第十二章 DNA的复制和修复
本章重点介绍遗传中心法则和 DNA的半
保留复制以及逆转录的过程和机理, 对 DNA
的损伤和修复, 突变和重组作一般介绍 。
思考 ?
DNA是绝大多数生物体遗传信息的载体, 继
1953年 Watson & Crick提出 DNA双螺旋结构模型
后, 1958年, Crick提出了, 中心法则, (Central
dogma)揭示了遗传信息的传递规律 。
遗传信息传递的 中心法则
蛋白质
翻译
转录
逆转录
复制
复制
DNA
RNA
生物的遗传信息以密码的形式储
存在 DNA分子上, 表现为特定的核苷
酸排列顺序 。 在细胞分裂的过程中,
通过 DNA复制 把亲代细胞所含的遗传
信息忠实地传递给两个子代细胞 。 在
子代细胞的生长发育过程中, 这些遗
传信息通过 转录 传递给 RNA,再由
RNA通过 翻译 转变成相应的蛋白质多
肽链上的氨基酸排列顺序, 由蛋白质
执行各种各样的生物学功能, 使后代
表现出与亲代相似的遗传特征 。 后来
人们又发现, 在宿主细胞中一些 RNA
病毒能以自己的 RNA为模板 复制 出新
的病毒 RNA,还有一些 RNA病毒能以
其 RNA为模板合成 DNA,称为 逆转录
这是中心法则的补充 。
中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律, 揭示遗传的分子基础, 不仅使人
们对细胞的生长, 发育, 遗传, 变异等生命现象有了更深刻的认识, 而且以这方面的
理论和技术为基础发展了基因工程, 给人类的生产和生活带来了深刻的革命 。
目 录
第一节 DNA的复制 （ DNA指导下的 DNA合成）
第二节 DNA的损伤与修复
第三节 DNA突变
第四节 逆转录作用 （ RNA指导下的 DNA的合成）
第五节 DNA的遗传重组
第一节 DNA的半保留复制
一, 概念 和 实验依据
二, DNA聚合反应有关的酶类
三,DNA的复制的起始点和方式
四,原核细胞 DNA的复制过程
五,DNA复制的忠实性
六,真核细胞 DNA的复制
DNA的半保留复制的
概念
DNA在复制时，两
条链解开分别作为模板，
在 DNA聚合酶的催化下按
碱基互补的原则合成两条
与模板链互补的新链，以
组成新的 DNA分子。这样
新形成的两个 DNA分子与
亲代 DNA分子的碱基顺序
完全一样。由于子代 DNA
分子中一条链来自亲代，
另一条链是新合成的，这
种复制方式称为半保留复
制 。
DNA
的半
保留
复制
实验
依据
1958年 Meselson
& stahl用同位素
示踪标记加密度
梯度离心技术 实
验,证明了 DNA是
采取半保留的方
式进行复制,
[15N] DNA
[14N- 15N] DNA
[14N] DNA
[14N- 15N] DNA
复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图
(Caims实验 )
将 3H-胸苷标记大肠杆菌 DNA，经过 近两代 的时间,3H-胸苷掺入大肠杆
菌 DNA 。用溶菌酶把细胞壁消化掉，使完整的大肠杆菌染色体 DNA释放出
来，放射自显影，得到上图。非复制部分（ C）银粒子密度较低，由一股放
射性链和一股非放射性链构成。已复制部分站整个染色体的三分之二，其中
一条双链（ B ）仅有一股链是标记的，另外一股双链（ A ）的两股链都是
标记的，银粒子密度为前二者的两倍。染色体全长约为 1100微米。
A
B
C
环状 DNA的复制
?
?
?
?
? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
? ?
?
?
?
