《生物化学教学课件》第十四章 dna的生物合成-刘皓.ppt

1、o第三篇 遗传信息的传递o第十九章 细胞信号转导的分子机制主要内容主要内容 刘皓刘皓email: 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室第三篇第三篇 遗传信息的传递遗传信息的传递 oDNA复制、转录和翻译o基因表达调控o基因重组与基因工程（1958，F.Crick）Reverse transcription (1970, H.Temin) 第十四章第十四章 DNADNA的生物合成的生物合成 DNA BiosynthesisDNA Biosynthesis (DNA Replication) (DNA Replication)复制复制(replication) (replicati

2、on) 是指遗传物质的传是指遗传物质的传代，以母链代，以母链DNADNA为模板合成子链为模板合成子链DNADNA的过程。的过程。复制复制亲代亲代DNADNA子代子代DNADNAn主要内容主要内容 复制的基本特征复制的基本特征 DNADNA复制的酶学和拓扑学变化复制的酶学和拓扑学变化 复制的过程复制的过程 逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式 DNADNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复复制的基本特征复制的基本特征Basic Rules of DNA Replication第一节 半保留复制(semi-conservative replication) 双向复制(bidirectiona

3、l replication) 半不连续复制(semi-discontinuous replication) n复制的基本特征复制的基本特征 一、半保留复制 DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律指导合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。由于碱基互补，两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。n半保留复制的概念半保留复制的概念: :N15N15 - yellow strandN14 - black strandN14 G0 G1 G2heavyinterm

4、ediatelightMeselson-Stahl experiment DNA centrifuged in Cesium Chloride, heavy DNA settles lower in tubeRP5N15-DNAN14-DNAAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA复制过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNA复制的分子基

5、础：复制的分子基础：碱基配对规律和碱基配对规律和DNADNA双螺旋结构双螺旋结构按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNADNA与亲代与亲代DNADNA的的碱基序列一致碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的信息，体现了遗传的保守性保守性。n半保留复制的意义半保留复制的意义: :遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但但不是绝对的不是绝对的。二、双向复制复制时，DNA从特定的起始点(origin，ori)开始向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。复制叉(replication fo

6、rk)：复制时DNA双链解开成双股，各自作为模板，子链沿模板延长时所形成的一种字形结构。 A. A. 环状双链环状双链DNADNA及复制起始点及复制起始点B. B. 复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C. C. 复制接近终止点复制接近终止点(termination, ter)(termination, ter)oriterA B C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。 53oriorioriori53三、半不连续复制3 5 3 5 解链方向解链方向3

7、5 3 3 5 领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand) 顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为这股链称为领头链领头链(leading strand)(leading strand) 。 另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为链称为随从链随从链(lagging strand)(lagging strand) 。复制中的不。复制中的不连续片段称为连续片段称为岡崎片段岡

8、崎片段( (okazakiokazaki fragment) fragment)。 领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复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性。制的半不连续性。 DNADNA复制的酶学和拓扑学变化复制的酶学和拓扑学变化第第 二二 节节The Enzymology and Topology of DNA ReplicationnDNADNA复制的反应体系复制的反应体系: : 底物底物( (substratesubstrate) ): : d dATP, dGTP, dCTP, dTTPATP, dGTP, dCTP, dTTP； 聚合酶聚合酶(polymera

9、se): (polymerase): 依赖依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶，聚合酶，简写为简写为 DNA-polDNA-pol； 模板模板(template): (template): 解开成单链的解开成单链的DNADNA母链；母链； 引物引物(primer): (primer): 提供提供3 3 -OH-OH末端使末端使dNTPdNTP可以依次可以依次聚合；聚合； 其他的酶和蛋白质因子。其他的酶和蛋白质因子。 参与DNA复制过程的酶或蛋白质因子： a. DNA 聚合酶 (DNA polymerase) b. 与DNA解旋和解链有关的酶： 解螺旋酶 (Helicase) 引物酶 (Pri

10、mase) 拓扑酶 (DNA topoisomerase) 单链DNA结合蛋白 (Single-strand DNA-binding protein , SSB) c. DNA连接酶 (DNA ligase)一、DNA聚合酶 全称：依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase) 简称：DNA-pol1.1.复制的基本化学反应复制的基本化学反应(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPiDNA聚合酶的作用特点:以四种脱氧三磷酸核苷(dNTP)作底物；需要接受模板的指导;DNA新链生成需引物3-OH的存在； 新链的延长只可沿5 3方向进行。（

