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DNA 复制与冈崎片段、DNA 损伤的修复机制
一、DNA 复制与“冈崎片段”
DNA 聚合酶不能从头合成DNA，而只能从3′端以5′端→3′端方向催化延伸聚合子代
DNA 链(因此DNA 复制需要引物，为DNA 聚合酶提供3′端)，DNA 的两条链是反向平行
的，两条链的复制过程如图：
DNA 复制过程中，当以a 链为模板时，DNA 聚合酶可以沿5′端→3′端方向连续合成新
的互补链(称为前导链)；以b 链为模板时，DNA 聚合酶也是沿5′端→3′端方向合成新链
片段，但是与前导链的合成方向相反，最终合成的互补链(称为后随链)实际上是由许多沿
5′端→3′端方向合成的DNA 片段连接起来的。学者冈崎等人将此不连续、相对较短的
DNA 片段称为冈崎片段。
归纳总结 (1)连续复制链(前导链)复制方向与解旋方向相同，不连续复制链(后随链)复制方
向与解旋方向相反，合成一些小的不连续片段。
(2)连续复制链(前导链)：切除引物后，子链会比母链短一截，这就是端粒DNA 在每次细胞
分裂后缩短的原因，可由端粒酶延长。
(3)不连续复制链(后随链)：切除引物后继续延长子链，补充切除引物留下的空隙。各个片段
由DNA 连接酶将其连成一条完整的DNA 子链。
典例1 DNA 复制时，一条新子链可以进行连续复制，而另一条链只能先合成新链片段即
冈崎片段(如图所示)。DNA 聚合酶不能直接起始DNA 新链或冈崎片段的合成，需先借助引
物酶以DNA 为模板合成RNA 引物，然后DNA 聚合酶在引物的末端上聚合脱氧核苷酸。当
DNA 整条单链合成完毕或冈崎片段相连后，DNA 聚合酶再把RNA 引物水解掉，换上相应
的DNA 片段。下列叙述错误的是( )
A．引物酶属于RNA 聚合酶
B．DNA 复制时，一条新子链按5′→3′方向进行，而另一条链复制方向相反，按
3′→5′方向进行
C．DNA 聚合酶既能催化磷酸二酯键形成，也能催化磷酸二酯键断裂
D．对DNA 进行标记时，标记物应在胸腺嘧啶上
答案 B
解析 引物酶以DNA 为模板合成RNA 引物，引物酶属于RNA 聚合酶，A 正确；DNA 聚合
酶只能在子链的3′端延伸DNA，DNA 复制时，两条新子链都按5′→3′方向进行，B 错
误；引物酶以DNA 为模板合成RNA 引物，然后DNA 聚合酶在引物的3′—OH 上聚合脱氧
核苷酸，当DNA 整条单链合成完毕或冈崎片段相连后，DNA 聚合酶再把RNA 引物去掉，
故DNA 聚合酶既能催化磷酸二酯键形成，也能催化磷酸二酯键断裂，C 正确。
典例2 染色体DNA 复制时需要一小段RNA 作为引物，这是因为DNA 聚合酶只能从引物
的3′端连接脱氧核苷酸。复制时两条子链的延伸方向相反，其中一条子链称为前导链，该
链连续延伸，另一条称为后随链，该链逐段延伸，这些片段称为冈崎片段，如图1 所示；图
2 表示图1 中一段RNA 引物去除并修复的过程。下列叙述错误的是( )
A．酶1 可以切除RNA 片段，但不能切除与脱氧核苷酸连接的核糖核苷酸
B．染色体DNA 复制需要RNA 聚合酶、DNA 连接酶的参与
C．每个冈崎片段的形成和其引物去除并修复的过程需两次DNA 聚合酶的催化
D．染色体DNA 复制结束并切除所有引物后形成的两个子代DNA 分子碱基序列完全相同
答案 D
解析 由图2 可知，酶1 可以切除相应的RNA 引物片段，由于酶具有专一性，因此酶1 不
能切除与脱氧核苷酸连接的核糖核苷酸，A 正确；由题意可知，染色体复制时需要合成一小
段RNA 作为引物，因此需要RNA 聚合酶的参与，后随链合成时会先形成多个DNA 单链的
片段(冈崎片段)，之后需要DNA 连接酶相连接，B 正确；在引物RNA 合成基础上，进行
DNA 链的5′→3′方向合成，在DNA 聚合酶的作用下前导链连续地合成出一条长链，后
