第 34章 DNA的复制和修复
(DNA replication and repair)
一,DNA的复制
二,DNA的损伤修复
三,DNA的突变
一,DNA的复制
（一） DNA的半保留复制
DNA复制的三种可能模式
Conservative Semiconservative dispersive
After one
generation
After two
generations
W
atson
和Cr
ick
提
出
的
DNA
双
螺
旋
复
制
模
型
old
new
DNA
的
半
保
留
复
制
原来的亲代分子
第一代子分子
第二代子分子
DNA半保留复制的实验证明
1958年, Meselson和 Stahl利用 15N标记大肠
杆菌 DNA的实验, 首先证明了 DNA的半保留复制 。
他们让大肠杆菌在以 15NH4Cl为唯一氮源的培养
基中生长, 经过连续培养 12代, 使所有的 DNA分
子都标记上 15N。 15N-DNA的密度比普通 14N-DNA
大, 在氯化铯密度梯度离心时可以区分这两种
DNA。
DNA半保留复制的实验证明
这时将大肠杆菌转移到普通培养基 （ 含 14N）
上培养, 经过一代以后, 所有 DNA的密度都介于
15N-DNA和 14N-DNA之间, 说明其为 14N和 15N的
杂合分子 。 两代后, 14N分子和杂合分子等量出现 。
当把杂合分子加热, 使它们分开成单链再离心,
可见有一半与单链 15N-DNA的密度相同, 另一半
与单链 14N-DNA的密度相同 。
（二） DNA复制的起点和方式
DNA上能独立进行复制的单位称为复制子
（ replicon）, 每个复制子都有复制起始点, 可
能还有复制的终点 。 DNA复制起始点一般有特定
的序列, DNA在复制起始点处解开双链, 形成一
个复制泡 （ 也叫复制眼 ） 。 有些 DNA的复制从复
制起始点开始向两边复制, 也有些 DNA的复制从
复制起始点开始向一边复制, 它们分别称为双向
复制和单向复制 。
DNA复制的方向
未复制 DNA
单向复制
双向复制
中国仓鼠卵巢细胞 DNA复制
的电镜照片
大箭头所
指为复制
泡, 小箭
头所指为
复制叉处
的单链部
分, 注意
二者在相
反的链上 。
各种生物 DNA的结构
DNA有线性双链和环状双链, 也有环状单链
的 。 原核生物的染色体 DNA和质粒, 以及真核细
胞中的线粒体和叶绿体 DNA都是双链环状的, 真
核生物的染色体 DNA是双链线性的 。 病毒的 DNA
有单链环状的, 也有双链环状的, 还有双链线性
的 。
DNA上 复制子的数目
原核生物 染色体 DNA和质粒 DNA就是一个复
制子, 从一个复制起始点开始完成整个 DNA分子
的复制 。 真核细胞一个染色体 DNA上有许多复制
子, 许多复制起始点同时开始复制, 每一个复制
起始点完成一段 DNA的复制, 然后将各个片段连
接起来 。
复制起始点的确定
大肠杆菌 染色体 DNA只有一个复制起始点 。 在
一个生长的群体中几乎所有的染色体都在复制过程
中, 因此离复制起始点越近的基因拷贝数就越多,
也就是出现的频率越高 。 将从大肠杆菌中提取出来
的 DNA切成大约 1%染色体长度的片段, 通过分子杂
交的方法测定各基因片段的频率, 结果表明复制起
始点 ori C位于基因图谱的 ilv位点处 （ 83分附近 ） 。
一旦复制开始, 复制叉向两侧以相等的速度向前移
动 。 两个复制叉在离起始点 180° 的 trp位点处 （ 33分
附近 ） 相会合 。
大肠杆菌染色体 DNA复制
起始点的确定
DNA的复制方式
直线双向
多起点双向
θ 型双向 θ 型单向
DNA的复制方式
D环
线粒体 DNA的复制采取这种方式
DNA的复制方式
2D环
DNA的复制方式
滚动环
大肠杆菌的多复制叉染色体
DNA
酶
促
合
成
的
引
物
链
和
模
板
链
（三） DNA聚合反应有关的酶
DNA聚合酶催化的聚合反应
DNA聚合酶的反应特点
① 以 4种 dNTP作底物；
② 反应需要接受模板的指导；
③ 反应需要有引物 3’-羟基存在；
④ DNA链的延长方向为 5’→ 3’；
⑤ 产物 DNA的性质与模板相同 。
大肠杆菌 DNA聚合酶
大肠杆菌有 5种 DNA聚合酶, 分别称为
DNA聚合酶 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 和 Ⅴ, 它们有各自
不同的用途 。
大肠杆菌 DNA聚合酶 Ⅰ
大肠杆菌 DNA聚合酶 Ⅰ 由一条肽链 （ 928个氨
基酸残基 ） 组成, 含有一个锌原子, 分子量 109kD。
它是一个多功能酶, 具有以下活性,
① 5’→ 3’聚合活性；
② 3’→ 5’外切活性 （ 校对活性 ） ；
③ 5’→ 3’外切活性 （ 只作用于双链 DNA） ；
④ 从 3’端使 DNA链发生焦磷酸解 （ 聚合反应的逆反
应 ） ；
⑤ 无机焦磷酸盐与 dNTP之间的焦磷酸基交换 。
大肠杆菌 DNA聚合酶 Ⅰ
Klenow片段
用枯草杆菌蛋白酶裂解完整的大肠杆菌
DNA聚合酶 Ⅰ, 得到 C端 324～ 928氨基酸残基
的片段, 称为 Klenow片段, 1-323氨基酸残基为
小片段 。 小片段具有 5’→ 3’外切活性, Klenow
片段具有聚合酶活性和 3’→ 5’外切活性 。
酶切位点
Klenow片段的立体结构
蓝色为模
板链, 红
色为引物
链 。
Kl
en
ow
片
段
的
活
性
位
点
DNA聚合酶 Ⅰ 的校对作用
在 正常聚合条件下, 3’→ 5’外切活性不能作用
于生长链；一旦出现错配碱基时, 聚合反应立即
停止, 生长链的 3’末端核苷酸落入 3’→ 5’外切活性
位点, 错配核苷酸被迅速切去, 然后继续进行聚
合反应 。 3’→ 5’外切活性起着校对的作用 。
校对作用越强, DNA复制的准确性越高 。 适当
的错配有利于发生突变, 有利于物种的进化 。 突
变率太高也不利于保持物种的稳定性 。
DNA聚合酶 Ⅰ 的切口平移作用