A
B
C
原核生物 DNA聚合反应有关的酶类
（ 1） DNA聚合酶 (DNA
polymetases)
（ 2） 引物酶 (peimase)和引发体
(primosome),启动 RNA引物链
的合成 。
(3） DNA连接酶 （ DNA ligase）
（ 4） DNA解链酶 (DNA helicase)
(5） 单链结合蛋白 (single-
strand binding protein,SSB)：
结合在解开的 DNA单链上，防止
重新形成双螺旋。
(6） 拓扑异构酶
(topoisomerase):兼具内切酶和
连接酶活力，能迅速将 DNA超螺
旋或双螺旋紧张状态变成松驰状
态，便于解链。
解旋酶
DNA聚
合酶 III
解链酶
RNA引物
引物酶和
引发体
DNA聚
合酶 I
SSB
3′ 3′ 5′
3′ 5′
5′ RNA
引物
DNA聚合酶催化的链延长反应
5′
RNA引物 子链
3′
3′
5′ 5′
3′
3′
5′ 5′
3′
3′ 5′ 模板链
大肠杆菌三种 DNA聚合酶比较
DNA
聚合酶 Ⅱ
分子量
每个细胞的分子统计数
5′-3 ′聚合酶作用
3′-5 ′核酸 外切酶作用
5′-3 ′核酸 外切酶作用
转化率
DNA
聚合酶 Ⅰ
109,000
400
+
+
+
1
120,000
100
+
+
-
0,05
400,000
10-20
+
+
-
50
比较项目 DNA 聚合酶 ?
切除引物
修复 修复 复制 功能
1999年发现聚合酶 ? 和 ?，它们涉及 DNA的错误倾向
修复（ errooune repair）
DNA聚合酶的 3′- 5′外切酶水解位点
3′
3′
5′
5′
错配碱基
3′- 5′核酸外切
酶水解位点
DNA聚合酶 5′- 3′外切酶活力
5′- 3′核酸外切
酶水解位点
单链缺口
5′
大肠杆菌 DNA聚合酶 Ⅲ
全酶的结构和功能
?
? ?
?
?
? ?
?
?
延长因子
DNA聚合酶 Ⅲ 两个
?亚基夹住 DNA
DNA聚合酶 Ⅲ 异二聚体
核心酶
校对
引物的结合和识别
促使核心酶二聚化
连
接
酶
连
接
切
口
Mg2+
连接酶 ATP或 NAD＋
AMP+PPi或 NMN+AMP
A
T C
G
P
T T
P P P
A A C C T
G A
P
A C
P P P P
OH
T G
G
A
T C
G
P
T T
P P P
A A C C T
G A
P
A C
P P P
T G
G
P
缺口
3'
3' 5'
5'
5'
5' 3'
3'
模板链
模板链
DNA的双向和单向复制
环状 DNA复制时
所形成的 Q结构
起始点
复制叉的推进
复制叉
起始点
起始点
起始点
复制叉 复制叉
未复制 DNA
单向复制
双向复制
大肠杆菌 复制起点成串排列的重复序列
GATCTNTTNTTT
成串排列的
三个 13bp序列
共有序列 共有序列
TTATCCACA
DnaA蛋白结合位点
四个 9bp序列
DnaA DnaB
(解螺旋酶 )
SSB
大肠杆菌 DNA复制起点在起始阶段的结构模型
原核细胞 DNA
的半不连续复
制复制过程
复制叉的
移动方向
解旋酶
DNA聚
合酶 III
解链酶
RNA引物
引物体
DNA聚
合酶 I
SSB
3′ 3′ 5′
前导链
随后链
3′ 5′
复制的 起始
DNA链的 延长
DNA链 终止
5′ RNA引物
3′
3′
聚合酶 III核心酶
大肠杆菌复制
体结构示意图
聚合酶 I
聚合酶 III核心酶
滞后链
前导链
解螺旋酶
引物合成酶
RNA引物
引发体
拓扑异构酶 II
?-夹子
?-聚体
?-夹子
? -复合物
RNA引物
单链结合蛋白
（ SSB）
大肠杆菌染色体 复制的终止
oric
复制叉 2 复制叉 1
终止复制叉 2 终止复制叉 1
复制叉 1 复制叉 2
完成复制
DNA拓扑异构酶 ?
