瘤）并伴有眼损
伤如角膜溃烂、晶体混浊和神经退行性症等，进而发
展为致死的皮肤癌，其发病率是正常人得此症的 200
倍。科凯尼氏综合症（ cockayne syndrome CS） 也是
一种遗传疾病，与 NER基因缺损有关，因此,CS患者
对紫外照射高度敏感，表现出与皮肤癌同样的发病率
。
二, DNA的损伤与修复
2,修复
(3) SOS修复
细胞在紧急状态下, 能 诱导产生缺乏校对功
能的 DNA聚合酶, 它能在 DNA的损伤部位进行复
制, 从而避免了死亡, 但产生很高的变异率 。
二, DNA的损伤与修复
2,修复
(3) SOS修复
二, DNA的损伤与修复2,修复
损伤并未消除, 但
被, 稀释, 了 。
(4) 重组修复
三, DNA突变
1,类型
(1)臵换 (replacement)
A 转换 (transition)-同类碱基之间的臵换
B 颠换 (tansversion)-异类碱基之间的臵换
三, DNA突变
1,类型
(2)插入 (insertion)-DNA链中插入一个或几
个碱基对，导致遗传密码阅读框的改变，
称为移码突变。
(3)缺失 (deletion)-DNA链丢失一个或几个
碱基对后造成导致遗传密码阅读框的改变
，称为移码突变。
一, DNA的复制
复制部位：
真核生物,细胞核
原核生物,细胞质的核质区
(一 ) 复制的反应
n1d ATP
n2d CTP
n3d GTP
n4d TTP
DNA聚合酶
DNA模板 DNA +（ n1+n2+n3+n4)PPi
PPi随即被焦磷酸酶水解，从
而推动聚合反应的进行。
一, DNA的复制
(二 ) 复制的方式
DNA复制时, 亲代 DNA的双螺旋先解旋并分开,
然后以每条链为模板, 按照碱基配对原则, 各形
成一条互补链 。 这样, 从亲代的一个 DNA双螺旋分
子复制成两个与亲代的碱基序列完全相同的子代
DNA分子 。 每个子代 DNA分子中, 有一条链来自亲
代 DNA,另一条则是新形成的, 这样的复制方式叫
做 半保留复制 （ semiconservative replication） 。
半保留复制
一, DNA的复制
半保留复制
(二 ) 复制的方式 一, DNA的复制
如何证明半保留复制
(二 ) 复制的方式 一, DNA的复制
1958年,Meselson 证明：用,15NH4Cl唯一氮源
培养大肠杆菌，之后，用 14NH4Cl培养，然后进行
CsCl2进行密度梯度离心。由于 15NH4Cl密度大于
14NH4Cl,因此，形成不同区带，经过若干代培养
后，两个 14NH4Cl区带增多。
(二 ) 复制的方式 一,DNA的复制
半保留复制 全保留复制
(三 ) 复制反应 注意点
DNA复制除入 DNA聚合酶,DNA模板,
dNTP外,还需要多种 蛋白质因子、引物
,Mg2+等,
一, DNA的复制
特点：
A 对利福平不敏感
B 核糖核酸代替脱氧核糖核酸
DNA聚合酶
催化活性
功 能5'→3'
聚合
3'→5'
核酸外切
5'→3'
核酸外切
原
核
生
物
DNA聚合
酶 Ⅰ ＋ ＋ ＋
切去引物 RNA,补上
正确的 DNA片段
DNA聚合
酶 Ⅱ ＋ ＋ 与修复有关 (活性低 )
DNA聚合
酶 Ⅲ ＋ ＋
负责链的延长
(活性高 )
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
1,DNA聚合酶 (DNA polymease)
More than 90 % of the DNA polymerase activity observed
in E,coli extracts can be accounted for by DNA
polymerase I
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
DNA polymerase III is much more complex than DNA
polymerase I,having ten types of subunits
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
DNA聚合酶
催化活性
功 能5'→3'
聚合
3'→5'
核酸外切
5'→3'
核酸外切
真
核
生
物
DNA聚合
酶 a ＋
切去引物 RNA,补上
正确的 DNA片段
DNA聚合
酶 b ＋
DNA聚合
酶 g ＋ 负责链的延长
DNA聚合
酶 d ＋ ＋ 负责先导链的延长
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
2,DNA聚合酶 (DNA polymease)
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
2,DNA聚合酶 (DNA polymease)
3'→5' 核酸外切2,DNA聚合酶 (DNA polymease)
Every cell contains several different nucleases (核
酸酶 ),belonging to two broad classes,exonucleases
(核酸外切酶 )and endonucleases (核酸内切酶 ).
