Chapter34 DNA的复制和修复
核酸代谢？
Reolication ＆ Repair of DNA
（一） DNA是生物遗传的物质基础 —— 遗传信息的载体
遗传信息以密码的形式编码在 DNA分子上，表现为
特定的核苷酸排列顺序 —— 三联体密码。
DNA
RNA protein
replication
transcription
reverse
transcription
translation replication
（二）中心法则
Chapter31 DNA的复制和修复
一、基因信息的传递
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（一） DNA的存在形式 染色体与质粒
严紧控制质粒 又叫单拷贝质粒：每个细胞内只有一个或
少数几个拷贝
松弛控制质粒 又叫多拷贝质粒：每个细胞内含有许多拷
贝（ 20以上）
DNA复制 是指 DNA的自我复制，也就是以亲代 DNA为模板产生
子代 DNA的过程，最初称 DNA的半保留复制（ semiconservation
replication），进一步的研究发现半保留复制为半不连续复制
（ semidiscontinuous replication）。
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（二） DNA的 半保留复制
DNA进行复制时，双螺旋结构解开而成为单链，用于合成
新的互补链。子代细胞出现新的 DNA双链，其中一股单链是
从亲代完整地接受过来的。另一股单链完全重新合成，且按碱
基配对原则互补。
1,DNA半保留复制的概念
2,DNA半保留复制的证据
氮同位素示踪试验和放射自显影 法
意义：保持 DNA在代谢上的稳定性。
DNA半保留复制的证据
第一代
第二代
细菌
（含
15
N - D N A )
普通 DNA
普通 DNA
重 DNA
重 DNA
普通培养基
普通培养基
细菌 DNA 双链 密度梯度离心
15
N- DNA
14
N - D N A
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（三） DNA复制的起点 (origin)和方式
复制子 (replicon)：基因组能独立进行复制的单位叫复制子，
每个复制子都含有控制复制起始的 origin和终止复制的 terminus。
双向复制 (bi-directional)、单向复制 (unidirectional)；
复制叉 (replication fork)或生长点 (growing point)
多复制子 (multi-replication)
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（四） DNA聚合反应和有关的酶
这种能催化 DNA合成的酶称 DNA聚合酶 （ DNA polymerase）
? 1.底物 dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)
? 2.聚合酶 DNA聚合酶 （ DNA依赖的 DNA 聚合酶 )
DNA--pol
? 3.模板 单链的 DNA母链
? 4.引物 寡核苷酸引物（ RNA)
? 5.其他酶和蛋白质因子 解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，
连接酶
聚合
机制
DNA聚合酶具有 5′至 3′的聚合活性（ 5′→ 3′ ）
p p p p
pP P P
O H ＋
OH
O H
5 5
γ β α
＋ PPi
N1 N2 N3 N1
N2 N3
′
5
′
3 3 ′
′
′
需要 引物链 的存在
其次, DNA聚合酶具有 核酸外切酶活性
?① 3′→5′ 外切酶活性
?② 5′→3′ 外切酶活性
5
3
3
5
′
′ ′
′
3 ′ →5 ′ 外切酶活性
5 ′ →3 ′ 外切酶活性
DAN聚合酶（ DNA polymerase）分类
大肠杆菌 DNA聚合酶
大肠杆菌有三种不同的 DNA聚合酶，即 DNA聚合酶 I,II 和 III。
DNA聚合酶 I是一种多功能酶,（ 1）沿 5’→ 3’方向延长 DNA链
（ DNA聚合酶活力）；（ 2）由 3’端水解 DNA链（ 3’ → 5’核酸
外切酶活力）； （ 3）由 5’端水解 DNA链（ 5’ → 3’核酸外切酶
活力）等功能。 —— 常用的工具酶
复制准确性的保证,DNA复制过程中碱基的配对受到双重核
