第十章 DNA 的生物合成 (Biosynthesis of DNA)

第一节 DNA 复制的特点

第二节 DNA 复制的条件

第三节 DNA 生物合成过程

第四节 DNA 的损伤与修复

第五节 反转录作用

•DNA 是由四种脱氧核糖核酸所组成的长链大分子，是遗传信息的携带者。生物体的遗传信息就贮存在 DNA的四种脱氧核糖核酸的排列顺序中。•DNA 的复制 : 指以原来 DNA 分子为模板合成出相同分子的过程。 DNA 通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。 •DNA 复制时每个子代 DNA 分子的一条链来自亲代 DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式称半保留复制。 •意义：半保留复制说明 DNA 在代谢上的稳定性。经过许多代的复制， DNA 链仍可保持完整，这在生物的遗传上是十分重要的。•DNA 的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。

DNA dependent DNA polymerase——DDDPDNA dependent RNA polymerase——DDRPRNA dependent RNA polymerase——RDRPRNA dependent DNA polymerase——RDDP

在 RNA 病毒中，其遗传信息贮存在 RNA

分子中。因此，在这些生物体中，遗传信息

的流向是 RNA 通过复制，将遗传信息由亲代

传递给子代，通过反转录将遗传信息传递给

DNA ，再由 DNA 通过转录和翻译传递给蛋白

质，这种遗传信息的流向就称为反中心法

则。

第一节 DNA 复制的特点一、半保留复制 DNA 在复制时，以亲代 DNA 的每一股作模板，合成完全相同

的两个双链子代 DNA ，每个子代 DNA 中都含有一股亲代 DNA 链，这种现象称为 DNA 的半保留复制 (semi-conservative replication) 。

DNA 以半保留方式进行复制，是在 1958 年由

M. Meselson 和 F. Stahl 所完成的实验所证

明。该实验首先将大肠杆菌在含 15N 的培养基中

培养约十五代，使其 DNA 中的碱基氮均转变为

15N 。将大肠杆菌移至只含 14N 的培养基中同步

培养一代、二代、三代。分别提取 DNA ，作

CsCl 密度梯度离心，可得到下列结果：

DNA 在复制时，需在特定的位点起始，这是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段，即复制起始点。

细菌的 Ori C 结构特点： 串联重复序列 (tandem repeat):A-T 回文结构 (palindrome)

二、有一定的复制起始点、复制子和方向（ 1）复制起始点 (Ori C)

A--TA--GTGT AATAGGT--TDnaA

在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。最早研究 DNA 复制起点和方向的是 J.Cairns （ 1963 年）。

Replication Fork

DNA 复制时，局部双螺旋解开形成两条单链，这种叉状结构称为复制叉。

基因组能独立进行复制的功能单位称为复制子

(replicon)，每个复制子都含有控制复制起始的起点

(origin)，可能还有终止复制的终点 (terminus)。每个起

始点产生两个移动方向相反的复制叉，复制完成时，复

制叉相遇并汇合连接。习惯上把两个相邻起始点之间的

距离定为一个复制子。

（ 2 ）复制子

DNA 复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行复制 . 但在低等生物中 , 也可进行单向复制（如滚环复制）

①. 原核细胞：染色体和质粒 固定起点 真核细胞：细胞器 DNA 双向复制， 环状 DNA 复制形成 θ 形结构。②. 真核生物：染色体 DNA ，复制时多个起始点。

（ 3 ）复制方向

θ 型

单向复制i

双向复制

观察到的放射自显影图象

单链环状 DNA 主要采用滚环式复制

5′

3′

5′3′

5′

① 滚环式复制是某些低等生物的复制形式．

② 在入侵细胞后，病毒在胞内的繁殖方式（复制型）为双链 DNA ，环状双链 DNA 受有核酸内切酶活性的 A 蛋白作用，在复制起始点打开一个缺口，形成有 3 ，－ OH 和 5 ， -P的开环单链．

