第三章DNA的生物合成與重組DNABiosynthesis(Replication)本章主要內容：

第一節復制一、復制的基本特點二、原核生物DNA復制三、真核生物DNA復制四、復制的形式五、逆轉錄

第二節DNA損傷（突變）與修復1953年當Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構模型時，他們就意識到堿基配對原則可能對遺傳信息的傳遞具有重要的意義。這一設想已經得到證實。各種生物通過其自身基因組核酸準確、完整的復制將其中蘊藏的生物遺傳信息忠實地傳給子代，以保證物種的連續性。因此，遺傳信息的傳遞實際上就是基因組全部核酸序列的復制。復制(replication)是指遺傳物質的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。復制親代DNA子代DNA第一節復制在細胞分裂過程中，以親代DNA為模板合成子代DNA分子的過程稱為DNA復制（DNAreplication）。

自1953年Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構模型時開始，DNA復制的輪廓就已經誕生。

由于原核生物DNA復制過程相對比較簡單，有關復制的資料多半是從原核生物中獲得。（一）DNA雙鏈的解旋（二）復制的方式——半保留復制(semi-conservativereplication)（三）復制叉和半不連續復制(semi-discontinuousreplication)（四）復制的基本過程：起始、鏈的延長、終止。一、DNA復制的基本特點一、DNA復制的基本特點Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結構時指出，雙螺旋的每一條DNA鏈都可以作為模板合成一條與其互補的DNA鏈，從而形成兩條與其完全相同的子鏈。但是有兩個問題他們在當時尚無法回答：①在復制過程中DNA雙螺旋如何解旋將雙鏈打開；②在復制過程中DNA的兩條鏈是否同時作為模板復制子鏈。1958年MatthewMeselson和FranklinStahl通過實驗對后一個問題給予了一個滿意的解答，而人們對第一個問題的真正了解卻是在拓撲異構酶的發現之后。根據Watson和Crick的DNA雙螺旋模型以及他們對DNA作為復制模版的推測，人們首先提出的問題是：DNA分子只有在松弛螺旋、解開雙鏈、使堿基暴露后，才能在DNA聚合酶催化下以DNA為模板按堿基互補的原則進行復制。（一）DNA雙鏈的解旋那末，在復制過程中DNA雙螺旋如何解旋將雙鏈打開？按照每10個堿基一個螺旋推測，僅僅一條人的染色體DNA就有幾百萬甚至幾千萬次螺旋。很難想象在DNA進行復制時這些螺旋如何打開。為此人們在最初甚至對DNA雙螺旋的模型發生質疑。1954年Delbrück首次提出“斷裂-連接”模型（breakage-and-reunionmodel），試圖解釋DNA雙螺旋的解旋過程。但是直到20世紀70年代末拓撲異構酶被發現之后，人們才對這一過程具有了真正的了解。目前已知參與松弛螺旋及解鏈的酶與蛋白質主要有拓撲異構酶、解鏈酶及DNA單鏈結合蛋白。1、DNA拓撲異構酶DNA具有拓撲性質。拓撲性質是指物體或圖象作彈性移動而又保持物體不變的性質。堿基順序相同但連環數/拓撲環繞數不同的兩個雙鏈DNA分子稱為拓撲異構體。能催化DNA拓撲異構體互變的一類酶稱為拓撲異構酶（topoisomerase,topo）。拓撲異構酶可分為兩類，一類是拓撲異構酶I（TopoI），另一類是拓撲異構酶II（TopoII）。108局部解鏈后1、DNA拓撲異構酶：改變DNA超螺旋狀態、理順DNA鏈復制過程正超螺旋的形成：（一）DNA雙鏈的解旋解鏈過程中正超螺旋的形成既能水解、又能連接磷酸二酯鍵。拓撲異構酶Ⅰ

拓撲異構酶Ⅱ拓撲異構酶分類：拓撲異構酶作用特點：拓撲異構酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉不致打結；適當時候封閉切口，DNA變為松弛狀態。反應不需ATP。拓撲異構酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進入負超螺旋狀態。作用機制：拓撲酶的作用方式：2、解鏈酶(helicase)