对，即 DNA聚合酶的选择作用和 3’ → 5’ 外切酶的校正作用。
DNA聚合酶 II,只具有 3’ → 5’核酸外切酶活力
DNA聚合酶 III,真正起复制作用的酶,对温度敏感（看
414页）
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（五） 复制中的解链和 DNA分子的拓扑学变化
1、解螺旋酶 – 领头链 rep蛋白 Dna B
– 随从链 解链酶 Ⅱ
3
5
r e p 蛋白
解链酶 Ⅱ
5′
3
5
′
′
′3′
′
S S B
领头链
随从链
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（五） 复制中的解链和 DNA分子的拓扑学变化
2,DNA拓扑异构酶 (解旋酶）
3、引物酶和引发体
?引物酶 RNA聚合酶 Dna G（ RNA聚合酶）
?引发体 Dna A辨认复制启始点，再结合 Dna B,
Dna C及其他复制因子形成复合体
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（五） DNA连接酶 （ ligase） 催化两段 DNA之间的连接
3
5
5
3 5
35
3
HO P
D N A l ig a s e
NAD
A T P
N M N
A M P +P P i
′
′
′
′
′
′
′
′
+
P
O H
P5 5
3
3
+
5
3
′
′
′
′
′
′
DNA
l i g a s e
O
O H
PO
O
O -
O
O H
PO
O
O
PP
-
-
αβγ
P P i
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（六） DNA 的半不连续复制
日本学者冈崎等提出了 DNA的不连续复制模型（ 1968）。
1,DNA半不连续复制的概念
当 DNA复制时，一条链是连续的，另一条链是不连续的。
前导链、滞后链；冈崎片段
冈崎片段的合成需要一小段 RNA为引物，“引物合成酶”
2,DNA半不连续复制的过程（请看 418页）
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（七） DNA复制的过程 421页
1、复制的起始：① DNA解成单链 ； ② 引发体的生成
2、复制的延长,① 复制延长的生化过程；
② 复制的半不连续性和冈崎片段：前导链，滞后链
冈崎片段,DNA复制过程中出现一些不连续片段，这
些不连续片段只存在与 DNA复制叉上其中的一股。后
来就把这些不连续的片段称为冈崎片段。
3、复制的终止,终止点 ter
?复制过程中各酶和蛋白质因子的作用
拓扑异构酶
解链酶
单链结合蛋白
DNA 聚合酶
引物酶及引发体
DNA 连接酶
引物
领头链
随从链
冈崎片段
5
′
5
′
3 ′3 ′
Chapter31 DNA的复制和修复
三,DNA的损伤与修复
（一） 什么是 DNA的损伤？
某些理化因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，
作用于 DNA，造成其结构和功能的破坏，从而引起生物
突变和致死的效应，称为 DNA的损伤。
常见的 DNA的损伤方式 —— 嘧啶二聚体的形成
Chapter31 DNA的复制和修复
三,DNA的损伤与修复
（二） DNA的修复
DNA损伤的修复是生物在长期进化过程中获得的一种能
使 DNA的损伤得到恢复的保护功能。
光修复和暗修复（切除修复、重组修复和 SOS修复 ）
1、光修复 (photoreactivation)
可见光激活了光复活酶，消除由于紫外线照射而形
成的嘧啶二聚体 （低等生物和鸟类）。
1、光修复 (photoreactivation)
紫外光照射可使相邻的两个 T 形成二聚体
? 光修复酶 可使二聚体解聚为单体状态,DNA完全恢复
正常。光修复酶的激活需 300-600μm 波长的光。
N
N
C H
3
O
O
R
H
P
H
R
O
O
C H
3
N
N
N
N
C H
3
O
O
R
H
H
N
N
C H
3
O
O
R
P
UV
TT
光修复酶
2、暗修复 (dark repair)
（ 1）切除修复,掌握概念和过程
参与的酶有 核酸内切酶, polⅠ,DNA连接酶
特异核酸内切酶
pol Ⅰ
D N A 连接酶
（ 2）重组修复,了解 概念和过程
2、暗修复 (dark repair)
重组蛋白 RecA,polⅠ,连接酶参与,损伤会