③ 复制不需引物而在开链的 3 ， -OH 延伸，保持闭环的对应单链为模版，一边滚动一边进行连续的复制．

④ 滚动的同时，外环 5 ，端逐渐离环向外伸出．完成一次复制后， A 蛋白把母链和子链切断，外环母链再重新滚动一次， 3 ，端沿母链延长，最后合成两个子双环．

D 环复制 ① D 环复制是线粒体 DNA （ mtDNA ）的复制形式．

② 复制时需要合成引物．

③mtDNA 为双链，第一个引物以内环模板延伸．

④ 至第二个复制起始点时，又合成另一个反向引物，以外环为模板进行反向的延伸．

⑤ 复制中呈字母 D 形状而得名．

⑥ D 环复制的特点：复制起始点不在双链 DNA 同一位点，内、外环复制时序有差异．

⑦ 真核生物的 DNA-pol γ 是线粒体催化 DNA 复制的 DNA 聚合酶．

⑧ mtDNA 容易发生突变，损伤后的修复又较困难．

真核生物 DNA 的多起点复制

三、需要引物 参与 DNA 复制的 DNA 聚合酶，必须以一段具有 3’

端自由羟基（ 3’-OH ）的 RNA 作为引物 (primer) ，才能开始聚合子代 DNA 链。

RNA 引物的大小，在原核生物中通常为 50 ～ 100 个

核苷酸，而在真核生物中约为 10 个核苷酸。 RNA 引物的碱基顺序，与其模板 DNA 的碱基顺序相配对。

四、双向复制 DNA 复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行

复制。但在低等生物中，也可进行单向复制（如滚环复制）。

五、半不连续复制（（ semidiscontinuous replicationsemidiscontinuous replication ））

由于 DNA 聚合酶只能以 5’→3’ 方向聚合子代 DNA 链，即模板 DNA链的

方向必须为 3’→5’ 。因此，分别以两条亲代 DNA 链作为模板聚合子代 DNA链

时的方式是不同的。

定义：在定义：在 DNADNA 复制过程中，复制过程中，亲代亲代 DNADNA 分子中以分子中以 3’3’→→5’5’ 方向的母链作为方向的母链作为模板指模板指

导导新的链以新的链以 5’5’→→ 3’3’ 方向连续合成方向连续合成 ;; 另一股以另一股以 5’5’→→ 3’ 3’ 为方向的母链则为方向的母链则指指

导新合成导新合成的链以 的链以 5’5’→→ 3’3’ 方向合成方向合成 1000—20001000—2000 个核苷酸长度的许多不连个核苷酸长度的许多不连续续

的片段（岗的片段（岗崎片段）崎片段）。这种复制方式称之为。这种复制方式称之为半不连续复制半不连续复制。。

PPPOH + OH

PPP

OHPPP

PPPOHOH + P

DNA 合成方向不可能是 3′→5′ 的解释

5’5’

5’3’3’

3’3’

5’5’

5’5’

3’3’

3’3’

5’5’

5’5’

3’3’

3’3’

前导链前导链

随从链随从链

岗崎片段岗崎片段

半不连续复制半不连续复制

以 3'→5' 方向的亲代 DNA 链作模板的子代链在复制时基本上是连续进行的，其子代链的聚合方向为 5'→3' ，这一条链被称为领头链 (leading strand) 。而以 5'→3' 方向的亲代 DNA 链为模板的子代链在复制时则是不连续的，其链的聚合方向也是 5'→3' ，这条链被称为随从链 (lagging strand)。

前导链：在引物的 3’ 端按 5’→3’ 方向连续不断地合成的 DNA 链。

随从链：在引物的 3’ 端按 5’→3’ 方向不连续合成的 DNA 链。

冈崎片段：随从链上不连续合成的 DNA 短片段（不包括引物）

由于亲代 DNA 双链在复制时是逐步解开的，因此，随从链的合成是一段一段的。 DNA 在复制时，由随从链所形成的一些子代 DNA短链称为冈崎片段 (Okazaki fragment) 。 冈崎片段的大小，在原核生物中约为 1000 ～ 2000 个核苷酸，而在真核生物中约为 100 个核苷酸。

