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酶活性

5′→3′聚合作用

3′→5′外切作用 α β γ δ e +

- + - + + + + + +

细胞 核 复制、引发 核 修复 线粒体 复制 核 复制 核 复制 ⒓真核生物染色体DNA的端粒有何功能？它们是如何合成的？

答：真核生物线形染色体的末端具有一种特殊的结构，称为端区或端粒。端区结构中有核苷酸重复序列，一般在一条链上为TxGy，互补链为CyAx，x与y大约在1-4范围 端粒酶是一种由 RNA和蛋白质组成的酶，RNA和蛋白质都是酶活性必不可少的组分。可看作是一种反转录酶。此酶组成中的RNA可作为模板，催化合成端区的DNA片段。端粒酶催化合成端区，在保证染色体复制的完整性上有重要意义。

⒔哪些因素能引起DNA损伤？生物机体是如何修复的？这些机制对生物机体有何意义？ 答：一些物理化学因子如紫外线、电离辐射和化学诱变剂均可引起DNA损伤，破坏其结构与功能。然而在一定条件下，生物机体能使这种损伤得到修复。

紫外线可使DNA分子中同一条链上两个相邻的胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体（TT），两个T以共价键形成环丁烷结构。CT、CC间也可形成少量二聚体（CT、CC），使复制、转录受阻。 细胞内具有一系列起修复作用的酶系统，可以除去DNA上的损伤，恢复DNA的双螺旋结构。目前已知有4种酶修复系统：光复活、切除修复、重组修复、SOS反应诱导的修复，后三种不需要光，又称为暗修复。 1.直接修复

1949年已发现光复活现象，可见光（最有效400nm）可激活光复活酶，此酶能分解由于紫外线形成的嘧啶二聚体。高等哺乳动物没有此酶。 2.切除修复

在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除，并以完整的那一条链为模板，合成出切去部分，DNA恢复正常结构。 3.结构缺陷的修复：

（1）核酸内切酶识别DNA损伤部位，在其附近将其切开。 （2）核酸外切酶切除损伤的DNA。 （3）DNA聚合酶修复。 （4）DNA连接酶连接。

4.无嘌呤无嘧啶——碱基缺陷或错配——脱碱基（N-糖苷酶）： 甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤第7位氮原子烷基化，活化β-糖苷键，造成脱嘌呤作用；酸也能使DNA脱嘌呤。 DNA复制时，DNA聚合酶对dTTP和dUTP分辨力不高，有少量dUTP掺入DNA

链。细胞中的尿嘧啶-N-糖苷酶可以切掉尿嘧啶。腺嘌呤脱氨形成次黄嘌呤时也可以被次黄嘌呤-N-糖苷酶切掉次黄嘌呤。对于无嘌呤无嘧啶的损伤有两种修复方法：

（1）AP核酸内切酶切开，核酸外切酶切除，DNA聚合酶修复，DNA连接酶连接。

（2）插入酶插入正确碱基。 5.重组修复

切除修复发生在DNA复制之前，而当DNA发动复制时尚未修复的损伤部位，可以先复制，再重组修复。

在重组修复过程中，DNA链的损伤并未除去。

重组修复至少需要4种酶组分。重组基因recA编码一种分子量为40000的蛋白质，它具有交换DNA链的活力。RecA蛋白被认为在DNA重组和重组修复中均起关键作用。recB、recC基因分别编码核酸外切酶V的两个亚基。此外，修复合成还需要DNA聚合酶和连接酶。 6.易错修复和应急反应（SOS反应）

诱导修复是细胞DNA受到严重损伤或DNA复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的一系列诱导性修复。

SOS反应诱导的修复系统包括避免差错的修复（无差错修复）和易错的修复。 避免差错的修复：SOS反应能诱导光复活切除修复和重组修复中某些关键酶和蛋白质的产生，从而加强光复活切除修复和重组修复的能力，这属于避免差错的修复。

易错的修复：SOS反应还能诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，它能在DNA损伤部位进行复制而避免了死亡，可是却带来了高的突变率，这属于易错的修复。 SOS反应是由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的。RecA蛋白不仅在同源重组中起重要作用，而且它也是SOS反应的最初发动因子。在有单链DNA和ATP存在时，RecA蛋白被激

活而表现出蛋白水解酶的活力，它能分解λ噬菌体的阻遏蛋白和LexA蛋白。LexA蛋白（22Kd）许多基因的阻遏物，当它被RecA的蛋白水解酶分解后就可以使一系列基因得到表达其中包括紫外线损伤的修复基因uvrA、uvrB、uvrC（分别编码核酸内切酶的亚基）以及recA和lexA基因本身，还有单链结合蛋白基因ssb，与λ噬菌体DNA整合有关的基因himA、与诱变作用有关的基因umuDC，与细胞分裂有关的基因sulA，ruv，和lon，以及一些功能不清楚的基因dinA，B，D，F等。

DNA的修复机制对保证遗传信息在传递过程中的忠实性，连续性具有重要的意义。

⒕何谓应急反应(SOS)和易错修复？它们之间是什么关系？SOS反应对生物机体有何意义？ 答：诱导修复是细胞DNA受到严重损伤或DNA复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的一系列诱导性修复。