Exonucleases degrade nucleic acids from one end of
the molecule,核酸外切 Exonucleases degrade
nucleic acids from one end of the molecule,Many
operate in only the 5 '→ 3 ' or the 3'→ 5' direction,
removing nucleotides only from the 5' or the 3'
end,respectively,of one strand of a doublestranded
nucleic acid or of a single-stranded DNA.
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
Endonucleases can begin to degrade at
specific internal sites in a nucleic acid
strand or molecule,reducing it to smaller
and smaller fragments,A few exonucleases
and endonucleases degrade only single-
stranded DNA,There are a few important
classes of endonucleases that cleave only at
specific nucleotide sequences.
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
5'→3' 核酸外切
一,DNA的复制
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
DNA Replication Requires Many Enzymes and
Protein Factors
Replication in E,coli requires not just a single
DNA polymerase but 20 or more different enzymes
and proteins,each performing a specific task,The
entire complex has been termed the DNA replicase
system or replisome,The enzymatic complexity of
replication reflects the constraints imposed by the
structure of DNA and by the requirements for
accuracy.
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
DNA Replication Requires Many Enzymes and
Protein Factors
(四 )参与复制的酶和蛋白质
合成 RNA引物, 又叫 引物合成酶, 引发酶 。
2,引物酶 (primer)
它以单链 DNA为模板，以 ATP,GTP,CTP,UTP
为原料，从 5?→3 ?方向合成出 RNA片段，即引物。
一,DNA的复制
3,DNA连结酶 (DNA ligase)
催化 DNA双链中一条链上的缺口 （ 3′-OH 与
它下游相邻的核苷酸的 5′-磷酸之间 ） 共价连结 （
形成磷酸二酯键 ） 。
连结过程需要能量,E.coli 和某些 细菌中由
NAD+提供； 动物细胞由 ATP提供。
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
3,DNA连结酶 (DNA ligase)
4,使 DNA双螺旋解开的酶和蛋白质
解螺旋酶 (helicase)：
将 DNA的两条链打开 。 每解开一对碱基需要
水解 2分子 ATP。 方向为 5’ -3’, 大肠杆菌中的
解螺旋酶又叫 rep蛋白, 但 方向为 3’ -5’ 。
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
单链结合蛋白 (SSBP)：
与解链后的 DNA单链结合, 阻止其再次形成双
螺旋 。 大肠杆菌 SSB为 177 aa多肽, 以四聚体形
式存在, 与 32个 bp DNA区相结合, 结合后的 DNA
分子僵硬, 不易 弯曲, 有利于单链 DNA分子的稳
定, 避免核酸酶进攻；同时降低了 Tm值, 进一步
促进 DNA的解链 。
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
4,使 DNA双螺旋解开的酶和蛋白质
旋转酶 (gyrase,untwisting protein)：
催化 DNA的拓扑连环数发生变化 。
可分为 拓扑异构酶 Ⅰ 和拓扑异构酶 Ⅱ 。
Ⅰ 型酶可减少负超螺旋； Ⅱ 型酶可引入负超螺旋 （
此时需要 ATP提供能量 ） 。 具有内切酶和连接酶活力
,参与 DNA复制前双螺旋的松弛及复制后超螺旋的再
恢复 。