随链合成出冈崎片段，去除RNA 引物后，片段间形成了空隙，DNA 聚合酶作用使各个片段
靠近，在DNA 连接酶作用下，各片段连接成一条长链，即每个冈崎片段的形成和其引物去
除并修复的过程需两次DNA 聚合酶的催化，C 正确；染色体DNA 复制结束并切除所有引
物后形成的两个子代DNA 分子可能因基因突变碱基序列不完全相同，D 错误。
二、DNA 损伤修复机制
细胞会对损伤的DNA 进行修复，以下是几类重要修复机制：
(1)光激活修复
(2)碱基切除修复
(3)核苷酸切除修复
典例3 (2023·浙江6 月选考，16)紫外线引发的DNA 损伤，可通过“核苷酸切除修复
(NER)”方式修复，机制如图所示。着色性干皮症(XP)患者的NER 酶系统存在缺陷，受阳
光照射后，皮肤出现炎症等症状。患者幼年发病，20 岁后开始发展成皮肤癌。下列叙述错
误的是( )
A．修复过程需要限制酶和DNA 聚合酶
B．填补缺口时，新链合成以5′到3′的方向进行
C．DNA 有害损伤发生后，在细胞增殖后进行修复，对细胞最有利
D．随年龄增长，XP 患者几乎都会发生皮肤癌的原因，可用突变累积解释
答案 C
解析 由图可知，修复过程中需要将损伤部位的序列切断，因此需要限制酶的参与，同时单
个的脱氧核苷酸的依次连接要借助DNA 聚合酶，A 正确；填补缺口时，新链即子链的延伸
方向为5′到3′，B 正确；DNA 有害损伤发生后，在细胞增殖前进行修复，保证DNA 复
制的正确进行，对细胞最有利，C 错误；癌症的发生是多个基因突变累积的结果，随着年龄
增长，XP 患者几乎都会发生皮肤癌的原因，可用突变累积解释，D 正确。
典例4 (2023·辽宁，18 改编)DNA 在细胞生命过程中会发生多种类型的损伤。如果损伤较
小，RNA 聚合酶经过损伤位点时，腺嘌呤核糖核苷酸会不依赖模板掺入mRNA(如图1)；如
果损伤较大，修复因子Mfd 识别、结合滞留的RNA 聚合酶，“招募”多种修复因子、DNA
聚合酶等进行修复(如图2)。下列叙述错误的是( )
A．图1 所示的DNA 经复制后有半数子代DNA 含该损伤导致的突变基因
B．图1 所示转录产生的mRNA 指导合成的蛋白质氨基酸序列可能不变
C．图2 所示的转录过程是沿着模板链的5′端到3′端进行的
D．图2 所示的DNA 聚合酶催化DNA 损伤链的修复，方向是从n 到m
答案 C
解析 根据DNA 的半保留复制可知，图1 所示的DNA 经复制后有半数子代DNA 含该损伤
导致的突变基因，A 正确；图1 中的损伤较小，RNA 聚合酶经过损伤位点时，腺嘌呤核糖
核苷酸会不依赖模板掺入mRNA，因为密码子的简并，mRNA 掺入腺嘌呤核糖核苷酸之后
不同的密码子可能决定相同的氨基酸，B 正确；转录时，mRNA 是由5′端到3′端合成的，是
沿着模板链的3′端到5′端进行的，C 错误；由mRNA 的合成方向可知，图中上侧链为模板，
m 是3′端，n 是5′端，切除后DNA 聚合酶会以下侧链为模板，根据 DNA 聚合酶合成子链方
向可知，修复是从n 向m 进行，D 正确。
课时精练
[分值：55 分]
[1～11 题，每题5 分，共55 分]
1．端粒是存在于染色体两端的一段特殊序列的DNA。端粒学说认为随细胞不断分裂，线性
染色体的末端不断缩短，当缩短至染色体的临界长度时，细胞将失去活性而衰老死亡。研究
发现，端粒缩短与DNA 复制方式有关，不易分裂的上皮细胞、软骨细胞端粒酶的活性很低，
而分裂旺盛的癌细胞、造血干细胞端粒酶的活性较高。如图为人体细胞内DNA 复制部分过
程示意图，下列叙述错误的是( )
A．由图可知，a 物质是DNA 聚合酶，该过程可体现出DNA 分子复制时边解旋边复制的特
点
B．引物是具有3′端和5′端的单链结构且被切除时并不影响DNA 分子的结构
C．最后一个冈崎片段的引物切除后无法修复，可能是由于缺少引物，也可能是缺少5′端
上游的序列
D．可通过提高端粒酶活性或数量等方法延缓细胞衰老