第二节 DNA 复制的条件一、底物 以四种脱氧核糖核酸 (deoxynucleotide triphosphate) 为底物，即 dATP， dGTP， dCTP， dTTP。

二、模板 (template) DNA 复制是模板依赖性的，必须要以亲代 DNA 链作为模板。亲代 DNA 的两股链解开后，可分别作为模板进行复制。

三、引物酶 (primase) 、引发体 (primosome) 、引 发前体和 RNA 引物

DNA 聚合酶只能在引物的 3’- 末端起始 DNA 链合成，合成

这些引物的酶统称为引物酶。

引发体 (primosome):

引发体由引物酶（ primase ）与引发前体组装而成的复合

物，催化引物 RNA 的合成。由引发前体六种蛋白（ dnaB, dnaC, I, n,

n’, n” ）组成。

引物酶本质： DDRP Ecoli ： 60kD ， DnaG 编码）引发体 (primosome)

引物酶

引发前体 i 、 n 、 n” 、 dnaC n’ 、 dnaB

5´

5´RNA primer

5´ 3´

5´3´

DnaA

5´ 3

3´ 5´primase

DnaC

primosome

Helicase(DnaB)

引发前体是由若干蛋白因子聚合而成的复合体。在原核生物

中，引发前体至少由六种蛋白因子构成。蛋白 i(DnaT) 、蛋白

n(PriA) 、蛋白 n”(PriC) 、蛋白 dnaC 与引物预合成有关，蛋白

n’ (PriB) 与蛋白 dnaB 与识别复制起始点有关，并具有

ATPase 活性。 　 引物酶本质上是一种依赖 DNA 的 RNA 聚合酶 (DDRP) ，该

酶以 DNA 为模板，聚合一段 RNA 短链引物 (primer) ，以提供

自由的 3'-OH ，使子代 DNA 链能够开始聚合。

四、 DNA 聚合酶 (DDDP)

( 一 )共同性质

•以 dNTP 为前体催化合成 DNA•需要模板和引物的存在•不能起始合成新的 DNA链•催化 dNTP 加到生长中的 DNA链的 3’-OH末端

•催化 DNA合成的方向是 5’→3’

（二）种类和生理功能1. 原核生物的 DNA 聚合酶 在原核生物中，目前发现的 DNA 聚合酶有三种，分别命名为

DNA 聚合酶Ⅰ (polⅠ) ， DNA 聚合酶Ⅱ (polⅡ) ， DNA 聚合酶

Ⅲ(pol Ⅲ) ，这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。参与

DNA 复制的主要是 polⅠ和 pol Ⅲ。 polⅠ为单一肽链的大分子蛋白质，可被特异的蛋白酶水解为

两个片段，其中的大片段称为 Klenow fragment ，具有 5’→3’

聚合酶活性和 3’→5’ 外切酶的活性。

3’ 5’ 5’ 3’3’ 5’ 5’ 3’ 外切酶 聚合酶外切酶 聚合酶

NN CC 5’ 3’5’ 3’外切酶外切酶

小片段小片段 大片段（ 大片段（ klenowklenow 片段）片段）

切除切除 RNARNA 引物引物损伤修复损伤修复 校读功能校读功能

（（常用的工具酶）常用的工具酶）

(1) DNA(1) DNA 聚合酶Ⅰ（聚合酶Ⅰ（ DNA DNA PolymeraseⅠPolymeraseⅠ））

聚合功能聚合功能

• KornbergKornberg 酶（酶（ 19561956 年）年）• 100 个酶分子 /每个细胞• 单链多肽（ 109kD ）• 大小二个片段 （枯草杆菌蛋白酶处理）

34kD 76kD

5’-3’聚合酶活性•模板•引物-3’-OH

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

3’-5’ 外切酶活性

5'→3' 外切酶活性

• 从 5’-P端依次切除，可连续切除• 只切配对的 5’-P末端核苷酸• 既可切除脱氧核苷酸也可切除核苷酸

(2) 大肠杆菌 DNA 聚合酶Ⅱ (DNA polⅡ)

