DNA的生物合成(The Biosynthesis of DNA),生物有機(jī)體的遺傳特征以密碼(code)的形式編碼在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序-遺傳信息，在細(xì)胞分裂前通過DNA的復(fù)制(Replication)，將遺傳信息由親代傳遞給子代，在后代個體發(fā)育中，遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄(Transcription)給RNA，并指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，以執(zhí)行各種生命功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀，這種遺傳信息的傳遞方向，是從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)，即所謂的生物學(xué)“中心法則”，80年代后在某些致癌RNA病毒中發(fā)現(xiàn)遺傳信息也可存在于RNA分子中，由RNA通過逆轉(zhuǎn)錄(reverse transcription)的方式將遺傳信息傳遞給DNA。,1958年，弗朗西斯克里克提出了“中心法則”。他指出：遺傳信息只能單向傳遞，即從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)。那時(shí)的“中心法則”只包括遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中，以及遺傳信息從DNA傳遞給DNA的復(fù)制過程。其圖解如下：,DNARNA蛋白質(zhì),中心法則,它包含幾個要點(diǎn)：(1)DNA的功能是轉(zhuǎn)錄，它控制生命的遺傳和生長，而它的基本結(jié)構(gòu)不受生物活動和變化的影響，它是最保守的大分子，忠實(shí)地復(fù)制自身，抵制一切變革和進(jìn)化。(2)進(jìn)化是起因于DNA偶然復(fù)制錯誤。(3)眾多的偶然復(fù)制錯誤，只有通過天擇才能優(yōu)勝劣汰，使生物不斷地進(jìn)化。,那么遺傳信息真的如克里克指出的只能單向傳遞嗎？ 1970年生物學(xué)家梯明和巴爾蒂姆得出了與上述中心法則不同的結(jié)果，他們分別在腫瘤病毒中發(fā)現(xiàn)依賴RNA的DNA聚合酶（逆轉(zhuǎn)錄酶），在這種酶的催化下，RNA可以指導(dǎo)合成DNA，說明細(xì)胞中遺傳信息可以從RNA傳遞給DNA。另外的一些病毒實(shí)驗(yàn)還表明，RNA是遺傳信息的攜帶者，具有自我復(fù)制的能力，并同時(shí)作為mRNA，指導(dǎo)病毒蛋白質(zhì)的生物合成。,中心法則,上述結(jié)果促使克里克在1971年對中心法則作了進(jìn)一步補(bǔ)充與完善。補(bǔ)充后的中心法則如下圖所示:,DNA中的堿基排列順序決定了蛋白質(zhì)中的氨基酸的順序，決定了蛋白質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu),中心法則表示的是DNA和RNA以及蛋白質(zhì)之間信息流的傳遞順序，也叫做“中心命題”。基本公式如下： DNARNA蛋白質(zhì),中心法則,我們說DNA決定蛋白質(zhì)，說的就是DNA決定蛋白質(zhì)中的氨基酸排列順序。氨基酸的排列順序定下來，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能也就確定了。所以說，DNA決定蛋白質(zhì)。,瘋牛病，是一種侵犯牛中樞神經(jīng)系統(tǒng)的慢性的致命性疾病，由一種非常規(guī)的病毒朊病毒（Prion）引起的一種亞急性海綿狀腦病，這類病還包括綿羊的癢病、人的克-雅氏病（Creutzfeldt-Jakob Syndrome , CJD）（又稱早老癡呆癥）以及最近發(fā)現(xiàn)的致死性家庭性失眠癥等等。 瘋牛病的出現(xiàn)對一致的中心法則提出了挑戰(zhàn)。因?yàn)樵诏偱２〉碾貌《臼且活惙钦５牟《?，它不含有通常病毒所含有的核酸，而是一種不含核酸僅有蛋白質(zhì)的蛋白感染因子。其主要成分是一種蛋白酶抗性蛋白，對蛋白酶具有抗性。 可能的信息流是： 蛋白質(zhì)DNARNA,由DNA到RNA再到蛋白質(zhì)的信息流是遺傳信息流，而由蛋白質(zhì)向DNA、RNA的信息流向是反饋信息流，它們是兩種性質(zhì)不同的信息流，前者為了保持不變，是以拷貝、轉(zhuǎn)錄等方式進(jìn)行的，而后者反饋新信息影響DNA局部的改變，是通過傳導(dǎo)、催化、參與、調(diào)控等方式進(jìn)行的；前者是一次性的拷貝和轉(zhuǎn)錄便可實(shí)現(xiàn)信息流動的目標(biāo)，形成對象性的蛋白，而后者卻要多代持久的反饋才能由漸變到突變實(shí)現(xiàn)進(jìn)化的目標(biāo)。不區(qū)分不同目標(biāo)和方式的信息流，認(rèn)為蛋白質(zhì)只有像DNA一樣能進(jìn)行拷貝，才能出現(xiàn)逆向信息流，就會永遠(yuǎn)陷入中心法則的單向信息流而不得其解。,既然生物三種大分子之間有雙向信息交流，就應(yīng)名副其實(shí)地用雙向法則來替代中心法則。由DNARNA蛋白質(zhì)的遺傳信息流，是生物衍演后代保持物種穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄信息流，是非常重要的一個流向；但由蛋白質(zhì)RNADNA，以及由蛋白質(zhì)DNARNA的信息流向，是促使生物不斷開放、進(jìn)化的反饋信息流，是另一必不可少的重要的信息流。正是由于這雙向的信息流，才使生物不斷衍演進(jìn)化，從低級到高級、從簡單到復(fù)雜、從單一到豐富，經(jīng)過38億年發(fā)展為今天這樣無比生機(jī)勃勃，豐富多彩、協(xié)同有序的生命世界。