——利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈。解鏈酶有多種，包括大腸桿菌解鏈酶II、III，大腸桿菌Rep蛋白等。復制時大部分解鏈酶可以沿著隨從鏈的模板以5'3'方向隨復制叉的前進而移動，并連續地解開DNA雙鏈。只有Rep蛋白是沿著前導鏈的模板以3'5'移動。Rep蛋白在初發現時被稱為復制蛋白Rep，后來發現它在有ATP存在時能解開DNA雙鏈，每解開1對堿基，需消耗2分子ATP，因而又定名為解鏈蛋白。在DNA復制時，Rep蛋白與某種解鏈蛋白分別在兩條DNA親鏈上協同作用，使DNA雙鏈得以解開。3、單鏈DNA結合蛋白單鏈DNA結合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——在復制中維持模板處于單鏈狀態并保護單鏈的完整，以利于其發揮模板作用。。SSB還能與復制新生的DNA單鏈結合，以保護其免被核酸酶水解。SSB在復制過程中，可以循環利用，發揮其保護單鏈DNA的作用。在DNA雙螺旋結構模型提出以后，關于DNA復制方式有幾種不同的推測。1、混合性復制：是在“斷裂-連接”模型的基礎之上提出的。Delbrück在試圖解釋DNA雙螺旋的解旋過程時提出了這一模型。但是根據這一模型推測出的DNA復制方式，得到一種非常復雜的結果：DNA的每一條子鏈的一部分由新合成的DNA組成，而另一部分由模板鏈組成。（二）半保留復制：是DNA復制的基本特征2、全保留復制（conservativereplication）：以親代的每一條鏈為模板合成一條新鏈，但在組成兩個子代分子時，一個子代分子完全是親代的兩條舊鏈組成，而另一個子代分子則由新合成的兩條新鏈組成。DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對規律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全從新合成。兩個子細胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復制方式稱為半保留復制。3、半保留復制AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA復制過程中形成的復制叉子代DNA子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式:

全保留式半保留式混合式密度梯度實驗:——實驗結果支持半保留復制的設想。含重氮-DNA的細菌培養于普通培養液

第一代繼續培養于普通培養液第二代梯度離心結果按半保留復制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現了遺傳的保守性。半保留復制的意義:遺傳的保守性，是物種穩定性的分子基礎，但不是絕對的。當DNA進行復制時雙螺旋鏈打開，新鏈沿著張開的模板生成，形成一種Y字形的結構，稱為復制叉（replicationfork）。

（三）復制叉和半不連續復制DNA一股子鏈復制的方向與解鏈方向相反導致半不連續復制3535解鏈方向3′5′3′3′5′領頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)A.環狀雙鏈DNA及復制起始點B.復制中的兩個復制叉C.復制接近終止點(termination,ter)oriterABC真核生物每個染色體有多個起始點，是多復制子的復制。習慣上把兩個相鄰起始點之間的距離定為一個復制子(replicon)

。復制子是獨立完成復制的功能單位。5’3’oriorioriori5’3’5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復制3’順著解鏈方向生成的子鏈，復制是連續進行的，這股鏈稱為領頭鏈(leadingstrand)

。另一股鏈因為復制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續延長，這股不連續復制的鏈稱為隨從鏈(laggingstrand)

。復制中的不連續片段稱為岡崎片段(okazakifragment)。領頭鏈連續復制而隨從鏈不連續復制，就是復制的半不連續性。DNA從起始點(origin)向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制叉，稱為雙向復制。DNA復制的酶學TheEnzymologyofDNAReplication參與DNA復制的物質:底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP；聚合酶(polymerase):

依賴DNA的DNA聚合酶，簡寫為DNA-pol；模板(template):

解開成單鏈的DNA母鏈；引物(primer):