11、一）原核生物的（一）原核生物的DNADNA聚合酶聚合酶 DNA-pol (1958, A. Kornberg) DNA-pol DNA-pol DNA-pol （109kD）323323个氨基酸个氨基酸小片段小片段5 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow /Klenow 片段片段 604604个氨基酸个氨基酸DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 5 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N N 端端C C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol DNA-pol KlenowKlenow片段是实验室合成片段是实验室合成DNADNA，进行，进行分子生物学研究中常用的工具酶。分子生物学研

12、究中常用的工具酶。 5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 3 5 5 外切酶活性外切酶活性: : 5 5 3 3 外切酶活性外切酶活性: :?切除引物和突变的切除引物和突变的 DNADNA片段。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。n核酸外切酶活性核酸外切酶活性: : DNA-pol 功能：功能：对复制中的错误进行对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。 DNA-pol

13、（120kD） DNA-pol IIDNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。基因发生突变，细菌依然能存活。 DNA-pol DNA-pol 对模板的特异性不高，即使在已发生对模板的特异性不高，即使在已发生损伤的损伤的DNADNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此认为，它此认为，它参与参与DNADNA损伤的应急状态修复损伤的应急状态修复。n功能：功能： DNA-pol (250kD)是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。核心酶：，和亚基http:/www.bx.psu.edu/ross/workmg/Replic

14、ation1Ch5.htm原核生物的原核生物的DNADNA聚合酶聚合酶可能可能不可能不可能可能可能基因突变后的致死性基因突变后的致死性无无无无有有5 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性20？400分子数分子数/细胞细胞多亚基不对称多亚基不对称二聚体二聚体？单肽链单肽链组成组成250120109分子量分子量(kD)DNA-pol IIIDNA-pol IIDNA-pol I可能可能不可能不可能可能可能基因突变后的致死性基因突变后的致死性无无无无有有5 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性20？400分子数分子数/细胞细胞多亚基不对称多亚基不对称二聚体二聚体？单肽链单肽链组成组成250120109分子量

15、分子量(kD)DNA-pol IIIDNA-pol IIDNA-pol I共性共性：都具有：都具有5-3聚合酶活性和3-5核酸外切酶活性（二）真核细胞（二）真核细胞DNADNA聚合酶：五种聚合酶：五种DNA-pol DNA-pol 起始引发，有引物酶活性。起始引发，有引物酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制参与低保真度的复制 。在复制过程中起校读、修复和填补缺在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。口的作用。在线粒体在线粒体DNADNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-polDNA-pol DNA-pol DNA-pol D

16、NA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 真核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶填填补补引引物物空空隙隙，切切除除修修复复，重重组组延延长长子子链链的的主主要要酶酶，解解螺螺旋旋酶酶活活性性线线粒粒体体DNA复复制制低低保保真真度度的的复复制制起起始始引引发发，引引物物酶酶活活性性功功能能+-3 5 核核酸酸外外切切酶酶活活性性高高高高高高？中中5 3 聚聚合合活活性性25.512.514.04.016.5分分子子量量（kD）DNA-pol填填补补引引物物空空隙隙，切切除除修修复复，重重组组延延长长子子链链的的主主要要酶酶，解解螺螺旋旋酶酶活活性性线线粒粒体体DNA复

17、复制制低低保保真真度度的的复复制制起起始始引引发发，引引物物酶酶活活性性功功能能+-3 5 核核酸酸外外切切酶酶活活性性高高高高高高？中中5 3 聚聚合合活活性性25.512.514.04.016.5分分子子量量（kD）DNA-pol( (三三) DNA) DNA聚合酶与复制的保真性聚合酶与复制的保真性 (fidelity)(fidelity) 复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本原理。准确传代的基本原理。 此外还需酶学的机制来保证复制的保真性。此外还需酶学的机制来保证复制的保真性。a. 核酸外切酶活性在复制中辨认切除错配碱基 并加以校正

18、核酸外切酶(exonuclease)是指能从核酸链的末端把核苷酸依次水解出来的酶，外切酶是有方向性的。 A：DNA-polDNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。性掺入正确配对的底物。B B：碱基配对正确，：碱基配对正确， DNA-polDNA-pol不表现活性。不表现活性。DNA pol 的校读功能的校读功能b.复制的保真性依赖正确的碱基选择 错配碱基之间难以形成氢键 DNA聚合酶对核苷酸的参入有选择功能遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能