,第一節(jié) DNA的復(fù)制合成,第二節(jié) DNA的反轉(zhuǎn)錄作用,第三節(jié) DNA的損傷與修復(fù),第一節(jié)DNA的復(fù)制,DNA作為遺傳物質(zhì)的基本特點(diǎn)就是在細(xì)胞分裂前進(jìn)行準(zhǔn)確地自我復(fù)制(self-replication)，使DNA的量成倍增加，這是細(xì)胞分裂的物質(zhì)基礎(chǔ)。1953年Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型指出，DNA是由二條互補(bǔ)的脫氧核苷酸鏈組成，所以一條DNA鏈上的核苷酸排列順序是由雙螺旋DNA的復(fù)制另一條決定的。這就說明DNA的復(fù)制是由原來存在的分子為模板來合成新的鏈。,DNA的合成機(jī)理,復(fù)制的基本規(guī)律 （1）半保留復(fù)制 （2）在特定的部位開始 原核一個/真核多個 （3）單向或雙向 （4）從5 3方向進(jìn)行 （5）半不連續(xù)復(fù)制 （6）需要RNA作為引物,雙螺旋DNA的復(fù)制,曾經(jīng)有過多種關(guān)于DNA復(fù)制方式的學(xué)說，包括半保留復(fù)制，全保留復(fù)制以及分散復(fù)制：,兩條DNA母鏈用黃色，新合成的DNA鏈用藍(lán)色表示。 DNA分子復(fù)制時(shí)可能有三種途徑，每一種都遵循堿基互補(bǔ)原則： 1.保留復(fù)制途徑認(rèn)為復(fù)制完成后保留最初的母鏈并另外產(chǎn)生一條全新的完整DNA雙鏈分子； 2.分散復(fù)制途徑認(rèn)為復(fù)制后產(chǎn)生兩條新老雜合的DNA雙鏈分子，而且每條單鏈上新片段和老片段也是雜合在一起的； 3.半保留復(fù)制途徑認(rèn)為復(fù)制后產(chǎn)生兩條新老雜合的DNA雙鏈分子；但是每條DNA雙鏈分子中的單鏈，一條完全是新的，一條完全是老的。 事實(shí)上，DNA的復(fù)制是半保留的。DNA母鏈中的兩條單鏈各自作為新鏈合成的模板，按照堿基互補(bǔ)原則在母鏈上合成新鏈。合成的每條子鏈DNA雙鏈分子中，各有一條新老單鏈。,(一)DNA的半保留復(fù)制(semiconservative replication) Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)即推測，DNA在復(fù)制時(shí)首先兩條鏈之間的氫鍵斷裂，兩條鏈分開，然后以每一條鏈分別做模板各自合成一條新的DNA鏈，這樣新合成的子代DNA分子中一條鏈來自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種復(fù)制方式為半保留復(fù)制。,一、DNA復(fù)制的方式及一般過程：,半保留復(fù)制的證明,1958年Meselson和Stahl利用氮標(biāo)記技術(shù)在大腸桿菌中首次證實(shí)了DNA的半保留復(fù)制：,DNA的半保留復(fù)制第一代分子含有一條親代的鏈(用黑色素示)，與另一條新合成的鏈(用白色表示)配對。在以后的連續(xù)復(fù)制過程中，原來親代的兩條鏈仍然保持完整，因此總有兩個分子各具有一條原來親代的鏈。,In order to determine which of these models was true, the following experiment was performed: The original DNA strand was labelled with the heavy isotope of nitrogen, N-15. This DNA was allowed to go through one round of replication with N-14, and then the mixture was centrifuged so that the heavier DNA would form a band lower in the tube, and the intermediate (one N-15 strand and one N-14 strand) and light DNA (all N-14) would appear as a band higher in the tube. The expected results for each model were:,半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn),DNA雙螺旋是由兩條方向相反的單鏈組成，復(fù)制開始時(shí)，雙鏈打開，形成一個復(fù)制叉(replicative fork,從打開的起點(diǎn)向一個方向形成)或一個復(fù)制泡(replicative bubble，從打開的起點(diǎn)向兩個方向形成。)兩條單鏈分別做模板。各自合成一條新的DNA鏈。由于DNA一條鏈的走向是53方向，另一條鏈的走向是35方向，但生物體內(nèi)DNA聚合酶只能催化DNA從53的方向合成。那么，兩條方向不同的鏈怎樣才能做模板呢?,(二)DNA復(fù)制的一般過程：,原來，在以35方向的母鏈為模板時(shí)，復(fù)制合成出一條53方向的前導(dǎo)鏈(leadingstrand)，前導(dǎo)鏈的前進(jìn)方向與復(fù)制叉打開方向是一致的，因此前導(dǎo)鏈的合成是連續(xù)進(jìn)行的，而另一條母鏈DNA是53方向，它作為模板時(shí)，復(fù)制合成許多條53方向的短鏈，叫做隨從鏈(lagging strand)，隨從鏈的前進(jìn)方向是與復(fù)制叉的打開方向相反的。隨從鏈只能先以片段的形式合成，這些片段就叫做崗崎片段(Okazaki fragments)，原核生物崗崎片段含有1000-2000核苷酸，真核生物一般100-200核苷酸。最后再將多個崗崎片段連接成一條完整的鏈。由于前導(dǎo)鏈的合成是連續(xù)進(jìn)行的，而隨從鏈的合成是不連續(xù)進(jìn)行的，所以從總體上看DNA的復(fù)制是半不連續(xù)復(fù)制：,DNA的半不連續(xù)復(fù)制,DNA復(fù)制是半保留復(fù)制，即經(jīng)過一輪復(fù)制，在子代雙鏈DNA分子中有一條鏈來自親本的舊鏈，另一條鏈為新合成的。