关于大肠杆菌 DNA聚合
酶的研究
根据对 各种 DNA聚合酶在大肠杆菌细胞中
的活性, 合成 DNA的速度, 该酶基因突变对
DNA复制的影响的研究, 发现 DNA聚合酶 Ⅲ 是
大肠杆菌细胞中 DNA复制的主酶, 而 DNA聚合
酶 Ⅰ 和 Ⅱ 的功能只是参与 DNA损伤的修复 。
大肠杆菌中 3种 DNA聚合酶性质的比较
项 目 聚合酶 Ⅰ 聚合酶 Ⅱ 聚合酶 Ⅲ
5＇ → 3＇聚合酶活性 ＋ ＋ ＋
3＇ → 5＇外切酶活性 ＋ ＋ ＋
5＇ → 3＇外切酶活性 ＋ — —
相对分子量 （ × 103） 103 88 830
一个细胞内分子数 400？ 10~20
生物学活性 1 0.05 15
聚合速度 （ 核苷酸 /分 ） 1000~2000 2,400 15,000~60,000
持续合成能力 3~200 1,500 ≥ 500,000
功能 切除引物，修复 修复 复制
大肠杆菌 DNA聚合酶 Ⅲ
亚基 分子量 亚基数目 亚基功能
α 132,000 2 聚合活性
ε 27,000 2 3’→5’ 外切校对活性
θ 10,000 2 组建核心酶
τ 71,000 2 核心酶二聚化
γ 52,000 2 依赖 DNA的 ATP酶，形成 γ复合物
δ 35,000 1 可与 β亚基结合，形成 γ复合物
δ’ 33,000 1 形成 γ复合物
χ 15,000 1 形成 γ复合物
ψ 12,000 1 形成 γ复合物
β 37,000 4 两个 β亚基形成滑动夹子，以提高酶的持续合成能力
DNA聚合酶 Ⅲ 全酶的结构
δ
与β
结
合
两个 α 亚基各
催化复制叉处
一条链的合成 。
β 二聚体的滑动夹子结构
红、黄绿色各为一个 β 亚基
DNA聚合酶 Ⅳ 和 Ⅴ
DNA聚合酶 Ⅳ 和 Ⅴ 是在 1999年才被发现的 。
它们的功能是进行易错修复 。
DNA连接酶
大肠杆菌 DNA连接酶可以连接切口和粘性末
端, T4噬菌体 DNA连接酶除可以连接切口和粘
性末端外, 还可以连接平末端 。
DNA的连接类型
（四） DNA的半不连续复制
在复制叉处, 两条新生链是同时合成的, 新
生链延伸的方向一条是 5’→ 3’,而另一条是
3’→ 5’,这就不符合 DNA聚合酶催化反应的性质 。
为了解决这个矛盾, 日本学者冈崎等提出了
DNA的不连续复制模型, 认为 3’→ 5’走向的新生
DNA链实际上是由许多 5’→ 3’方向合成的片段连
接起来的 。
DNA复制叉处的前导链和
滞后链
5’→ 3’链是连续合成的, 3’→ 5’链是不连续
合成的, 因此称为半不连续复制 。
冈崎片段的发现
1968年, 冈崎等用 3H-脱氧胸苷标记噬菌体 T4
感染的大肠杆菌, 然后通过碱性密度梯度离心法
分离标记的 DNA产物, 发现短时间内首先合成的
是较短的 DNA片段, 接着出现较大的分子, 最初
出现的 DNA片段的长度约为 1000个核苷酸左右,
这种片段称为冈崎片段 （ Okazaki fragment） 。 用
DNA连接酶变异的温度敏感株进行实验, 在连接
酶不起作用的温度下, 有大量 DNA片段积累 。 这
些实验都说明在 DNA复制的过程中, 首先合成较
短的片段, 然后再由连接酶连接成大分子 DNA。
原核生物和真核生物
的冈崎片段
细菌 的冈崎片段长度为 1000～ 2000个核苷
酸, 相当于一个顺反子 （ cistron） 的长度；真
核生物的冈崎片段长度为 100～ 200个核苷酸,
相当于一个核小体 DNA的长度 。
DNA复制中的引物
由于 DNA聚合酶必须在已有的核酸链的 3’-
羟基上延伸新链, 所以在前导链合成开始时以及
滞后链的每一个冈崎片段开始时都需要有引物 。
RNA聚合酶以 DNA为模板合成 RNA的过程
称为转录, 转录是不需要引物的 。 DNA复制的
引物就是小片段的 RNA,这个 RNA引物的合成
是由引物合成酶催化合成的 。 RNA引物的长度
通常为几个核苷酸至十几个核苷酸 。
（六） DNA复制的过程
DNA复制叉处的结构
DNA ligase DNA polymeraseⅠ
Old Okazaki
fragment
Okazaki fragment
Primer
Lagging strand
template
Primer
Helicase/primase
Newly synthesized
leading strand
Dimeric replicative
DNA polymerase
βsubunit
,sliding clamp”
SSB
Leading strand
template
DNA gyrase
大肠杆菌染色体 oriC的结构
DNA复制的起始 Ⅰ
DNA复制的
起始 Ⅱ
DNA复制的起始 Ⅲ
DnaB有解旋酶
活性, 它每解
开一个碱基对
需要消耗 2个
ATP。
DNA复制体的装配 Ⅰ
DNA复制体的装配 Ⅱ
DNA复制体的装配 Ⅲ
DNA复制叉的延伸
Leading strand,core”
DNA polymerase Ⅲ
SSB
τ 2 γ
Rep protein
Helicase Ⅱ
Primosome
3rd RNA primer
Lagging strand,core”
DNA polymerase Ⅲ
1st RNA primer
2nd RNA primer
Growing
Okazaki fragment
DNA复制的终止
Tus蛋白与 Ter位点结合后
起终止复制叉前进的作用 。
连锁体
拓扑异构酶
拓扑异构酶可以 改变 DNA双螺旋的连环数,
其功能是引入超螺旋或解开超螺旋 。
拓扑异构酶可分为两类：类型 Ⅰ 的酶能使
DNA的一条链发生断裂和再连接, 反应无需提供
能量；类型 Ⅱ 的酶能使 DNA的两条链同时发生断
裂和再连接, 当它引入超螺旋时需要由 ATP提供
能量 。
拓扑异构酶 Ⅰ
拓扑异构酶 Ⅰ 属于类型 Ⅰ 。 它只能消除负超
螺旋, 对正超螺旋不起作用 。
拓扑异 构酶在使 DNA的一条链断裂时, 由
于酶与 DNA结合, DNA链不能自由转动, 超螺
