09DNA的合成和修复

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DNA的合成和修复

• DNA的生物合成的方式
  • DNA指导的DNA合成（DNA复制）
    • 以母链DNA为模板合成子链DNA的过程
    • 特点
      • 半保留复制
        • 概念
          • DNA生物合成时，亲代DNA的双链解开成两条单链，以每一条单链为模板，按碱基配对规律，各自合成一条新的互补链，结果形成了两个与亲代碱基序列完全相同的子代DNA，在每个子代DNA双链中，一条链是亲代链，另一条链则是重新合成的子代链，这种复制方式称为半保留复制
        • 证明
        • 意义
          • 按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致及子代保留了亲代的全部遗传信息。体现了遗传的保守性
          • 遗传的保守性是物种稳定性的分子基础
      • DNA复制的固定起始点和双向复制
        • 原核生物基因组DNA为环状，只有一个复制起点，为单复制子生物
        • 真核生物有多个复制起点具有多个复制子
        • 解开的两条单链模板和尚未解旋的DNA双链模板形成的Y形的叉状结构, 称为复制叉
      • DNA的半不连续复制
        • 在DNA复制过程中，一条新链的合成方向与解链方向相同，能连续合成，而另一条新链的合成方向与解链方向相反，不能连续合成。
        • DNA聚合酶只能催化5'-3'的合成，所以新链的合成方向均为5'-3'
        • DNA复制过程中能连续合成的链称为前导链或领头链
        • 不能连续合成的链称为后随链或滞后链
        • 复制中随从链上的不连续片段称为冈崎片段
      • DNA的高保真复制
        • 遵守严格的碱基配对规律
        • DNA聚合酶在复制中对底物碱基的严格选择性
        • DNA聚合酶3'-5'外切核酸酶活性的校对作用
    • 参与DNA复制的酶类及蛋白质因子
      • 参加DNA复制的体系
        • DNA模板
          • 解开成单链的DNA母链
        • 4种dNTP底物
          • dATP, dGTP, dCTP, dTTP
        • RNA引物
        • DNA聚合酶及其他酶类与蛋白质因子和无机离子
      • DNA聚合酶（依赖DNA的DNA聚合酶或DNA指导的DNA聚合酶）DNA-pol
        • 原核生物DNA聚合酶
          • • DNA聚合酶Ⅲ全酶结构
              • 核心酶
              • β亚基二聚体
              • γ复合物
        • 真核生物的DNA聚合酶
      • DNA解旋和解旋酶类
        • 解旋酶
          • 利用ATP供能，作用于碱基间的氢键，使DNA双链打开成为两条单链
        • 拓扑异构酶
          • 理顺DNA链
          • 既能水解，又能连接磷酸二酯键
        • 单链结合蛋白
          • 在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整，起到稳定DNA单链模板的作用
      • 引物酶
        • 复制起始时催化RNA引物生成
      • DNA连接酶
        • 连接碱基互补基础上双链中的单链缺口
    • DNA复制过程
      • 复制方向,5'-3'
      • 复制的起始
        • DNA解为单链
        • 引物合成和引发体形成
          • 引发体前体
            • 促进引物合成的蛋白质因子复合体
            • 复制起始点特点
              • 跨度为245bp，包括三组13bp串联重复序列（富含AT区）和五组9bp的反向重复序列（识别区）
          • 引发体
            • 引发体前体与引物酶结合形成的复合体
            • 解旋酶，DnaC，引物酶，DNA复制起始区域
          • 引物合成
      • DNA链的延长
        • 在DNA pol Ⅲ的催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长
      • DNA复制的终止
        • 水解引物，填补空缺，连接DNA片段
      • DNA的其他复制方式
        • 原核生物的滚环复制
  • RNA指导的DNA合成（反转录）逆转录作用
    • 以RNA为模板在逆转录酶的作用下催化生成DNA的过程
    • 逆转录作用与逆转录酶
    • 端粒和端粒酶
• DNA损伤修复
  • DNA损伤
    • DNA损伤的因素
      • 自发性突变
        • DNA的不稳定性
          • 碱基的改变或者失去碱基
        • 复制错误
      • 环境中的理化、生物因素
        • 物理因素
          • 宇宙射线
            • 使DNA断裂，部分丢失
          • 紫外线
            • 使DNA链上两相邻的嘧啶碱基共价结合生成嘧啶二聚体（TT二聚体）
            • 使DNA嘌呤碱基脱落以及脱氨基反应，导致碱基变异
        • 化学因素
          • 亚硝酸盐，烷化剂，废水，农药，食品添加剂
          • 抗肿瘤药物（烷化剂，丝裂霉素，顺铂）是通过诱导DNA损伤而阻断DNA的复制或转录
        • 生物因素
          • 病毒以及病毒的毒素或其代谢产物对DNA的损伤
    • DNA损伤的形式与危害
      • 形式
        • DNA链的断裂与局部缺失
        • 形成嘧啶二聚体（TT CC, CT）
        • 单个或数个碱基的错配，缺失或插入
        • DNA片段的移位重排
      • 危害
        • 在嘧啶二聚体处，复制，转录均不能继续进行
        • 碱基错配又称点突变，发生于基因编码区的突变可导致蛋白质合成错误，甚至造成致命性损伤
        • 碱基的缺失或插入容易造成移码突变，表达异常蛋白质
  • DNA损伤的修复
    • DNA修复的类型
      • 直接修复
      • 切除修复
        • 碱基切除修复
        • 核苷酸切除修复
          • 由内切核酸酶识别损伤部位，并从损伤的5'端前方切开DNA链
          • 继而外切核酸酶以5'-3'消化损伤的DNA序列
          • DNA pol Ⅲ从切口3'端引导聚合，最后连接酶连接片段完成修复
      • 重组修复
      • SOS修复
    • DNA修复的意义
      • 纠正突变的基因，恢复基因的原有结构和功能