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DNA通过基因表达，决定了蛋白质的结构、功能RNA也可作为某些病毒遗传信息的载体。
1、复制(replication)
2、基因表达转录(transcription)翻译(translation)
3、基因表达调控
4、基因工程(geneticengineering(geneexpression)(controlgeneexpression)
DNA复制(replication)--由亲代DNA合成两个相同的子代DNA的过程。
复制亲代DNA子代DNA
一、半保留复制(semi-conservativereplication)
二、双向复制(bidirectionalreplication)
三、半不连续复制(semi-discontinuousreplication)
四、复制的高保真性(highfidelity)子链继承母链遗传信息的几种可能方式：全保留式、半保留式、混合式
(一)半保留复制的定义
复制时，母链的双链DNA解开成两股单链，各自作为模板指导子代合成新的互补链。子代细胞的DNA双链，其中一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成。由于碱基互补，两个子细胞的DNA双链，都和亲代母链DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制(semi-conservativereplication)。母链DNA复制过程中形成的复制叉子代DNA。
1、使亲代DNA所含的信息以极高的准确度传递给子代DNA分子。
2、DNA通过复制和基因表达这两种主要功能，决定了生物的特性和类型并体现了遗传过程的相对保守性。遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。
(一)双向复制的定义
复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制(bidirectionalreplication)。
复制中的放射自显影图象真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)。复制子是独立完成复制的功能单位。
DNA双螺旋的两条链是反平行的，而DNA合成的方向只能是5’→3’。
在DNA复制时，1条链的合成方向和复制叉的前进方向相同，可以连续复制，叫作前导链(leadingstrand)；而另一条链的合成方向和复制叉的前进方向正好相反，不能连续复制，只能分成几个片段(冈崎片段)合成，称之为滞后链(laggingstrand)。领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续复制。解链方向领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)DNA复制的精确度极高，误差率很低，以保证物种在维持遗传保守性的同时，还要通过变异不断进化。
DNA复制的高度忠实性至少要依赖三种机制：
1、遵守严格的碱基配对规律；
2、DNA聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能；
3、复制出错时，DNA聚合酶的即时校读功能。
复制的保真性和碱基选择DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价(氢键)与共价(磷酸二酯键)键的有序形成。嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。
DNA复制的反应体系：
一、复制的化学反应
(一)复制的反应体系
1.底物：四种dNTP：dATP、dTTP、dGTP、dCTP
2.聚合酶：依赖DNA的DNA聚合酶，DNA-pol；
3.模板：指解开成单链的DNA母链；
4.引物：提供3’-OH末端，使dNP可以依次聚合；
5.其他酶和蛋白质因子。
在聚合酶的作用下，一个核苷酸5′-P和相邻的核苷酸上核糖的3′-OH生成磷酸二酯键而逐一聚合的形成多核苷酸链。(dNMP)+ppiDNA链生成过程，DNA新链生成需引物和模板；只能从5′-端向3＇-端延长。(dNMP)(dNMP)n+1PPi(一)DNA聚合酶
(二)解链解旋酶
(三)引物酶
(四)DNA连接酶DNA全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DDDP)缩写：DNA-pol
活性：
1.能切除RNA引物和突变的DNA片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。
DNA-pol、DNA-polII、DNA-polDNA结构特点单一多肽链，从N端到C端有3个酶促活性结构域依次排列：5′3′外切酶、3′5′外切酶和DNA聚合酶。
DNAPolI在蛋白酶的作用下，可分为大、小两个片段。小片段具有5＇3＇外切酶活性。大片段(又称为Klenow片段)具有聚合酶活性及3′5′外切酶活性，它对核酸技术十分有用。DNA-pol(kD)个氨基酸
小片段核酸外切酶活性
大片段/Klenow片段个氨基酸DNA聚合酶活性
木瓜蛋白酶DNA-polKlenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究中常用的工具酶。
DNA-pol
①5′3′聚合酶的活性：对复制和修复中出现的空隙进行填补。
②3′5′外切酶活性：对复制中错误进行即时校读，保证复制的准确性。
③5′3′外切酶活性：可去除RNA引物和突变碱基。
DNA-polII5′3’聚合酶活性3’5′外切酶活性无5’3’外切酶活性它只是在无polI及pol的情况下才起作用，其真正的功能也未完全清楚，可能在损伤修复中有特殊作用。
DNApol-结构特点由10种亚基(α)组成不对称异源二聚体。
核心酶(α亚基：5′3′聚合酶活性亚基：3′5′外切酶活性和碱基选择功能，是复制保真性所必需。