SOS反应诱导的修复系统包括避免差错的修复（无差错修复）和易错的修复。 避免差错的修复：SOS反应能诱导光复活切除修复和重组修复中某些关键酶和蛋白质的产生，从而加强光复活切除修复和重组修复的能力，这属于避免差错的修复。

易错的修复：SOS反应还能诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，它能在DNA

损伤部位进行复制而避免了死亡，可是却带来了高的突变率，这属于易错的修复。 易错修复是应急反应(SOS)中的一种。

SOS反应广泛存在于原核生物和真核生物，它为生物在极为不利的环境中求得生存提供了机会。

⒖何谓突变？突变与细胞癌变有何联系？

答：基因突变是指由于DNA碱基对的置换、增添或缺失而引起的基因结构的变化，亦称点突变。在自然条件下发生的突变叫自发突变，由人工利用物理因素或化学药剂诱发的突变叫诱发突变。基因突变是生物变异的主要原因，是生物进化的主要因素。在生产上人工诱变是产生生物新品种的重要方法。

根据基因结构的改变方式，基因突变可分为碱基置换突变和移码突变两种类型。 基因突变有可能破坏DNA复制和细胞分裂的正常调控机制，引起细胞癌变。

⒗DNA复制时两条链发生错配的概率是否相等？两条链错配修复的概率是否相等？ 答：DNA复制时两条链发生错配的概率不相等。两条链错配修复的概率也不相等。

⒘为什么引起SOS反应的化合物通常都是致癌剂？

答：由于癌变有可能是通过SOS反应诱变造成的，因此能引起SOS反应的化合物通常都具有致癌作用。

⒙试述Ames试验的原理。

答：B．N．Ames等经十余年努力，于1975年建立并不断发展完善的沙门氏菌回复突变试验，亦称Ames试验。该法比较快速、简便、敏感、经济，且适用于测试混合物，反映多种污染物的综合效应。Ames试验的原理是：

鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）的组氨酸营养缺陷型（his－）菌株，在含微量组氨酸的培养基中，除极少数自发回复突变的细胞外，一般只能分裂几次，形成在显微镜下才能见到的微菌落。受诱变剂作用后，大量细胞发生回复突变，自行合成组氨酸，发育成肉眼可见的菌落。某些化学物质需经代谢活化才有致变作用，在测试系统中加入哺乳动物微粒体酶，可弥补体外试验缺乏代谢活化系统之不足。

鉴于化学物质的致突变作用与致癌作用之间密切相关，故此法现广泛应用于致癌物的筛选。

第35章 DNA的重组

⒈DNA重组有何生物学意义？是否可以说没有DNA重组就没有生物进化？ 答：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。

DNA重组能迅速增加群体的遗传多样性，使有利突变与不利突变分开，通过优化组合积累有意义的信息。DNA重组参与许多重要的生物化学过程，为DNA损伤或自制障碍提供修复机制。某些基因的表达受DNA重组的调节。基因发育过程也受到基因加工的控制。另外，DNA重组对生物进化起着关键性作用。 可以说没有DNA重组就没有生物进化。

⒉是分析DNA复制 、修复和重组三者之间的关系。

答：DNA复制是DNA修复和重组的基础，修复保证了DNA复制的准确性，重组是修复的方式之一。

⒊DNA重组可分为哪几种类型？它们的主要特点是什么？

答：DNA重组有3种类型，分别是同源重组、特异位点重组和转座重组。 同源重组发生是依赖大范围的DNA同源序列的联会。重组过程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。其特点是：需要重组的蛋白质参与；蛋白质因子对DNA碱基序列的特异性要求不高；真核生物染色质的状态影响重组的频率。 特异位点重组的特点：重组依赖于小范围同源序列的联会，发生精确的断裂、连接，DNA分子并不对等交换。

转座重组的特点：完全不依赖于序列间的同源性而使一段DNA序列插入另一段中，但在形成重组分子时往往是依赖于DNA复制而完成重组过程。

⒋什么是同源重组？它有何功能？

答：同源重组又叫一般性重组，它是由两条同源区的DNA分子，通过配对、链的断裂和再连接，而产生片段交换的过程。

同源重组的功能是在减数分裂中使四联体某些位置的非姊妹染色单体之间可以发生交换。

⒌简要说明Holliday模型。

答：一对同源染色体有4个染色单体，每一染色单体是一条DNA双链，所以一对同源染色体有4条DNA双链。在晚偶线期和早粗线期染色体配对时，同源非姊妹染色单体的DNA分子配合在一起；核酸内切酶识别DNA分子上的相应断裂点（breakage point），在断裂点的地方把磷酸二酯键切断，使两个非姊妹DNA分子各有一条链断裂；两断链从断裂点脱开，螺旋局部放松，单链交换准备重接；在连接酶的作用下，断裂以交替方式跟另一断裂点相互联结，形成一个交联桥（cross-bridge），这结构又称Holliday中间体（Holliday intermediate）；这交联桥不是静态的，可以靠拉链式活动沿着配对DNA分子向左右移动，其中互补碱基间形成的氢键从一条亲本链改为另一条亲本链，于是移动后在两个亲本DNA分子间留下较大片段的异源双链DNA，这种结构又称为Holliday结构；随后这交联桥的两臂环绕另外两臂旋转成为十字形，并在交联部分断开，消除交联体，恢复为两个线性DNA分子，即形成Holliday结构的异构体；断开方向或沿东西轴进行，或沿南北方向进行；如沿东西方向切断，即上连、下连，则产生的两个异源双链的两侧基因为AB和ab，仍保持亲代类型，如沿南北方向切割，即左连、右连，则两侧基因为Ab和aB，产生两个重组类型，但不论是那种情况，即Holliday