保留下去
（ 3）诱导修复和应急反应（ SOS）,
包括避免差错的修复和倾向差错的修复两个方面。 了
解 概念和过程
2、暗修复 (dark repair)
?DNA损伤面太大，复制难以继续。
?复制，修复的酶,重组蛋白 RecA，调控蛋白
LexA等组成一个庞大的调控网络。
?特异性很低
?着色性干皮病 患者缺乏特异的核酸内切酶，
紫外光照射后易患皮肤癌
Chapter31 DNA的复制和修复
四,DNA的突变
? 1、什么是突变 -----DNA分子上碱基的改变
? 自发突变、人工诱变
突变的意义
? 突变是进化、分化的分子基础
? 只有基因型改变的突变
? 致死性的突变
? 突变是某些疾病的发病基础
2、引发突变的因素
诱变因素 突变类型
物理因素 紫外线照射 形成胸腺嘧啶二聚体
离子辐射 打断 DNA 分子上的共价键
化学因素 5- 溴尿嘧啶 ( 5- B U ) 5- B U 取代 A,并异构成 G,结果是 A-T 配对变
为 G -T 配对，最后变为 C-G 配对
羟胺 转换 T 为 C,结果是 A-T 配对改为 C-G 配对
亚硝酸盐 使 C 脱氨成 U,原 G-C 配对变为 G-U 配对，最
后使 G -C 变为 A-T
氮芥类 使 G 的 N -7 烷化后除去，成为无鸟嘌呤的链
生物因素 肿瘤病毒 插入宿主细胞基因组中，引起细胞癌变
诱变因素及突变类型
3、突变分子改变的类型
（ 1）碱基对的置换 —— 如错配 （点突变）
? 一个碱基改变
（ 2）移码突变 —— 如缺失、插入和框移突变
? 片段插入或缺失
（ 3）重排 —— 较大片段重组或重排
c - r a s H
基因
P 2 1 r a s
产物
GGC C AG
g l y
g l n
G T C
v a l
※
E J / T 2 4 细胞株的突变 本章完
核酸代谢？
Reolication ＆ Repair of DNA
（一） DNA是生物遗传的物质基础 —— 遗传信息的载体
遗传信息以密码的形式编码在 DNA分子上，表现为
特定的核苷酸排列顺序 —— 三联体密码。
DNA
RNA protein
replication
transcription
reverse
transcription
translation replication
（二）中心法则
Chapter31 DNA的复制和修复
一、基因信息的传递
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（一） DNA的存在形式 染色体与质粒
严紧控制质粒 又叫单拷贝质粒：每个细胞内只有一个或
少数几个拷贝
松弛控制质粒 又叫多拷贝质粒：每个细胞内含有许多拷
贝（ 20以上）
DNA复制 是指 DNA的自我复制，也就是以亲代 DNA为模板产生
子代 DNA的过程，最初称 DNA的半保留复制（ semiconservation
replication），进一步的研究发现半保留复制为半不连续复制
（ semidiscontinuous replication）。
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（二） DNA的 半保留复制
DNA进行复制时，双螺旋结构解开而成为单链，用于合成
新的互补链。子代细胞出现新的 DNA双链，其中一股单链是
从亲代完整地接受过来的。另一股单链完全重新合成，且按碱
基配对原则互补。
1,DNA半保留复制的概念
2,DNA半保留复制的证据
氮同位素示踪试验和放射自显影 法
意义：保持 DNA在代谢上的稳定性。
DNA半保留复制的证据
第一代
第二代
细菌
（含
15
N - D N A )
普通 DNA
普通 DNA
重 DNA
重 DNA
普通培养基
普通培养基
细菌 DNA 双链 密度梯度离心
15
N- DNA
14
N - D N A
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（三） DNA复制的起点 (origin)和方式
复制子 (replicon)：基因组能独立进行复制的单位叫复制子，
每个复制子都含有控制复制起始的 origin和终止复制的 terminus。
双向复制 (bi-directional)、单向复制 (unidirectional)；
复制叉 (replication fork)或生长点 (growing point)
多复制子 (multi-replication)