• MW 为 120KD• 100 个酶分子 /每个细胞•聚合作用 :只有 DNA polⅠ的 5%• 3’→5’外切酶活性•无 5’→3’外切酶活性。•对作用底物的选择性较强，•不是复制的主要聚合酶

(3)pol Ⅲ: 由十种共 22个亚基组成• α亚基具有 5’→3’聚合 DNA 的酶活性• ε 亚基具有 3’→5’外切酶的活性• θ 亚基具有促进 ε亚基外切酶的活性

大肠杆菌三种 DNA 聚合酶特性比较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

生理功能

DNA聚合酶Ⅰ

DNA 聚合酶Ⅲ（复合物）

109 ， 000

400

+

+

+

1

去除引物填补缺口修复损伤校正错误

120 ， 000

100

+

+

-

0 .05

未知

400 ， 000

10-20

+

+

+

50

DNA 复制校正错误

比较项目

2. 真核细胞的 DNA 聚合酶

• 五种五种• DNADNA 聚合酶聚合酶 αα• DNADNA 聚合酶聚合酶 δδ 和和 PCNAPCNA• DNADNA 聚合酶聚合酶 γγ• DNADNA 聚合酶聚合酶 ββ 、、 εε

• 参与随从链的合成参与随从链的合成• 参与前导链的合成参与前导链的合成• 参与线粒体参与线粒体 DNADNA 的合成的合成• 参与参与 DNADNA 的修复的修复

真核细胞几种主要 DNA 聚合酶的性质

DNA 聚合酶 α β γ δ ε

蛋白质分子量（ KD ） > 250 36-38 160-300 170 256

细胞定位 核 核 线粒体 核 核5’ →3’ 聚合酶 有 有 有 有 有3’ →5’ 外切酶 无 无 有 有 有引物酶 有 无 无 无 无

DNA 连接酶

五、 DNA 连接酶 DNA 连接酶 (DNA ligase) 可催化两段 DNA片段之间磷酸二

酯键的形成，而使两段 DNA 连接起来。

DNA 连接酶催化的条件是：

① 需一段 DNA片段具有 3'-OH ，而另一段 DNA片段具有 5'-Pi基；

② 未封闭的缺口位于双链 DNA 中，即其中有一条链是完整的；

③ 需要消耗能量，在原核生物中由 NAD+供能，在真核生物中由 ATP供能。

六、解螺旋酶 (unwinding enzyme/ helicase/ rep 蛋白）

解螺旋酶（ unwinding enzyme ），又称 DNA解链酶 (DNA helicase)或

rep 蛋白，是用于解开 DNA 双链的酶蛋白。通过水解 ATP 获得能量，来打开 DNA

双链， DNA 双螺旋解开形成单链，暴露出碱基，便于复制，每解开一对碱基，

需消耗两分子 ATP。

目前发现存在至少存在两种解螺旋酶。

七、单链 DNA 结合蛋白单链 DNA 结合蛋白（ single strand binding protein, SSB）又称螺旋反稳

蛋白（ HDP）。这是一些能够与单链 DNA 结合的蛋白质因子。其作用为：

① 使解开双螺旋后的 DNA 单链能够稳定存在，即稳定单链 DNA ，便于以其为模板复制子代 DNA；

② 保护单链 DNA ，避免核酸酶的降解。

八、拓扑异构酶 (topoisomerase) 拓扑异构酶Ⅰ可使 DNA 双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将 DNA 链连接起来，从而避免出现链的缠绕。