答案 A
解析 a 物质是解旋酶，在解旋酶的作用下打开氢键，把两条扭成螺旋的DNA 双链解开，A
错误。
2．如图是原核细胞中DNA 复制过程的示意图，DNA 双链解开后，DNA 单链结合蛋白与解
旋后的DNA 单链结合，使单链呈伸展状态。下列叙述正确的是( )
A．DNA 分子复制时只需解旋酶和DNA 聚合酶
B．DNA 单链结合蛋白能防止解旋后的DNA 单链重新配对
C．该复制方式具有半不连续复制的特点，子链沿着5′端不断延伸
D．一个双链被15N 标记的亲代DNA 在含14N 的培养基中复制n 次后，含14N/15N 的DNA 占
总数的1/2
答案 B
解析 DNA 分子复制时，除了需要解旋酶和DNA 聚合酶外，还需要ATP、DNA 连接酶、
原料等，A 错误；DNA 单链结合蛋白与解旋后的DNA 单链结合，可避免两条单链间重新配
对而复旋，B 正确；由图可知，DNA 是边解旋边复制，在复制的过程中，两条子链的合成
有一条是不连续的，即该复制方式具有半不连续复制的特点，但子链沿着3′端不断延伸，
C 错误；若一个被15N 标记的亲代DNA 放在含14N 的培养液中复制n 次后，可得到2n 个
DNA 分子，由于DNA 是半保留复制，新合成的子代DNA 中含14N/15N 的有2 个，其余都是
含14N/14N 的DNA 分子，故含14N/15N 的DNA 占总数的2/2n，D 错误。
3．(2025·河南部分市学校联考)DNA 复制时双链DNA 从复制起点处解开螺旋成单链，复制
起点呈现叉子形的复制叉。复制起始点的共同特点是含有丰富的AT 序列，DNA 复制从固定
的起始点以双向等速方式进行，如图所示。下列叙述错误的是( )
A．复制起始点含有丰富的AT 序列的原因是该序列氢键少，更容易解旋
B．酶a 催化DNA 两条链之间氢键的断裂，该过程不消耗ATP
C．酶b 可将脱氧核苷酸聚合到前导链的3′端，形成磷酸二酯键
D．冈崎片段②先于①形成，酶c 可将相邻两个冈崎片段连接起来
答案 B
解析 双链DNA 的碱基A、T 之间含有2 个氢键，G、C 之间含有3 个氢键，复制起始点含
有丰富的A、T 序列是因为该序列氢键少，更容易解旋，A 正确；据图可知，酶a 为解旋酶，
DNA 复制时，解旋酶催化氢键断开，需要消耗ATP，B 错误；酶b 为DNA 聚合酶，DNA
聚合酶可将脱氧核苷酸聚合到前导链的3′端，形成磷酸二酯键，C 正确；前导链的合成是
连续的，解旋的方向应与前导链的合成方向一致，与冈崎片段方向相反，因此冈崎片段②先
于①合成，D 正确。
4．(2025·达州一模)研究发现在DNA 复制过程中，后随链的合成是由酶X 催化合成的不连
续且较短的DNA 片段通过酶Y 连接而成的长链，这些不连续、相对较短的DNA 片段称为
冈崎片段。下列叙述错误的是( )
A．由图可知，DNA 是边解旋边复制，复制方式是半保留方式
B．图中的a 链是后随链，冈崎片段延伸的方向是3′→5′
C．酶X、Y、Z 分别为DNA 聚合酶、DNA 连接酶、解旋酶
D．细胞中有多种引物，蛋白质m 可防止DNA 双链重新螺旋
答案 B
解析 由图可知，DNA 复制过程中一边解旋一边复制，并且新合成的每个 DNA 分子中，
都保留了原来 DNA 分子中的一条链，这种复制方式就是半保留复制，A 正确；DNA 聚合
酶只能在5′→3′方向上合成新的DNA 链，因此冈崎片段延伸的方向是5′→3′，B 错误；
在 DNA 复制过程中，解旋酶解开双螺旋结构(酶 Z)，DNA 聚合酶将单个的脱氧核苷酸连
接成 DNA 片段(酶 X)，DNA 连接酶连接冈崎片段(酶 Y)，C 正确；细胞中有多种引物，
在图中蛋白质 m 可以防止已经解开的单链重新螺旋，D 正确。
5．(2025·武汉模拟)DNA 损伤由多种胞内和胞外压力因素所引起，如果没有进行修复，这种
损伤就会导致基因突变，进而导致包括癌症在内的不同疾病的发生。DNA 修复功能异常是
