《生物化学》课程电子讲义：第十二章 DNA的复制、修复与重组DNA技术

第十二章DNA的复制、修复与重组DNA技术 DNA是储存遗传信息的物质,亲代的遗传信息如何真实地传给子代,这个问题的实质就 是DNA分子如何复制( replication)成完全相同的两个拷贝,即DNA的合成,可见通过复制 遗传信息得以在传代中保留 DNA分子中的遗传信息又如何表达呢?现知基因表达的第一步是通过转录 ( transcription),即DNA的碱基按互补配对(G-C,A-T,A-U)的原则转变为RN分子上相 应的碱基序列,接着RNA通过翻译( translation),以三个碱基的序列作为一个氨基酸的遗 传密码,从而决定蛋白质的一级结构。不同基因编码不同结构的蛋白质,表现出不同的功能, 因而体现出多种多样的生命现象。遗传信息从DNA经RNA流向蛋白质的过程,是 Crick于1958 年提出的,称为分子生物学的中心法则( central dogma)(图12-1)。1970年 Temin提出“逆 向转录”( reverse transcription)扩充了中心法则的范围 基因或DNA是遗传信息的携带者,在细胞分裂过程中,亲代细胞所含的遗传信息,完整 地传递到两个子代细胞。这个过程的实质问题是DNA分子如何复制成完全相同的两个拷贝, 有许多酶和蛋白质参与复制过程,通过正确和完整的复制,亲代DNA的遗传信息真实地传给 子代,这是遗传信息一代一代传递下去的分子基础,这也是本章的重点内容。但生物体内外 环境存在着使DNA分子损伤的因素,因此机体还必须有一套DNA修复的机制。最后还将介绍 些有关重组DMA技术的概念和方法 第一节DNA复制的几个基本原则 半保留复制 Watson和 Crick于1953年提出的DNA双螺旋模型,碱基互补配对的原则,为DNA分 子的复制提供了理论基础,即亲代的DNA双链,每股链都可以作为模板,按碱基互补配对 原则指导DNA新链的合成,这样合成的两个子代DNA分子,碱基序列与亲代分子完全一样 但一条链是来自亲代的DNA链,另一条链是新合成的链,此即为半保留复制 ( semiconservative replication)a用1N标记亲代的DNA链,而用N标记新合成的DNA链的 实验,证实子代的DNA分子,一股链含15N,另一股含14N

- -1 第十二章 DNA 的复制、修复与重组 DNA 技术 DNA 是储存遗传信息的物质，亲代的遗传信息如何真实地传给子代，这个问题的实质就 是 DNA 分子如何复制(replication)成完全相同的两个拷贝，即 DNA 的合成，可见通过复制， 遗传信息得以在传代中保留。 DNA 分 子 中 的 遗传 信 息 又 如何 表 达 呢？ 现 知 基 因表 达 的 第一 步 是 通 过转 录 (transcription)，即 DNA 的碱基按互补配对（G-C，A-T，A-U）的原则转变为 RNA 分子上相 应的碱基序列，接着 RNA 通过翻译（translation），以三个碱基的序列作为一个氨基酸的遗 传密码，从而决定蛋白质的一级结构。不同基因编码不同结构的蛋白质，表现出不同的功能， 因而体现出多种多样的生命现象。遗传信息从 DNA 经 RNA 流向蛋白质的过程，是 Crick 于 1958 年提出的，称为分子生物学的中心法则(central dogma)(图 12-1)。1970 年 Temin 提出“逆 向转录”(reverse transcription)扩充了中心法则的范围。 基因或 DNA 是遗传信息的携带者，在细胞分裂过程中，亲代细胞所含的遗传信息，完整 地传递到两个子代细胞。这个过程的实质问题是 DNA 分子如何复制成完全相同的两个拷贝， 有许多酶和蛋白质参与复制过程，通过正确和完整的复制，亲代 DNA 的遗传信息真实地传给 子代，这是遗传信息一代一代传递下去的分子基础，这也是本章的重点内容。但生物体内外 环境存在着使 DNA 分子损伤的因素，因此机体还必须有一套 DNA 修复的机制。最后还将介绍 一些有关重组 DNA 技术的概念和方法。 第一节 DNA 复制的几个基本原则 一、半保留复制 Watson 和 Crick 于 1953 年提出的 DNA 双螺旋模型，碱基互补配对的原则，为 DNA 分 子的复制提供了理论基础，即亲代的 DNA 双链，每股链都可以作为模板，按碱基互补配对 原则指导 DNA 新链的合成，这样合成的两个子代 DNA 分子，碱基序列与亲代分子完全一样。 但 一 条链 是 来自 亲 代的 DNA 链， 另 一条 链是 新 合成 的链 ， 此即 为半 保 留复 制 (semiconservative replication)。用 15N 标记亲代的 DNA 链，而用 14N 标记新合成的 DNA 链的 实验，证实子代的 DNA 分子，一股链含 15N，另一股含 14N

二、半不连续复制 DNA双螺旋的两股链是反向平行( antiparallel的,新合成的两股子链,一股的方向为5′ 3′,另一股为3′→5′。那么体内是否存在两种DNA聚合酶?一种催化核苷酸以5′→3 方向聚合,另一种以3′→5′方向聚合。但从现知所有的DNA聚合酶都只能催化5′→3 方向合成。这个问题直到1968年冈崎( Okazaki)发现大肠杆菌DNA复制过程中出现一些含 1000~2000个核苷酸的片段,一旦合成终止,这些片段即连成一条长链。这种小片段被称为 冈崎片段( Okazaki fragment)。因此,复制时亲代DNA分子中那股3′→5′方向的母链作为 模板,指导新链以5′→3′方向连续合成,此链称为前导链( leading strand)。在前导链延长 1000~2000个核苷酸后,另一母链也作为模板指导新链也是沿5′→3′合成1000~200个 核苷酸的小片段,这就是冈崎片段。随着链的延长,可以有许多个冈崎片段,这条称 为随从链( lagging strand)。可见,随从链为不连续复制,所以DNA为半不连续复制 (semi- discontinuous replication),如图122所示。复制后,这些冈崎片段由DNA连接酶的作 用而连接成完整的新链 三、RNA引物 目前所发现的DNA聚合酶都需要一个具3′-OH的引物,才能将合成原料dNTP一个 个接上去。因为DNA聚合酶不能催化两个游离的dNTP在DNA模板上进行聚合,如图123 所示。实验又发现抑制RNA聚合酶的药物如利福霉素( (rifampicin)能抑制DNA的复制。再者 在体外DNA复制实验中发现冈崎片段的5′端都有一小段4~12个核苷酸的RNA引物(RNA primer)。现知RNA聚合酶合成新链时不需要引物,能直接催化游离NIP聚合。可见RNA 引物为DNA聚合酶提供聚合新核苷酸所需的3′OH2RNA引物最后被DNA聚合酶Ⅰ除去, 留下的空隙也由该酶补满,缺口再由DNA连接酶封口。 在DNA的复制需要RNA引物呢,除了DNA聚合酶不能催化两个游离dNTP的聚合, 而RNA引物酶却具有此能力外,这种作用尚可尽量减少DNA复制起始处的突变。因为游离 核苷酸起始处的聚合最容易出现差错,若用RNA引物,即使出现差错,由于最后将被DNA 聚合酶Ⅰ切除,便可提高DNA复制的真实性 四、复制的真实性