復(fù)制開始時(shí)，親代DNA雙鏈分子打開，分別作為模板，連續(xù)地合成一條前導(dǎo)鏈；不連續(xù)地合成一些片段，而后連成一條隨從鏈，所以 DNA 復(fù)制是半不連續(xù)合成。DNA的復(fù)制是以DNA為模板，在DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶催化下進(jìn)行的DNA合成反應(yīng)。合成原料為四種dNTP，合成反應(yīng)的方向?yàn)?3。反應(yīng)中需要有RNA作為引物。合成產(chǎn)物DNA的序列與模板DNA的序列是互補(bǔ)的。細(xì)胞分裂時(shí)，通過DNA的復(fù)制作用，遺傳信息從親代DNA分子中傳到子代DNA分子中。,DNA復(fù)制的全部過程可以人為地分成三個階段：,第一個階段為DNA復(fù)制的起始階段，這個階段包括 起始點(diǎn)，復(fù)制方向以及引發(fā)體的形成；,第二階段為DNA鏈的延長，包括前導(dǎo)鏈及隨從鏈的 形成和切除RNA引物后填補(bǔ)空缺及連接崗崎片段。,第三階段為DNA復(fù)制的終止階段。,(1) 模板和合成原料新合成DNA的特異性完全取決于模板DNA。三磷酸核苷酸（dATP，dGTP，dCTP，dTTP）是合成原料。(2) 酶和蛋白質(zhì)細(xì)胞內(nèi)還有許多酶和蛋白質(zhì)參與DNA的復(fù)制：螺旋酶（Helicase）可以和單鏈DNA結(jié)合，并且與ATP結(jié)合，利用ATP分解時(shí)產(chǎn)生的能量沿DNA鏈向前運(yùn)動促使DNA雙鏈打開。單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSBP）能很快地和復(fù)制叉方向產(chǎn)生的單鏈區(qū)單鏈 DNA 結(jié)合，防止其重新配對形成雙鏈DNA或被核酸酶降解，并使其呈伸展?fàn)顟B(tài)，有利于單鏈 DNA 作為模板。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶 ( DNA Topoisomerase) 催化同一DNA分子不同超螺旋狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用是使超螺旋DNA松弛化。拓?fù)洚悩?gòu)酶將負(fù)超螺旋引入DNA 分子。負(fù)超螺旋的存在有利于DNA的雙鏈分開。引物酶（Primase）和RNA聚合酶（RNAPolymerase）大腸桿菌中引物酶催化引物 RNA分子的合成。在單鏈?zhǔn)删wM13DNA和質(zhì)粒 Co1E1 DNA復(fù)制時(shí)，引物的合成是由 RNA聚合酶催化的。,參與復(fù)制的物質(zhì)：,(一)DNA復(fù)制的起始點(diǎn) 很多實(shí)驗(yàn)都證明：復(fù)制是從DNA分子上的特定部位開始的，這一部位叫做復(fù)制起始點(diǎn)(originof replication)常用ori或o表示。細(xì)胞中的DNA復(fù)制一經(jīng)開始就會連續(xù)復(fù)制下去，直至完成細(xì)胞中全部基因組DNA的復(fù)制。DNA復(fù)制從起始點(diǎn)開始直到終點(diǎn)為止，每個這樣的DNA單位稱為復(fù)制子或復(fù)制單元(replicon)。在原核細(xì)胞中，每個DNA分子只有一個復(fù)制起始點(diǎn)，因而只有一個復(fù)制子，而在真核生物中，DNA的復(fù)制是從許多起始點(diǎn)同時(shí)開始的，所以每個DNA分子上有許多個復(fù)制子。每個復(fù)制子長約50-200kb。,二、DNA復(fù)制的起始階段：,(1)定點(diǎn)開始雙向復(fù)制： 這是原核生物和真核生物DNA復(fù)制最主要的形式，從一個特定位點(diǎn)解鏈，沿著兩個相反的方向各生長出兩條鏈，形成一個復(fù)制泡，用電子顯微鏡可以觀察到復(fù)制泡的存在：,(二)DNA復(fù)制的方向：,(2)定點(diǎn)開始單向復(fù)制： 質(zhì)粒colE1是個典型的例子，復(fù)制從一個起始點(diǎn)開始，以同一方向生長出兩條鏈，形成一個復(fù)制叉(replication fork)。(3)兩點(diǎn)開始單向復(fù)制： 腺病毒DNA的復(fù)制是從兩個起點(diǎn)開始的，形成兩個復(fù)制叉，各以一個單一方向復(fù)制出一條新鏈：,DNA的半不連續(xù)復(fù)制和復(fù)制泡的形成,DNA鏈生長方向的三種機(jī)制,1.解鏈酶(helicase) DNA開始復(fù)制時(shí)首先在起始點(diǎn)處解開雙鏈，反應(yīng)是在一種解鏈酶(helicase)的催化下進(jìn)行的。 解鏈酶需要ATP分解供給能量。 大腸桿菌中DnaB蛋白就有介鏈酶活性，與隨從鏈的模板DNA結(jié)合，沿53方向移動，還有一種叫做Rep蛋白和前導(dǎo)鏈的模板DNA結(jié)合沿35方向移動。 解鏈酶的作用就是打開DNA雙鏈之間的氫鍵。,(三)DNA復(fù)制起始引發(fā)體的形成及所參與的酶和蛋白質(zhì)：,2.單鏈結(jié)合蛋白：(single strand binding proteins, SSBP) 它與解開的單鏈DNA結(jié)合，使其穩(wěn)定不會再度螺旋化并且避免核酸內(nèi)切酶對單鏈DNA的水解，保證了單鏈DNA做為模板時(shí)的伸展?fàn)顟B(tài)，SSBP可以重復(fù)利用：,大腸桿菌DNA復(fù)制叉中復(fù)制 過程簡圖,3.引發(fā)體的形成： DNA復(fù)制起始的關(guān)健步驟是前導(dǎo)鏈DNA的合成，一旦前導(dǎo)鏈DNA的聚合作用開始，隨從鏈DNA的合成也隨著開始。由于前導(dǎo)鏈的合成是連續(xù)進(jìn)行的，所以它的起始相對簡單，而隨從鏈的合成是不連續(xù)的，所以引發(fā)階段較復(fù)雜。,(1)引物酶(primase) 它是一種特殊的RNA聚合酶，可催化短片段RNA的合成。