旋的扭曲张力不会自动消失 。 但是酶分子可牵引
另一条链通过切口, 然后使断链重新连接起来,
从而改变 DNA的连环数和超螺旋数 。
拓扑异构酶 Ⅱ
拓扑异构酶 Ⅱ 属于类型 Ⅱ, 又叫旋转酶
（ gyrase） 。 它可连续引入负超螺旋, 反应需要
消耗 ATP。 在无 ATP存在时, 它可以松弛负超螺
旋, 但不作用于正超螺旋 。
大肠杆菌旋转酶由两个 A亚基和两个 B亚基
组成, A亚基是抗萘啶酮酸和奥啉酸的作用位点,
B亚基是抗香豆霉素 A1和新生霉素的作用位点 。
这些抗生素均能抑制 DNA复制, 因而推测旋转
酶对 DNA复制是必需的 。
旋转酶的作用机制
解旋酶
解旋酶 能将 DNA两条链解开, 每解开一对
碱基, 需要水解 2分子 ATP。 大肠杆菌有许多种
解旋酶, 其中解旋酶 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 可以沿着模板
链的 5’→ 3’方向移动, 而 rep蛋白则沿着 3’→ 5’
方向移动 。 过去认为在 DNA复制中, 这两种酶
配合作用解开 DNA双链, 但上述酶经诱变并不
影响 DNA的复制 。
DnaB蛋白
曾经分离出一些大肠杆菌 DNA复制的温度
敏感突变株 。 其中一株当培养温度由 30℃ 升高到
40℃ 时, DNA复制立即停止, 分析表明 dnaB基
因发生了温度敏感突变 。 该基因产物 DnaB是一
种解旋酶, 可沿 DNA链 5’→ 3’ 方向移动, 由 ATP
提供能量 。 这就证明该解旋酶参与 DNA的复制 。
单链结合蛋白
大肠杆菌的单链结合蛋白 （ SSB） 由 4个相同
的亚基组成, 它的功能是与已经解开的单链 DNA
结合, 阻止重新形成双链, 保护单链部分不被核
酸酶降解 。
原核生物的 SSB蛋白与单链 DNA的结合有正协
同效应, 当第一个 SSB蛋白结合后, 后面的 SSB蛋
白的结合力可提高 103倍 。 因此一旦结合反应开始,
全部单链 DNA迅速被 SSB覆盖 。 但真核生物的 SSB
蛋白没有这种协同作用 。
（七）真核生物 DNA的复制
真 核生物染色体有多个复制起始点 。 5-氟脱氧
尿苷是细胞内胸腺嘧啶核苷酸合成的抑制剂, 用 5-
氟脱氧尿苷处理真核生物的培养细胞可以抑制 DNA
复制, 随后加入 3H-脱氧胸苷就可以使 DNA复制同
步化 。 复制进行大约 30分钟, 然后制成 DNA的放射
自显影图像, 在电子显微镜下观察, 可以看到很多
复制眼, 每个复制眼都有独立的起点, 并呈双向延
伸 。 通过测量和换算, 可以估算出复制子的大小 。
真核生物的复制子
哺乳动物的复制 子大多在 100～ 200kb之间 。
人的细胞有 23对染色体, 单倍体基因组大约有
3× 109bp,平均每个染色体有 1000个复制子 。 果
蝇或酵母的复制子较小, 平均为 40kb。
真核 DNA的复制速度
真核 生物 DNA的复制速度比原核生物慢 。
大肠杆菌 DNA 复 制 叉 的 移 动 速 度 为
50,000bp/min,哺乳类动物复制叉的移动速度仅
为 1000～ 3000bp/min。 但因真核细胞染色体有
许多复制起始点同时起始复制, 所以总的复制
速度并不慢 。
哺乳动物的 DNA聚合酶
DNA聚合
酶 α（ Ⅰ ）
DNA聚合
酶 β（ Ⅱ ）
DNA聚合
酶 γ（ M）
DNA聚合
酶 δ（ Ⅲ ）
DNA聚合
酶 ε（ Ⅱ ）
定位 细胞核 细胞核 线粒体 细胞核 细胞核
亚基数目 4 1 2 2 >1
外切酶活性 无 无 3’→5’ 外切酶 3’→5’ 外切酶 3’→5’ 外切酶
引物合成酶活性 有 无 无 无 无
持续合成能力 中等 低 高 有 PCNA时高 高
抑制剂 蚜肠霉素 双脱氧 TTP 双脱氧 TTP 蚜肠霉素 蚜肠霉素
功能 引物合成 修复 线粒体DNA合成 核 DNA合成 修复
细菌和真核生物复制体的组成
组 成 细 菌 真核生物
复制酶 DNA聚合酶 Ⅲ 全酶 DNA聚合酶 δ
进行性因子 Β夹子 PCNA
定位因子 Γ复合物 RF-C
引物合成酶 BnaG DNA聚合酶 α
去除引物 RNase H和 DNA聚合酶 Ⅰ RNase H1和 MF-1
滞后链修复 DNA聚合酶 Ⅰ 和 DNA连接酶 DNA聚合酶 ε和 DNA连接酶 Ⅰ
解旋酶 DnaB（定位需要 DnaC） T抗原
消除拓扑张力 旋转酶 拓扑异构酶 Ⅱ
单链结合 SSB RP-A
PNCA同源三聚体夹子
真核染色体末端的复制
对于线性 DNA的复制, 两条新链 5’末端的引物
切除后出现缩短现象, 这种现象会使染色体不稳定 。
为了解决这个问题, 染色体的两端有一段特殊序列,
称为端粒, 它由许多短序列的串联重复组成 。 原生
动物四膜虫端粒的重复序列为 TTGGGG,人的端粒
重复序列为 TTAGGG。 TG链常比其互补链更长, 形
成 3’突出末端 。
端粒可防止染色体间末端连接, 并可补偿滞后
链 5’末端在消除 RNA引物后造成的短缺 。
端粒酶
端粒酶是一种含有 RNA的逆转录酶, 它以所含
的 RNA为模板来合成 DNA的端粒结构, 以延长缩短
了的端粒 。 四膜虫端粒酶的 RNA为 159个碱基, 含有
CAACCCCAA序列 。 端粒酶可结合到染色体端粒的
3’末端上, RNA模板的 5’末端识别 DNA的 3’末端碱
基并与之配对, 并在 3’末端的羟基上延伸合成新的
重复序列 。 合成 1个重复单位后酶再向前移动一个重
复单位 。 端粒的 3’末端又可回折作为引物, 合成其
互补链 。
新生链 5’ 端的短缺和
端粒酶延长端粒的功能
真核染色体端粒的延长
细胞的寿命与端粒的关系
在动物的生殖细胞中, 由于端粒酶的存在,
端粒一直保持着一定的长度 。 体细胞随着分化而
失去端粒酶活性, 在缺乏端粒酶活性时, 细胞连
续分裂使得端粒不断缩短, 短到一定程度即引起
细胞生长停止或凋亡 。
实验表明, 经过多代培养的细胞其染色体的
端粒变短, 染色体也变得不稳定 。 但在肿瘤细胞
中却有端粒酶活性 。