拓扑异构酶Ⅱ可切断 DNA 双链，使 DNA 的超螺旋松解后，再将其连接起来。

大肠杆菌拓朴异构酶Ⅰ的结构

基本步骤：1 、双链的解开（起始）

2 、引发： RNA 引物的合成

3 、 DNA 链的延长

4 、切除 RNA 引物，填补缺口，连接相邻的 DNA 片段

5 、切除和修复掺入 DNA 链的 dUMP 和错配碱基。

第三节 DNA 生物合成过程

一、复制的起始

复制起点上四个 9bp重复序列为 DnaA 蛋白的结合位点，大约 20-40 个 DnaA 蛋

白各带一个 ATP 结合在起点位点上，并聚集在一起， DNA缠绕其上，形成起始复

合物． Hu 蛋白是细胞的类组蛋白质，可与 DNA 结合，使双链 DNA弯曲．受其影

响，邻近三个成串富含 AT 的 13bp 序列被变性，成为开链复合物，所需能量由ATP

提供． DnaB六聚体随即在 DnaC帮助下结合于解链区． DnaB借助水解 ATP产生的

能量，沿 DNA 链 5’-3’ 方向移动，解开 DNA 双链，此时称为前引发复合物． DNA

双链的解开还需要 DNA旋转酶（拓扑异构酶Ⅱ）和 SSB. 　至此，即可由引物合

成酶 (DnaG) 合成 RNA 引物并开始 DNA 的复制．

复制的起始，要求 DNA 呈负超螺旋，并且起点附近的基因处于转录状态． RNA 聚合酶对复制起始的作用，可能是因为其在起始点附近合成一段 RNA ，形成 RNA 突环，影响起点的结构，因而有利于 DnaA 的作用．

结合 Ori 区，具 ATP 酶活性促进 DnaB 形成起始复合物

DNA螺旋酶

运输 DnaB

DNA 引发酶

促进起始复合物形成

二、复制的延长（一）聚合子代 DNA 由 DNA 聚合酶催化，以 3‘→5’ 方向的亲代 DNA 链为模板，从 5‘→3’ 方向聚合子代 DNA 链。 在原核生物中，参与 DNA 复制延长的是 DNA 聚合酶Ⅲ；而在真核生物中，是 DNA 聚合酶 α( 延长随从链 ) 和 δ( 延长领头链 ) 。

（二）引发体移动 引发体向前移动，解开新的局部双螺旋

，形成新的复制叉，随从链重新合成 RNA 引

物，继续进行链的延长。

Topoisomerase

Okazaki fragments

复制过程中的复制叉

三、复制的终止

Origin

Terminus

DaughterDNA

structure

( 一 ) 去除引物，填补缺口 在原核生物中，由 DNA 聚合酶Ⅰ来水解去除 RNA 引物，并由该酶催化延长引物缺口处的 DNA ，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。而在真核生物中， RNA 引物的去除，由一种特殊的核酸酶来水解，而冈崎片段仍由 DNA 聚合酶来延长。

( 二 ) 连接冈崎片段 在 DNA 连接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的 DNA长链。

• 去除引物• 填补缺口 • 连接冈崎片段• 链的分离

end

startDNA pol I

DNA pol I

ligase

ligation of leading strand

RNA primerDNA pol I

DNA pol I

DNA ligase

Ligation of laging strand

（三）真核生物端粒的形成 端粒 (telomere) 是指真核生物染色体线性 DNA 分子

末端的结构部分，通常膨大成粒状。其共同的结构特征是

由一些富含 G、 C的短重复序列构成可重复数十次至数百

次。

线性 DNA 在复制完成后，其末端由于引物 RNA 的水

解而可能出现缩短。故需要在端粒酶（ telomerase ）的

催化下，进行延长反应。

端粒酶是一种 RNA- 蛋白质复合体，它可以其 RNA 为

模板，通过逆转录过程对末端 DNA 链进行延长。

• 端粒（ telomere ） 染色体线性 DNA 分子末端 通常膨大成粒状 共同的结构特征 : 富含 TG 短重复序列 维持染色体稳定• 端粒酶（ telomerase ） RNA- 蛋白质复合体 逆转录酶 延长末端 DNA 链进行

各种生物端粒酶 RNA 组分序列和长度

四膜虫 TTGGGG CAACCCCAA 150Euplotes TTTTGGGG CAAAACCCCAAAACC 190Oxytricha TTTTGGGG CAAAACCCCAAAACC 190 人 TTAGGG CAAUCCC 450 小鼠 TTAGGG CAAUCCC 450啤酒酵母 TG(1-3) CACCACACCCACACAC 130