19、；复制出错时复制出错时DNA-polDNA-pol的即时校读功能。的即时校读功能。DNADNA复制的保真性至少要依赖三种机制：复制的保真性至少要依赖三种机制：二、与二、与DNADNA解旋与解链有关的酶解旋与解链有关的酶DNADNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNADNA解成单链，它才能起模板作用。解成单链，它才能起模板作用。（一）多种酶参与（一）多种酶参与DNADNA解链和稳定单链状态解链和稳定单链状态理顺理顺DNA链链拓扑异构酶拓扑异构酶 (gyrA, B)稳定已解开的单链稳定已解开的单链单链单链DNA结合蛋白结合蛋白SSB催化催化RNA引物生成引物生成引

20、物酶引物酶DnaG (dnaG)运送和协同运送和协同DnaBDnaC (dnaC)解开解开DNA双链双链解螺旋酶解螺旋酶DnaB (dnaB)辨认起始点辨认起始点DnaA (dnaA)蛋白质（基因）蛋白质（基因）通用名通用名功能功能原核生物复制起始的相关蛋白质原核生物复制起始的相关蛋白质E. Coli 基因图基因图1.1.解螺旋酶解螺旋酶( (helicase)helicase)利用利用ATPATP供能，作用供能，作用于氢键，使于氢键，使DNADNA双链解开成为两条单链。双链解开成为两条单链。2.2.引物酶引物酶(primase) (primase) 复制起始时催化游离复制起始时催化游离NTP

21、 NTP 聚合生成聚合生成RNARNA引物的酶。引物的酶。3.3.单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA (single stranded DNA binding protein, SSB) binding protein, SSB) 在复制中维持模板在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整处于单链状态并保护单链的完整。SSBSSB与与DNADNA单链单链的结合表现出协同效应。的结合表现出协同效应。 108局部解链后局部解链后4.DNA4.DNA拓扑异构酶拓扑异构酶: : 改变改变DNADNA超螺旋状态、超螺旋状态、理顺理顺DNADNA链链n复制过程正

22、超螺旋的形成：复制过程正超螺旋的形成：解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成 既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键。、又能连接磷酸二酯键。 拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶n拓扑异构酶分类：拓扑异构酶分类：n拓扑异构酶作用特点：拓扑异构酶作用特点：拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNADNA解解链旋转不致打结；适当时候封闭链旋转不致打结；适当时候封闭切口，切口，DNADNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATPATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA分子分子两股两股链，断端通过链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。切口旋

23、转使超螺旋松弛。利用利用ATPATP供能，连接断端，供能，连接断端， DNADNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态。n作用机制：作用机制：三、三、DNADNA连接酶连接酶催化互补双链催化互补双链DNADNA中单链切口处的相邻中单链切口处的相邻3 3 - -OHOH末端和末端和5 5 -P-P末端之间生成磷酸二酯键，从而末端之间生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的把两段相邻的DNADNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。n DNADNA连接酶连接酶(DNA ligase)(DNA ligase)作用方式：作用方式：POO-O-OHO5POO-O-O335DNA连接酶连接酶ATPA

24、DP5353nDNADNA连接酶的作用：连接酶的作用：l DNADNA连接酶并不能连接单独存在的单链连接酶并不能连接单独存在的单链DNADNA缺口，它所连缺口，它所连接的都是在碱基互补的基础上的缺口。接的都是在碱基互补的基础上的缺口。l DNADNA连接酶也可连接连接酶也可连接DNADNA两股链都有的缺口，但缺口的碱两股链都有的缺口，但缺口的碱基必须互补。基必须互补。a.DNAa.DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。作用。b.b.在在DNADNA修复、重组及剪接中也起缝合缺修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。口作用。c.c.也是基因工程的重要工具酶之一也是基

25、因工程的重要工具酶之一。n功能功能：DNADNA聚合酶，拓扑酶和连接酶催化聚合酶，拓扑酶和连接酶催化3 3 ,5,5 - -磷酸二酯键生成的比较磷酸二酯键生成的比较提供核糖3-OH提供5-P结果DNA聚合酶引物或延长中的新链游离dNTP去PPi(dNTP)n+1连接酶复制中不连续的两条单链不连续连续链拓扑酶切断、整理后的两链改变拓扑状态DNADNA生物合成过程生物合成过程The Process of DNA Replication第第 三三 节节（一）复制起始：（一）复制起始：DNADNA解链形成引发体解链形成引发体需要解决两个问题：需要解决两个问题：1 1. . DNADNA解开成单链，提供