這種短RNA片段一般十幾至數(shù)十個核苷酸不等，它們在DNA復(fù)制起始處做為引物。,(2)引發(fā)體(primosome) 高度解鏈的模板DNA與多種蛋白質(zhì)因子形成的引發(fā)前體促進(jìn)引物酶結(jié)合，共同形成引發(fā)體，引發(fā)體主要在DNA隨從鏈上開始，它連續(xù)地與引物酶結(jié)合并解離，從而在不同部位引導(dǎo)引物酶催化合成RNA引物，在引物RNA的3-端接下去合成DNA片段，這是隨從鏈不連續(xù)合成的開始。,DNA的復(fù)制實(shí)際上就是以DNA為模板在DNA聚合酶作用下，將游離的四種脫氧單核苷酸(dATP，dGTP,dCTP,dTTP,簡寫為dNTP)聚合成DNA的過程。 這是一個非常復(fù)雜的酶促反應(yīng)，需要許多種酶和蛋白質(zhì)參與。,二、DNA復(fù)制的延長階段以及參與的酶和蛋白質(zhì)分子：,DNA復(fù)制時(shí)蛋白質(zhì)的協(xié)同作用,當(dāng)DNA復(fù)制時(shí)，各種蛋白質(zhì)協(xié)同作用共同完成以下工作： 1. 在DNA解旋酶的作用下，兩條母鏈部分解鏈； 2. DNA單鏈結(jié)合蛋白結(jié)合到解開的DNA單鏈上，以防兩條單鏈再次粘合； 3. DNA聚合酶結(jié)合到DNA鏈上開始催化先導(dǎo)鏈和后隨鏈的延伸（DNA聚合酶也可以 檢查自身工作的準(zhǔn)確性）； 4. DNA聚合酶可以催化先導(dǎo)鏈連續(xù)地延伸，而在后隨鏈中則是一段一段地合成岡崎 片段，這時(shí)需要DNA引物酶重復(fù)地合成RNA引物來啟動每個片段的延伸； 5. 最后，各個岡崎片段在DNA連接酶的作用下連接成完整的后隨鏈。,(一)DNA的聚合反應(yīng)和DNA聚合酶,1957年，Arthur kornberg首次在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶，(DNA polymerase ,簡寫DNA pol)。后來又相繼發(fā)現(xiàn)了DNA聚合酶和DNA聚合酶。1.DNA聚合酶： DNA pol是由一條多肽鏈組成，分子量為109KD。酶分子中含有一個Zn+，是聚合活性必須的。 大腸桿菌每個細(xì)胞中約有400個酶分子，每個酶分子每分鐘在37下能催化667個核苷酸參入到DNA鏈中，用枯草桿菌蛋白酶可將此酶水介成兩個片段，大段分子量為76KD，通常稱為klenow片段，小片段為34KD。大小片段具有不同的酶活性。,DNA聚合酶I的作用 它具有53聚合活性、35外切和53外切活性。(1)DNA聚合酶的53聚合活性： 這是DNA聚合酶最主要的活性，按模板DNA上的核苷酸順序，將互補(bǔ)的dNTP逐個加到引物RNA3端，并促進(jìn)dNTP的3與5端形成磷酸二酯鍵，酶的專一性表現(xiàn)為新進(jìn)入的dNTP必須與模板DNA堿基配對時(shí)才有催化作用。,DNA聚合酶催化的DNA鏈延長,(2)DNA聚合酶I的35外切核酸酶活性： 這種酶活性主要功能是從35方向識別并切除DNA生長鏈末端與模板DNA不配對而游離的核苷酸，這種功能稱為校對功能，這是保證其聚合作用的正確性不可缺少的，因此對于DNA復(fù)制中極高的保真性是至關(guān)重要的。,(3)DNA聚合酶I的53外切核酸酶活性： 這種酶活性是從DNA鏈的5端向3末端水解已配對的核苷酸，本質(zhì)是切斷磷酸二酯鍵，每次能切除10個核苷酸。因此，這種酶活性在DNA損傷的修復(fù)中可能起重要作用，對完成的DNA片段去除5端的RNA引物也是必須的。 DNA pol的53聚合活性和53外切酶活性協(xié)同作用，可以使DNA一條鏈上的切口從53方向移動，這種反應(yīng)叫做缺刻平移(nick translation)，利用此反應(yīng)可在體外對DNA片段進(jìn)行放射性磷(-32PdNTP)的標(biāo)記制成探針(probe)，進(jìn)行核酸的分子雜交實(shí)驗(yàn)，是現(xiàn)代分子生物學(xué)的一項(xiàng)重要技術(shù)：,缺刻平移標(biāo)記DNA探針,2.DNA聚合酶(DNA pol) 此酶分子量為120KD，每個細(xì)胞約有100個酶分子，但活性只有DNA pol的5%，它具有53聚合活性和35外切活性，而沒有53外切活性，它的作用可能與DNA損傷修復(fù)有關(guān)。,3.DNA聚合酶(DNA pol) 這是在DNA復(fù)制過程中起主要作用的聚合酶，它是由一個多亞基組成的蛋白質(zhì)分子。DNA聚合酶全酶不是單獨(dú)起作用，而是與引發(fā)體、介鏈酶等構(gòu)成一個復(fù)制體(replisome)再在DNA的復(fù)制過程中發(fā)揮作用的：,3.DNA聚合酶(DNA pol) 這是在DNA復(fù)制過程中起主要作用的聚合酶，它是由一個多亞基組成的蛋白質(zhì)分子。DNA聚合酶全酶不是單獨(dú)起作用，而是與引發(fā)體、介鏈酶等構(gòu)成一個復(fù)制體(replisome)再在DNA的復(fù)制過程中發(fā)揮作用的：,真核生物DNA聚合酶 真核生物DNA聚合酶有、及。它們的基本特性相似于大腸桿菌DNA聚合酶，其主要活性是催化dNTP的53聚合活性。,真核細(xì)胞在DNA復(fù)制中起主要作用的是DNA pol，主要負(fù)責(zé)染色體DNA的復(fù)制。,(二)與超螺旋松馳有關(guān)的酶： DNA復(fù)制從起始點(diǎn)開始向一個方向復(fù)制時(shí)，局部的DNA雙鏈必須打開，主要靠解鏈酶的作用，打開后的單鏈還要單鏈結(jié)合蛋白與其結(jié)合，在復(fù)制叉向前移動時(shí)造成其前方DNA分子所產(chǎn)生的正超螺旋，必須由拓?fù)洚悩?gòu)酶來解決。 拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase)是一類改變DNA拓?fù)湫再|(zhì)的酶。在體外可催化DNA的各種拓?fù)洚悩?gòu)化反應(yīng)，而在生物體內(nèi)它們可能參與了DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄。在DNA復(fù)制時(shí)，復(fù)制叉行進(jìn)的前方DNA分子部分產(chǎn)生有正超螺旋，拓?fù)涿缚伤神Y超螺旋，有利于復(fù)制叉的前進(jìn)及DNA的合成。DNA復(fù)制完成后，拓?fù)涿赣挚蓪NA分子引入超螺旋，使DNA纏繞、折疊，壓縮以形成染色質(zhì)。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶有型和型，它們廣泛存在于原核生物及真核生物中。,大腸桿菌和真核生物中的拓?fù)洚悩?gòu)酶,類型 作用 對超螺旋的作用 型拓?fù)洚悩?gòu)酶 大腸桿菌 切開一股DNA鏈 松馳負(fù)超螺旋 真核生物 切開一股DNA鏈 松馳正，負(fù)超螺旋 型拓?fù)洚悩?gòu)酶 大腸桿菌 切開二股DNA鏈 構(gòu)馳正超螺旋； 依賴ATP 引入負(fù)超螺旋， 解環(huán)連等 真核生物 切開二股DNA鏈 松馳正超旋， 依賴ATP 但不能引入負(fù)超螺旋,拓?fù)洚悩?gòu)酶(Topo)的主要作用是將環(huán)狀雙鏈DNA的一條鏈切開一個口，切口處鏈的末端繞螺旋軸按照松馳超螺旋的方向轉(zhuǎn)動，然后再將切口封起來。這就使DNA復(fù)制叉移動時(shí)所引起的前方DNA正超螺旋得到緩解，利于DNA復(fù)制叉繼續(xù)向前打開。此外，拓?fù)洚悩?gòu)酶對環(huán)狀單鏈DNA還有打結(jié)或解結(jié)作用，對環(huán)狀雙鏈DNA的環(huán)連或解連以及使環(huán)狀單鏈DNA形成環(huán)狀雙鏈DNA都有作用：,拓?fù)涿讣暗淖饔锰攸c(diǎn)(a)大腸桿菌拓?fù)涿复呋?種拓?fù)洚悩?gòu)化作用；(b)拓?fù)涿傅淖饔?拓?fù)洚悩?gòu)酶(Topo)是在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的，曾被稱為旋轉(zhuǎn)酶(gyrase)，它們作用特點(diǎn)是切開環(huán)狀雙鏈DNA的兩條鏈，分子中的部分經(jīng)切口穿過而旋轉(zhuǎn)，然后封閉切口，Topo還可使DNA分子從超螺旋狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗神Y狀態(tài)，此反應(yīng)不需要ATP參與。DNA復(fù)制完成后，Topo在ATP參與下，DNA分子從松馳狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)超螺旋。此外，Topo催化的拓?fù)洚悩?gòu)化反應(yīng)還有環(huán)連或解環(huán)連，及打結(jié)或解結(jié)。,DNA在復(fù)制過程中，合成出的前導(dǎo)鏈為一條連續(xù)的長鏈。隨從鏈則是由合成出許多相鄰的片段，在連接酶的催化下，連接成為一條長鏈。連接作用是在連接酶催化下進(jìn)行的。 連接酶(ligase)的作用是催化相鄰的DNA片段以3、5磷酸二酯鍵相連接。連接反應(yīng)中的能量來自ATP(或NAD)。連接酶先與ATP作用，以共價(jià)鍵相連生成E-MP中間體。中間體即與一個DNA片段的5磷酸相連接形成E-AMP-5-DNA。然后再與另一個DNA片段的3-OHH末端作用，E和AMP脫下，兩個DNA片段以3、5磷酸二酯鍵相連接。隨從鏈的各個DNA片段就是這樣連接成一條DNA長鏈：,四、DNA復(fù)制的終止階段,連接酶的催化反應(yīng),最近的實(shí)驗(yàn)表明，在DNA上存在著復(fù)制終止位點(diǎn)，DNA復(fù)制可在復(fù)制終止位點(diǎn)處終止，不一定等全部DNA合成完畢。DNA復(fù)制的忠實(shí)性較高，是由于原核細(xì)胞的DNApol及真核生物DNApol及均有35外切酶活性，可以校正復(fù)制中出現(xiàn)的錯誤堿基。,DNA復(fù)制完成后，靠拓?fù)涿笇NA分子引入超螺旋結(jié)構(gòu)。,1. 參與復(fù)制的物質(zhì) 三磷酸核苷酸（dATP，dGTP，dCTP，dTTP，通稱 dNTP）是合成原料。,DNA復(fù)制小結(jié),2. 參與復(fù)制的模板 親代的DNA雙鏈。,DNA復(fù)制小結(jié),3復(fù)制過程 復(fù)制是從特定位點(diǎn)開始的，可以單向或雙向，雙向?yàn)橹?。?fù)制的方向?yàn)? 3，特點(diǎn)是半保留部連續(xù)的方式進(jìn)行。復(fù)制過程可以概括為：1）雙鏈的解開，在復(fù)制的原點(diǎn)雙鏈解開形成復(fù)制叉，兩條單 鏈各為模板，合成互補(bǔ)鏈，在復(fù)制叉上結(jié)合著有關(guān)的酶及 輔助因子。2）RNA引物的合成，引發(fā)體在復(fù)制叉上移動，識別合成起始 點(diǎn)，引發(fā)rna引物的合成，再ATP供能下以DNA為模板按5 3方向合成一段引物RNA。,DNA復(fù)制小結(jié),3）DNA鏈的延長，RNA引物合成后，在DNA聚合酶催化 下，以dNTP為底物進(jìn)行DNA新鏈的合成，合成的模板是 親代的DNA鏈，按堿基配對原則進(jìn)行。親代的DNA雙連呈 反向平行，一條鏈?zhǔn)? 3 走向，另一條鏈?zhǔn)? 5走向。4）切出引物，填補(bǔ)缺口，連接修復(fù)，隨從鏈的岡崎片斷到一 定長度，其3-羥基端與前一個岡崎片段的5-端連接時(shí)， 在DNA聚合酶I的作用下切除RNA并合成一段DNA填補(bǔ) 上，在DNA連接酶的作用下，連接相鄰的DNA鏈，修復(fù) 摻入DNA鏈的錯配堿基，從而形成兩個DNA雙螺旋分 子。,4.復(fù)制中所需的酶和蛋白質(zhì) （1）RNA聚合酶（引物酶） （2）DNA聚合酶 DNA聚合酶I 5 3 聚合酶 3 5 外切酶 5 3 外切酶 DNA聚合酶III 5 3 聚合酶 3 5 外切酶 5 3 外切酶 DNA聚合酶 II 5 3 聚合酶 3 5 外切酶 （3）DNA連接酶 （4）拓?fù)洚悩?gòu)酶 (旋轉(zhuǎn)酶） 拓?fù)洚悩?gòu)酶I 使雙鏈DNA中一條鏈斷裂，減少負(fù)超螺旋 拓?fù)洚悩?gòu)酶II 使雙鏈DNA中兩條鏈斷裂，引入負(fù)超螺旋 （5）解螺旋酶（解鏈酶）水解ATP，使DNA 雙鏈打開。 （6）單鏈結(jié)合蛋白（SSB） （7）引發(fā)前體,DNA復(fù)制小結(jié),第二節(jié)反轉(zhuǎn)錄作用(reverse transcription),1970年Temin等在致癌RNA病毒中發(fā)現(xiàn)了一種特殊的DNA聚合酶，該酶以RNA為核板，根據(jù)堿基配對原則，按照RNA的核苷酸順序(其中V與A配對)合成DNA。該過程與一般遺傳信息流轉(zhuǎn)錄的方向相反，故稱為反轉(zhuǎn)錄，催化此過程的DNA聚合酶叫做反轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)。后來發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶不僅普遍存在于RNA病毒中，哺乳動物的胚胎細(xì)胞和正在分裂的淋巴細(xì)胞中也有反轉(zhuǎn)錄酶。,反轉(zhuǎn)錄酶的作用是以dNTP為底物，以RNA為模板，tRNA(主要是色氨酸t(yī)RNA)為引物，在tRNA3末端上，按53方向，合成一條與RNA模板互補(bǔ)的DNA單鏈，這條DNA單鏈叫做互補(bǔ)DNA(complementary DNA, cDNA)，它與RNA模板形成RNA雜交體。隨后又在反轉(zhuǎn)錄酶的作用下，水解掉RNA鏈，再以cDNA為模板合成第二條DNA鏈。至此，完成由RNA指導(dǎo)的DNA合成過程.,攜帶反轉(zhuǎn)錄酶的病毒又稱為反轉(zhuǎn)錄病毒，它侵入宿主細(xì)胞后先以病毒RNA為模板靠反轉(zhuǎn)錄酶催化合成DNA，隨后這種DNA環(huán)化并整合到宿主細(xì)胞的染色體DNA中去，以原病毒的形式在宿主細(xì)胞中一代代傳遞下去。又發(fā)現(xiàn)許多反轉(zhuǎn)錄病毒基因組中都含有癌基因，如果由于某種因素激活了癌基因就可使宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞。,大多數(shù)反轉(zhuǎn)錄酶都具有多種酶活性，主要活性如下： DNA聚合酶活性； RNAase 活性； DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性； 除此之外，有些反轉(zhuǎn)錄酶還有DNA內(nèi)切酶活性，這可能與病毒基因整合到宿主細(xì)胞染色體DNA中有關(guān)。 反轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)對于遺傳工程技術(shù)起了很大的推動作用，目前它已成為一種重要的工具酶。用組織細(xì)胞提取mRNA并以它為模板，在反轉(zhuǎn)錄酶作用下合成出互補(bǔ)的DNA(cDNA)，由此可構(gòu)建出cDNA文庫(cDNA library)，從中篩選特異的目的基因，這是在基因工程技術(shù)中最常用的獲得目的基因方法。,第三節(jié)DNA的損傷與修復(fù),DNA存儲著生物體賴以生存和繁衍的遺傳信息，因此維護(hù)DNA分子的完整性對細(xì)胞至關(guān)重要。外界環(huán)境和生物體內(nèi)部的因素都經(jīng)常會導(dǎo)致DNA分子的損傷或改變，而且與RNA及蛋白質(zhì)可以在胞內(nèi)大量合成不同，一般在一個原核細(xì)胞中只有一份DNA，在真核二倍體細(xì)胞中相同的DNA也只有一對，如果DNA的損傷或遺傳信息的改變不能更正，對體細(xì)胞就可能影響其功能或生存，對生殖細(xì)胞則可能影響到后代。所以在進(jìn)化過程中生物細(xì)胞所獲得的修復(fù)DNA損傷的能力就顯得十分重要，也是生物能保持遺傳穩(wěn)定性之所在。,細(xì)胞中能進(jìn)行修復(fù)的生物大分子也就只有DNA，反映了DNA對生命的重要性。另一方面在生物進(jìn)化中突變又是與遺傳相對立統(tǒng)一而普遍存在的現(xiàn)象，DNA分子的變化并不是全部都能被修復(fù)成原樣的，正因?yàn)槿绱松锊艜凶儺?、有進(jìn)化。,一、DNA的損傷(一)DNA損傷的原因,1.DNA分子的自發(fā)性損傷(1)DNA復(fù)制中的錯誤以DNA為模板按堿基配對進(jìn)行DNA復(fù)制是一個嚴(yán)格而精確的事件，但也不是完全不發(fā)生錯誤的。堿基配對的錯誤頻率約為10110 2 ，在DNA復(fù)制酶的作用下堿基錯誤配對頻率降到約10 510 6 ，復(fù)制過程中如有錯誤的核苷酸參入，DNA聚合酶還會暫停催化作用，以其35外切核酸酶的活性切除錯誤接上的核苷酸，然后再繼續(xù)正確的復(fù)制，這種校正作用廣泛存在于原核和真核的DNA聚合酶中，可以說是對DNA復(fù)制錯誤的修復(fù)形式，從而保證了復(fù)制的準(zhǔn)確性。但校正后的錯配率仍約在10 10左右，即每復(fù)制10-10個核苷酸大概會有一個堿基的錯誤。,(2)DNA的自發(fā)性化學(xué)變化生物體內(nèi)DNA分子可以由于各種 原因發(fā)生變化，至少有以下類型：a.堿基的異構(gòu)互變DNA中的4種堿基各自的異構(gòu)體間都可以自發(fā)地相互變化(例如烯醇式與酮式堿基間的互變)，這種變化就會使堿基配對間的氫鍵改變，可使腺嘌呤能配上胞嘧啶、胸腺嘧啶能配上鳥嘌呤等，如果這些配對發(fā)生在DNA復(fù)制時(shí)，就會造成子代DNA序列與親代DNA不同的錯誤性損傷：,腺嘌呤的稀有互變異體與胞嘧啶(a)，或胸腺嘧啶的稀有互變異構(gòu)體與鳥嘌呤(b)的氫鏈形成導(dǎo)致下一世代中GC配對取代AT配對,b.堿基的脫氨基作用堿基的環(huán)外氨基有時(shí)會自發(fā)脫落，從而 胞嘧啶會變成尿嘧啶、腺嘌呤會變成次黃嘌呤(H)、鳥嘌呤 會變成黃嘌呤(X)等，遇到復(fù)制時(shí)，U與A配對、H和X都與C 配對就會導(dǎo)致子代DNA序列的錯誤變化。胞嘧啶自發(fā)脫氨基 的頻率約為每個細(xì)胞每天190個。