备课素材：DNA校对和修复-2023—2024学年高一上学期生物人教版必修1

DNA校对和修复 先看一道试题： 2015年诺贝尔化学奖表彰三位科学家在DNA修复机理研究贡献。阐明了在分子层面上细胞如何进行DNA修复，并确保其遗传信息安全的机制。请回答下列问题： （1）DNA（脱氧核糖核酸）是一种解密生命密码的分子（见图），带有遗传信息的DNA片段被称为基因。细胞对DNA受损后进行基因修复，则DNA修复过程发生了______（填“物理”或“化学”）变化。修复机制确保了维持生命存在的遗传物质DNA的安全和稳定，这说明DNA分子能保持其______（填“化学”或“物理”）性质。 （2）细胞监控并修复紫外线对基因造成的侵害，分子修复功能适用于所有的生物。紫外线辐射改变DNA的化学结构，这一过程将_____能转化为化学能。 （3）细胞用来修复DNA的秘密武器是蛋白质，监控持续校对基因组，一旦发现基因发生受损，便对基因进行修复。下列物质不会使蛋白质发生化学变化，失去原有生理活性的是_____（填序号）。 a甲醛 b乙酸铅 c氯化钠 d尼古丁（烟碱） （4）脱氧核糖是DNA的重要组成部分，其化学式为C5H10O4，则脱氧核糖属于_____（填“有机”或“无机”）化合物，其相对分子质量为___，其中碳、氢元素的原子个数比为_____，氧元素的质量分数为_____（计算结果精确到0.01%）。 （5）本年度获奖者发现三种基因修复机制和途径，打开了DNA修复研究领域的大门。神奇的DNA修复技术可应用到基因工程和现代医疗哪些方面？____________、______________（要求至少两点）。 答案：（1）化学 化学 （2）光 （3）c （4）有机134 1:2 （或5:10） 47.76%（5）检测基因来筛查诊断遗传性疾病研发抗癌新疗法:制造出能永驻青春的化妆品；生活中要远离烟酒，以减少对基因修复系统的干扰；通过修复 基因，让细胞慎发无限活力，人类有可能长生不老等 此题涉及了DNA损伤和修复。教材没有提到。 那么，DNA损伤校对和修复的机理是什么？ 我们身体的细胞中实际上一直在发生复制错误和DNA损伤。在大多数情况下，它们不会导致基因突变或者引起疾病，这是因为体内存在DNA校对和修复机制。此外，如果DNA发生了损伤并无法修复，细胞将经历程序性细胞死亡（凋亡），以避免传递有缺陷的DNA。 校对 DNA聚合酶是DNA复制重要的酶。在DNA复制过程中，大多数DNA聚合酶可以在添加每个碱基时“检查它们的工作”，这个过程被称为校对。如果聚合酶检测到已经添加了错误的（配对不正确的）核苷酸，它将立即移除并替换该核苷酸，然后继续DNA合成 错配修复 虽然大多数错误可以通过校对进行纠正，但仍有一些“漏网之鱼”。错配修复发生在新的DNA生成后，其任务是去除并替换错配的碱基（在校对期间未被修复的碱基）。此外，错配修复还能检测并纠正聚合酶在模板上“滑动”时发生的小插入和缺失。 首先，一个蛋白质复合物（一组蛋白质）识别并结合到错配的碱基上。第二个复合物在错配附近切割DNA，更多的酶去除掉错配的核苷酸以及周围的一小片DNA。然后，DNA聚合酶用正确的核苷酸替换缺失的部分。最后，DNA连接酶封闭了缺口。 损伤修复 DNA在细胞的整个生命周期中几乎任何时刻都可能遭受损害，比如紫外线、化学物质和X射线。即使没有环境侵害，DNA也会发生自发的化学反应，这个过程也有可能发生损伤。 细胞拥有修复机制，能够检测和纠正许多类型的DNA损伤。帮助修复受损DNA的修复过程包括： 直接逆转：细胞中的一些酶可以直接“撤销”一些对DNA的损伤化学反应。 切割修复：对DNA中一个或几个碱基的损伤通常通过移除（切割）和替换受损区域来修复。在碱基切割修复中，只有受损的碱基被移除。前面所说的错配修复一样，在核苷酸切割修复中，一小片核苷酸被移除。 双链断裂修复：用于修复DNA双链断裂的两个主要途径是非同源末端连接和同源重组（即整个染色体分裂成两段时 直接逆转 在某些情况下，细胞可以通过反转引起DNA损伤的化学反应来修复DNA损伤。 其实，“DNA损伤”通常只是通过化学反应将一组额外的原子附着到DNA上。例如，鸟嘌呤（G）可以经历一种反应，将一个甲基（−CH3−CH3）基团附着到碱基中的氧原子上。如果不修复，带有甲基的鸟嘌呤在DNA复制过程中将与胸腺嘧啶（T）配对，而不是胞嘧啶（C）。在人类和许多其他生物的体内都拥有一种酶，可以去除甲基基团，逆转反应并使碱基恢复正常。 碱基切割修复 碱基切割修复是一种用于检测和移除某些类型受损碱基的机制。糖基化酶（glycosylase）在碱基切割修复中发挥关键作用，每个糖基化酶都能检测并去除特定类型的受损碱基。 例如，一种称为脱氨基的化学反应可以将胞嘧啶碱基转化为尿嘧啶，尿嘧啶通常只在RNA中找到。在DNA复制过程中