提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合；其他的酶和蛋白質因子。一、核苷酸和核苷酸之間生成磷酸二酯鍵是復制的基本化學反應(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi聚合反應的特點:DNA新鏈生成需引物和模板；新鏈的延長只可沿5→3方向進行。二、DNA聚合酶催化核苷酸之間聚合全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡稱：DNA-pol活性：1.53的聚合活性2.核酸外切酶活性5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性:53外切酶活性:?能切除突變的DNA片段。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性:（一）原核生物的DNA聚合酶分為三型DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ原核生物的DNA聚合酶功能：DNA-polⅠ（109kD）對復制中的錯誤進行校讀，對復制和修復中出現的空隙進行填補。323個氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604個氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是實驗室合成DNA，進行分子生物學研究中常用的工具酶。

缺口平移當DNA單鏈有缺口時，DNApolI的5‘3’外切酶活性作用可以與聚合作用同時發生。切口處產生的3‘末端可作為引物，在DNApolI的5’3‘聚合活性的催化下，以互補的DNA單鏈為模板，依次將dNTP連接到切口的3’－OH末端，合成新的DNA單鏈；同時DNApolI的5‘3’外切酶活性在切口處將舊鏈從5‘逐步切除，所以缺口沿著合成方向在DNA分子上移動，這種移動稱為缺口平移（nicktranslation），是分子生物學中一項重要的實驗技術，如核酸探針的標記方法。DNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發生突變，細菌依然能存活。DNA-polⅡ對模板的特異性不高，即使在已發生損傷的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此認為，它參與DNA損傷的應急狀態修復。功能：DNA-polⅢ(250kD)是原核生物復制延長中真正起催化作用的酶。DNA聚合酶III（DNApolIII）是由10個亞基組成的不對稱二聚體。這十個亞基分別為、、、、、、、及，其中、和組成核心酶，α亞基具有催化合成DNA的功能,ε亞基有3'5'外切酶活性;則為裝配所必需。兩邊的亞基起著夾住模板又能使酶沿模板鏈滑動的作用。其余的亞基通稱為復合物。每一亞基的具體功能尚在研究中。DNApolIII催化的聚合反應具有高度連續性，可以沿模板連續地移動，一般在加人5000個以上的核苷酸之后才脫離模板，因此其催化的聚合反應速度快，大約每秒加入1000個脫氧核苷酸，在原核生物細胞內是真正起復制作用的酶。其3'5'外切酶活性可阻止錯誤核苷酸的進入或除去錯誤的核苷酸，然后連續加入正確的核苷酸，因而具有編輯和校對功能。PolIII與polI協同作用可使復制的錯誤率大大降低，從10-4降為10-6或更低。DNApolIII可以分別催化前導鏈和隨從鏈的合成，自引物的3‘-OH端開始，沿5→3’方向逐個地加入脫氧核苷酸，使DNA鏈得以延長。復制叉前進時，前導鏈幾乎可以不間斷地延長，而隨從鏈是分段(岡崎片段)合成的。合成岡崎片段時，當DNA鏈延長至下一個引物前方，DNApolI立即發揮5‘→3’外切酶功能，切除引物，并繼續延長DNA鏈，填滿切除引物后形成的空隙。最后，DNA連接酶通過生成磷酸二酯鍵將兩個片段連接起來，封閉缺口，成為完整的隨從鏈。DNA連接酶DNA連接酶（DNAligase）能催化雙股DNA中一股缺口的3-OH與5-磷酸形成磷酸二酯鍵。連接反應中的能量來自ATP（或NAD+）。連接酶先與ATP作用，以共價鍵相連生成“酶-AMP”中間體。中間體與一個DNA片段的5-磷酸末端相連接形成“酶-AMP-P-5-DNA”。繼而，又與另一個DNA片段的3-OH末端作用，酶及AMP脫下，兩個DNA片段以3，5磷酸二酯鍵相連接。通過連接酶的催化作用，隨從鏈的各個DNA片段均可以3，5磷酸二酯鍵連接，生成一條DNA長鏈。三、核酸外切酶的校讀活性和堿基選擇功能是復制保真性的酶學依據復制按照堿基配對規律進行，是遺傳信息能準確傳代的基本原理。此外還需酶學的機制來保證復制的保真性。（一）核酸外切酶活性在復制中辨認切除錯配堿基并加以校正核酸外切酶(exonuclease)是指能從核酸鏈的末端把核苷酸依次水解出來的酶，外切酶是有方向性的。A：DNA-pol的外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對的底物。B：堿基配對正確，DNA-pol不表現活性。DNApolⅠ的校讀功能（二）復制的保真性依賴正確的堿基選擇DNA聚合酶靠其大分子結構協調非共價（氫鍵）與共價（磷酸二酯鍵）鍵的有序形成。嘌呤的化學結構能形成順式和反式構型，與相應的嘧啶形成氫鍵配對，嘌呤應處于反式構型。