生物体 端粒 端粒酶 RNA 大小 DNA 序列 RNA 序列 （ nt ） 5’ → 3’ 3’ →5 ’

TxGy

DNA 聚合酶DNA 连接酶

DNA 核酸酶

第四节 DNA 的损伤与修复一、 DNA 的损伤（突变） 由自发的或环境的因素引起 DNA 一级结构的任何异常的改变称为 DNA 的

损伤，也称为突变（ mutation ）。常见的 DNA 的损伤包括碱基脱落、碱基修

饰、交联，链的断裂，重组等。

（一）引起突变的因素1 ．自发因素(1) 自发脱碱基：由于 N-糖苷键的自发断裂，引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。

每日可达近万个核苷酸残基。(2) 自发脱氨基：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶，腺嘌呤自发脱氨基可生成

次黄嘌呤。每日可达几十到几百个核苷酸残基。(3) 复制错配：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，发生频率较低。

2 ．物理因素

由紫外线、电离辐射、 X 射线等引起的 DNA 损伤。其中， X 射线和电离辐

射常常引起 DNA 链的断裂，而紫外线常常引起嘧啶二聚体的形成，如 TT， TC

， CC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构，因而

会引起复制障碍。

3 ．化学因素

(1) 脱氨剂：如亚硝酸与亚硝酸盐，可加速C脱氨基生成 U， A脱氨基生成 I。

(2) 烷基化剂：这是一类带有活性烷基的化合物，可提供甲基或其他烷基，引起碱基或磷酸基的烷基化，甚至可引起邻近碱基的交联。

(3) DNA加合剂：如苯并芘，在体内代谢后生成四羟苯并芘，与嘌呤共价结合引起损伤。

(4) 碱基类似物：如 5-FU 等，可掺入到 DNA 分子中引起损伤或突变。

(5) 断链剂：如过氧化物，含巯基化合物等，可引起 DNA 链的断裂。

（二） DNA 突变的类型

碱基的转换

（三） DNA 突变的效应

1 ．同义突变：基因突变导致mRNA暗码子第三位碱基的改变但不引起暗码子意义的改变，其翻译产物中的氨基酸残基顺序不变，但有时可引起翻译效率降低。

2．误义突变：基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换，其意义发生改变，翻译产物中的氨基酸残基顺序发生改变。

3 ．无义突变：基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换而改变成终止暗码子，引起多肽链合成的终止。

4 ．移码突变：基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换，引起突变点之后的氨基酸残基顺序全部发生改变。

二、 DNA 损伤的修复 DNA 损伤的修复方式可分为直接修复和取代修复两大类。

• ⌒ hv ⌒

UV → TT → 光复活酶→ 修复 TT

（一）直接修复

1 ．光复活（ light repairing） 这是一种广泛存在的修复作用。光复活能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。

其修复过程为： 光复活酶（ photo-lyase)识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物→在 300 ～ 600nm 可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁酰环打开，使之完全修复→光复活酶从 DNA上解离。

2 ．转甲基作用

在转甲基酶的催化下，将 DNA上的被修饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化而失活。

3 ．直接连接

DNA断裂形成的缺口，可以在 DNA 连接酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。

（二）取代修复1 ．切除修复 (excision repairing) 这也是一种广泛存在的修复机制，可适用于多种 DNA 损伤的

修复。该修复机制可以分别由两种不同的酶来发动，一种是核酸内

切酶，另一种是 DNA 糖苷酶。 　　　　　 ⌒

可修复 TT ，电离辐射，某些化学诱变剂造成的 DNA 结构的破坏 　参加的酶有：特异的核酸内切酶；外切酶；聚合酶；连接酶。

2．重组修复 (recombination repairing) 这是 DNA 的复制过程中所采用的一种有差错的修复方式。 ( 重重

组修复，复制后修复组修复，复制后修复 )