二,DNA的损伤修复
尽管 DNA聚合酶有校对功能, DNA在复制
过程中, 仍可能产生错配；其他内因外因也会造
成 DNA的损伤, 如紫外线照射, 电离辐射, 化
学诱变剂, 病毒 DNA的整合, DNA重组等 。
DNA损伤会引起生物突变, 甚至导致死亡 。 在
一定的条件下, 生物机体能使其 DNA的损伤得
到修复 。 这种修复是生物在长期进化过程中获得
的一种保护功能 。
DNA损伤修复的种类
目前已经知道, 细胞对 DNA损伤的修复系
统有 5种,
错配修复 （ mismatch repair）
直接修复 （ direct repair）
切除修复 （ excision repair）
重组修复 （ recombination repair）
易错修复 （ error-prone repair）
（一）错配修复
DNA在复制过程中发生错配, 如果新合成的链
被校正, 基因编码的信息可得到恢复；但是如果模
板链被校正, 突变就被固定 。 细胞错配修复系统能
够区分, 旧链, 和, 新链, 。 Bam甲基化酶可使
DNA的 GATC序列中的腺嘌呤 N6位甲基化 。 复制后
DNA在短期内 （ 数分钟 ） 为半甲基化的 GATC序列,
一旦发现错配碱基, 即将未甲基化的新链切除, 并
以甲基化的旧链为模板进行修复合成 。
错配修复
在大肠杆菌中, Mut S二聚体识别并结合到
DNA的错配碱基部位, Mut L与 Mut S结合, 二者
组成的复合物可沿着 DNA双链向两个方向移动,
DNA由此形成突环 。 复合物的移动需要水解 ATP提
供能量 。 当遇到 GATC序列时, Mut H核酸内切酶
结合到 Mut SL上, 并在未甲基化的新链 GATC的 5’
端切断 。
错配修复
错配修复
如果切开处位于错配碱基的 3’侧, 由核酸外切
酶 Ⅰ 或核酸外切酶 Ⅹ 沿 3’→ 5’方向切除核酸链, 如果
切开处位于错配碱基的 5’侧, 则由核酸外切酶 Ⅶ 或
Rec J沿 5’→ 3’方向切除核酸链 。 在此切除过程中,
解旋酶和 SSB帮助链的解开 。 切除的链可长达 1000
个核苷酸以上, 直到将错配碱基切除 。 新的 DNA链
由 DNA聚合酶 Ⅲ 和 DNA连接酶合成并连接 。
（二）直接修复
紫外线照射可以使 DNA分子中同一条链上相
邻的两个胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体 。 其它嘧
啶碱基之间也能形成类似的二聚体, 但数量较少 。
嘧啶二聚体的形成, 影响了 DNA的双螺旋结构,
使其复制和转录功能均受到阻碍 。
嘧啶二聚体的光复活
直接解开嘧啶二聚体
O6-甲基鸟嘌呤的修复
O6-甲基化的鸟嘌呤在 O6-甲基鸟嘌呤 -
DNA甲基转移酶作用下, 可将甲基转移到酶
自身的半胱氨酸残基上 。 甲基转移酶因此而
失活, 但却成为其自身基因和另一些修复酶
基因转录的活化物, 促进它们表达 。
（三）切除修复
切除 修复就是在一系列酶的作用下, 将 DNA分
子中受损伤的部分切掉, 然后以完整链为模板, 合
成出切掉的部分, 使 DNA恢复正常的过程 。
一些糖苷酶能够识别错误的碱基, 将这些碱基
水解, 使得这些部位无碱基, 称为 AP位点 。 一旦
AP位点形成, 即有 AP核酸内切酶在 AP位点附近将
DNA链切开, 然后核酸外切酶将包括 AP位点在内的
一段 DNA链切掉 。 DNA聚合酶 Ⅰ 和 DNA连接酶补上
缺口 。
另一种切除修复是利用切除酶在损伤部位的两
侧切开, 除去错误片段, 再合成出正确的序列 。
切
除
修
复
碱基缺陷或错配 结构缺陷
切掉错误碱基 N-糖苷酶 切开 核酸内切酶
切开 核酸内切酶 切开 AP核酸内切酶
修复 DNA聚合酶
连接 DNA连接酶
（四）重组修复
上述切除修复过程发生在 DNA复制之前, 称为
复制前修复 。 当 DNA复制时尚未修复的部位也可以
先复制, 再修复, 这种修复称为复制后修复 。
复制酶系在损伤部位无法通过碱基配对合成新
链, 它就跳过损伤部位, 在下一个冈崎片段的起始
位置或前导链的相应位置上重新合成引物和新链,
结果子代链上留下了缺口 。 这个缺口可以通过重组
加以弥补 。
重组修复的结果, 两个子代双链 DNA中一个正
常, 另一个仍有损伤 。 经过多代繁殖后, 损伤的
DNA被稀释 。
重
组
修
复
复制
重组
修复
｝ 异常子代双链
｝ 正常子代双链
｝ 异常亲代双链
（五）应急反应 （ SOS）
和易错修复
许多 造成 DNA损伤或抑制复制的处理均能引
起一系列复杂的诱导效应, 称为应急反应 （ SOS
response） 。 SOS反应包括诱导 DNA损伤修复,
诱变效应, 细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放
噬菌体等 。
易错修复就是利用没有校对活性的 DNA聚合酶
进行复制, 碱基不配对也继续复制, 结果产生出
高的突变率 。
SOS反应的机制
三,DNA的突变
DNA作为遗传物质有 3个功能,
一, 通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；
二, 通过转录使遗传信息在子代中得以表达；
三, 通过变异在自然选择中获得新的遗传信息 。
（一）突变的类型
1.碱基对的置换,原来的一对碱基由另一对碱
所取代, 称为点突变 。
嘌呤变成另一种嘌呤, 嘧啶换成另一种嘧
啶称为转换 。
嘌呤换成嘧啶, 嘧啶换成嘌呤称为颠换 。
由于碱基的置换使得密码子的意义发生改
变称为错义突变, 若使密码子变成终止密码称
为无义突变 。 无义突变会使翻译提前终止 。
2.移码突变,DNA链中缺失或增加的核苷酸数目
非 3的倍数时称为移码突变 。 移码突变造成阅读
框改变, 使得翻译产物失活 。
（二）诱变剂的作用
诱变的因素一般分为物理因素和化学因素 。
1.化学诱变剂,碱基类似物, 碱基修饰剂, 嵌入
染料等 。
2.物理诱变因素,包括紫外线照射, 电离辐射,