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（四） DNA聚合反应和有关的酶
这种能催化 DNA合成的酶称 DNA聚合酶 （ DNA polymerase）
? 1.底物 dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)
? 2.聚合酶 DNA聚合酶 （ DNA依赖的 DNA 聚合酶 )
DNA--pol
? 3.模板 单链的 DNA母链
? 4.引物 寡核苷酸引物（ RNA)
? 5.其他酶和蛋白质因子 解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，
连接酶
聚合
机制
DNA聚合酶具有 5′至 3′的聚合活性（ 5′→ 3′ ）
p p p p
pP P P
O H ＋
OH
O H
5 5
γ β α
＋ PPi
N1 N2 N3 N1
N2 N3
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5
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3 3 ′
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需要 引物链 的存在
其次, DNA聚合酶具有 核酸外切酶活性
?① 3′→5′ 外切酶活性
?② 5′→3′ 外切酶活性
5
3
3
5
′
′ ′
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3 ′ →5 ′ 外切酶活性
5 ′ →3 ′ 外切酶活性
DAN聚合酶（ DNA polymerase）分类
大肠杆菌 DNA聚合酶
大肠杆菌有三种不同的 DNA聚合酶，即 DNA聚合酶 I,II 和 III。
DNA聚合酶 I是一种多功能酶,（ 1）沿 5’→ 3’方向延长 DNA链
（ DNA聚合酶活力）；（ 2）由 3’端水解 DNA链（ 3’ → 5’核酸
外切酶活力）； （ 3）由 5’端水解 DNA链（ 5’ → 3’核酸外切酶
活力）等功能。 —— 常用的工具酶
复制准确性的保证,DNA复制过程中碱基的配对受到双重核
对，即 DNA聚合酶的选择作用和 3’ → 5’ 外切酶的校正作用。
DNA聚合酶 II,只具有 3’ → 5’核酸外切酶活力
DNA聚合酶 III,真正起复制作用的酶,对温度敏感（看
414页）
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（五） 复制中的解链和 DNA分子的拓扑学变化
1、解螺旋酶 – 领头链 rep蛋白 Dna B
– 随从链 解链酶 Ⅱ
3
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r e p 蛋白
解链酶 Ⅱ
5′
3
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S S B
领头链
随从链
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（五） 复制中的解链和 DNA分子的拓扑学变化
2,DNA拓扑异构酶 (解旋酶）
3、引物酶和引发体
?引物酶 RNA聚合酶 Dna G（ RNA聚合酶）
?引发体 Dna A辨认复制启始点，再结合 Dna B,
Dna C及其他复制因子形成复合体
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（五） DNA连接酶 （ ligase） 催化两段 DNA之间的连接
3
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D N A l ig a s e
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A M P +P P i
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Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（六） DNA 的半不连续复制
日本学者冈崎等提出了 DNA的不连续复制模型（ 1968）。
1,DNA半不连续复制的概念
当 DNA复制时，一条链是连续的，另一条链是不连续的。
前导链、滞后链；冈崎片段