3 ． SOS 修复 由 DNA 损伤或抑制复制的处理所引起的一系列复杂的诱导效

应，称为应急反应（ SOS ）。这是一种在 DNA 分子受到较大范围损

伤并且使复制受到抑制时出现的修复机制，以 SOS借喻细胞处于危

急状态。 　　 DNA 分子受到长片段高密度损伤，使 DNA 复制过程在损伤部

位受到抑制。损伤诱导一种特异性较低的新的 DNA 聚合酶，以及

重组酶等的产生。由这些特异性较低的酶继续催化损伤部位 DNA的

复制，复制完成后，保留许多错误的碱基，从而造成突变。

SOS 反应诱导的二种修复作用

• 1) 避免差错修复• 诱导切除修复和重组修复中，某些酶和 protein 产生，含量增加，从而加强修复功能，且修复过程不引入错配碱基。

• 2) 倾向差错修复• 诱导出缺乏校对功能的 DNA 聚合酶，能在 DNA 损伤部

位进行复制而避免了死亡，却带来高的变异率。

DNA 复制的保真性：•遵守严格的碱基配对规律• DNA 聚合酶在复制时对碱基的正确选择• DNA 聚合酶本身具有校对作用• DNA 合成起始时及冈崎片段合成开始时都有 RNA 引物

• DNA 自我修复机制（ DNA直接修复、碱基切除修复、核苷酸切除修复、错配修复等）

一 .概念

• 以 RNA 为模板、按照 RNA 中的核苷酸顺序合成 DNA ，与通

常转录过程中遗传信息流从 DNA 到 RNA 的方向相反，故称为

反转录 (reverse transcription) ，即在 RNA 指导下

DNA 的合成。

第五节 反转录作用

二 . 反转录酶（ reverse transcription ）

• 1 、发现

• 1970 年 , Temin 、 Mizufani 、 Baltimore 分别从致癌 RNA 病毒中发现。

• 1964 年， Temin 提出前病毒学说：

单链 RNA 病毒 →→→ 双链 DNA 病毒 → 宿主细胞

• 　　　　　　　　　（前病毒）• → 恶性转化

2 、性质：• 致癌 RNA 病毒反转录酶，一个 α 亚基，一个 β亚基，含 Zn2+

反应特点：1 ） 要求引物，与模板互补，具有游离 3’—OH

2 ）模板（自身 RNA病毒，带有适当引物的其他 RNA ）

3） dNTP 底物， Mg2+和 Mn2+，还原剂

4） DNA 链的延长方向 5 ，→ 3 ，

3 、多功能酶1 ） RNA→cDNA ，形成 RNA—DNA 杂交分子（ RNA 指导的 DNA 聚合

酶）

2）水解杂种分子中的 RNA ， 5’→3’或 3’→5’ 核酸外切酶作用

3 ）以新合成 DNA 模板，合成互补 DNA→ 双链 DNA （前病毒）（ DNA 指导的 DNA 聚合酶）

三 . 逆转录病毒的生活周期

四 . 反转录酶发现的意义1 、对中心法则的补充和修正；

2 、逆转录酶： RNA →cDNA ；

3 、导致了“癌基因” 发现，并使致癌的分子机制研究有了重大进展。

附　真核生物 DNA 的复制 1 、拓扑异构酶代替解旋酶 ;

2 、 RNA 引物短（ 10b ） ;

3 、冈崎片段也短（ 400b ），（原核 1000-2000 ） ;

4 、复制速度慢： 2600 b/min ，与组蛋白存在有关 ;

5 、多起点复制 ;

6 、 DNA 聚合酶 αβγ 及线粒体 DNA 聚合酶，仅有聚合而无外切作用 ;

7 、连接酶靠 ATP 而不是 NAD.

1 、复制是半保留的 ;

2 、细菌、病毒起始于特定位点，真核生物有多个起始位点 ;

3 、可以单向复制，也可以双向复制，后者更常见 ;

4 、两条新合成的 DNA 链延伸方向均为 5，→ 3

，;

5 、复制是半不连续的 ;

6 、 DNA 的复制是需要引物的 .

结合 Ori区，具 ATP 酶活性促进 DnaB形成起始复合物 运输 DnaB