连锁染色体
复制叉处前导链和随后链同时合成的工作模型
聚合酶 III
全酶
引物 聚合酶 III全酶
引物
引物体 引物体 解旋酶 解旋酶
复制的忠实性
DNA复制过程是一个高度精确的过程，据估
计，大肠杆菌 DNA复制 5?109碱基对仅出现一个误
差，保证复制忠实性的原因主要有以下三点,
? DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循碱基
配对原则，但错配率为 7 ?10-6 ）
? DNA聚合酶的校对功能 （错配碱基被 3’-5’
外切酶切除）
? 起始时以 RNA作为引物
DNA聚合酶的校对功能
5′-核酸
外切酶
3′-核酸
外切酶
裂缝
聚合中心
裂缝内部
DNA聚合酶的校对功能
聚合酶
错配硷基
复制方向
正 确
核苷酸
5′ 5′ 5′ 3′ 3′ 3′
切除错配
核苷酸
起始时以 RNA作为引物的作用
DNA复制为什么要合成一个 RNA引物，而后又把这个
引物消除呢？这是保证 DNA聚合过程高度精确的又一措施。
已知 DNA 聚合酶具有 3??5?外切酶功能校对复制过程中的核
苷酸,也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，
总是检查前一个碱基是否正确，这就决定了它不能从头开
始合成。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始 DNA
的合成，并以核糖核苷酸来表示是“暂时”的，当 DNA开
始聚合以后再以 5??3?外切酶的功能切除，以高忠实性的脱
氧核苷酸取而代之，确保复制的忠实性。
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
? 真核生物的 DNA聚合酶
? 端粒（ telemere）复制
真核生物的 DNA聚合酶
DNA
聚合酶 ?
分子量
亚基数
细胞内分布
酶活力百分比
外切酶活力
DNA
聚合酶 ?
110-23,000
多个
细胞核
～ 80%
无
120,000
一个
细胞核和线粒体
2 ～ 15%
无 -
400,000
一个
细胞核 +
10 ～ 25%
5?-3 ?外切酶
DNA
聚合酶 ?
DNA
聚合酶 ?
45,000
一个
细胞核
10 ～ 15%
无
端粒酶（ telomerase）
DNA复制需要引物，但在线形 DNA分子末端不可能
通过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段,如果没
有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中
变得越来越短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了
澄清，端粒酶是一种含 RNA的蛋白复合物，实质上是一
种逆转录酶，它能催化互补于 RNA模板的 DNA片段的合
成，使复制以后的线形 DNA分子的末端保持不变。
初步研究表明，人体中生殖细胞的端
粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度
则随个体的老化而逐步缩短。对此的一
个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活
力，体细胞则否。这一问题的解决无疑
会有助于对生命衰老的认识 。 5′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
端粒酶
端粒合成的一种模型
3
′
5
′
TTTTGGGGTTTTG
5
′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
AA
3
′
5
′
TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG
5
′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
AA
T T
GG
G
TG
GG
T
3
′ 5
′
AA
TTTTG
5
′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
GTTTTG
整合和
杂交
移位和
再杂交
端粒合成的完成
TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT 5′
3′ n AA
3′
TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT 5′
3′
T
T CCCCT
n
AA 3′
TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT 5′
3′
T
T AAAACCCC AAAACCCC AAAACCCCT
n
进一步加工 继续延伸
真核和原核 DNA细胞复制比较
第二节 DNA的损伤与修复