θ亚基：可能起组装作用-复合物：促进全酶组装至模板及增强核心酶活性DNA-polDNA-pol在活细胞内的功能5′3′聚合酶的活性：是在复制延长中真正催化新链核苷酸聚3′5′外切酶活性：对复制中错误进行即时校读，保证复制的准确性。催化DNA聚合参与DNA损伤的应急状态修复修复合成、切除引物、填补空隙功能分子数/细胞聚合酶活性polIIIpolIIpolDNADNA-polDNA-po1δ：延长领头链和随从链；
DNA-poIα：合成RNA引物；
DNA-polε：校读、修复和填补缺口。
DNA-polβ：在没有其他DNA-pol时发挥催化功能。
DNA-po1γ：催化线粒体DNA的合成。
DNADNA填补引物空隙，切除修复，重组延长子解螺旋酶活性线粒体DNA复35核酸外切酶活性
53聚合活性25...04..5分子量(kD)DNA-pol填补引物空隙，切除修复，重组延长子解螺旋酶活性线粒体DNA复35核酸外切酶活性53聚合活性25...04..5分子量(kD)DNA-pol
(二)与复制起始及解链解旋相关的酶类
在复制起始时需要多种酶和蛋白因子，共同起解开、理顺DNA链，维持DNA在一段时间内处于单链状态的作用。
理顺DNA链
拓扑异构酶(gyrA，稳定已解开的单链单链DNA结合蛋白SSB催化RNA引物生成)
引物酶DnaG(dnaG)运送和协同DnaBDnaC(dnaC)解开DNA双链
解螺旋酶
DNA拓扑异构酶，改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。
引物酶属DNA指导的RNA聚合酶，但不同于催化转录过程的RNA聚合酶。
DNA
(一)复制的起始
(二)复制的延长
(三)复制的终止
1、DNA解链
2、引发体的形成并合成引物
3、超螺旋的转型
拓扑酶通过切断、旋转和再连结的作用，实现DNA超螺旋的转型，即把正超螺旋变为负螺旋。实验证明，负超螺旋比正超螺旋有更好的模板作用。
1.DnaA蛋白辨认结合oriC的重复序列，并与DNA形成复合物，引起解链；
2.DnaB在DnaC的辅助下结合于初步打开的双链，并用其解螺旋酶活性开链；
3.拓扑酶通过切断、旋转和再连结的作用，实现DNA超螺旋的转型；
4.SSB结合在已开链的DNA模板上，使DNA在一定的范围内保持开链状态。
5.引物酶介入，形成的引发体，可按照模板的配对序列，催化NTP的聚合，生成引物。脱氧单核苷酸逐个加入而延长DNA新链，其化学反应本质是生成磷酸二酯键。
催化此反应的酶：
原核生物：DNA-pol
真核生物：DNA-polα-催化不连续复制DNA-polδ-催化连续复制
复制起始时，母链即已解开，两股单链都是模板，其作用是按碱基配对规律指引核苷酸加入到新链。每次加入的单个核苷酸，都是以dNTP为原料，复制时子链从5’向3’延长。复制延长速度相当快。E.coli每秒钟能加入的核苷酸数达个。在形成双螺旋结构时，DNA双链的走向是相反的。复制经解链后，两股单链在复制叉上也是走向相反。复制，包括引物合成，只能从5′向3′延伸。而在同一复制叉上，解链的方向只可能有一个。复制方向与解链方向不一致可以理解不连续复制的成因顺着解链方向而生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链(leadingstrand)。复制的方向与解链方向相反生成的子链称为随从链(laggingstrand)。随从链的复制必须等待模板链解开至足够长度，才能从5′3‘方向生成引物然后复制。随从链在延长时，又要等到下一段暴露出足够长而度的模板，再次生成引物而延长。这就是不连续复制。随从链的合成随从链不连续复制的片段称为冈崎片段，其大小在~个核苷酸。每一个不连续复制的片段5’-端都带有一个RNA引物。片段的复制完成后，RNA引物会被除去而代之以DNA片段，因此复制至最后，两股子链都是DNA链。冈崎片段在同一个复制叉上，领头链的复制先于后随链，但两链是在同一DNApol催化下进行。即随从链的模板可折叠或环绕成环状，与前导链正在延长的区域对齐，使领头链和随从链的生长点都处在DNApol催化位点上。解链方向就是酶的前进方向，也是复制叉延伸方向。原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。复制的起始点和终止点刚好把环状DNA分为两个半圆，两个方向各进行，同时在终止点汇合。为了定位方便，习惯把E.coli的DNA分为等分。E.coli复制起始点oriC在82位点，复制终点ter(termination)在32位点。colioriterE.coliteroriCATPADP+PiDNA连接酶随从链上不连续性片段的连接哺乳动物的细胞周期DNA合成(synthesis)G1G2
二、真核生物的DNA生物合成真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。
复制的起始需要DNA-polα(引物酶活性)和polδ(解螺旋酶活性)参与。还需拓扑酶和复制因子(replicationfactor，RF)。增殖细胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen，PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。
亲代DNA随从链、引物、核小体、染色体DNA呈线状，复制在末端停止。
复制中冈崎片段的连接，复制子之间的连染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。
端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。功能维持DNA复制的完整性结构特点：末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。