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
4,使 DNA双螺旋解开的酶和蛋白质
dnab蛋白 (mobile promoter)：
功能：识别 DNA的合成的起始位臵, 与引物酶及其
它一些蛋白组成复合体启动 RNA引物链的合成 。
(四 )参与复制的酶和蛋白质 一,DNA的复制
4,使 DNA双螺旋解开的酶和蛋白质
（五 ） 复制的过程
复制从特定的位点开始, 这一位臵叫 复制原点
。
原核生物的 DNA上一般只有一个复制原点, 但在
迅速生长时期, 第一轮复制尚未完成, 就在起点处启
动第二轮复制；
真核生物则有多个复制原点，可以同时启动复制
过程。
1,复制的启动
一,DNA的复制
复制过程的调控主要取决于复制启动的频率,
而 DNA延长的速度大体上是恒定的 。 由于真核生物
在多位点上启动复制, 所以尽管其 DNA比原核生物
DNA大得多, 但复制的总速度反而比原核生物快 。
DNA的复制是由引发体识别并结合于复制原点
而被启动的，其机理比较复杂，目前还不十分明了
。
1,复制的启动
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
2,复制眼的形成
由于复制原点都是在 DNA分子的内部, 而不是在
末端, 所以当复制启动后需要在复制原点处将 DNA双
螺旋局部解链, 形成, 眼状, 结构 —— 复制眼 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
复制眼的结构：
复制眼形成后，其两端的叉子状结构称为 复制叉 。
2,复制眼的形成
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
(b)
复制叉
双向复制
起点
复制叉起点
(a)
单向复制
复制叉
2,复制眼的形成 -双螺旋解开的过程
解螺旋酶使 DNA双螺旋局部解链；
SSB结合到解开的单链上；
拓扑异构酶 Ⅱ 向 DNA中引入负超螺旋，以消除由
解链产生的扭曲张力 (动画 )。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
端单链穿越
带切开的3′
与另一条连
(b)
Tyrosine
NH
Oˉ
P
O
5′
H
O
CR HN CH
CH 2
O
PO O
Oˉ
H
DNA链O
H
R′
2NH
H
H
O
N
N
N
N
(-)
(+)
结合TopⅠ
(-)
(-)
(-)
3个负超螺旋
O
成DNA-磷酸
DNA-酶中间物
酪氨共价键
（L=n)
(a)
接封口
Tyr
P
OH
的一条链形
切开双链中
TopⅠ
双螺旋DNA
3′5′
(c)
的双链
切断后面
(+)
(-)
切断的双链
穿起至上面
与原断链
连接封口
(-)
(-)
TopⅠ被解离
2个负超螺旋
(-)
(-)
3.复制叉的推进 (1) 复制叉推进的方式
随着复制叉的推进, 两条新链的合成方向是不同的：
一条链延伸的方向与复制叉前进的方向一致, 它的合成
能连续进行, 称为前 导链 ；
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3′
冈崎片段
5′
5′
5′
3′
5′
3′
前导链
另一条链延伸的方向与复制叉前进的方向
相反, 它显然不能被连续合成, 需要复制叉推
进了一定的长度, 有了一段 DNA单链后, 才能
以此为模板合成一个片段 。 因此这条新链的合
成是不连续的, 而且总晚于先导链, 所以称为
随后链 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的方式
这种前导链连续合成, 随后链断续合成的
方式, 称为 半不连续复制 。
随后链中合成的多个 DNA片段, 称为 冈崎
片段 。 冈 崎 片 段 的 长 度 原 核 细 胞 中 约
1000~2000个 核苷酸, 真核细胞中约
100~200个核苷酸 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的方式
引物酶 在复制原点附近合成一段 RNA
引物；
DNA聚合酶 Ⅲ (原核细胞 )在引物的
3'末端逐个添加脱氧核苷酸 。
随着复制叉的推进, 亲代 DNA双螺
旋不断被解开, 先导链也不断延伸 。
① 先导链的合成
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的过程
② 随后链的合成
引物的合成,随后链的每个冈崎片段都需要合成
RNA引物 。 也是由 引物酶 催化 。
冈崎片段的合成, DNA聚合酶 Ⅲ (原核细胞 )在引物的
3'末端使 DNA链延伸, 直至抵达其
下游的另一个冈崎片段的 RNA引物
的 5'端 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的过程
② 随后链的合成
冈崎片段的连结, DNA聚合酶 Ⅰ 一面以其 DNA聚合活
性在上游冈崎片段的 3'-OH末端添加
脱氧核苷酸, 一面以其 5'→ 3'核酸外
切活性切除引物, 直至将引物全部切
除 。
DNA连接酶 将最后的缺口补好 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的过程