某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱
变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作
用于 DNA，造成 DNA结构和功能的破坏，称为 DNA的损
伤, DNA的修复主要有以下类型,
暗修复
四, 诱导修复 （ SOS修复 ）
一,光裂合酶修复
二, 切除修复
三,重组修复
DNA紫外线损伤的光裂合酶修复
1、形成嘧啶二聚体
2、光复合酶结合于
损伤部位
3、酶被可见光激活
4、修复后酶被释放
DNA的损伤和切除修复
碱基丢失 碱基缺陷或错配 结构缺陷
切开 核酸内切酶
核酸外切酶 切除
DNA聚合酶
DNA连接 酶
AP核酸内切酶
核酸外切酶
切开
切除
修复
连接
糖苷酶
插入酶 碱基取代
DNA的重组修复
胸腺嘧啶
二聚体
复制
核酸酶及
重组蛋白
修复复制
DNA聚合酶
DNA连接酶
重组
SOS反应的机制
未诱导的细胞
靶基因 lexA基因被 LexA
蛋白质部分阻遏
recA基因被 LexA
蛋白质部分阻遏 （ ?40个不同的位点被阻遏）
LexA(阻遏物 ) RecA(辅蛋白酶 )
靶基因表达 lexA靶基因表达
但产物被分解
recA大量表达
RecA促使
分解 LexA
诱导的细胞
单链 DNA
ATP
第三节 DNA的突变
DNA分子中的核苷酸序列发生突然而稳定的改变，从而导致 DNA
的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的遗传
特性，称为 DNA的突变。它包括由于 DNA损伤和错配得不到修复而引
起的突变，以及由于不同 DNA分子之间的交换而引起的遗传重组。
二,诱变剂的作用
?碱基类似物 (base analog)
?碱基修饰剂 (base modifier)
?嵌入染料 (intercalation dye)
?紫外线 (ultraviolet)和电离辐射 (ionizing radiation)
一,突变的类型
?碱基对的置换 (substitution)
?移码突变 (framesshift mutation)
DNA突变
的类型
-T-C-T-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-A-C-G-A-C-A-T-G-C-
转换
野生型基因
-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-
-T-C-T-T-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-A-A-G-A-C-A-T-G-C-
颠换
碱基对的置换
(substitution)
移码突变
(framesshift mutation)
-T-C-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-
插入
-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-
缺失
A
T
第四节 逆转录作用
一、概念
二、逆转录酶
三,病毒逆转录过程
四, 逆转录的生物学意义
?扩充了中心法则
?有助于对病毒致癌机制的了解
?与真核细胞分裂和胚胎发育有关
?逆转录酶是分子生物学重要工具酶
三种功能
依赖 DNA指导下的 DNA聚合酶活力
依赖 RNA的 DNA聚合酶活力
核糖核酸酶 H活力
以 RNA为模板合成 DNA，这
与通常转录过程中遗传信息
从 DNA到 RNA的方向相反，故
称为逆转录作用。
逆转录过程中 cDNA的合成
依赖 RNA的
DNA聚合酶 核糖核酸酶 H活力 依赖 DNA的DNA聚合酶
逆 逆转录病毒的生活周期
生活周期
RNA
衣壳
被膜
逆转
录酶
转录
转译
整合入宿主细胞染色体 DNA
进入细胞
丢失被膜
丢失衣壳
逆转录
RNA
RNA
cDNA
衣壳蛋
白
被膜蛋
白
逆转录
酶
第五节 DNA的遗传重组
DNA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)，或者基因重排 (gene rearrangement )。重
组产物称为重组体 DNA(recombinant DNA)。
重组的意义在于，它能迅速地增加群体的遗传多样性；使有利
的突变与不利突变分开；通过优化组合积累有意义的遗传信息。此
外，重组还参与了许多重要的生物学过程，它为 DNA损伤或复制障
碍提供修复机制。某些生物的基因表达受基因重组的调节，生物发
育过程也受到基因加工的控制 。
一,同源重组（ homologous recombination ）
二,特异位点重组（ site-specific recombination）
三,转座重组（ transpositional recombination）
本章重点介绍遗传中心法则和 DNA的半
保留复制以及逆转录的过程和机理, 对 DNA
的损伤和修复, 突变和重组作一般介绍 。
思考 ?