结构断裂是否导致旁侧遗传标记的重组，它们都含有一个异源双链DNA区，有关的两核苷酸区段分别来自不同的亲本，从而由原来的G-C、A-T配对变为G-A、C-T非配对。

⒍细菌基因转移有哪几种方式？它们有何生物学意义？

答：细菌的基因转移方式有转化、转导、溶原性转换、接合和原生质体融合等五种方式。 细菌可通过细胞间基因转移，并通过基因重组以适应随时改变的环境。

⒎参与同源重组主要的酶和辅助因子有哪些?简要说明其作用机制。

答：参与同源重组主要的酶和辅助因子有：Rec A蛋白、Rec BCD酶、Ruv A 蛋

白、Ruv B 蛋白、Ruv C 蛋白、DNA 聚合酶和DNA连接酶。

Rec A蛋白，能促使两个同源DNA分子的碱基配对，形成杂种分子。Rec A蛋白首先与单链DNA结合（约每分子可结合５个核苷酸），形成一条DNA－蛋白质细丝（需消耗ATP）。于是Rec A蛋白即被活化而可将双螺旋解旋和分离，同时企图将它结合的单链与被解旋区域退火，如此继续下去，直到找到互补顺序。只要一旦有一小部份被真正“退火”，ATP供应的能量就会继续驱使配对反应趋于完成，其方向是５’→３’（单链部分）。当新的杂交双链形成时，Rec A蛋白即从原来的单链掉下来。

Rec BCD酶首先结合在又螺旋的游离端上，然后利用ATP供给的能量沿着双螺旋向前推进。在其行经之处，一路上解旋并又复旋。但由于解旋的速度快于复旋速度，所以解旋的双链区就越来越长。

Ruv A 蛋白识别 Holliday联结体的交叉点，Ruv A 蛋白四聚体结合其上形成四方平面的构象，使得分支点易于移动，Ruv A蛋白还帮助Ruv B 蛋白六聚体环结合在双链DNA上。Ruv B是一种解旋酶，可推动分支移动。同源重组最后由Ruv C可将Holliday联结体切开，并由DNA 聚合酶和DNA连接酶进行修复合成。

⒏何谓特异位点重组？其作用特点是什么？

答：位点专一性重组 这类重组在原核生物中最为典型。它发生在特殊的序列对之间，这种重组依赖于小范围同源序列的联会。在重组对之间的短的同源序列是供重组蛋白识别用的，它对同源性的要求不象同源性重组那么重要，蛋白质和DNA、蛋白质和蛋白质之间的作用更为关键。重组时发生精确的切割、连接反应，DNA不失去，不合成。两个DNA分子并不交换对等的部分，有时是一个DNA分子整合到另一个DNA分子中，因此又将这种形式的重组称为整合式重组(integrative recombination)。例如l噬菌体DNA通过其att位点和大肠杆菌DNA的attB位点之间专一性重组而实现整合过程。在重组部分有一段15 bp的同源序列，这一同源序列是重组的必要条件，但不是充分条件，还须位点专一性的蛋白质因子参与催化。这些蛋白质因子不能催化其他任何两条不论是同源的还是非同源序列间的重组，这就保证了l噬菌体DNA整合方式的专一性和高度保守性。这一重组不需要RecA蛋白质的参与。 ⒐说明λ噬菌体DNA的整合和切除过程。

答：这是一种特异位点重组，其基本过程如下：attB由称为BOB’的序列组成，而attP由POP’组成。O是核心序列，是attB和attP所共同的。而其两侧的序列是B，B’和P，P’，被称为臂。噬菌体DNA是环状的，重组时被整合入细菌染色体中，成为线性序列。前病毒的两侧是两个新的杂种att位点，左侧称为attL，由BOP’组成，而右侧为attR，由POB’组成。可见，整合和切出并不涉及相同的一对序列：整合需要识别attP和attB，而切出要求识别attL和attR。因此，重组位点的识别就决定了位点专一性重组的方向??整合或切出。虽然位点专一重组是可逆的，但反应的方向取决于不同环境条件，这对决定噬菌体的生命力

周期是非常性重要的。整合的。整合酶和IHF对整合和切出都是是必需的，而切出酶在控制反应方向上起重要作用??它对切出是必须的，但能抑制整合。在切除的环化过程中如果发生错误，前噬菌体可能失去某些基因而代之以其相邻的细菌基因。因为整合位点处于细菌染色体的gal和bio基因之间，切除过程中噬