- -2 二、半不连续复制 DNA 双螺旋的两股链是反向平行(antiparallel)的，新合成的两股子链，一股的方向为 5′ →3′，另一股为 3′→5′。那么体内是否存在两种 DNA 聚合酶?一种催化核苷酸以 5′→3′ 方向聚合，另一种以 3′→5′方向聚合。但从现知所有的 DNA 聚合酶都只能催化 5′→3′ 方向合成。这个问题直到 1968 年冈崎(Okazaki)发现大肠杆菌 DNA 复 制过程中出现一些含 1000 ~2000 个核苷酸的片段，一旦合成终止，这些片段即连成一条长链。这种小片段被称为 冈崎片段(Okazaki fragment)。因此，复制时亲代 DNA 分子中那股 3′→5′方向的母链作为 模板，指导新链以 5′→3′方向连续合成，此链称为前导链(1eading strand)。在前导链延长 1000 ~2000 个核苷酸后，另一母链也作为模板指导新链也是沿 5′→3′合成 1 000 ~2 000 个 核苷酸的小片段，这就是冈崎片段。随着链的延长，可以有许多个冈崎片段，这条称 为随从链(1agging strand)。可见，随从链为不连续复制，所以 DNA 为半不连续复制 (semi-discontinuous replication)，如图 12-2 所示。复制后，这些冈崎片段由 DNA 连接酶的作 用而连接成完整的新链。 三、RNA 引物 目前所发现的 DNA 聚合酶都需要一个具 3′-OH 的引物，才能将合成原料 dNTP 一个一 个接上去。因为 DNA 聚合酶不能催化两个游离的 dNTP 在 DNA 模板上进行聚合，如图 12-3 所示。实验又发现抑制 RNA 聚合酶的药物如利福霉素(rifampicin)能抑制 DNA 的复制。再者 在体外 DNA 复制实验中发现冈崎片段的 5′端都有一小段 4~12 个核苷酸的 RNA 引物(RNA primer)。现知 RNA 聚合酶合成新链时不需要引物，能直接催化游离 NTP 聚合。可见 RNA 引物为 DNA 聚合酶提供聚合新核苷酸所需的 3′-OH。RNA 引物最后被 DNA 聚合酶Ⅰ除去， 留下的空隙也由该酶补满，缺口再由 DNA 连接酶封口。 在 DNA 的复制需要 RNA 引物呢，除了 DNA 聚合酶不能催化两个游离 dNTP 的聚合， 而 RNA 引物酶却具有此能力外，这种作用尚可尽量减少 DNA 复制起始处的突变。因为游离 核苷酸起始处的聚合最容易出现差错，若用 RNA 引物，即使出现差错，由于最后将被 DNA 聚合酶Ⅰ切除，便可提高 DNA 复制的真实性。 四、复制的真实性

NA复制过程是非常复杂的,需要许多酶类和蛋白质因子参加。这既保证DNA复制的 速度,又保证产物的高度真实性。这也保证了自然界种族延续中生物遗传特性的相对稳定性。 第二节参与DNA复制的一些酶类和蛋白质 大肠杆菌的DNA聚合 DNA聚合酶( DNA polymerase)的作用是将脱氧核苷酸连接成DNA,所用底物必须是 四种脱氧核苷三磷酸(dNTP),Mg2存在和一个DNA模板,按模板的序列将配对的脱氧核 苷酸逐个接上去,并且需要一个具有3′-OH的RNA引物或DNA的3′-OH端。使3′OH 与合成上去的dNTP分子α-磷酸连接成3′,5′磷酸二酯键,合成方向为5′→3′,如图 12-4。 从大肠杆菌纯化得到3种DNA聚合酶(I,Ⅱ,Ⅲ)。 (一)DNA聚合酶I 1955年 Kornberg发现了DNA聚合酶I(简称为poI),故也称为 Kornberg酶,并因此 而获得诺贝尔奖金。DNA聚合酶Ⅰ是一条分子质量为103X103Da的多肽链。具有多种催化 功能。若用蛋白酶轻度水解可得一个分子质量68X103Da的大片段和一个分子质量为36X10 Da的小片段,常将大片段称为 Klenow片段,此片段具有两种催化活性,一为上述的聚合功 能,另一为3′→5′外切酶的活性,从3′端水解DNA产生3′单核苷酸,如图12-5所示 这种3′→5′外切酶活性对保证DNA复制的真实性具有重要的意义。DNA聚合酶在接 上新的核苷酸前,它能对3′末端的碱基进行识别。若为配错的碱基,即通过3′→5′外切 酶活性把配错的碱基切除,再使正确的碱基聚合上去,保证DNA复制的高度真实性,这种 功能也称校读功能( proof reading)。小片段则具5′→3′外切酶的活性,它能从5′→3′ 向一个挨一个切除,产物为5′单核苷酸,或跨过若干个核苷酸再进行酶解,从5′末端释 放一寡核苷酸。可除去冈崎片段5′端的RNA引物和在DNA损伤修复中起重要的作用。可 见,DNA聚合酶I为一条多肽链上具有三种酶的活性,也是一种多功能酶(图12-7) 但DNA聚合酶Ⅰ并不是大肠杆菌DNA复制中主要的DNA合成酶,它的主要作用,是切除 RNA引物、填补空缺和DNA损伤的修复。 DNA聚合酶I为一条多肽链上具有三种酶的活性,是一种多功能酶(图12-7) 鉴于 Klenow片段兼具聚合及3′→5′外切活性,能非常准确按模板碱基序列合成DNA