DNA是绝大多数生物体遗传信息的载体, 继
1953年 Watson & Crick提出 DNA双螺旋结构模型
后, 1958年, Crick提出了, 中心法则, (Central
dogma)揭示了遗传信息的传递规律 。
遗传信息传递的 中心法则
蛋白质
翻译
转录
逆转录
复制
复制
DNA
RNA
生物的遗传信息以密码的形式储
存在 DNA分子上, 表现为特定的核苷
酸排列顺序 。 在细胞分裂的过程中,
通过 DNA复制 把亲代细胞所含的遗传
信息忠实地传递给两个子代细胞 。 在
子代细胞的生长发育过程中, 这些遗
传信息通过 转录 传递给 RNA,再由
RNA通过 翻译 转变成相应的蛋白质多
肽链上的氨基酸排列顺序, 由蛋白质
执行各种各样的生物学功能, 使后代
表现出与亲代相似的遗传特征 。 后来
人们又发现, 在宿主细胞中一些 RNA
病毒能以自己的 RNA为模板 复制 出新
的病毒 RNA,还有一些 RNA病毒能以
其 RNA为模板合成 DNA,称为 逆转录
这是中心法则的补充 。
中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律, 揭示遗传的分子基础, 不仅使人
们对细胞的生长, 发育, 遗传, 变异等生命现象有了更深刻的认识, 而且以这方面的
理论和技术为基础发展了基因工程, 给人类的生产和生活带来了深刻的革命 。
目 录
第一节 DNA的复制 （ DNA指导下的 DNA合成）
第二节 DNA的损伤与修复
第三节 DNA突变
第四节 逆转录作用 （ RNA指导下的 DNA的合成）
第五节 DNA的遗传重组
第一节 DNA的半保留复制
一, 概念 和 实验依据
二, DNA聚合反应有关的酶类
三,DNA的复制的起始点和方式
四,原核细胞 DNA的复制过程
五,DNA复制的忠实性
六,真核细胞 DNA的复制
DNA的半保留复制的
概念
DNA在复制时，两
条链解开分别作为模板，
在 DNA聚合酶的催化下按
碱基互补的原则合成两条
与模板链互补的新链，以
组成新的 DNA分子。这样
新形成的两个 DNA分子与
亲代 DNA分子的碱基顺序
完全一样。由于子代 DNA
分子中一条链来自亲代，
另一条链是新合成的，这
种复制方式称为半保留复
制 。
DNA
的半
保留
复制
实验
依据
1958年 Meselson
& stahl用同位素
示踪标记加密度
梯度离心技术 实
验,证明了 DNA是
采取半保留的方
式进行复制,
[15N] DNA
[14N- 15N] DNA
[14N] DNA
[14N- 15N] DNA
复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图
(Caims实验 )
将 3H-胸苷标记大肠杆菌 DNA，经过 近两代 的时间,3H-胸苷掺入大肠杆
菌 DNA 。用溶菌酶把细胞壁消化掉，使完整的大肠杆菌染色体 DNA释放出
来，放射自显影，得到上图。非复制部分（ C）银粒子密度较低，由一股放
射性链和一股非放射性链构成。已复制部分站整个染色体的三分之二，其中
一条双链（ B ）仅有一股链是标记的，另外一股双链（ A ）的两股链都是
标记的，银粒子密度为前二者的两倍。染色体全长约为 1100微米。
A
B
C
环状 DNA的复制
?
?
?
?
? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
? ?
?
?
?