遵守嚴格的堿基配對規律；聚合酶在復制延長時對堿基的選擇功能；復制出錯時DNA-pol的及時校讀功能。DNA復制的保真性至少要依賴三種機制：四、復制中的分子解鏈伴有DNA分子拓撲學變化DNA分子的堿基埋在雙螺旋內部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。

（一）多種酶參與DNA解鏈和穩定單鏈狀態E.Coli基因圖五、DNA連接酶連接DNA雙鏈中的單鏈缺口連接DNA鏈3-OH末端和相鄰DNA鏈5-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。

DNA連接酶(DNAligase)作用方式：HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP5’3’5’3’DNA連接酶的作用：DNA連接酶在復制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復、重組及剪接中也起縫合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能：提供核糖3-OH提供5-P結果DNA聚合酶引物或延長中的新鏈游離dNTP去PPi(dNTP)n+1連接酶復制中不連續的兩條單鏈不連續→連續鏈拓撲酶切斷、整理后的兩鏈改變拓撲狀態DNA聚合酶，拓撲酶和連接酶催化3,5-磷酸二酯鍵生成的比較

DNA生物合成過程TheProcessofDNAReplication第三節（一）復制起始：DNA解鏈形成引發體需要解決兩個問題：1.DNA解開成單鏈，提供模板。2.形成引發體，合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成E.coli復制起始點oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245串聯重復序列反向重復序列53531.DNA解鏈DnaADnaB、DnaCDNA拓撲異構酶引物酶SSB35352.引發體和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復制起始區域的復合結構稱為引發體。3535引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。引物3'HO5'引物酶（二）復制的延長過程：領頭鏈連續復制，隨從鏈不連續復制復制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，其化學本質是磷酸二酯鍵的不斷生成。

5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol領頭鏈的合成：領頭鏈的子鏈沿著5→3方向可以連續地延長。隨從鏈的合成同一復制叉上領頭鏈和隨從鏈由相同的DNA-pol催化延長階段一階段二階段三階段四復制過程簡圖原核生物基因是環狀DNA，雙向復制的復制片段在復制的終止點(ter)處匯合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）復制的終止過程：切除引物、填補空缺、連接切口555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATPADP+Pi55DNA連接酶隨從鏈上不連續性片段的連接：哺乳動物的細胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成細胞能否分裂，決定于進入S期及M期這兩個關鍵點。G1→S及G2→M的調節，與蛋白激酶活性有關。蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復制因子而實施調控作用。真核生物每個染色體有多個起始點，是多復制子復制。復制有時序性，即復制子以分組方式激活而不是同步起動。

復制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）參與。還需拓撲酶和復制因子(replicationfactor,RF)。（一）真核生物復制的起始與原核基本相似（二）常見的真核細胞DNA聚合酶有五種DNA-pol起始引發，有引物酶活性。延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。參與低保真度的復制。在復制過程中起校讀、修復和填補缺口的作用。在線粒體DNA復制中起催化作用。DNA-pol

DNA-polDNA-polDNA-pol真核生物的DNA聚合酶增殖細胞核抗原（proliferationcellnuclearantigen，PCNA）在復制起始和延長中起關鍵作用。PCNA為同源三聚體，具有與E.coliDNA聚合酶Ⅲ的β亞基相同的功能和相似的構象，即形成閉合環形的可滑動DNA夾子，在復制蛋白的作用下PCNA結合于引物－模板鏈；并且PCNA使polδ獲得持續合成能力。PCNA水平也是檢驗細胞增殖的重要指標。細胞能否分裂，決定于進入S期及M期這兩個關鍵點。G1→S及G2→M的調節，與蛋白激酶活性有關。蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復制因子而實施調控作用。相關的激酶都有調節亞基即細胞周期蛋白(cyclin)，和催化亞基即細胞周期蛋白依賴激酶(cyclindependentkinase，CDK)。