,c.脫嘌呤與脫嘧啶自發(fā)的水解可使嘌呤和嘧啶從DNA鏈的核糖磷酸骨架上脫落下來。一個哺乳類細(xì)胞在37條件下，20h內(nèi)DNA鏈上自發(fā)脫落的嘌呤約1000個、嘧啶約500個：估計(jì)一個長壽命不復(fù)制繁殖的哺乳類細(xì)胞(如神經(jīng)細(xì)胞)在整個生活期間自發(fā)脫嘌呤數(shù)約為108，約占細(xì)胞DNA中總嘌呤數(shù)的3%。,d.堿基修飾與鏈斷裂細(xì)胞呼吸的副產(chǎn)物O2、H2O2等會造 成DNA損傷，能產(chǎn)生胸腺嘧啶乙二醇、羥甲基尿嘧啶等 堿基修飾物，還可能引起DNA單鏈斷裂等損傷，每個哺 乳類細(xì)胞每天DNA單鏈斷裂發(fā)生的頻率約為5萬次。此外， 體內(nèi)還可以發(fā)生DNA的甲基化，結(jié)構(gòu)的其他變化等，這些 損傷的積累可能導(dǎo)致老化。 由此可見，如果細(xì)胞不具備高效率的修復(fù)系統(tǒng)，生物的突變率將大大提高。,2.物理因素引起的DNA損傷射線引起的DNA損傷是最引人 注意的。 (1)紫外線引起的DNA損傷DNA分子損傷最早就是從研究紫外線的效應(yīng)開始的。當(dāng)DNA受到最易被其吸收波長(260nm)的紫外線照射時(shí)，主要是使同一條DNA鏈上相鄰的嘧啶以共價(jià)鍵連成二聚體，相鄰的兩個T、或兩個C、或C與T間都可以環(huán)丁基環(huán)(cyclobutane ring)連成二聚體，其中最容易形成的是TT二聚體：,(2)電離輻射引起的DNA損傷電離輻射損傷DNA有直接和 間接的效應(yīng)，直接效應(yīng)是DNA直接吸收射線能量而遭損傷，間接效應(yīng)是指DNA周圍其他分子(主要是水分子)吸收射線能量產(chǎn)生具有很高反應(yīng)活性的自由基進(jìn)而損傷DNA。電離輻射可導(dǎo)致DNA分子的多種變化：,a.堿基變化主要是由OH自由基引起，包括DNA鏈上的 堿基氧化修飾、過氧化物的形成、堿基環(huán)的破壞和脫落等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。b.脫氧核糖變化脫氧核糖上的每個碳原子和羥基上的氫 都能與OH反應(yīng)，導(dǎo)致脫氧核糖分解，最后會引起DNA 鏈斷裂。c.DNA鏈斷裂這是電離輻射引起的嚴(yán)重?fù)p傷事件，斷鏈 數(shù)隨照射劑量而增加。d.交聯(lián)包括DNA鏈交聯(lián)和DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)。,3.化學(xué)因素引起的DNA損傷 化學(xué)因素對DNA損傷的認(rèn)識最早來自對化學(xué)武器殺傷力的研究，以后對癌癥化療、化學(xué)致癌作用的研究使人們更重視突變劑或致癌劑對DNA的作用。(1)烷化劑對DNA的損傷烷化劑是一類親電子的化合物，很 容易與生物體中大分子的親核位點(diǎn)起反應(yīng)。烷化劑的作用可 使DNA發(fā)生各種類型的損傷：a.堿基烷基化。烷化劑很容易將烷基加到DNA鏈中嘌呤或嘧啶 的N或O上，其中鳥嘌呤的N7和腺嘌呤的N3最容易受攻擊， 烷基化的嘌呤堿基配對會發(fā)生變化，例如鳥嘌呤N7被烷化后 就不再與胞嘧啶配對，而改與胸腺嘧啶配對，結(jié)果會使GC 轉(zhuǎn)變成AT。,b.堿基脫落。烷化鳥嘌呤的糖苷鍵不穩(wěn)定，容易脫落形成DNA 上無堿基的位點(diǎn)，復(fù)制時(shí)可插入任何核苷酸造成序列的改變。c.斷鏈。DNA鏈的磷酸二酯鍵上的氧也易被烷化，結(jié)果形成不 穩(wěn)定的磷酸三酯鍵，易在糖與磷酸間發(fā)生水解使DNA鏈斷裂。,d.交聯(lián)。烷化劑有兩類，一類是單功能基烷化劑，如甲基甲烷碘酸，只能使一個位點(diǎn)烷基化；另一類是以雙功能基烷化劑，化學(xué)武器如氮芥、硫芥等，一些抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、絲裂霉素等，某些致癌物如二乙基亞硝胺等均屬此類，其兩個功能基可同時(shí)使兩處烷基化，結(jié)果就能造成DNA鏈內(nèi)、DNA鏈間，以及DNA與蛋白質(zhì)間的交聯(lián)。,氮芥引起DNA分子兩條鏈在鳥嘌呤上的交聯(lián)(a)交聯(lián)附近的總圖；(b)交聯(lián)部分結(jié)構(gòu)圖,(2)堿基類似物、修飾劑對DNA的損傷人工可以合成一些 堿基類似物用作促突變劑或抗癌藥物，如5溴尿嘧啶(5 BU)、5氟尿嘧啶(5FU)、2氨基腺嘌呤(2AP)等。 由于其結(jié)構(gòu)與正常的堿基相似，進(jìn)入細(xì)胞能替代正常的堿 基參入到DNA鏈中而干擾DNA復(fù)制合成，例如5-BU結(jié)構(gòu) 與胸腺嘧啶十分相近，在酮式結(jié)構(gòu)時(shí)與A配對，卻又更容 易成為烯醇式結(jié)構(gòu)與G配對，在DNA復(fù)制時(shí)導(dǎo)致A-T轉(zhuǎn)換 為GC。 還有一些人工合成或環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì)能專一修飾 DNA鏈上的堿基或通過影響DNA復(fù)制而改變堿基序列， 例如亞硝酸鹽能使C脫氨變成U，經(jīng)過復(fù)制就可使DNA上 的G桟變成A桾對；羥胺能使T變成C，結(jié)果是A桾改成C 桮對；黃曲霉素B也能專一攻擊DNA上的堿基導(dǎo)致序列 的變化，這些都是誘發(fā)突變的化學(xué)物質(zhì)或致癌劑。,1.點(diǎn)突變(point mutation)指DNA上單一堿基的變異。嘌呤替 代嘌呤(A與G的替代)、嘧啶替代嘧啶(C與T的替代)稱為轉(zhuǎn)換 (transition)；嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤稱為顛換(transvertion)。2.缺失(deletion)指DNA鏈上一個或一段核苷酸的消失。3.插入(insertion)指一個或一段核苷酸插入到DNA鏈中。