放射线等 。
(DNA replication and repair)
一,DNA的复制
二,DNA的损伤修复
三,DNA的突变
一,DNA的复制
（一） DNA的半保留复制
DNA复制的三种可能模式
Conservative Semiconservative dispersive
After one
generation
After two
generations
W
atson
和Cr
ick
提
出
的
DNA
双
螺
旋
复
制
模
型
old
new
DNA
的
半
保
留
复
制
原来的亲代分子
第一代子分子
第二代子分子
DNA半保留复制的实验证明
1958年, Meselson和 Stahl利用 15N标记大肠
杆菌 DNA的实验, 首先证明了 DNA的半保留复制 。
他们让大肠杆菌在以 15NH4Cl为唯一氮源的培养
基中生长, 经过连续培养 12代, 使所有的 DNA分
子都标记上 15N。 15N-DNA的密度比普通 14N-DNA
大, 在氯化铯密度梯度离心时可以区分这两种
DNA。
DNA半保留复制的实验证明
这时将大肠杆菌转移到普通培养基 （ 含 14N）
上培养, 经过一代以后, 所有 DNA的密度都介于
15N-DNA和 14N-DNA之间, 说明其为 14N和 15N的
杂合分子 。 两代后, 14N分子和杂合分子等量出现 。
当把杂合分子加热, 使它们分开成单链再离心,
可见有一半与单链 15N-DNA的密度相同, 另一半
与单链 14N-DNA的密度相同 。
（二） DNA复制的起点和方式
DNA上能独立进行复制的单位称为复制子
（ replicon）, 每个复制子都有复制起始点, 可
能还有复制的终点 。 DNA复制起始点一般有特定
的序列, DNA在复制起始点处解开双链, 形成一
个复制泡 （ 也叫复制眼 ） 。 有些 DNA的复制从复
制起始点开始向两边复制, 也有些 DNA的复制从
复制起始点开始向一边复制, 它们分别称为双向
复制和单向复制 。
DNA复制的方向
未复制 DNA
单向复制
双向复制
中国仓鼠卵巢细胞 DNA复制
的电镜照片
大箭头所
指为复制
泡, 小箭
头所指为
复制叉处
的单链部
分, 注意
二者在相
反的链上 。
各种生物 DNA的结构
DNA有线性双链和环状双链, 也有环状单链
的 。 原核生物的染色体 DNA和质粒, 以及真核细
胞中的线粒体和叶绿体 DNA都是双链环状的, 真
核生物的染色体 DNA是双链线性的 。 病毒的 DNA
有单链环状的, 也有双链环状的, 还有双链线性
的 。
DNA上 复制子的数目
原核生物 染色体 DNA和质粒 DNA就是一个复
制子, 从一个复制起始点开始完成整个 DNA分子
的复制 。 真核细胞一个染色体 DNA上有许多复制
子, 许多复制起始点同时开始复制, 每一个复制
起始点完成一段 DNA的复制, 然后将各个片段连
接起来 。
复制起始点的确定
大肠杆菌 染色体 DNA只有一个复制起始点 。 在
一个生长的群体中几乎所有的染色体都在复制过程
中, 因此离复制起始点越近的基因拷贝数就越多,
也就是出现的频率越高 。 将从大肠杆菌中提取出来
的 DNA切成大约 1%染色体长度的片段, 通过分子杂
交的方法测定各基因片段的频率, 结果表明复制起
始点 ori C位于基因图谱的 ilv位点处 （ 83分附近 ） 。
一旦复制开始, 复制叉向两侧以相等的速度向前移
动 。 两个复制叉在离起始点 180° 的 trp位点处 （ 33分
附近 ） 相会合 。
大肠杆菌染色体 DNA复制
起始点的确定
DNA的复制方式
直线双向
多起点双向
θ 型双向 θ 型单向
DNA的复制方式
D环
线粒体 DNA的复制采取这种方式
DNA的复制方式
2D环
DNA的复制方式
滚动环
大肠杆菌的多复制叉染色体
DNA
酶
促
合
成
的
引
物
链
和
模
板
链
（三） DNA聚合反应有关的酶
DNA聚合酶催化的聚合反应
DNA聚合酶的反应特点
① 以 4种 dNTP作底物；
② 反应需要接受模板的指导；
③ 反应需要有引物 3’-羟基存在；
④ DNA链的延长方向为 5’→ 3’；
⑤ 产物 DNA的性质与模板相同 。
大肠杆菌 DNA聚合酶
大肠杆菌有 5种 DNA聚合酶, 分别称为
DNA聚合酶 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 和 Ⅴ, 它们有各自
不同的用途 。
大肠杆菌 DNA聚合酶 Ⅰ
大肠杆菌 DNA聚合酶 Ⅰ 由一条肽链 （ 928个氨
基酸残基 ） 组成, 含有一个锌原子, 分子量 109kD。
它是一个多功能酶, 具有以下活性,
① 5’→ 3’聚合活性；
② 3’→ 5’外切活性 （ 校对活性 ） ；
③ 5’→ 3’外切活性 （ 只作用于双链 DNA） ；
④ 从 3’端使 DNA链发生焦磷酸解 （ 聚合反应的逆反
应 ） ；
⑤ 无机焦磷酸盐与 dNTP之间的焦磷酸基交换 。
大肠杆菌 DNA聚合酶 Ⅰ
Klenow片段
用枯草杆菌蛋白酶裂解完整的大肠杆菌
DNA聚合酶 Ⅰ, 得到 C端 324～ 928氨基酸残基
的片段, 称为 Klenow片段, 1-323氨基酸残基为
小片段 。 小片段具有 5’→ 3’外切活性, Klenow
片段具有聚合酶活性和 3’→ 5’外切活性 。
酶切位点
Klenow片段的立体结构
蓝色为模
板链, 红
色为引物
链 。
Kl
en
ow
片
段
的
活
性
位
点
DNA聚合酶 Ⅰ 的校对作用
在 正常聚合条件下, 3’→ 5’外切活性不能作用
于生长链；一旦出现错配碱基时, 聚合反应立即
停止, 生长链的 3’末端核苷酸落入 3’→ 5’外切活性
位点, 错配核苷酸被迅速切去, 然后继续进行聚
合反应 。 3’→ 5’外切活性起着校对的作用 。
校对作用越强, DNA复制的准确性越高 。 适当
的错配有利于发生突变, 有利于物种的进化 。 突
变率太高也不利于保持物种的稳定性 。
DNA聚合酶 Ⅰ 的切口平移作用
关于大肠杆菌 DNA聚合