CDK相匹配的周期蛋白作用點CDK2CyclinD1,D2,D3G1期CyclinEG1→S期CyclinAS期CDK3和CDK4CyclinD1,D2,D3G2期CDK1（CDC2）CyclinA,BG2→M期哺乳類動物的周期蛋白和CDK哺乳類動物細胞內還發現天然抑制CDK的蛋白質，例如錨蛋白(ankynin)是CDK4的特異性抑制物，P21蛋白能抑制多種CDK。錨蛋白和P21蛋白的抑制/活化可使細胞周期開放/關閉，因此被形容為細胞周期的檢查點(checkpoint)蛋白。DNA-polδ和polα分別兼有解螺旋酶和引物酶活性。在復制叉及引物生成后，DNA-polδ通過PCNA的協同作用，逐步取代polα，在RNA引物的3-OH基礎上連續合成領頭鏈。隨從鏈引物也由polα催化合成。然后由PCNA協同，polδ置換polα，繼續合成DNA子鏈。（二）真核生物復制的延長發生DNA聚合酶α/δ轉換3553領頭鏈3535親代DNA隨從鏈引物核小體真核生物復制叉的延長：染色體DNA呈線狀，復制在末端停止。復制中岡崎片段的連接，復制子之間的連接。染色體兩端DNA子鏈上最后復制的RNA引物，去除后留下空隙。（三）端粒酶參與解決染色體末端復制問題53355335+5333355切除引物的兩種機制線性DNA復制的末端端粒(telomere)指真核生物染色體線性DNA分子末端的結構。端粒的功能：維持染色體的穩定性維持DNA復制的完整性端粒的結構特點：由末端單鏈DNA序列和蛋白質構成。末端DNA序列是多次重復的富含G、C堿基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶協同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆轉錄酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

組成：端粒酶催化作用的爬行模型逆轉錄和其他復制方式ReverseTranscription&OtherDNAReplicationWays第四節雙鏈DNA是大多數生物的遺傳物質。某些病毒的遺傳物質是RNA。少數低等生物如M13噬菌體，它的感染型只含單鏈DNA。原核生物的質粒，真核生物的線粒體DNA，都是染色體外存在的DNA。這些非染色體基因組，采用特殊的方式進行復制。逆轉錄酶(reversetranscriptase)逆轉錄(reversetranscription)

逆轉錄酶一、逆轉錄病毒的基因組是RNA，其復制方式是逆轉錄RNADNA逆轉錄病毒細胞內的逆轉錄現象:RNA模板逆轉錄酶DNA-RNA雜化雙鏈RNA酶單鏈DNA逆轉錄酶雙鏈DNARNA病毒在細胞內復制成雙鏈DNA的前病毒(provirus)。前病毒保留了RNA病毒全部遺傳信息，并可在細胞內獨立繁殖。在某些情況下，前病毒基因組通過基因重組(recombination)，參加到細胞基因組內，并隨宿主基因一起復制和表達。這種重組方式稱為整合(integration)。前病毒獨立繁殖或整合，都可成為致病的原因。分子生物學研究可應用逆轉錄酶，作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此法稱為cDNA法。

以mRNA為模板，經逆轉錄合成的與mRNA堿基序列互補的DNA鏈。試管內合成cDNA:cDNAcomplementaryDNA逆轉錄酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ堿水解

TTTT二、逆轉錄的發現發展了中心法則逆轉錄酶和逆轉錄現象，是分子生物學研究中的重大發現。

逆轉錄現象說明：至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達功能。對逆轉錄病毒的研究，拓寬了20世紀初已注意到的病毒致癌理論。

滾環復制(rollingcirclereplication)三、噬菌體DNA按滾環方式復制和線粒體DNA按D環方式復制是某些低等生物的復制形式，如X174和M13噬菌體等。3-OH5-P55533335'滾環復制5'5335dNTPDNA-polγ