TTTTGGGGTTTTGGGG…(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA，hTR)端粒酶协同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein端粒酶逆转录酶(humantelomerasereversetranscriptase，hTRT)端粒酶的催化延长作用
DNA聚合酶复制子链进一步加工端粒，特别是端粒酶的活性与细胞的生长、繁殖、衰老凋亡以及肿瘤的发生密切相关。端粒的平均长度随细胞分裂次数的增多及年龄的增长而逐渐变短至消失，可导致染色体稳定性下降，导致细胞衰老凋亡。
体细胞几乎没有端粒酶活性，随多次细胞分裂端粒逐渐缩短，细胞失去增殖能力。而端粒酶活性较高的胚原细胞，端粒长度未缩短。肿瘤细胞端粒酶重新获得活性，以维持端粒结构致使染色体稳定而成为永生细胞。肿瘤细胞的端粒比正常人同类细胞显著缩短。
ReverseTranscriptionOtherDNAReplicationWays
逆转录酶(reversetranscriptase)
逆转录：在逆转录酶的作用下以RNA为模板合成DNA的过程。此过程中，核酸合成与转录(DNARNA)过程遗传信息的流动方向相反(RNA→DNA)，故称为逆转录(reversetranscription)RNA病毒的基因组是RN而不DNA，其复制方式是逆转录，故称为逆转录病毒(retrovirus)。
RNA病毒感染活细胞后，要先经逆转录成为双链DNA，通过基因重组方式，参加入宿主细胞基因组，并随宿主细胞复制和表达。这种重组方式称为整合(integration)。病毒基因的整合可能是病毒致癌的重要方式。
能催化以单链RNA为模板合成双链DNA的反应的酶称为逆转录酶(reversetranscriptase)。它兼有三种酶的活性：
RNA指导的DNA聚合酶；DNA指导的DNA聚合酶和RNaseH活性。
所谓RNaseH活性是指除去杂合分子中的RNA。它可以从5′3′和3′5′两个方向水解DNA-RNA。
逆转录酶和其他DNA聚合酶一样，合成DNA的方向为5′3＇，并且不能从头合成DNA，也需要引物，是病毒本身的一种tRNA。
①以单链RNA的基因组为模板，在逆转录酶(RNA指导的DNA聚合酶)的催化下，合成一条单链DNA；
②产物与模板生成RNADNA杂化双链，杂化双链中的RNA被逆转录酶(RNaseH)水解；
③以新合成的单链DNA为模板，逆转录酶(DNA指导的DNA聚合酶)催化合成第二链DNA。
逆转录病毒细胞内的逆转录现象
RNA模板逆转录酶DNA-RNARNA酶单链DNA逆转录酶
双链DNA逆转录酶AAAASI核酸酶DNA聚合酶碱水解
分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为cDNA法。
以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。试管内合成cDNA
三、逆转录酶和逆转录现象的生物学意义
(一)逆转录酶和逆转录现象是分子生物学研究中的重大发现RNA同样兼有遗传信息传代与表达功能。
(二)对逆转录病毒的研究，拓宽了病毒致癌理论。
(三)分子生物学研究应用逆转录酶(cDNA法)，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一。
DNADamage(Mutation)RepairDNA个别脱氧核糖核苷酸残基甚至片段DNA在构成、复制或表型功能上的异常变化，称为突变(Mutation)，也称为DNA损伤(DNAdamage)。遗传物质结构改变引起遗传信息的改变。
(一)突变是进化、分化的分子基础自发突变或自然突变
(二)突变导致基因型改变多态性：个体之间的基因型差别。
(三)突变导致死亡突变发生在对生命过程至关重要的基因上，可导致个体、细胞的死亡。(四)突变是某些疾病的发病基础
有害的突变
(一)自发突变
(二)诱发突变
1.物理因素：主要指紫外线和各种辐射，如紫外线可引起DNA链上相邻的两个嘧啶碱基发生共价结合，生成嘧啶二聚体。
2.化学因素：化工原料、化工产品和副产品，各种工业的排放物、农药、食品防腐剂或添加剂，以至汽车排放的废气。
常见的化学诱变剂化合物类别分子改变碱基类似物如：5-BUDNA缺失G?错配(mismatch)?缺失(deletion)?插入(insertion)?重排(rearrangement)(frame-shift)mismatchDNA分子上的碱基错配称点突变(mutation)。
点突变发生在基因的编码区域，可导致氨基酸的改变。
转换：发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。
颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。
镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val肽链CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亚基N-val肽链CTCGAG基因c-rasH
缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。
插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。
框移突变：三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变，其后果是翻译出的蛋白质可能完全不同。
缺失CrearrangementDNA分子内发生较大片段的交换，称为重组或重排。
移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置(倒位)，也可以在染色体之间发生交换重组。由基因重排引起的两种地中海贫血基因型四、DNA损伤的修复(DNArepairing)修复是指针对已发生了的缺陷而施行的补救机制。
修复的主要类型：
(一)光修复(lightrepairing)
(二)切除修复(excisionrepairing)
(三)重组修复(re