在為 蛋白質(zhì)編碼的序列中如缺失及插入的核苷酸數(shù)不是3的整倍數(shù)， 則發(fā)生讀框移動(reading frame shift)，使其后所譯讀的氨基酸 序列全部混亂，稱為移碼突變(frameshift mutaion)。4.倒位或轉(zhuǎn)位(transposition)指DNA鏈重組使其中一段核苷酸 鏈方向倒置、或從一處遷移到另一處。5.雙鏈斷裂對單倍體細(xì)胞一個雙鏈斷裂就是致死性事件。,(二)DNA損傷的后果,上述損傷會最終導(dǎo)致DNA分子結(jié)構(gòu)的變化，這種DNA分子水平上的突變(mutation)是整體遺傳突變的基礎(chǔ)。 歸納DNA損傷后分子最終的改變，有以下幾種類型：,突變或誘變對生物可能產(chǎn)生4種后果,生物發(fā)生突變或誘變的可能后果,有利于物種生存的結(jié)果，使生物進(jìn)化,改變基因型(genotype)不改變表現(xiàn)型(phenotype),某些功能喪失,致死性,二、DNA修復(fù) DNA修復(fù)(DNA repairing)是細(xì)胞對DNA受損傷后的一種反應(yīng)，這種反應(yīng)可能使DNA結(jié)構(gòu)恢復(fù)原樣，重新能執(zhí)行它原來的功能；但有時(shí)并非能完全消除DNA的損傷，只是使細(xì)胞能夠耐受這種DNA的損傷而能繼續(xù)生存。也許這未能完全修復(fù)而存留下來的損傷會在適合的條件下顯示出來(如細(xì)胞的癌變等)，但如果細(xì)胞不具備這修復(fù)功能，就無法對付經(jīng)常發(fā)生的DNA損傷事件，就不能生存。所以研究DNA修復(fù)也是探索生命的一個重要方面，而且與軍事醫(yī)學(xué)、腫瘤學(xué)等密切相關(guān)。對不同的DNA損傷，細(xì)胞可以有不同的修復(fù)反應(yīng).,(一)回復(fù)修復(fù)這是較簡單的修復(fù)方式，一般都能將DNA修復(fù)到原樣。1.光修復(fù)這是最早發(fā)現(xiàn)的DNA修復(fù)方式。修復(fù)是由細(xì)菌中 的DNA光解酶(photolyase)完成，此酶能特異性識別紫外線 造成的核酸鏈上相鄰嘧啶共價(jià)結(jié)合的二聚體，并與其結(jié)合， 這步反應(yīng)不需要光；結(jié)合后如受300600nm波長的光照射， 則此酶就被激活，將二聚體分解為兩個正常的嘧啶單體， 然后酶從DNA鏈上釋放，DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。后來發(fā)現(xiàn)類 似的修復(fù)酶廣泛存在于動植物中，人體細(xì)胞中也有發(fā)現(xiàn)。,是一種高度專一的修復(fù)形式，只分解由于UV照射而形成的嘧啶二聚體。,2.單鏈斷裂的重接DNA單鏈斷裂是常見的損傷，其中一 部分可僅由DNA連接酶(ligase)參與而完全修復(fù)。此酶在 各類生物各種細(xì)胞中都普遍存在，修復(fù)反應(yīng)容易進(jìn)行。 但雙鏈斷裂幾乎不能修復(fù),3.堿基的直接插入DNA鏈上嘌呤的脫落造成無嘌呤位點(diǎn)， 能被DNA嘌呤插入酶(insertase)識別結(jié)合，在K存在的 條件下，催化游離嘌呤或脫氧嘌呤核苷插入生成糖苷鍵， 且催化插入的堿基有高度專一性、與另一條鏈上的堿基 嚴(yán)格配對，使DNA完全恢復(fù)。,4.烷基的轉(zhuǎn)移在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)有一種O6甲基鳥嘌呤甲基轉(zhuǎn) 移酶，能直接將甲基從DNA鏈鳥嘌呤O6位上的甲基移到 蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基上而修復(fù)損傷的DNA。這個酶的 修復(fù)能力并不很強(qiáng)，但在低劑量烷化劑作用下能誘導(dǎo)出 此酶的修復(fù)活性。,(二)切除修復(fù)(excision repair)是修復(fù)DNA損傷最為普遍的方式，對多種DNA損傷包括堿基脫落形成的無堿基位點(diǎn)、嘧啶二聚體、堿基烷基化、單鏈斷裂等都能起修復(fù)作用。這種修復(fù)方式普遍存在于各種生物細(xì)胞中，也是人體細(xì)胞主要的DNA修復(fù)機(jī)制。修復(fù)過程需要多種酶的一系列作用。,首先由核酸酶識別DNA的損傷位點(diǎn)，在損傷部位的5側(cè)切開磷酸二酯鍵。不同的DNA損傷需要不同的特殊核酸內(nèi)切酶來識別和切割；由53核酸外切酶將有損傷的DNA片段切除；在DNA聚合酶的催化下，以完整的互補(bǔ)鏈為模板，按53方向DNA鏈，填補(bǔ)已切除的空隙；由DNA連接酶將新合成的DNA片段與原來的DNA斷鏈連接起來。這樣完成的修復(fù)能使DNA恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)。,DNA聚合酶I,DNA連接酶,ATP,DNA損傷后重組修復(fù),(三)重組修復(fù)(又稱復(fù)制后修復(fù), recombinational repair) 上述的切除修復(fù)在切除損傷段落后是以原來正確的互補(bǔ)鏈為模板來合成新的段落而做到修復(fù)的。但在某些情況下沒有互補(bǔ)鏈可以直接利用，例如在DNA復(fù)制進(jìn)行時(shí)發(fā)生DNA損傷，此時(shí)DNA兩條鏈已經(jīng)分開，其修復(fù)如圖示：,受損傷的DNA鏈復(fù)制時(shí)，產(chǎn)生的子 代DNA在損傷的對應(yīng)部位出現(xiàn)缺口。 另一條母鏈DNA與有缺口的子鏈 DNA進(jìn)行重組交換，將母鏈DNA上 相應(yīng)的片段填補(bǔ)子鏈缺口處，而母 鏈DNA出現(xiàn)缺口。以另一條子鏈DNA為模板，經(jīng)DNA 聚合酶催化合成一新DNA片段填補(bǔ) 母鏈DNA的缺口，最后由DNA連接酶連接，完成修補(bǔ)。,受損傷的DNA在進(jìn)行復(fù)制時(shí)，跳過損傷部位，在子代DNA鏈與損傷相對應(yīng)部位