- -3 DNA 复制过程是非常复杂的，需要许多酶类和蛋白质因子参加。这既保证 DNA 复制的 速度，又保证产物的高度真实性。这也保证了自然界种族延续中生物遗传特性的相对稳定性。 第二节 参与 DNA 复制的一些酶类和蛋白质 一、 大肠杆菌的 DNA 聚合酶 DNA 聚合酶（DNA polymerase）的作用是将脱氧核苷酸连接成 DNA，所用底物必须是 四种脱氧核苷三磷酸(dNTP ) ，Mg 2+存在和一个 DNA 模板，按模板的序列将配对的脱氧核 苷酸逐个接上去，并且需要一个具有 3′-OH 的 RNA 引物或 DNA 的 3′-OH 端。使 3′-OH 与合成上去的 dNTP 分子α-磷酸连接成 3′，5′磷酸二酯键，合成方向为 5′→3′，如图 12-4。 从大肠杆菌纯化得到 3 种 DNA 聚合酶(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ )。 (一) DNA 聚合酶Ⅰ 1955 年 Kornberg 发现了 DNA 聚合酶Ⅰ(简称为 polⅠ)，故也称为 Kornberg 酶，并因此 而获得诺贝尔奖金。DNA 聚合酶Ⅰ是一条分子质量为 103X103 Da 的多肽链。具有多种催化 功能。若用蛋白酶轻度水解可得一个分子质量 68X103 Da 的大片段和一个分子质量为 36X103 Da 的小片段，常将大片段称为 Klenow 片段，此片段具有两种催化活性，一为上述的聚合功 能，另一为 3′→5′外切酶的活性，从 3′端水解 DNA 产生 3′单核苷酸，如图 12-5 所示。 这种 3′→5′外切酶活性对保证 DNA 复制的真实性具有重要的意义。DNA 聚合酶在接 上新的核苷酸前，它能对 3′末端的碱基进行识别。若为配错的碱基，即通过 3′→5′外切 酶活性把配错的碱基切除，再使正确的碱基聚合上去，保证 DNA 复制的高度真实性，这种 功能也称校读功能(proof reading)。小片段则具 5′→3′外切酶的活性，它能从 5′→3′方 向一个挨一个切除，产物为 5′单核苷酸，或跨过若干个核苷酸再进行酶解，从 5′末端释 放一寡核苷酸。可除去冈崎片段 5′端的 RNA 引物和在 DNA 损伤修复中起重要的作用。可 见，DNA 聚合酶Ⅰ为一条多肽链上具有三种酶的活性，也是一种多功能酶(图 12-7)。 但 DNA 聚合酶Ⅰ并不是大肠杆菌 DNA 复制中主要的 DNA 合成酶，它的主要作用，是切除 RNA 引物、填补空缺和 DNA 损伤的修复。 DNA 聚合酶Ⅰ为一条多肽链上具有三种酶的活性，是一种多功能酶(图 12-7)。 鉴于Klenow片段兼具聚合及3′→5′外切活性，能非常准确按模板碱基序列合成DNA

所以此片段是分子生物学常用的工具酶。 (二)DNA聚合酶Ⅱ 由一条多肽链构成。此酶除具有聚合酶的活性外,还具有3′→5′外切酶活性。它在 生物体内的确切作用不详,可能也是在DNA损伤修复中起作用 三)DNA聚合酶Ⅲ 此酶是一个多聚酶,由10种不同亚基组成的(图12-8),称为DNA聚合酶Ⅲ全酶(DNA lymerase Ill holoenzyme)。它具有三个特点:①是一种非常高的续进性( processivity)酶。 所谓续进性即在DNA聚合酶与模板分离下来之前加入的核苷酸平均数。续进性≡5000。 而DNA聚合酶Ⅰ仅合成3~200个核苷酸即自模板上释放②DNA聚合酶Ⅲ催化活性比DNA 聚合酶Ⅰ高很多倍,每秒可催化1000个核苷酸的聚合,而DNA聚合酶I每秒仅催化16-20 个核苷酸聚合。③DNA聚合酶Ⅲ不但催化活性大、合成速度快,而且由于具有3′→5′外 切酶活性,产物真实性高。所以,大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ是DNA复制必需的酶。 DNA聚合酶Ⅲ聚合和校正功能分别存在于a和ε亚基 DNA聚合酶Ⅲ全酶分子质量约900X103Da,全酶成不对称的二聚体,围绕着DNA双螺 旋,每个单体都具有催化活性,一个作用于前导链,另一个作用于随从链,使DNA两股链 在同一位置同一时间进行合成 二、真核细胞的DNA聚合藤 真核细胞的DNA聚合酶有5种,即DNA聚合酶α、β、Y、8和ε。DNA聚合酶a 负责随从链的合成,DNA聚合酶δ和增殖细胞核抗原( proliferating cell nuclear antigen,PCNA) 负责前导链的合成。PCNA是作为DNA聚合酶δ活性所需的一种辅助蛋白,有与E. COli dNA 聚合酶Ⅲ的β亚基类似的结构和功能,形成环状的夹钳,大大地增强DNA聚合酶δ的续进 性。DNA聚合酶γ负责线粒体DNA( mitochondria dna, mt dNa)的复制,DNA聚合酶β和 e的功能为DNA的修复 、解旋、解链酶类 复制时DNA双螺旋要解开,才能在原来的母链上合成新链。复制在不断延伸,螺旋要 不断解开。若每秒钟复制1000个碱基对,则要解旋100次。这样必然在复制前方产生很大 的张力,使DNA缠结,这要靠DNA拓扑异构酶等来解决