A
B
C
原核生物 DNA聚合反应有关的酶类
（ 1） DNA聚合酶 (DNA
polymetases)
（ 2） 引物酶 (peimase)和引发体
(primosome),启动 RNA引物链
的合成 。
(3） DNA连接酶 （ DNA ligase）
（ 4） DNA解链酶 (DNA helicase)
(5） 单链结合蛋白 (single-
strand binding protein,SSB)：
结合在解开的 DNA单链上，防止
重新形成双螺旋。
(6） 拓扑异构酶
(topoisomerase):兼具内切酶和
连接酶活力，能迅速将 DNA超螺
旋或双螺旋紧张状态变成松驰状
态，便于解链。
解旋酶
DNA聚
合酶 III
解链酶
RNA引物
引物酶和
引发体
DNA聚
合酶 I
SSB
3′ 3′ 5′
3′ 5′
5′ RNA
引物
DNA聚合酶催化的链延长反应
5′
RNA引物 子链
3′
3′
5′ 5′
3′
3′
5′ 5′
3′
3′ 5′ 模板链
大肠杆菌三种 DNA聚合酶比较
DNA
聚合酶 Ⅱ
分子量
每个细胞的分子统计数
5′-3 ′聚合酶作用
3′-5 ′核酸 外切酶作用
5′-3 ′核酸 外切酶作用
转化率
DNA
聚合酶 Ⅰ
109,000
400
+
+
+
1
120,000
100
+
+
-
0,05
400,000
10-20
+
+
-
50
比较项目 DNA 聚合酶 ?
切除引物
修复 修复 复制 功能
1999年发现聚合酶 ? 和 ?，它们涉及 DNA的错误倾向
修复（ errooune repair）
DNA聚合酶的 3′- 5′外切酶水解位点
3′
3′
5′
5′
错配碱基
3′- 5′核酸外切
酶水解位点
DNA聚合酶 5′- 3′外切酶活力
5′- 3′核酸外切
酶水解位点
单链缺口
5′
大肠杆菌 DNA聚合酶 Ⅲ
全酶的结构和功能
?
? ?
?
?
? ?
?
?
延长因子
DNA聚合酶 Ⅲ 两个
?亚基夹住 DNA
DNA聚合酶 Ⅲ 异二聚体
核心酶
校对
引物的结合和识别
促使核心酶二聚化
连
接
酶
连
接
切
口
Mg2+
连接酶 ATP或 NAD＋
AMP+PPi或 NMN+AMP
A
T C
G
P
T T
P P P
A A C C T
G A
P
A C
P P P P
OH
T G
G
A
T C
G
P
T T
P P P
A A C C T
G A
P
A C
P P P
T G
G
P
缺口
3'
3' 5'
5'
5'
5' 3'
3'
模板链
模板链
DNA的双向和单向复制
环状 DNA复制时
所形成的 Q结构
起始点
复制叉的推进
复制叉
起始点
起始点
起始点
复制叉 复制叉
未复制 DNA
单向复制
双向复制
大肠杆菌 复制起点成串排列的重复序列
GATCTNTTNTTT
成串排列的
三个 13bp序列
共有序列 共有序列
TTATCCACA
DnaA蛋白结合位点
四个 9bp序列
DnaA DnaB
(解螺旋酶 )
SSB
大肠杆菌 DNA复制起点在起始阶段的结构模型
原核细胞 DNA
的半不连续复
制复制过程
复制叉的
移动方向
解旋酶
DNA聚
合酶 III
解链酶
RNA引物
引物体
DNA聚
合酶 I
SSB
3′ 3′ 5′
前导链
随后链
3′ 5′
复制的 起始
DNA链的 延长
DNA链 终止
5′ RNA引物
3′
3′
聚合酶 III核心酶
大肠杆菌复制
体结构示意图
聚合酶 I
聚合酶 III核心酶
滞后链
前导链
解螺旋酶
引物合成酶
RNA引物
引发体
拓扑异构酶 II
?-夹子
?-聚体
?-夹子
? -复合物
RNA引物
单链结合蛋白
（ SSB）
大肠杆菌染色体 复制的终止
oric
复制叉 2 复制叉 1
终止复制叉 2 终止复制叉 1
复制叉 1 复制叉 2
完成复制
DNA拓扑异构酶 ?