D環復制(D-loopreplication)是線粒體DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的復制形式。

D-環復制時需合成引物。mtDNA為雙鏈，第一個引物以內環為模板延伸。至第二個復制起始點時，又合成另一個反向引物，以外環為模板進行反向的延伸。最后完成兩個雙鏈環狀DNA的復制。復制中呈字母D形狀而得名。D環復制的特點是復制起始點不在雙鏈DNA同一位點，內、外環復制有時序差別。DNA損傷（突變）與修復DNADamage(Mutation)&Repair第二節DNA突變具體指個別dNMP殘基以至片段DNA在構成、復制或表型功能的異常變化，也稱為DNA損傷(DNAdamage)。從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。一、突變在生物界普遍存在（一）突變是進化、分化的分子基礎從長遠的生物史看，進化過程是突變的不斷發生所造成的。大量的突變都是屬于這種類型，只是目前還未能認識其發生的真正原因，因而名為自發突變或自然突變(spontaneousmutation)。（二）只有基因型改變的突變形成DNA的多態性這種突變沒有可察覺的表型改變，例如在簡并密碼子上第三位堿基的改變，蛋白質非功能區段上編碼序列的改變等。這些現象也相當普遍。多態性(polymorphism)一詞用來描述個體之間的基因型差別現象。（三）致死性的突變可導致個體、細胞的死亡

（四）突變是某些疾病的發病基礎二、多種化學或物理因素可誘發突變大量的突變屬于自發突變，發生頻率只不過在10-9左右。但由于生物基因組龐大，細胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。實驗室用來誘發突變，也是生活環境中導致突變的因素，主要有物理和化學因素。物理因素：紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV化學因素：三、引起突變的分子改變類型有多種錯配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)

框移(frame-shift)

DNA分子上的堿基錯配稱點突變(pointmutation)。自發突變和不少化學誘變都能引起DNA上某一堿基的置換。點突變發生在基因的編碼區，可導致氨基酸改變。（一）錯配可導致編碼氨基酸的改變鐮形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

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C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

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C肽鏈CTCGAG基因鐮形紅細胞貧血病人圖10-29膀胱癌細胞c-rasH基因點突變，基因表達產物僅12號氨基酸的變異（二）缺失、插入和框移突變造成蛋白質氨基酸排列順序發生改變缺失：一個堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。插入：原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。缺失或插入都可導致框移突變。框移突變是指三聯體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質氨基酸排列順序發生改變。谷酪蛋絲5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙纈組纈正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突變：（三）重組或重排常可引起遺傳、腫瘤等疾病DNA分子內較大片段的交換，稱為重組或重排。移位的DNA可以在新位點上顛倒方向反置（倒位），也可以在染色體之間發生交換重組。由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型：DNA損傷（突變）可能造成兩種結果：其一是導致復制或轉錄障礙（如胸腺嘧啶二聚體，DNA骨架中產生切口或斷裂）；其二是導致復制后基因突變（如胞嘧啶自發脫氨基轉變為尿嘧啶），使DNA序列發生永久性改變。所以，必須通過進化使細胞擁有靈敏的機制，以識別和修復這些損傷，否則細胞無法維持正常代謝。四、DNA損傷的修復有多種類型修復(repairing)是對已發生分子改變的補償措施，使其回復為原有的天然狀態。光修復(lightrepairing)切除修復(excisionrepairing)重組修復(recombinationrepairing)SOS修復

修復的主要類型：（一）直接修復系統利用酶簡單地逆轉DNA損傷光修復酶(photolyase)

UV（二）核苷酸切除修復這是細胞內最重要和有效的修復方式。其過程包括去除損傷的DNA，填補空隙和連接。主要由DNA-polⅠ和連接酶完成。UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA連接酶ATPE.coli的切除修復機制核苷酸切除修復不僅能夠修復整個基因組中的損傷，而且能拯救因轉錄模板鏈損傷而暫停轉錄的RNA聚合酶，即參與轉錄偶聯修復(transcript