- -4 所以此片段是分子生物学常用的工具酶。 (二) DNA 聚合酶Ⅱ 由一条多肽链构成。此酶除具有聚合酶的活性外，还具有 3′→5′外切酶活性。它在 生物体内的确切作用不详，可能也是在 DNA 损伤修复中起作用。 (三) DNA 聚合酶Ⅲ 此酶是一个多聚酶，由 10 种不同亚基组成的( 图 12- 8)，称为 DNA 聚合酶Ⅲ全酶(DNA po1ymerase Ⅲ ho1oenzyme)。它具有三个特点：①是一种非常高的续进性(processivity)酶。 所谓续进性即在 DNA 聚合酶与模板分离下来之前加入的核苷酸平均数。续进性≧500 000。 而 DNA 聚合酶Ⅰ仅合成 3~200 个核苷酸即自模板上释放。②DNA 聚合酶Ⅲ催化活性比 DNA 聚合酶Ⅰ高很多倍，每秒可催化 1 000 个核苷酸的聚合，而 DNA 聚合酶Ⅰ每秒仅催化 16~20 个核苷酸聚合。③DNA 聚合酶Ⅲ不但催化活性大、合成速度快，而且由于具有 3′→5′外 切酶活性，产物真实性高。所以，大肠杆菌 DNA 聚合酶Ⅲ是 DNA 复制必需的酶。 DNA 聚合酶Ⅲ聚合和校正功能分别存在于α和ε亚基。 DNA 聚合酶Ⅲ全酶分子质量约 900X103 Da，全酶成不对称的二聚体，围绕着 DNA 双螺 旋，每个单体都具有催化活性，一个作用于前导链，另一个作用于随从链，使 DNA 两股链 在同一位置同一时间进行合成。 二、真核细胞的 DNA 聚合酶 真核细胞的 DNA 聚合酶有 5 种，即 DNA 聚合酶α、β、γ、δ和ε。DNA 聚合酶α 负责随从链的合成，DNA 聚合酶δ和增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen，PCNA) 负责前导链的合成。PCNA是作为DNA聚合酶δ活性所需的一种辅助蛋白，有与E.coli DNA 聚合酶Ⅲ的β亚基类似的结构和功能，形成环状的夹钳，大大地增强 DNA 聚合酶δ的续进 性。DNA 聚合酶γ负责线粒体 DNA(mitochondria DNA, mt DNA)的复制，DNA 聚合酶β和 ε的功能为 DNA 的修复。 三、解旋、解链酶类 复制时 DNA 双螺旋要解开，才能在原来的母链上合成新链。复制在不断延伸，螺旋要 不断解开。若每秒钟复制 1 000 个碱基对，则要解旋 100 次。这样必然在复制前方产生很大 的张力，使 DNA 缠结，这要靠 DNA 拓扑异构酶等来解决

(一)DNA解链藤 DNA复制时,复制开始部位的DNA双螺旋必须解开成单链,模板链上的碱基才能以碱 基配对原则,指导新链的合成。解开DNA双螺旋的酶有多种,称为DNA解链酶(DNA helicase),该酶具有ATP酶的活性,在ATP的存在下,该酶能解开DNA双链,每解开1对 碱基消耗2个ATP (二)单链DNA结合蛋白 单链DNA结合蛋白( single strand binding protein,SSB)或螺旋去稳定蛋白(heliⅸx destabilizing protein HDP),能与已被解链酶解开的单链DNA结合,以维持模板处于单链状 态,又可保护其不被核酸酶水解。单链DNA结合SSB后既可避免重新形成双链的倾向,又 可避免自身发夹螺旋的形成,还能使前端双螺旋的稳定性降低,易被解开。当DNA聚合酶 在模板上前进,逐个接上脱氧核苷酸时,SSB即不断脱离,又不断与新解开的链结合 (三)DNA拓扑异构藤 拓扑一词是指物体作弹性移位而又保持物体不变的性质。DNA拓扑异构酶( topoIso- erase)有两类:其中拓扑异构酶Ⅰ,曾有过多种其他名称如转轴酶、解缠酶等。它能切断 DNA双链中的一股,使DNA解链旋转时不致缠结,解除张力后又把切口封闭。拓扑异构酶 Ⅱ,又称旋转酶( gyrase),暂时切断DNA双链,使另一DNA双链经过此切口,随后又再封 闭切口。 四、引发体 引发体( primosome)是由多种蛋白质及酶组成,是DNA复制开始所必需的。引发体中的 某些蛋白质如DnaA能结合至DNA复制起始部位,DnaB具有解链酶的作用,DnaC辅助DnaB 结合到复制起始点,使起始部位的双链解开。而引发体中的引物酶( primase)在己解开起始部 位的DNA单链按碱基互补配对催化NTP聚合,合成一小片段的RNA,作为DNA合成的引 物,即沿此引物RNA的3′OH进行延伸。 五、DNA连接酶 DNA连接酶( DNA ligase)催化两段DNA链之间磷酸二酯键的形成。要求DNA链 3′端有游离的OH,而5′端带有磷酸根,连接过程需要ATP供能,如图12-9 DNA连接酶不能连接两分子单链的DNA,只能作用双链DNA分子中一股链上的缺口

- -5 (一) DNA 解链酶 DNA 复制时，复制开始部位的 DNA 双螺旋必须解开成单链，模板链上的碱基才能以碱 基配对原则，指导新链的合成。解开 DNA 双螺旋的酶有多种，称为 DNA 解链酶(DNA helicase)，该酶具有 ATP 酶的活性，在 ATP 的存在下，该酶能解开 DNA 双链，每解开 1 对 碱基消耗 2 个 ATP。 (二) 单链 DNA 结合蛋白 单链 DNA 结合蛋白(single strand binding protein，SSB) 或螺旋去稳定蛋白(helix destabilizing protein HDP)，能与已被解链酶解开的单链 DNA 结合，以维持模板处于单链状 态，又可保护其不被核酸酶水解。单链 DNA 结合 SSB 后既可避免重新形成双链的倾向，又 可避免自身发夹螺旋的形成，还能使前端双螺旋的稳定性降低，易被解开。当 DNA 聚合酶 在模板上前进，逐个接上脱氧核苷酸时，SSB 即不断脱离，又不断与新解开的链结合。 (三) DNA 拓扑异构酶 拓扑一词是指物体作弹性移位而又保持物体不变的性质。DNA 拓扑异构酶(topoiso￾merase)有两类：其中拓扑异构酶Ⅰ，曾有过多种其他名称如转轴酶、解缠酶等。它能切断 DNA 双链中的一股，使 DNA 解链旋转时不致缠结，解除张力后又把切口封闭。拓扑异构酶 Ⅱ，又称旋转酶(gyrase)，暂时切断 DNA 双链，使另一 DNA 双链经过此切口，随后又再封 闭切口。 四、引发体 引发体(primosome)是由多种蛋白质及酶组成，是 DNA 复制开始所必需的。引发体中的 某些蛋白质如 DnaA 能结合至 DNA 复制起始部位，DnaB 具有解链酶的作用，DnaC 辅助 DnaB 结合到复制起始点，使起始部位的双链解开。而引发体中的引物酶(primase)在已解开起始部 位的 DNA 单链按碱基互补配对催化 NTP 聚合，合成一小片段的 RNA，作为 DNA 合成的引 物，即沿此引物 RNA 的 3′-OH 进行延伸。 五、DNA 连接酶 DNA 连接酶(DNA 1igase)催化两段 DNA 链之间磷酸二酯键的形成。要求 DNA 链 3′端有游离的 OH，而 5′端带有磷酸根，连接过程需要 ATP 供能,如图 12-9。 DNA 连接酶不能连接两分子单链的 DNA，只能作用双链 DNA 分子中一股链上的缺口