连锁染色体
复制叉处前导链和随后链同时合成的工作模型
聚合酶 III
全酶
引物 聚合酶 III全酶
引物
引物体 引物体 解旋酶 解旋酶
复制的忠实性
DNA复制过程是一个高度精确的过程，据估
计，大肠杆菌 DNA复制 5?109碱基对仅出现一个误
差，保证复制忠实性的原因主要有以下三点,
? DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循碱基
配对原则，但错配率为 7 ?10-6 ）
? DNA聚合酶的校对功能 （错配碱基被 3’-5’
外切酶切除）
? 起始时以 RNA作为引物
DNA聚合酶的校对功能
5′-核酸
外切酶
3′-核酸
外切酶
裂缝
聚合中心
裂缝内部
DNA聚合酶的校对功能
聚合酶
错配硷基
复制方向
正 确
核苷酸
5′ 5′ 5′ 3′ 3′ 3′
切除错配
核苷酸
起始时以 RNA作为引物的作用
DNA复制为什么要合成一个 RNA引物，而后又把这个
引物消除呢？这是保证 DNA聚合过程高度精确的又一措施。
已知 DNA 聚合酶具有 3??5?外切酶功能校对复制过程中的核
苷酸,也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，
总是检查前一个碱基是否正确，这就决定了它不能从头开
始合成。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始 DNA
的合成，并以核糖核苷酸来表示是“暂时”的，当 DNA开
始聚合以后再以 5??3?外切酶的功能切除，以高忠实性的脱
氧核苷酸取而代之，确保复制的忠实性。
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
? 真核生物的 DNA聚合酶
? 端粒（ telemere）复制
真核生物的 DNA聚合酶
DNA
聚合酶 ?
分子量
亚基数
细胞内分布
酶活力百分比
外切酶活力
DNA
聚合酶 ?
110-23,000
多个
细胞核
～ 80%
无
120,000
一个
细胞核和线粒体
2 ～ 15%
无 -
400,000
一个
细胞核 +
10 ～ 25%
5?-3 ?外切酶
DNA
聚合酶 ?
DNA
聚合酶 ?
45,000
一个
细胞核
10 ～ 15%
无
端粒酶（ telomerase）
DNA复制需要引物，但在线形 DNA分子末端不可能
通过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段,如果没
有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中
变得越来越短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了
澄清，端粒酶是一种含 RNA的蛋白复合物，实质上是一
种逆转录酶，它能催化互补于 RNA模板的 DNA片段的合
成，使复制以后的线形 DNA分子的末端保持不变。
初步研究表明，人体中生殖细胞的端
粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度
则随个体的老化而逐步缩短。对此的一
个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活
力，体细胞则否。这一问题的解决无疑
会有助于对生命衰老的认识 。 5′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
端粒酶
端粒合成的一种模型
3
′
5
′
TTTTGGGGTTTTG
5
′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
AA
3
′
5
′
TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG
5
′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
AA
T T
GG
G
TG
GG
T
3
′ 5
′
AA
TTTTG
5
′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
GTTTTG
整合和
杂交
移位和
再杂交
端粒合成的完成
TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT 5′
3′ n AA
3′
TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT 5′
3′
T
T CCCCT
n
AA 3′
TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT 5′
3′
T
T AAAACCCC AAAACCCC AAAACCCCT
n
进一步加工 继续延伸