酶的研究
根据对 各种 DNA聚合酶在大肠杆菌细胞中
的活性, 合成 DNA的速度, 该酶基因突变对
DNA复制的影响的研究, 发现 DNA聚合酶 Ⅲ 是
大肠杆菌细胞中 DNA复制的主酶, 而 DNA聚合
酶 Ⅰ 和 Ⅱ 的功能只是参与 DNA损伤的修复 。
大肠杆菌中 3种 DNA聚合酶性质的比较
项 目 聚合酶 Ⅰ 聚合酶 Ⅱ 聚合酶 Ⅲ
5＇ → 3＇聚合酶活性 ＋ ＋ ＋
3＇ → 5＇外切酶活性 ＋ ＋ ＋
5＇ → 3＇外切酶活性 ＋ — —
相对分子量 （ × 103） 103 88 830
一个细胞内分子数 400？ 10~20
生物学活性 1 0.05 15
聚合速度 （ 核苷酸 /分 ） 1000~2000 2,400 15,000~60,000
持续合成能力 3~200 1,500 ≥ 500,000
功能 切除引物，修复 修复 复制
大肠杆菌 DNA聚合酶 Ⅲ
亚基 分子量 亚基数目 亚基功能
α 132,000 2 聚合活性
ε 27,000 2 3’→5’ 外切校对活性
θ 10,000 2 组建核心酶
τ 71,000 2 核心酶二聚化
γ 52,000 2 依赖 DNA的 ATP酶，形成 γ复合物
δ 35,000 1 可与 β亚基结合，形成 γ复合物
δ’ 33,000 1 形成 γ复合物
χ 15,000 1 形成 γ复合物
ψ 12,000 1 形成 γ复合物
β 37,000 4 两个 β亚基形成滑动夹子，以提高酶的持续合成能力
DNA聚合酶 Ⅲ 全酶的结构
δ
与β
结
合
两个 α 亚基各
催化复制叉处
一条链的合成 。
β 二聚体的滑动夹子结构
红、黄绿色各为一个 β 亚基
DNA聚合酶 Ⅳ 和 Ⅴ
DNA聚合酶 Ⅳ 和 Ⅴ 是在 1999年才被发现的 。
它们的功能是进行易错修复 。
DNA连接酶
大肠杆菌 DNA连接酶可以连接切口和粘性末
端, T4噬菌体 DNA连接酶除可以连接切口和粘
性末端外, 还可以连接平末端 。
DNA的连接类型
（四） DNA的半不连续复制
在复制叉处, 两条新生链是同时合成的, 新
生链延伸的方向一条是 5’→ 3’,而另一条是
3’→ 5’,这就不符合 DNA聚合酶催化反应的性质 。
为了解决这个矛盾, 日本学者冈崎等提出了
DNA的不连续复制模型, 认为 3’→ 5’走向的新生
DNA链实际上是由许多 5’→ 3’方向合成的片段连
接起来的 。
DNA复制叉处的前导链和
滞后链
5’→ 3’链是连续合成的, 3’→ 5’链是不连续
合成的, 因此称为半不连续复制 。
冈崎片段的发现
1968年, 冈崎等用 3H-脱氧胸苷标记噬菌体 T4
感染的大肠杆菌, 然后通过碱性密度梯度离心法
分离标记的 DNA产物, 发现短时间内首先合成的
是较短的 DNA片段, 接着出现较大的分子, 最初
出现的 DNA片段的长度约为 1000个核苷酸左右,
这种片段称为冈崎片段 （ Okazaki fragment） 。 用
DNA连接酶变异的温度敏感株进行实验, 在连接
酶不起作用的温度下, 有大量 DNA片段积累 。 这
些实验都说明在 DNA复制的过程中, 首先合成较
短的片段, 然后再由连接酶连接成大分子 DNA。
原核生物和真核生物
的冈崎片段
细菌 的冈崎片段长度为 1000～ 2000个核苷
酸, 相当于一个顺反子 （ cistron） 的长度；真
核生物的冈崎片段长度为 100～ 200个核苷酸,
相当于一个核小体 DNA的长度 。
DNA复制中的引物
由于 DNA聚合酶必须在已有的核酸链的 3’-
羟基上延伸新链, 所以在前导链合成开始时以及
滞后链的每一个冈崎片段开始时都需要有引物 。
RNA聚合酶以 DNA为模板合成 RNA的过程
称为转录, 转录是不需要引物的 。 DNA复制的
引物就是小片段的 RNA,这个 RNA引物的合成
是由引物合成酶催化合成的 。 RNA引物的长度
通常为几个核苷酸至十几个核苷酸 。
（六） DNA复制的过程
DNA复制叉处的结构
DNA ligase DNA polymeraseⅠ
Old Okazaki
fragment
Okazaki fragment
Primer
Lagging strand
template
Primer
Helicase/primase
Newly synthesized
leading strand
Dimeric replicative
DNA polymerase
βsubunit
,sliding clamp”
SSB
Leading strand
template
DNA gyrase
大肠杆菌染色体 oriC的结构
DNA复制的起始 Ⅰ
DNA复制的
起始 Ⅱ
DNA复制的起始 Ⅲ
DnaB有解旋酶
活性, 它每解
开一个碱基对
需要消耗 2个
ATP。
DNA复制体的装配 Ⅰ
DNA复制体的装配 Ⅱ
DNA复制体的装配 Ⅲ
DNA复制叉的延伸
Leading strand,core”
DNA polymerase Ⅲ
SSB
τ 2 γ
Rep protein
Helicase Ⅱ
Primosome
3rd RNA primer
Lagging strand,core”
DNA polymerase Ⅲ
1st RNA primer
2nd RNA primer
Growing
Okazaki fragment
DNA复制的终止
Tus蛋白与 Ter位点结合后
起终止复制叉前进的作用 。
连锁体
拓扑异构酶
拓扑异构酶可以 改变 DNA双螺旋的连环数,
其功能是引入超螺旋或解开超螺旋 。
拓扑异构酶可分为两类：类型 Ⅰ 的酶能使
DNA的一条链发生断裂和再连接, 反应无需提供
能量；类型 Ⅱ 的酶能使 DNA的两条链同时发生断
裂和再连接, 当它引入超螺旋时需要由 ATP提供
能量 。
拓扑异构酶 Ⅰ
拓扑异构酶 Ⅰ 属于类型 Ⅰ 。 它只能消除负超
螺旋, 对正超螺旋不起作用 。
拓扑异 构酶在使 DNA的一条链断裂时, 由
于酶与 DNA结合, DNA链不能自由转动, 超螺