癌症发生的关键驱动因素。下列叙述正确的是( )
A．分裂旺盛的细胞DNA 受到损伤的可能性比高度分化的细胞小
B．组织内修复中的细胞增多，处于分裂期的细胞所占的比例提高
C．补充某些特定的核酸，可以直接增强机体修复受损DNA 的能力
D．DNA 修复能力受损可能引起基因和染色体不稳定进而诱发癌症
答案 D
解析 分裂旺盛的细胞中DNA 更容易受到内外因素的影响而发生损伤，A 错误；若组织内
处于修复中的细胞增多，则位于间期的细胞较多，分裂期的细胞比例降低，B 错误；无论是
食物中的核酸还是补充特定的核酸，都不能直接被细胞利用，需要被分解成小分子才能进入
细胞，因此补充某些特定的核酸，不能增强修复受损DNA 的能力，C 错误；当细胞的DNA
修复机制出现故障时，细胞内的DNA 损伤便无法得到及时和有效的修复，这种损伤的积累
可能会导致基因序列发生突变，此外，染色体的稳定性也会受到威胁，染色体结构的改变或
数目异常是细胞癌变过程中的关键步骤，这些变化累积到一定程度，就可能引发癌症，D 正
确。
6．细胞会对损伤的DNA 进行修复，如图为DNA 的一种修复机制。下列叙述错误的是(
)
A．该机制使细胞不发生基因突变
B．酶a 切割磷酸二酯键
C．合成新链的模板为保留的单链
D．该机制利于保持DNA 分子的稳定
答案 A
解析 该机制只能在一定程度上修复损伤的DNA，并不能完全避免基因突变的发生，A 错
误；酶a 是把DNA 单链中连接相邻核苷酸之间的磷酸二酯键切开，B 正确；由图可知，合
成的新链是以保留的单链为模板，C 正确；该机制是对损伤的DNA 进行修复，利于保持
DNA 分子的稳定，D 正确。
7．DNA 错配修复是细胞在DNA 复制过程中纠正碱基错配的重要机制，主要包括如图所示
的甲基化、识别、切除、填补和连接五个阶段。下列叙述错误的是( )
A．DNA 错配修复过程中，甲基化起到“标记”母链的作用
B．填补和连接阶段需分别用到DNA 聚合酶和DNA 连接酶
C．修复后的DNA 分子中，母链G＋C 与子链A＋T 含量相等
D．该过程有利于保持遗传的稳定性，需要ATP 提供能量
答案 C
解析 DNA 错配修复过程中，甲基只连接在母链上，起到“标记”母链的作用，A 正确；
填补阶段将单个脱氧核苷酸连接到子链的 3′末端，需用到DNA 聚合酶，而连接阶段连接
两个DNA 片段需用到 DNA 连接酶，B 正确；根据碱基互补配对原则，修复后的 DNA 分
子中，母链的 G＋C 与子链的 C＋G 含量相等，C 错误；DNA 错配修复过程需 ATP 供能，
有利于保持遗传的稳定性，D 正确。
8．虽然DNA 复制过程中通过诸多策略在很大程度上保证了复制的准确性，但DNA 平均每
复制109个碱基对就会产生1 个错误。碱基切除修复是DNA 损伤修复机制中的一种，如图
是人类的碱基切除修复过程，下列叙述错误的是( )
A．DNA 的双螺旋结构和碱基互补配对原则保证了DNA 复制的准确性
B．细胞内DNA 复制时解旋酶能改变DNA 的空间结构
C．图中DNA 聚合酶β 填补空隙时使用的物质是胞嘧啶
D．图中APE1、DNA 聚合酶β 均能断裂磷酸二酯键
答案 C
解析 DNA 的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，碱基互补配对原则为复制提供了碱基
之间的配对关系，两者共同保证了DNA 复制的准确性，A 正确；解旋酶可使DNA 双螺旋
解旋，所以能改变DNA 的空间结构，B 正确；图中DNA 聚合酶β 填补空隙时使用的物质是
胞嘧啶脱氧核苷酸，C 错误；APE1 使得突变位点与其相邻的5′端脱氧核苷酸的磷酸二酯
键断裂，悬垂的脱氧核糖磷酸与其相邻的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连，DNA 聚合酶β
使其断裂，D 正确。