或双链DNA分子双股的缺口。如DNA经限制性内切核酸酶切割后,两个片段的粘性末端相 配,DNA连接酶能使之连接。即使是两段平齐DNA,DNA连接酶也能使之连接。在DNA 复制过程中,当RNA引物清除后,靠DNA聚合酶Ⅰ填补空缺,冈崎片段之间的缺口靠DNA 连接酶作用而连成完整的一条新链。DNA连接酶在DNA损伤修复中亦起重要作用,并且是 一种重要的工具酶 第三节DNA复制过程 、复制的起始 大肠杆菌复制时有特定的起始部位称为orC,长度为245bp。有3个串连排列的核苷酸 序列,每个由13个核苷酸组成。其序列基本相同为 GATCTNTINTTTT,而且GATC在oriC 部位出现11次,orC还有4个DnaA结合位点,是4个9bp序列的反向重复,这些序列都 是高度保守的(图12-10。) DnaA先结合至复制起始点,然后发动了复杂的变化。DnaB和DnaC亦参加进去,从而 使双链解开,DNA结合蛋白便与单链DNA结合。接着引物酶按碱基配对原则合成一小段的 RNA引物,此引物的3′-OH可供DNA聚合酶Ⅲ将第一个dNTP加到3′-OH上而形成3 5′磷酸二酯键。复制是从oriC开始,同时向两个方向进行的,称为双向复制( bi-directional replication) 复制开始后由于DNA双链解开,在两股单链上进行复制。在电子显微镜下观察DNA 复制前进部位伸展成叉状,称为复制叉( (replication fork,如图12-12 复制的延长 在DNA聚合酶Ⅲ的作用下,新合成的DNA链不断延长。大肠杆菌的冈崎片段长度为1 000~2000个核苷酸,即前导链合成1000~2000个核苷酸后,随从链便开始合成。在延长过 程中,由于拓扑异构酶的作用,避免了在复制叉前方的DNA打结。 复制的终止 在DNA延长阶段结束后,原核生物的RNA引物被DNA聚合酶Ⅰ切除。留下的空隙, 由DNA聚合酶Ⅰ进行补满,即从另一冈崎片段的3′-OH按5′→3′根据碱基配对原则 将一个个的dNTP补上去。最后的缺口再由DNA连接酶将相邻的两个核苷酸借磷酸二酯键 连起来,即成完整的一条新链,DNA的复制即告完成,如图12-15

- -6 或双链 DNA 分子双股的缺口。如 DNA 经限制性内切核酸酶切割后，两个片段的粘性末端相 配，DNA 连接酶能使之连接。即使是两段平齐 DNA，DNA 连接酶也能使之连接。在 DNA 复制过程中，当 RNA 引物清除后，靠 DNA 聚合酶Ⅰ填补空缺，冈崎片段之间的缺口靠 DNA 连接酶作用而连成完整的一条新链。DNA 连接酶在 DNA 损伤修复中亦起重要作用，并且是 一种重要的工具酶。 第三节 DNA 复制过程 一、复制的起始 大肠杆菌复制时有特定的起始部位称为 oriC，长度为 245bp。有 3 个串连排列的核苷酸 序列，每个由 13 个核苷酸组成。其序列基本相同为 GATCTNTTNTTTT，而且 GATC 在 oriC 部位出现 11 次，oriC 还有 4 个 DnaA 结合位点，是 4 个 9bp 序列的反向重复，这些序列都 是高度保守的（图 12-10。） DnaA 先结合至复制起始点，然后发动了复杂的变化。DnaB 和 DnaC 亦参加进去，从而 使双链解开，DNA 结合蛋白便与单链 DNA 结合。接着引物酶按碱基配对原则合成一小段的 RNA 引物，此引物的 3′-OH 可供 DNA 聚合酶Ⅲ将第一个 dNTP 加到 3′-OH 上而形成 3′， 5′磷酸二酯键。复制是从 oriC 开始，同时向两个方向进行的，称为双向复制(bi-directional replication)。 复制开始后由于 DNA 双链解开，在两股单链上进行复制。在电子显微镜下观察 DNA 复制前进部位伸展成叉状，称为复制叉(replication fork)，如图 12-12。 二、 复制的延长 在 DNA 聚合酶Ⅲ的作用下，新合成的 DNA 链不断延长。大肠杆菌的冈崎片段长度为 1 000~2 000 个核苷酸，即前导链合成 1 000~2 000 个核苷酸后，随从链便开始合成。在延长过 程中，由于拓扑异构酶的作用，避免了在复制叉前方的 DNA 打结。 三、复制的终止 在 DNA 延长阶段结束后，原核生物的 RNA 引物被 DNA 聚合酶Ⅰ切除。留下的空隙， 由 DNA 聚合酶Ⅰ进行补满，即从另一冈崎片段的 3′-OH 按 5′→3′根据碱基配对原则， 将一个个的 dNTP 补上去。最后的缺口再由 DNA 连接酶将相邻的两个核苷酸借磷酸二酯键 连起来，即成完整的一条新链，DNA 的复制即告完成，如图 12-15