26、模板。解开成单链，提供模板。2. 2. 形成引发体，合成引物，提供形成引发体，合成引物，提供3 3 -OH-OH末端。末端。一、原核生物的一、原核生物的DNADNA生物合成生物合成E.coliE.coli复制起始点复制起始点 oriCoriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245 串联重复序

27、列串联重复序列 反向重复序列反向重复序列5 3 5 3 1 1. . DNADNA解链解链富含富含AT区区识别区识别区 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 2 2. . 引发体引发体(primosome)(primosome)和引物和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaCDnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNADNA复复制起始区域的复合结构称为引发体。制起始区域的复合结构称为引发体。3 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短链引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。分子。引物引物3 HO5引物引物酶酶 复制起始的顺序复制起始的顺序

28、 DnaA辨认结合辨认结合Ori识别区，几个识别区，几个DnaA蛋白相互靠蛋白相互靠 近，并使富含近，并使富含AT区开链区开链 DnaC协同协同DnaB进入起始部位进入起始部位 DnaA 进一步解链进一步解链, SSB与解开的单链结合与解开的单链结合 引物酶（引物酶（DnaG）进入）进入 形成引发体形成引发体 以以NTP为原料为原料,从从5 3合成合成RNA引物引物 DNA POL催化催化第一个第一个dNTP加到加到RNA引物的引物的3/-OH上上（二）复制的延长过程：领头链连续复制，二）复制的延长过程：领头链连续复制，随从链不连续复制随从链不连续复制复制的延长指在复制的延长指在DNA-pol

29、DNA-pol催化下，催化下，dNTPdNTP以以dNMPdNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。化学本质是磷酸二酯键的不断生成。 n领头链的合成领头链的合成：领头链的子链沿着领头链的子链沿着5 5 33 方向可以连续地延长。方向可以连续地延长。n随从链的合成随从链的合成解链方向解链方向n同一复制叉上领头链和随从链由相同的同一复制叉上领头链和随从链由相同的DNA-polDNA-pol催化延长催化延长 原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNADNA，双向复制的复制片段，双向复制的复制片段在复制的终止点在复制的终止点(t

30、er)(ter)处汇合。处汇合。oriter E.coli8232 ori terSV40500（三）复制的终止过程：切除引物、填补三）复制的终止过程：切除引物、填补空缺、连接切口空缺、连接切口5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶n 随从链上不连续性片段的连接：随从链上不连续性片段的连接：复复制制过过程程简简图图二、真核生物的二、真核生物的DNA合成合成端粒端粒(telomere)(telomere) 指真核生物染色体线性指真核生物染色体线性DNADNA分子末端的结构。分子末端的结构。n端粒的功能：端粒的功能：维持染色

31、体的稳定性维持染色体的稳定性维持维持DNADNA复制的完整性复制的完整性n端粒的结构特点端粒的结构特点：a.a.由末端单链由末端单链DNADNA序列和蛋白质构成。序列和蛋白质构成。b.b.末端末端DNADNA序列是多次重复的富含序列是多次重复的富含G G、T T碱基的碱基的短序列。短序列。TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGG端粒酶端粒酶(telomerase)(telomerase)端粒酶端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR)RNA (human telomerase RNA, hTR)端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白(human telo

32、merase (human telomerase associated protein 1, hTP1)associated protein 1, hTP1)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse (human telomerase reverse transcriptase, hTRT)transcriptase, hTRT) n组成：组成：端粒酶兼有提供提供RNARNA模板模板和催化逆转录催化逆转录的功能。逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式Reverse Transcription & Other DNA Replication Ways第四节

33、第四节 逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase)(reverse transcriptase) 逆转录逆转录(reverse transcription) (reverse transcription) 逆转录逆转录酶酶一、逆转录病毒的基因组是一、逆转录病毒的基因组是RNARNA，其，其复制方式是逆转录复制方式是逆转录n逆转录酶的活性：逆转录酶的活性：1.依赖RNA的DNA聚合酶2.RNase 3.依赖DNA的DNA聚合酶n逆转录病毒细胞内的逆转录现象逆转录病毒细胞内的逆转录现象: :RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA杂化双链杂化双链RNA酶酶单链单链DNA逆

