DNA复制和修复

下图整理了分子生物学中DNA复制和修复，知识点包含复制过程、DNA修复、DNA损伤、DNA重组等，适用于考试复习！

DNA复制和修复

• 复制过程
  • 复制特点
    • 半保留复制：DNA合成分别以两条母链作为模板，合成互补子链
    • 半不连续复制：由于DNA只能由5'→3'方向延伸，因此后随链是以冈崎片段的方式完成复制的
    • 固定的起始位点和双向复制
  • 参与DNA复制的酶和蛋白质
    • 拓扑异构酶Ⅱ;释放高度螺旋的DNA
    • DNA聚合酶
      • 真核生物的DNA聚合酶
        • DNA聚合酶α合成引物
        • DNA聚合酶δ后随链合成
        • DNA聚合酶γ损伤的修复
        • DNA聚合酶ε先导链的合成
        • DNA聚合酶β损伤修复
      • 原核生物的DNA聚合酶
        • DNA聚合酶Ι修复合成去除引物填补空缺
        • DNA聚合酶Ⅱ DNA修复
        • DNA聚合酶Ⅲ新链的延长
    • SSB单链结合蛋白与DNA单链的磷酸骨架结合使之处于单链状态
    • 引物酶
    • 解旋酶
    • DNA连接酶
  • 起始
    • 真核
      • 过程
        • ORC起始点识别复合体与解旋酶装载蛋白、解旋酶在G1期组装为Pre-RC
        • Pre-RC在S期被cdk及相关蛋白激活使DNA解旋
      • 调控
        • cdk既可以激活Pre-RC促进转录的开始，又可以抑制Pre-RC的组装从而抑制转录
    • 原核
      • 起始方式
        • 滚轮式、复制叉式、D环式
      • 过程
        • 起始子蛋白DnaA、解旋酶DnaB共同作用于起始位点使DNA解旋并与引物酶结合合成引物
        • 调控
          • Dam甲基转移酶可使模板链被seqA蛋白识别，阻碍起始子蛋白DnaA对Oric的识别而引起下一轮复制
  • 延申
    • 真核
      • PCNA使聚合酶附着在DNA上
      • DNA聚合酶α合成两条链的引物
      • DNA聚合酶δ合成后随链
      • DNA聚合酶ε合成先导链
      • 3'-OH继续延伸将RNA引物替代，而后由Fen1和Dna2切除
      • DNA连接酶Ι补齐缺口
    • 原核
      • 解旋酶沿着5'→3'方向断开双链
      • SSB蛋白与单链结合防止其复性
      • DNA聚合酶Ⅲ
        • α以dNTP为底物合成先导链和后随链
        • ε3'→5'核酸外切酶活性，有校对功能
        • β滑动夹子
        • τ、γ连接各个亚基
      • DNA聚合酶Ⅰ去除RNA引物并填补缺口
  • 终止
    • 原核：在OriC对面有多个终止位点，tus编码产物识别这些位点阻止DnaB的解旋作用并终止复制
  • DNA末端复制问题
    • 端粒酶：含RNA反转录酶，合成DNA末端的端粒
    • 庇护蛋白
      • 抑制端粒酶活性
      • 将端粒单链的3'端引入双链形成T环，予以保护
• DNA修复
  • 突变
    • 点突变：单个核苷酸的增添、缺失
    • 沉默突变：某一蛋白质的基因中一个三联体密码突变后编码的还是同一氨基酸，并不影响蛋白质的结构和功能
    • 错义突变：突变造成了氨基酸的改变
    • 无义突变：原来的密码子突变为终止密码子
    • 移码突变：单个或不为3的倍数的核苷酸插入或缺失
  • 修复
    • 错配修复
      • Dam：使模板链的GATC中的A甲基化，是修复系统区分母链和子链的标志
      • MutS：识别错配位点扭曲的DNA
      • MutL：与MutS结合，招募MutH
      • MutH:切除错配位点
      • UvrD：解开错配位点的双链，形成一个缺口
      • DNA聚合酶Ι;DNA缺口的修复
    • 损伤的直接逆转
      • 光复活作用消除嘧啶二聚体、甲基转移酶去除6-甲基鸟嘌呤上的甲基
    • 切除修复
      • 核苷酸切除修复（E.coli)
        • ①UvrA、UvrB识别双螺旋结构扭曲②UvrC在受损周围切割③UvrD解旋DNA双链形成缺口④DNA聚合酶I和连接酶补齐缺口
      • 碱基切除修复
        • ①糖基化酶特异性识别DNA上受损的碱基并将其水解②核酸内切酶将磷酸戊糖切除③DNA聚合酶和DNA连接酶修复损伤位点
    • 移损合成
      • DNA损伤未及时修复时，DNA遇到损伤位点往往不能继续复制，细胞往往借助移损合成机制越过受损部位保证复制的完整性
      • ①LexA蛋白抑制移损合成酶的表达②RecA识别损伤位点并活化③RecA降解LexA,使得移损合成酶表达
• DNA损伤
  • 单碱基改变
    • 自发突变
      • 水解脱氨基：如5-甲基胞嘧啶的脱氨基作用，去嘌呤化位点
    • 诱发突变:亚硝酸盐、吖啶橙、烷化剂及其他的碱基类似物对DNA结构的影响
  • DNA结构扭曲
  • DNA骨架断裂
    • X射线、γ射线等造成的活性氧对DAN的损伤
• DNA重组
  • 同源重组
    • 概述：DNA双链断裂后，DNA裂解酶能在双链末端切割产生互补ss-DNAtail，以此修复断裂的DNA
    • 原核：①RecA可结合ss-DNAtail，催化重组过程②RecBCD复合物：RecB具有核酸酶活性、解旋酶活性；RecD具有解旋酶活性并调控RecB；RecC可以识别chi序列（是RecBCD与RecA结合的部位
    • 真核：①Rad51真核细胞内的重组酶②MRN复合体招募识别在双链断裂区，对其进行切割产生ss-DNAtail
  • 位点特异性重组
    • λ噬菌体（attP)和宿主(attB)的特异重组位点称为附着位点。λ整合酶、宿主因子IHF在附着位点交错7bp切割，将DNA整合到宿主上
  • 转座作用
    • 转座子：一种可以由染色体的一个位置到另一个位置的遗传因子，也就是可以发生转座的一小段DNA
    • 插入序列是最小的转座因子，两端有反向重复序列，由转座酶识别并插入靶序列，DNA聚合酶和连接酶补齐缺口、
    • 真核生物转座子与逆转录病毒相似可编码类似的反转录酶、整合酶和LTR。有反转录转座子、散布重复序列、短散布原件等