四、真核生物端粒DNA的复制 真核生物线性染色体的两个末端称为端粒( (telomere)。按上述DNA复制机制新合成子链 5′端的那段RNA引物被切除后,必留下一个空缺,假如每次细胞分裂或DNA复制都是如 此,端粒将会不断缩短,最终导致关键基因的丧失及种系灭绝的危险,但事实并非如此。那 么真核生物一定存在着某种阻止端粒缩短的机制。 (一)端粒DNA的结构和端粒藤 对端粒DNA序列的分析,发现端粒DNA的3′端是由数百个串联重复GT丰富的短的 寡核苷酸序列,如四膜虫的重复序列为- GGGGTI-,人为- AGGGTT-。端粒DNA序列虽不含 功能基因,但对维持染色体的稳定性起着重要作用。如果端粒丧失,染色体之间可能出现端 -端融合、降解、重排乃至染色体丢失等变化,最后细胞衰亡。 近年来,发现了一种能防止端粒缩短的酶,称为端粒酶( telomerase),该酶由蛋白质和RNA 两部分组成,其中RNA作为合成端粒DNA的模板,端粒酶是目前所知唯一携带RNA模板 的逆转录酶,具有种属特异性,例如四膜虫的端粒酶,其RNA部分含159个核苷酸,其中 有一段序列为5′ CAACCCCAA-3′可作为合成端粒DNA3′端GT丰富序列- GGGGTI模 板。人端粒酶的RNA含450个碱基,其中 CUAACCCUAAO-为合成- AGGI-的模板。这 样可防止细胞分裂时DNA复制端粒的缩短。 端粒、端粒酶和细胞的衰老有密切关系。有人将端粒称为分子钟或有丝分裂钟。但是恶 性肿瘤细胞当端粒缩短到某种程度,端粒酶活性又重新出现,对端粒进行补偿,使之永不衰 亡,形成恶性增殖。 (二)端粒酶的作用机制 第四节DNA的损伤与修复 DNA是储存遗传信息的物质。从生物遗传角度来讲,要求在复制过程中保持遗传密码的 稳定性,物种才能得以延续。哺乳动物单倍体细胞的基因组由29X10° bp dnA组成。动物 生中,从受精卵细胞到个体死亡,这些遗传密码要经过千万次的复制。在物种进化的长河中 DNA复制的次数更是难以计数,而且生物体内外环境都存在着使DNA损伤( dnA damage) 的因素。可见,除DNA复制的高度真实性外,还要求某种修复DNA损伤的机制。每一遗传 信息都以不同拷贝储存在DNA两条互补链上。因此,若一条链有损伤,可被修复酶切除

- -7 四、真核生物端粒 DNA 的复制 真核生物线性染色体的两个末端称为端粒(telomere)。按上述 DNA 复制机制新合成子链 5′端的那段 RNA 引物被切除后，必留下一个空缺，假如每次细胞分裂或 DNA 复制都是如 此，端粒将会不断缩短，最终导致关键基因的丧失及种系灭绝的危险，但事实并非如此。那 么真核生物一定存在着某种阻止端粒缩短的机制。 (一) 端粒 DNA 的结构和端粒酶 对端粒 DNA 序列的分析，发现端粒 DNA 的 3′端是由数百个串联重复 GT 丰富的短的 寡核苷酸序列，如四膜虫的重复序列为-GGGGTT-，人为-AGGGTT-。端粒 DNA 序列虽不含 功能基因，但对维持染色体的稳定性起着重要作用。如果端粒丧失，染色体之间可能出现端 -端融合、降解、重排乃至染色体丢失等变化，最后细胞衰亡。 近年来，发现了一种能防止端粒缩短的酶，称为端粒酶(telomerase)，该酶由蛋白质和 RNA 两部分组成，其中 RNA 作为合成端粒 DNA 的模板，端粒酶是目前所知唯一携带 RNA 模板 的逆转录酶，具有种属特异性，例如四膜虫的端粒酶，其 RNA 部分含 159 个核苷酸，其中 有一段序列为 5′-CAACCCCAA-3′可作为合成端粒 DNA3′端 GT 丰富序列-GGGGTT-模 板。人端粒酶的 RNA 含 450 个碱基，其中-CUAACCCUAAC-为合成-AGGGTT-的模板。这 样可防止细胞分裂时 DNA 复制端粒的缩短。 端粒、端粒酶和细胞的衰老有密切关系。有人将端粒称为分子钟或有丝分裂钟。但是恶 性肿瘤细胞当端粒缩短到某种程度，端粒酶活性又重新出现，对端粒进行补偿，使之永不衰 亡，形成恶性增殖。 (二) 端粒酶的作用机制 第四节 DNA 的损伤与修复 DNA 是储存遗传信息的物质。从生物遗传角度来讲，要求在复制过程中保持遗传密码的 稳定性，物种才能得以延续。哺乳动物单倍体细胞的基因组由 2.9X109 bp DNA 组成。动物一 生中，从受精卵细胞到个体死亡，这些遗传密码要经过千万次的复制。在物种进化的长河中， DNA 复制的次数更是难以计数，而且生物体内外环境都存在着使 DNA 损伤（DNA damage） 的因素。可见，除 DNA 复制的高度真实性外，还要求某种修复 DNA 损伤的机制。每一遗传 信息都以不同拷贝储存在 DNA 两条互补链上。因此，若一条链有损伤，可被修复酶切除

并以未损伤的信息重新合成与原来相同的序列,这就是DNA修复( DNA repair)的基础 但是在漫长的进化过程中,DNA的序列还是会发生改变,通过复制传递给子代成为永久 的,这种DNA的核苷酸序列永久的改变称为突变( mutation)。若发生的突变有利于生物的生 存则保留下来,这就是进化:若不适应于自然选择( nature selection则被淘汰,因此生物的进 化可以看成是一种主动的基因改变过程,这是物种多样性的原动力。所以,生物的变异是绝 对的,修复是相对的。 造成DNA损伤的因素 造成DNA损伤的因素有生物体内自发的、亦有外界物理和化学等因素 )自发的因素 由于DNA分子受到周围环境溶剂分子的随机热碰撞( thermal collision),腺嘌呤或鸟嘌呤 与脱氧核糖间的N-糖苷键可以断裂,使λ或G脱落。人体细胞中DNA每天毎个细胞要脱落 5000个嘌呤碱,每天每个细胞也有100个胞嘧啶自发脱氨而成尿嘧啶。 (二)物理因素 1.紫外线损伤由于嘌呤环与嘧啶环都含有共轭双键,能吸收紫外线而引起损伤。嘧 啶碱引起的损伤比嘌呤碱大10倍。损伤是由于嘧啶二聚体的产生,即2个相邻嘧啶碱的Cs 和C6共价交联,如图12-18所示 2.电离辐射损伤如Ⅹ射线和y射线,可以是辐射能量直接对DNA的影响,或DNA 周围的溶剂分子吸收了辐射能,再对DNA产生损伤作用。如碱基的破坏、单链的断裂、双 链的断裂、分子间的交联、碱基脱落或核糖的破坏等 (三)化学因素 DNA损伤的类型 根据DNA分子的改变,可把突变分为下面几种主要类型 (一)点突变 点突变( point mutation)是DNA分子上一个碱基的变异,可分为:①转换( transition)同型 碱基,如一种嘌呤代替另一种嘌呤或一种嘧啶代替另-嘧啶。颠换(τ ransversatiol)异型碱基, 即嘌呤变嘧啶,或嘧啶变嘌呤。点突变可根据发生在DNA分子的部位,如发生在启动子或 剪接信号部位可以影响整个基因的功能:若发生在编码序列,有的可以改变蛋白质的功能如