真核和原核 DNA细胞复制比较
第二节 DNA的损伤与修复
某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱
变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作
用于 DNA，造成 DNA结构和功能的破坏，称为 DNA的损
伤, DNA的修复主要有以下类型,
暗修复
四, 诱导修复 （ SOS修复 ）
一,光裂合酶修复
二, 切除修复
三,重组修复
DNA紫外线损伤的光裂合酶修复
1、形成嘧啶二聚体
2、光复合酶结合于
损伤部位
3、酶被可见光激活
4、修复后酶被释放
DNA的损伤和切除修复
碱基丢失 碱基缺陷或错配 结构缺陷
切开 核酸内切酶
核酸外切酶 切除
DNA聚合酶
DNA连接 酶
AP核酸内切酶
核酸外切酶
切开
切除
修复
连接
糖苷酶
插入酶 碱基取代
DNA的重组修复
胸腺嘧啶
二聚体
复制
核酸酶及
重组蛋白
修复复制
DNA聚合酶
DNA连接酶
重组
SOS反应的机制
未诱导的细胞
靶基因 lexA基因被 LexA
蛋白质部分阻遏
recA基因被 LexA
蛋白质部分阻遏 （ ?40个不同的位点被阻遏）
LexA(阻遏物 ) RecA(辅蛋白酶 )
靶基因表达 lexA靶基因表达
但产物被分解
recA大量表达
RecA促使
分解 LexA
诱导的细胞
单链 DNA
ATP
第三节 DNA的突变
DNA分子中的核苷酸序列发生突然而稳定的改变，从而导致 DNA
的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的遗传
特性，称为 DNA的突变。它包括由于 DNA损伤和错配得不到修复而引
起的突变，以及由于不同 DNA分子之间的交换而引起的遗传重组。
二,诱变剂的作用
?碱基类似物 (base analog)
?碱基修饰剂 (base modifier)
?嵌入染料 (intercalation dye)
?紫外线 (ultraviolet)和电离辐射 (ionizing radiation)
一,突变的类型
?碱基对的置换 (substitution)
?移码突变 (framesshift mutation)
DNA突变
的类型
-T-C-T-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-A-C-G-A-C-A-T-G-C-
转换
野生型基因
-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-
-T-C-T-T-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-A-A-G-A-C-A-T-G-C-
颠换
碱基对的置换
(substitution)
移码突变
(framesshift mutation)
-T-C-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-
插入
-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-
缺失
A
T
第四节 逆转录作用
一、概念
二、逆转录酶
三,病毒逆转录过程
四, 逆转录的生物学意义
?扩充了中心法则
?有助于对病毒致癌机制的了解
?与真核细胞分裂和胚胎发育有关
?逆转录酶是分子生物学重要工具酶
三种功能
依赖 DNA指导下的 DNA聚合酶活力
依赖 RNA的 DNA聚合酶活力
核糖核酸酶 H活力
以 RNA为模板合成 DNA，这
与通常转录过程中遗传信息
从 DNA到 RNA的方向相反，故
称为逆转录作用。
逆转录过程中 cDNA的合成
依赖 RNA的
DNA聚合酶 核糖核酸酶 H活力 依赖 DNA的DNA聚合酶
逆 逆转录病毒的生活周期
生活周期
RNA
衣壳
被膜
逆转
录酶
转录
转译
整合入宿主细胞染色体 DNA
进入细胞
丢失被膜
丢失衣壳
逆转录
RNA
RNA
cDNA
衣壳蛋
白
被膜蛋
白
逆转录
酶
第五节 DNA的遗传重组
DNA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)，或者基因重排 (gene rearrangement )。重
组产物称为重组体 DNA(recombinant DNA)。
重组的意义在于，它能迅速地增加群体的遗传多样性；使有利
的突变与不利突变分开；通过优化组合积累有意义的遗传信息。此
外，重组还参与了许多重要的生物学过程，它为 DNA损伤或复制障
碍提供修复机制。某些生物的基因表达受基因重组的调节，生物发
育过程也受到基因加工的控制 。
一,同源重组（ homologous recombination ）
二,特异位点重组（ site-specific recombination）
三,转座重组（ transpositional recombination）