③ 先导链和随后链中 DNA的延伸由同一个 DNA聚
合酶 Ⅲ 全 酶二聚体催化
随后链的模板回折成环, 从而使冈崎片段的延伸
方向与先导链的延伸方向一致, 它们的 3'末端分别落
在 DNA聚合酶 Ⅲ 全酶的双活性部位 。 因此, 随着聚合
酶的移动, 两条链同时延伸 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
3.复制叉的推进 -复制叉推进的过程
4.复制的结束 复制的终止没有特殊的信号
?原核生物中：
其 环 状 的 DNA从
单点开始双向复制
,当两个复制叉在
复制原点的对面处
相遇并合并时, 结
束复制, 形成两个
环状 DNA分子 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
染色体 单体
Tus
C
E
D
A
C
B
F
G
4.复制的结束
复制的终止没有特殊的信号
?真核生物中：
其线状的 DNA上有多个复制原点, 因此形成
多个复制眼, 复制叉的推进使复制眼增大,
直至各个复制眼融合, 复制终止, 形成两个
线状 DNA分子 。
（五 ） 复制的过程 一,DNA的复制
（六 ） DNA复制的忠实性 一,DNA的复制
差错率为 10-9-10-10
1,新合成的子链与母链之间碱基配对严格性
2,使用引物 RNA
3,DNA聚合酶对底物专一性
4,DNA聚合酶的校对作用
5,DNA修复机制
二, DNA的损伤与修复
DNA分子的完整性对细胞至关重要，这一点是
其它生物分子无法比拟的。在生物的进化中，
DNA复制中可因 DNA聚合酶催化作用引发出偶然
的错误。环境因素（如辐射、紫外光照射、化学诱
变物等）也可引起 DNA序列上的错误，这些错误
若不能予以改正而保留下来，会直接影响机体的生
理功能，以致影响到后代的正常生长和发育。但是
，生物体内存在有效的修复（ repair） 体系，保证
了 DNA复制的高度精确性。
二, DNA的损伤与修复1,DNA损伤的原因
? 外环境中的射线, X-射线、紫外线等
—— 高剂量的紫外辐射使 DNA链上邻
近的嘧啶核苷酸之间形成化学键，生
成二聚体；此外还有 脱嘌呤作用和脱
氨基作用,
二, DNA的损伤与修复
2,修复
所有细胞对 DNA的损伤都有一定的修复能力，
以恢复正常的 DNA结构。
修复的方式：光修复、切除修复、重组修复,SOS修复
(1) 光修复
由 DNA光裂合酶 （ photolyase） 催化 。 该酶需要
光 （ 400?700 nm） 才能激活, 它能切除嘧啶二聚体
之间的连键 (C-C键 ),从而修复由紫外照射而造成的
损伤 。
二, DNA的损伤与修复2,修复
(2) 切除修复
该类修复是指在一系列酶的作用下，将 DNA分
子中受损伤的部分切除，并以完整的那一条链为模板
，合成出新的被切去的部分，然后使损伤的 DNA恢
复正常结构的过程。切除修复系统可对多种损伤起修
复作用。切除修复有核苷酸切除修复（ nucleotide
excision repair,NER） 和碱基切除修复（ base
excision repair,BER） 两种。
二, DNA的损伤与修复2,修复
(2) 切除修复
修复机制,
其过程是：切 → 补 → 切 → 缝
由专一性核酸内切酶催化，在离损伤处附近切断
由 DNA聚合酶在断口处进行 DNA合成
由 5′核酸外切酶将损伤部位切掉
由连接酶将新合成的 DNA链与原来的链连接
知识窗 NER缺陷与癌症和遗传疾病
核苷酸切除修复（ nucleotide excision repair,
NER） 缺陷与癌症的发生有关，如着色性皮肤病是由
于体内 NER系统缺陷引起皮肤细胞对日光或紫外线特
别敏感，其所形成的 T-T二聚体就是因缺乏能切除 T-T
二聚体的特异性核酸内切酶所致，以致在后续的复制
中造成遗传信息改变，最终出现皮肤癌。
知识窗 NER缺陷与癌症和遗传疾病
一些常染色体退行性疾病患者对太阳光极其敏感
。还有的患者在婴儿时期皮肤明显地改变，如干燥、
进行性的雀斑和角质化（一种皮肤肿瘤）并伴有眼损
伤如角膜溃烂、晶体混浊和神经退行性症等，进而发
展为致死的皮肤癌，其发病率是正常人得此症的 200
倍。科凯尼氏综合症（ cockayne syndrome CS） 也是
一种遗传疾病，与 NER基因缺损有关，因此,CS患者
对紫外照射高度敏感，表现出与皮肤癌同样的发病率
。
二, DNA的损伤与修复
2,修复
(3) SOS修复
细胞在紧急状态下, 能 诱导产生缺乏校对功
能的 DNA聚合酶, 它能在 DNA的损伤部位进行复
制, 从而避免了死亡, 但产生很高的变异率 。
二, DNA的损伤与修复
2,修复
(3) SOS修复
二, DNA的损伤与修复2,修复
损伤并未消除, 但
被, 稀释, 了 。
(4) 重组修复
三, DNA突变
1,类型
(1)臵换 (replacement)
A 转换 (transition)-同类碱基之间的臵换
B 颠换 (tansversion)-异类碱基之间的臵换
三, DNA突变
1,类型
(2)插入 (insertion)-DNA链中插入一个或几
个碱基对，导致遗传密码阅读框的改变，
称为移码突变。
(3)缺失 (deletion)-DNA链丢失一个或几个
碱基对后造成导致遗传密码阅读框的改变
，称为移码突变。