- -8 并以未损伤的信息重新合成与原来相同的序列，这就是 DNA 修复（DNA repair）的基础。 但是在漫长的进化过程中，DNA 的序列还是会发生改变, 通过复制传递给子代成为永久 的，这种 DNA 的核苷酸序列永久的改变称为突变(mutation)。若发生的突变有利于生物的生 存则保留下来，这就是进化；若不适应于自然选择(nature selection)则被淘汰，因此生物的进 化可以看成是一种主动的基因改变过程，这是物种多样性的原动力。所以，生物的变异是绝 对的，修复是相对的。 一、造成 DNA 损伤的因素 造成 DNA 损伤的因素有生物体内自发的、亦有外界物理和化学等因素。 (一) 自发的因素 由于 DNA 分子受到周围环境溶剂分子的随机热碰撞(thermal collision)，腺嘌呤或鸟嘌呤 与脱氧核糖间的 N-糖苷键可以断裂，使 A 或 G 脱落。人体细胞中 DNA 每天每个细胞要脱落 5 000 个嘌呤碱，每天每个细胞也有 100 个胞嘧啶自发脱氨而成尿嘧啶。 (二) 物理因素 1．紫外线损伤 由于嘌呤环与嘧啶环都含有共轭双键，能吸收紫外线而引起损伤。嘧 啶碱引起的损伤比嘌呤碱大 10 倍。损伤是由于嘧啶二聚体的产生，即 2 个相邻嘧啶碱的 C5 和 C6 共价交联，如图 12-18 所示。 2．电离辐射损伤 如 X 射线和 γ 射线，可以是辐射能量直接对 DNA 的影响，或 DNA 周围的溶剂分子吸收了辐射能，再对 DNA 产生损伤作用。如碱基的破坏、单链的断裂、双 链的断裂、分子间的交联、碱基脱落或核糖的破坏等。 (三) 化学因素 二、DNA 损伤的类型 根据 DNA 分子的改变，可把突变分为下面几种主要类型。 (一)点突变 点突变(point mutation)是 DNA 分子上一个碱基的变异，可分为：①转换(transition)同型 碱基，如一种嘌呤代替另一种嘌呤或一种嘧啶代替另一嘧啶。②颠换(transversation)异型碱基， 即嘌呤变嘧啶，或嘧啶变嘌呤。点突变可根据发生在 DNA 分子的部位，如发生在启动子或 剪接信号部位可以影响整个基因的功能；若发生在编码序列，有的可以改变蛋白质的功能如

引起镰状红细胞贫血:有的则为中性变化,即编码氨基酸虽变化,但功能不受影响:有的甚 至是静止突变,碱基虽变但编码氨基酸种类不变。 (二)缺失 缺失( deletion)是一个碱基或一段核苷酸链乃至整个基因,从DNA大分子上丢失。如有 些地中海贫血、生长激素基因缺失,再如上述 Lesch- Nyhan综合征是 HGPRT基因缺失 (三)插入 插入( Insertion)是一个原来没有的碱基或一段原来没有的核苷酸序列插入到DNA大分子 中去,或有些芳香族分子如吖啶( acridine)嵌入DNA双螺旋碱基对中,可以引起移码突变 ( frame-shift-- mutation),影响三联体密码的阅读方式 (四)倒位 DNA链内部重组,使其一段方向颠倒。 三、修复机制 (一)光修复机制 这种机制主要存在于低等生物 1.不需要光复活酶 光复活酶( photoreactivating enzyme)称为DNA光修复酶 photolyase)。当280m紫外线 照射DNA产生的嘧啶二聚体,在短波239nm照射下,二聚体即分解成单体。 2.需要光复活酶紫外线照射使光复活酶激活,能解聚嘧啶二聚体。 (二)切除修复 因不需要光照射,故也称暗修复。DNA引起大的损伤,包括WV引起的嘧啶二聚体、嘧 啶′环丁烷二聚体、几个其它类型的碱基加合物、通过曝露于香烟的烟尘在DNA中形成的 苯并芘尿嘧啶。一般由切除修复( excision repaIr)系统修复。该修复途径对所有生物的生存是 关键的。在大肠杆菌Ecob中,有一种UV特异的切割酶( excinuclease或 UVrABC enzyme), 能识别UⅤ照过产生的二聚体部位。并在远离损伤部位5′端8个核苷酸处及3′端4个核 苷酸处各作一切口。像外科手术“扩创”一样,将含损伤的一段DNA切掉。DNA聚合酶I 进入此缝隙,从3′-OH开始,按碱基配对原则以另一条完好链为模板进行修复。最后由DNA 连接酶将新合成的DNA片段与原来DNA链连接而封口(图12-19)。真核细胞的切割核酸

- -9 引起镰状红细胞贫血；有的则为中性变化，即编码氨基酸虽变化，但功能不受影响；有的甚 至是静止突变，碱基虽变但编码氨基酸种类不变。 (二)缺失 缺失(deletion)是一个碱基或一段核苷酸链乃至整个基因，从 DNA 大分子上丢失。如有 些地中海贫血、生长激素基因缺失，再如上述 Lesch- Nyhan 综合征是 HGPRT 基因缺失。 （三）插入 插入(insertion)是一个原来没有的碱基或一段原来没有的核苷酸序列插入到 DNA 大分子 中去，或有些芳香族分子如吖啶(acridine)嵌入 DNA 双螺旋碱基对中，可以引起移码突变 (frame-shift-mutation)，影响三联体密码的阅读方式。 （四）倒位 DNA 链内部重组，使其一段方向颠倒。 三、修复机制 (一) 光修复机制 这种机制主要存在于低等生物。 1. 不需要光复活酶 光复活酶(photoreactivating enzyme)也称为 DNA 光修复酶(photolyase)。当 280nm 紫外线 照射 DNA 产生的嘧啶二聚体，在短波 239nm 照射下，二聚体即分解成单体。 2. 需要光复活酶 紫外线照射使光复活酶激活，能解聚嘧啶二聚体。 (二) 切除修复 因不需要光照射，故也称暗修复。DNA 引起大的损伤, 包括 UV 引起的嘧啶二聚体、嘧 啶/ 环丁烷二聚体、几个其它类型的碱基加合物、通过曝露于香烟的烟尘在 DNA 中形成的 苯并芘尿嘧啶。一般由切除修复(excision repair)系统修复。该修复途径对所有生物的生存是 关键的。在大肠杆菌 E.coli 中，有一种 UV 特异的切割酶(excinuclease 或 UVrABC enzyme)， 能识别 UV 照过产生的二聚体部位。并在远离损伤部位 5′端 8 个核苷酸处及 3′端 4 个核 苷酸处各作一切口。像外科手术“扩创”一样，将含损伤的一段 DNA 切掉。DNA 聚合酶Ⅰ 进入此缝隙，从 3′-OH 开始，按碱基配对原则以另一条完好链为模板进行修复。最后由 DNA 连接酶将新合成的 DNA 片段与原来 DNA 链连接而封口 (图 12-19) 。真核细胞的切割核酸