旋的扭曲张力不会自动消失 。 但是酶分子可牵引
另一条链通过切口, 然后使断链重新连接起来,
从而改变 DNA的连环数和超螺旋数 。
拓扑异构酶 Ⅱ
拓扑异构酶 Ⅱ 属于类型 Ⅱ, 又叫旋转酶
（ gyrase） 。 它可连续引入负超螺旋, 反应需要
消耗 ATP。 在无 ATP存在时, 它可以松弛负超螺
旋, 但不作用于正超螺旋 。
大肠杆菌旋转酶由两个 A亚基和两个 B亚基
组成, A亚基是抗萘啶酮酸和奥啉酸的作用位点,
B亚基是抗香豆霉素 A1和新生霉素的作用位点 。
这些抗生素均能抑制 DNA复制, 因而推测旋转
酶对 DNA复制是必需的 。
旋转酶的作用机制
解旋酶
解旋酶 能将 DNA两条链解开, 每解开一对
碱基, 需要水解 2分子 ATP。 大肠杆菌有许多种
解旋酶, 其中解旋酶 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 可以沿着模板
链的 5’→ 3’方向移动, 而 rep蛋白则沿着 3’→ 5’
方向移动 。 过去认为在 DNA复制中, 这两种酶
配合作用解开 DNA双链, 但上述酶经诱变并不
影响 DNA的复制 。
DnaB蛋白
曾经分离出一些大肠杆菌 DNA复制的温度
敏感突变株 。 其中一株当培养温度由 30℃ 升高到
40℃ 时, DNA复制立即停止, 分析表明 dnaB基
因发生了温度敏感突变 。 该基因产物 DnaB是一
种解旋酶, 可沿 DNA链 5’→ 3’ 方向移动, 由 ATP
提供能量 。 这就证明该解旋酶参与 DNA的复制 。
单链结合蛋白
大肠杆菌的单链结合蛋白 （ SSB） 由 4个相同
的亚基组成, 它的功能是与已经解开的单链 DNA
结合, 阻止重新形成双链, 保护单链部分不被核
酸酶降解 。
原核生物的 SSB蛋白与单链 DNA的结合有正协
同效应, 当第一个 SSB蛋白结合后, 后面的 SSB蛋
白的结合力可提高 103倍 。 因此一旦结合反应开始,
全部单链 DNA迅速被 SSB覆盖 。 但真核生物的 SSB
蛋白没有这种协同作用 。
（七）真核生物 DNA的复制
真 核生物染色体有多个复制起始点 。 5-氟脱氧
尿苷是细胞内胸腺嘧啶核苷酸合成的抑制剂, 用 5-
氟脱氧尿苷处理真核生物的培养细胞可以抑制 DNA
复制, 随后加入 3H-脱氧胸苷就可以使 DNA复制同
步化 。 复制进行大约 30分钟, 然后制成 DNA的放射
自显影图像, 在电子显微镜下观察, 可以看到很多
复制眼, 每个复制眼都有独立的起点, 并呈双向延
伸 。 通过测量和换算, 可以估算出复制子的大小 。
真核生物的复制子
哺乳动物的复制 子大多在 100～ 200kb之间 。
人的细胞有 23对染色体, 单倍体基因组大约有
3× 109bp,平均每个染色体有 1000个复制子 。 果
蝇或酵母的复制子较小, 平均为 40kb。
真核 DNA的复制速度
真核 生物 DNA的复制速度比原核生物慢 。
大肠杆菌 DNA 复 制 叉 的 移 动 速 度 为
50,000bp/min,哺乳类动物复制叉的移动速度仅
为 1000～ 3000bp/min。 但因真核细胞染色体有
许多复制起始点同时起始复制, 所以总的复制
速度并不慢 。
哺乳动物的 DNA聚合酶
DNA聚合
酶 α（ Ⅰ ）
DNA聚合
酶 β（ Ⅱ ）
DNA聚合
酶 γ（ M）
DNA聚合
酶 δ（ Ⅲ ）
DNA聚合
酶 ε（ Ⅱ ）
定位 细胞核 细胞核 线粒体 细胞核 细胞核
亚基数目 4 1 2 2 >1
外切酶活性 无 无 3’→5’ 外切酶 3’→5’ 外切酶 3’→5’ 外切酶
引物合成酶活性 有 无 无 无 无
持续合成能力 中等 低 高 有 PCNA时高 高
抑制剂 蚜肠霉素 双脱氧 TTP 双脱氧 TTP 蚜肠霉素 蚜肠霉素
功能 引物合成 修复 线粒体DNA合成 核 DNA合成 修复
细菌和真核生物复制体的组成
组 成 细 菌 真核生物
复制酶 DNA聚合酶 Ⅲ 全酶 DNA聚合酶 δ
进行性因子 Β夹子 PCNA
定位因子 Γ复合物 RF-C
引物合成酶 BnaG DNA聚合酶 α
去除引物 RNase H和 DNA聚合酶 Ⅰ RNase H1和 MF-1
滞后链修复 DNA聚合酶 Ⅰ 和 DNA连接酶 DNA聚合酶 ε和 DNA连接酶 Ⅰ
解旋酶 DnaB（定位需要 DnaC） T抗原
消除拓扑张力 旋转酶 拓扑异构酶 Ⅱ
单链结合 SSB RP-A
PNCA同源三聚体夹子
真核染色体末端的复制
对于线性 DNA的复制, 两条新链 5’末端的引物
切除后出现缩短现象, 这种现象会使染色体不稳定 。
为了解决这个问题, 染色体的两端有一段特殊序列,
称为端粒, 它由许多短序列的串联重复组成 。 原生
动物四膜虫端粒的重复序列为 TTGGGG,人的端粒
重复序列为 TTAGGG。 TG链常比其互补链更长, 形
成 3’突出末端 。
端粒可防止染色体间末端连接, 并可补偿滞后
链 5’末端在消除 RNA引物后造成的短缺 。
端粒酶
端粒酶是一种含有 RNA的逆转录酶, 它以所含
的 RNA为模板来合成 DNA的端粒结构, 以延长缩短
了的端粒 。 四膜虫端粒酶的 RNA为 159个碱基, 含有
CAACCCCAA序列 。 端粒酶可结合到染色体端粒的
3’末端上, RNA模板的 5’末端识别 DNA的 3’末端碱
基并与之配对, 并在 3’末端的羟基上延伸合成新的
重复序列 。 合成 1个重复单位后酶再向前移动一个重
复单位 。 端粒的 3’末端又可回折作为引物, 合成其
互补链 。
新生链 5’ 端的短缺和
端粒酶延长端粒的功能
真核染色体端粒的延长
细胞的寿命与端粒的关系
在动物的生殖细胞中, 由于端粒酶的存在,
端粒一直保持着一定的长度 。 体细胞随着分化而
失去端粒酶活性, 在缺乏端粒酶活性时, 细胞连
续分裂使得端粒不断缩短, 短到一定程度即引起
细胞生长停止或凋亡 。
实验表明, 经过多代培养的细胞其染色体的
端粒变短, 染色体也变得不稳定 。 但在肿瘤细胞
中却有端粒酶活性 。
二,DNA的损伤修复