9．(2025·河南实验中学模拟)如图所示，细胞内存在修复DNA 损伤的机制，若正在转录的
基因发生损伤，来不及修复时，可能发生跨损伤转录。将终止密码子对应序列
转入荧
光素酶基因，并去除碱基A 引入损伤，将损伤的荧光素酶基因导入细菌中进行实验。下列
叙述错误的是( )
A．DNA 修复的过程中有氢键形成
B．图中终止密码子的序列为AUU
C．若检测到细菌产生荧光，能够说明细菌存在跨损伤转录机制
D．跨损伤转录和DNA 修复能降低基因突变对细菌的不利影响
答案 B
解析 DNA 修复过程中，DNA 双链需要重新配对，配对过程中会形成氢键，A 正确；由图
中跨损伤转录得到AAA 可知，转录以下方的DNA 链为模板，因此图中终止密码子的序列
应为UAA，B 错误；如果细菌中存在跨损伤转录机制，即使荧光素酶基因中有损伤，细菌
仍可能通过跨损伤转录产生荧光素酶，进而产生荧光，因此检测到荧光可以说明细菌存在跨
损伤转录机制，C 正确；跨损伤转录和DNA 修复都是细胞应对DNA 损伤的机制，能够降低
基因突变对细菌的不利影响，D 正确。
10．(2025·绵阳南山中学月考)NER 是一种能够纠正紫外线(UV)诱导染色体DNA 改变的修复
机制，着色性干皮病A 组蛋白(XPA)直接决定了NER 去除DNA 病变的能力。如图为NER
修复机制，下列叙述错误的是( )
A．XPA 切除受损部位时需断裂2 个磷酸二酯键
B．DNA 损伤修复过程中DNA 聚合酶沿图左到右的方向合成缺失的DNA 片段
C．该修复过程的场所是在细胞核中
D．DNA 有损伤发生后，在细胞增殖后进行修复，对细胞最有利
答案 D
解析 XPA 切除时需要将受损部位DNA 一条链的左右两边切开，因此需断裂2 个磷酸二酯
键，A 正确；DNA 聚合酶合成新链是从5′端到3′端的方向进行，图中下方单链修复方向
为从左到右，B 正确；染色体位于细胞核中，因此修复染色体DNA 损伤的过程发生在细胞
核中，C 正确；DNA 有害损伤发生后，最好在细胞增殖前进行修复，对细胞最有利，避免
DNA 有害损伤传递给子代细胞，D 错误。
11．紫外线(UV)可引起DNA 中相邻碱基形成二聚体，阻碍碱基的正常配对而导致基因突变。
细胞可借助四种Uvr 蛋白(A、B、C、D)的联合作用修复DNA 损伤，修复过程如下：
①UvrA 二聚体结合UvrB 并形成UvrA2B－DNA 复合体，UvrA2B 沿DNA 巡视并将UvrB 定
位在损伤位点。
②UvrA 被释放，UvrC 与UvrB 结合成UvrBC，UvrC 与UvrB 分别在受损DNA 单链上突变
位点的5′端附近和3′端附近进行切割。
③UvrD 将产生的单链DNA 片段和UvrBC 从DNA 分子上释出。
④修补单链缺口，完成修复。
下列有关分析或推测错误的是( )
A．紫外线是诱发突变的物理因素，可以用于诱变育种、核移植技术中的去核等
B．UvrA2B 结合损伤DNA 的能力高于结合非损伤DNA 的能力
C．UvrB、UvrC 均具有内切核酸酶活性，修复1 个上述损伤位点过程中有4 个磷酸二酯键
和若干氢键断裂
D．完成修复除了需要四种Uvr 蛋白外，还需要DNA 聚合酶和DNA 连接酶
答案 C
解析 紫外线可以造成DNA 损伤，属于诱发突变的物理因素，可以提高突变频率，在诱变
育种中发挥作用，核移植技术中需对受体细胞进行去核，紫外线短时照射是方法之一，A 正
确；根据题意，UvrA2B 沿DNA 巡视并将UvrB 定位在损伤位点，可推测UvrA2B 结合损伤
DNA 的能力高于结合非损伤DNA 的能力，B 正确；UvrB、UvrC 可切割DNA 并最终形成单
链DNA 片段，说明二者具有内切核酸酶活性，修复1 个损伤位点过程中有2 个磷酸二酯键
断裂，C 错误；UvrBC 从DNA 分子上释出后，还需要DNA 聚合酶和DNA 连接酶在缺口处
形成正确的单链DNA 片段并将之与DNA 分子结合，D 正确。