酶的作用和机制,是与细菌的酶完全类似的方式对嘧啶二聚体切割。切除修复是人体细胞 的重要修复形式,有些遗传性疾病如着色性干皮病( xeroderma pigmentosum),是常染色体隐 性遗传性疾病。纯合子患者的皮肤对阳光或紫外线极度敏感,皮肤变干、真皮萎缩、角化、 眼睑结疤、角膜溃疡,易患皮肤癌。此病是由于缺乏UV特异内切核酸酶造成的。 三)碱基切除修复 每个细胞都有一类DNA糖苷酶( DNA glycosylase),每一种酶能识别一种DNA分子中改 变的碱基,能水解该改变的碱基与脱氧核糖间的糖苷键,使改变的碱基脱落,在DNA上产 生一个缺嘌呤或缺嘧啶的位( apurinIc- or apyrimidinic-site, AP site),再藉切除修复机制进行 修复。现知至少有20种不同的DNA糖苷酶,各具特异性。如识别胞嘧啶脱氨生成的尿嘧啶, 腺嘌呤脱氨基产物,开环的碱基,不同烷基化类型的碱基等。如胞嘧啶脱氨后即成尿嘧啶, 若不纠正,可引起类型转换,即GC→A-T。 碱基切除修复(base- excision repaIr)步骤如下 1)DNA糖苷酶识别损伤的碱基,在碱基和脱氧核糖之间切割。 2)AP核酸内切酶切AP位置附近的磷酸二酯键。 3)DNA聚合酶Ⅰ用它的5′→3′外切酶活性除去损伤链,从缺口的3′-0H起始 修复合成,用新合成的DNA替代 4)最后缺口由DNA连接酶封口(图12-20)。 尿嘧啶DNA糖苷酶修复的发现,解答了一个长年以来的疑题,即组成RNA是U,而组 成DNA却是甲基化为T,即从UMP→dIMP,要消耗能量。但U和T都与A互补配对,所 编的密码是相同的。生物体为什么花如此代价?现在问题清楚了,尿嘧啶-DNA糖苷酶只能 切除DNA链上的尿嘧啶,而不能切除DNA链上的胸腺嘧啶,因为后者Cs有一甲基,好像 是给尿嘧啶加上一个标签。胞嘧啶脱氨基后形成的尿嘧啶即无此标签,即被该糖苷酶识别为 改变了的碱基。若DNA与RNA一样也用尿嘧啶,那么胞嘧啶脱氨形成尿嘧啶,与正常部位 的尿嘧啶便无法区别,不能纠正,造成子代DNA的突变即GC→AT。可见DNA由T代替U 能增加遗传信息的稳定性。相反,RNA不需修复,拷贝数很多,半衰期短,即使有个拷贝的 胞嘧啶脱氨基转变为U,影响也不大,合成出来的绝大多数蛋白质还是具有正常生理功能, 而且U作为合成原料经济得多

- 10- 酶的作用和机制，是与细菌的酶完全类似的方式对嘧啶二聚体切割。切除修复是人体细胞 的重要修复形式，有些遗传性疾病如着色性干皮病(xeroderma pigmentosum)，是常染色体隐 性遗传性疾病。纯合子患者的皮肤对阳光或紫外线极度敏感，皮肤变干、真皮萎缩、角化、 眼睑结疤、角膜溃疡，易患皮肤癌。此病是由于缺乏 UV 特异内切核酸酶造成的。 (三) 碱基切除修复 每个细胞都有一类 DNA 糖苷酶(DNA glycosylase)，每一种酶能识别一种 DNA 分子中改 变的碱基，能水解该改变的碱基与脱氧核糖间的糖苷键，使改变的碱基脱落，在 DNA 上产 生一个缺嘌呤或缺嘧啶的位（apurinic-or apyrimidinic-site，AP site）,再藉切除修复机制进行 修复。现知至少有 20 种不同的 DNA 糖苷酶，各具特异性。如识别胞嘧啶脱氨生成的尿嘧啶， 腺嘌呤脱氨基产物，开环的碱基，不同烷基化类型的碱基等。如胞嘧啶脱氨后即成尿嘧啶， 若不纠正，可引起类型转换，即 G-C→A-T。 碱基切除修复（base-excision repair）步骤如下： 1) DNA 糖苷酶识别损伤的碱基,在碱基和脱氧核糖之间切割。 2） AP 核酸内切酶切 AP 位置附近的磷酸二酯键。 3） DNA 聚合酶Ⅰ用它的 5′→3′外切酶活性除去损伤链,从缺口的 3′-ＯＨ起始 修复合成,用新合成的 DNA 替代。 4）最后缺口由 DNA 连接酶封口(图 12-20)。 尿嘧啶 DNA 糖苷酶修复的发现，解答了一个长年以来的疑题，即组成 RNA 是 U，而组 成 DNA 却是甲基化为 T，即从 UMP→dTMP，要消耗能量。但 U 和 T 都与 A 互补配对，所 编的密码是相同的。生物体为什么花如此代价? 现在问题清楚了，尿嘧啶-DNA 糖苷酶只能 切除 DNA 链上的尿嘧啶，而不能切除 DNA 链上的胸腺嘧啶，因为后者 C5 有一甲基，好像 是给尿嘧啶加上一个标签。胞嘧啶脱氨基后形成的尿嘧啶即无此标签，即被该糖苷酶识别为 改变了的碱基。若 DNA 与 RNA 一样也用尿嘧啶，那么胞嘧啶脱氨形成尿嘧啶，与正常部位 的尿嘧啶便无法区别，不能纠正，造成子代 DNA 的突变即 GC→AT。可见 DNA 由 T 代替 U， 能增加遗传信息的稳定性。相反，RNA 不需修复，拷贝数很多，半衰期短，即使有个拷贝的 胞嘧啶脱氨基转变为 U，影响也不大，合成出来的绝大多数蛋白质还是具有正常生理功能， 而且 U 作为合成原料经济得多