尽管 DNA聚合酶有校对功能, DNA在复制
过程中, 仍可能产生错配；其他内因外因也会造
成 DNA的损伤, 如紫外线照射, 电离辐射, 化
学诱变剂, 病毒 DNA的整合, DNA重组等 。
DNA损伤会引起生物突变, 甚至导致死亡 。 在
一定的条件下, 生物机体能使其 DNA的损伤得
到修复 。 这种修复是生物在长期进化过程中获得
的一种保护功能 。
DNA损伤修复的种类
目前已经知道, 细胞对 DNA损伤的修复系
统有 5种,
错配修复 （ mismatch repair）
直接修复 （ direct repair）
切除修复 （ excision repair）
重组修复 （ recombination repair）
易错修复 （ error-prone repair）
（一）错配修复
DNA在复制过程中发生错配, 如果新合成的链
被校正, 基因编码的信息可得到恢复；但是如果模
板链被校正, 突变就被固定 。 细胞错配修复系统能
够区分, 旧链, 和, 新链, 。 Bam甲基化酶可使
DNA的 GATC序列中的腺嘌呤 N6位甲基化 。 复制后
DNA在短期内 （ 数分钟 ） 为半甲基化的 GATC序列,
一旦发现错配碱基, 即将未甲基化的新链切除, 并
以甲基化的旧链为模板进行修复合成 。
错配修复
在大肠杆菌中, Mut S二聚体识别并结合到
DNA的错配碱基部位, Mut L与 Mut S结合, 二者
组成的复合物可沿着 DNA双链向两个方向移动,
DNA由此形成突环 。 复合物的移动需要水解 ATP提
供能量 。 当遇到 GATC序列时, Mut H核酸内切酶
结合到 Mut SL上, 并在未甲基化的新链 GATC的 5’
端切断 。
错配修复
错配修复
如果切开处位于错配碱基的 3’侧, 由核酸外切
酶 Ⅰ 或核酸外切酶 Ⅹ 沿 3’→ 5’方向切除核酸链, 如果
切开处位于错配碱基的 5’侧, 则由核酸外切酶 Ⅶ 或
Rec J沿 5’→ 3’方向切除核酸链 。 在此切除过程中,
解旋酶和 SSB帮助链的解开 。 切除的链可长达 1000
个核苷酸以上, 直到将错配碱基切除 。 新的 DNA链
由 DNA聚合酶 Ⅲ 和 DNA连接酶合成并连接 。
（二）直接修复
紫外线照射可以使 DNA分子中同一条链上相
邻的两个胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体 。 其它嘧
啶碱基之间也能形成类似的二聚体, 但数量较少 。
嘧啶二聚体的形成, 影响了 DNA的双螺旋结构,
使其复制和转录功能均受到阻碍 。
嘧啶二聚体的光复活
直接解开嘧啶二聚体
O6-甲基鸟嘌呤的修复
O6-甲基化的鸟嘌呤在 O6-甲基鸟嘌呤 -
DNA甲基转移酶作用下, 可将甲基转移到酶
自身的半胱氨酸残基上 。 甲基转移酶因此而
失活, 但却成为其自身基因和另一些修复酶
基因转录的活化物, 促进它们表达 。
（三）切除修复
切除 修复就是在一系列酶的作用下, 将 DNA分
子中受损伤的部分切掉, 然后以完整链为模板, 合
成出切掉的部分, 使 DNA恢复正常的过程 。
一些糖苷酶能够识别错误的碱基, 将这些碱基
水解, 使得这些部位无碱基, 称为 AP位点 。 一旦
AP位点形成, 即有 AP核酸内切酶在 AP位点附近将
DNA链切开, 然后核酸外切酶将包括 AP位点在内的
一段 DNA链切掉 。 DNA聚合酶 Ⅰ 和 DNA连接酶补上
缺口 。
另一种切除修复是利用切除酶在损伤部位的两
侧切开, 除去错误片段, 再合成出正确的序列 。
切
除
修
复
碱基缺陷或错配 结构缺陷
切掉错误碱基 N-糖苷酶 切开 核酸内切酶
切开 核酸内切酶 切开 AP核酸内切酶
修复 DNA聚合酶
连接 DNA连接酶
（四）重组修复
上述切除修复过程发生在 DNA复制之前, 称为
复制前修复 。 当 DNA复制时尚未修复的部位也可以
先复制, 再修复, 这种修复称为复制后修复 。
复制酶系在损伤部位无法通过碱基配对合成新
链, 它就跳过损伤部位, 在下一个冈崎片段的起始
位置或前导链的相应位置上重新合成引物和新链,
结果子代链上留下了缺口 。 这个缺口可以通过重组
加以弥补 。
重组修复的结果, 两个子代双链 DNA中一个正
常, 另一个仍有损伤 。 经过多代繁殖后, 损伤的
DNA被稀释 。
重
组
修
复
复制
重组
修复
｝ 异常子代双链
｝ 正常子代双链
｝ 异常亲代双链
（五）应急反应 （ SOS）
和易错修复
许多 造成 DNA损伤或抑制复制的处理均能引
起一系列复杂的诱导效应, 称为应急反应 （ SOS
response） 。 SOS反应包括诱导 DNA损伤修复,
诱变效应, 细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放
噬菌体等 。
易错修复就是利用没有校对活性的 DNA聚合酶
进行复制, 碱基不配对也继续复制, 结果产生出
高的突变率 。
SOS反应的机制
三,DNA的突变
DNA作为遗传物质有 3个功能,
一, 通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；
二, 通过转录使遗传信息在子代中得以表达；
三, 通过变异在自然选择中获得新的遗传信息 。
（一）突变的类型
1.碱基对的置换,原来的一对碱基由另一对碱
所取代, 称为点突变 。
嘌呤变成另一种嘌呤, 嘧啶换成另一种嘧
啶称为转换 。
嘌呤换成嘧啶, 嘧啶换成嘌呤称为颠换 。
由于碱基的置换使得密码子的意义发生改
变称为错义突变, 若使密码子变成终止密码称
为无义突变 。 无义突变会使翻译提前终止 。
2.移码突变,DNA链中缺失或增加的核苷酸数目
非 3的倍数时称为移码突变 。 移码突变造成阅读
框改变, 使得翻译产物失活 。
（二）诱变剂的作用
诱变的因素一般分为物理因素和化学因素 。
1.化学诱变剂,碱基类似物, 碱基修饰剂, 嵌入
染料等 。
2.物理诱变因素,包括紫外线照射, 电离辐射,
放射线等 。