冈崎片段的合成需要一小段 RNA为引物，“引物合成酶”
2,DNA半不连续复制的过程（请看 418页）
Chapter31 DNA的复制和修复
二,DNA的复制
（七） DNA复制的过程 421页
1、复制的起始：① DNA解成单链 ； ② 引发体的生成
2、复制的延长,① 复制延长的生化过程；
② 复制的半不连续性和冈崎片段：前导链，滞后链
冈崎片段,DNA复制过程中出现一些不连续片段，这
些不连续片段只存在与 DNA复制叉上其中的一股。后
来就把这些不连续的片段称为冈崎片段。
3、复制的终止,终止点 ter
?复制过程中各酶和蛋白质因子的作用
拓扑异构酶
解链酶
单链结合蛋白
DNA 聚合酶
引物酶及引发体
DNA 连接酶
引物
领头链
随从链
冈崎片段
5
′
5
′
3 ′3 ′
Chapter31 DNA的复制和修复
三,DNA的损伤与修复
（一） 什么是 DNA的损伤？
某些理化因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，
作用于 DNA，造成其结构和功能的破坏，从而引起生物
突变和致死的效应，称为 DNA的损伤。
常见的 DNA的损伤方式 —— 嘧啶二聚体的形成
Chapter31 DNA的复制和修复
三,DNA的损伤与修复
（二） DNA的修复
DNA损伤的修复是生物在长期进化过程中获得的一种能
使 DNA的损伤得到恢复的保护功能。
光修复和暗修复（切除修复、重组修复和 SOS修复 ）
1、光修复 (photoreactivation)
可见光激活了光复活酶，消除由于紫外线照射而形
成的嘧啶二聚体 （低等生物和鸟类）。
1、光修复 (photoreactivation)
紫外光照射可使相邻的两个 T 形成二聚体
? 光修复酶 可使二聚体解聚为单体状态,DNA完全恢复
正常。光修复酶的激活需 300-600μm 波长的光。
N
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3
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3
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UV
TT
光修复酶
2、暗修复 (dark repair)
（ 1）切除修复,掌握概念和过程
参与的酶有 核酸内切酶, polⅠ,DNA连接酶
特异核酸内切酶
pol Ⅰ
D N A 连接酶
（ 2）重组修复,了解 概念和过程
2、暗修复 (dark repair)
重组蛋白 RecA,polⅠ,连接酶参与,损伤会
保留下去
（ 3）诱导修复和应急反应（ SOS）,
包括避免差错的修复和倾向差错的修复两个方面。 了
解 概念和过程
2、暗修复 (dark repair)
?DNA损伤面太大，复制难以继续。
?复制，修复的酶,重组蛋白 RecA，调控蛋白
LexA等组成一个庞大的调控网络。
?特异性很低
?着色性干皮病 患者缺乏特异的核酸内切酶，
紫外光照射后易患皮肤癌
Chapter31 DNA的复制和修复
四,DNA的突变
? 1、什么是突变 -----DNA分子上碱基的改变
? 自发突变、人工诱变
突变的意义
? 突变是进化、分化的分子基础
? 只有基因型改变的突变
? 致死性的突变
? 突变是某些疾病的发病基础
2、引发突变的因素
诱变因素 突变类型
物理因素 紫外线照射 形成胸腺嘧啶二聚体
离子辐射 打断 DNA 分子上的共价键
化学因素 5- 溴尿嘧啶 ( 5- B U ) 5- B U 取代 A,并异构成 G,结果是 A-T 配对变
为 G -T 配对，最后变为 C-G 配对
羟胺 转换 T 为 C,结果是 A-T 配对改为 C-G 配对
亚硝酸盐 使 C 脱氨成 U,原 G-C 配对变为 G-U 配对，最
后使 G -C 变为 A-T
氮芥类 使 G 的 N -7 烷化后除去，成为无鸟嘌呤的链
生物因素 肿瘤病毒 插入宿主细胞基因组中，引起细胞癌变
诱变因素及突变类型
3、突变分子改变的类型
（ 1）碱基对的置换 —— 如错配 （点突变）
? 一个碱基改变
（ 2）移码突变 —— 如缺失、插入和框移突变
? 片段插入或缺失
（ 3）重排 —— 较大片段重组或重排
c - r a s H
基因
P 2 1 r a s
产物
GGC C AG
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E J / T 2 4 细胞株的突变 本章完