34、转录酶逆转录酶双链双链DNARNA病毒在细胞内复制成双链DNA的前病毒前病毒(provirus)(provirus)。前病毒保留了RNA病毒全部遗传信息，并可在细胞内独立繁殖。前病毒基因组通过基因重组基因重组，整合到宿主细胞基因组内，并随宿主基因一起复制和表达。前病毒独立繁殖或整合，都可成为致病的原因。 分子生物学研究可应用逆分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法的基因的重要方法之一，此法称为称为cDNAcDNA法。法。 以以mRNAmRNA为模板，经逆转录为模板，经逆转录合成的与合成的与mRNAmRNA碱基序列互补的碱基序列互补的

35、DNADNA链。链。 n试管内合成试管内合成cDNA:cDNA:cDNA complementary DNA 逆转录酶逆转录酶 A AA A T T T TAAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合酶聚合酶碱水解碱水解 T T T T逆转录的发现发展了中心法则逆转录的发现发展了中心法则逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。中的重大发现。 逆转录现象说明：至少在某些生物，逆转录现象说明：至少在某些生物，RNARNA同样同样兼有遗传信息传代与表达功能。兼有遗传信息传代与表达功能。对逆转录病毒的研究，拓宽了对逆转录病毒的研究，拓宽了2020世纪初已注

36、世纪初已注意到的病毒致癌理论。意到的病毒致癌理论。 n滚环复制滚环复制(rolling circle replication)(rolling circle replication)二、滚环复制二、滚环复制是某些低等生物的复制形式，如是某些低等生物的复制形式，如 X X174174和和M13M13噬菌体等。噬菌体等。3 -OH5 -P5 5 5 3 3 3 3 5滚环复制滚环复制5 5 3 3 5 A A蛋白蛋白DNADNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage (Mutation) & Repair第五节第五节DNADNA损伤损伤：各种体内外因素所导致的各种体内外因素所导致

37、的DNADNA组成与组成与结构的变化结构的变化, ,也称也称DNADNA突变。突变。 DNADNA损伤的诱发因素损伤的诱发因素 在每个细胞中每天都会产生成千上万的DNA的损伤,这些损伤来源于细胞内和生物体内的生理活动以及外源的辐射(如紫外线)、化学物质的侵袭等。 DNADNA损伤的类型损伤的类型: : 碱基损伤与糖基破坏； 碱基错配、插入与缺失；DNA链的断裂和共价交联等DNA损伤的后果：、导致复制或转录障碍（如胸腺嘧啶二聚体，DNA骨架中产生切口或断裂）、导致复制后基因突变DNADNA损伤的修复损伤的修复正常生命活动过程中伴随各种DNA结构改变，如DNA 复制错误、复制过程中单链形成，抗体基

38、因形成中的DNA断裂、重组和突变,DNA 修饰和去修饰等，这些过程需DNA 结构状态监控和修复因子参与;自然进化过程中，生物进化出一套极其复杂又高度协调的DNA 损伤监控和修复系统，以分别应对和修复种类繁多的DNA损伤DNADNA损伤的损伤的修复修复(repairing(repairing) )是是纠正DNA两条单链间错配的碱基、清除DNA链上受损的碱基或糖基、恢复DNA的正常结构的过程。直接修复直接修复切除修复切除修复重组修复重组修复SOSSOS修复修复n修复的主要类型修复的主要类型：（一）直接修复（一）直接修复光修复酶光修复酶(photolyase) UV嘧啶二聚体的光复合修复（二）切除修

39、复:生物界最普遍的一种DNA修复方式 碱基切除修复碱基切除修复 核苷酸切除修复核苷酸切除修复 碱基错配修复碱基错配修复 托马斯托马斯林达尔完成了林达尔完成了“碱基切除修复碱基切除修复”的拼图的拼图在此位点的在此位点的5末端，无碱基位点核末端，无碱基位点核酸内切酶水解磷酸二酯键，去除该核酸内切酶水解磷酸二酯键，去除该核苷酸剩余的磷酸核糖部分。苷酸剩余的磷酸核糖部分。阿齐兹阿齐兹桑贾尔：研究细胞如何修复紫外线损伤桑贾尔：研究细胞如何修复紫外线损伤保罗保罗莫德里奇：解释莫德里奇：解释“DNADNA错配修复错配修复”RecA（三）重组修复（三）重组修复（四）（四）SOSSOS修复修复当当DNADNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。出一系列复杂的反应。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过力差。通过SOSSOS修复，复制如能继续，细胞是修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而可存活的。然而DNADNA保留的错误较多，导致较保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。广泛、长期的突变。小结小结几个定义： 半保留复制、双向复制、半不连续复制、冈崎片段、引发体、端粒酶几个问题：1、原核生物的复制过程 2、复制的保真性相关机制 3、爬行模型