生物化学-DNA的复制和修复-ppt课件.ppt

1、六、真核生物六、真核生物DNA的复制的复制1ppt课件（一）参与复制的酶及蛋白质因子（一）参与复制的酶及蛋白质因子1. DNA聚合酶：聚合酶：pol 、 、 、 、 （I） （IV） （M） （III） （II）位置位置细胞核细胞核细胞核细胞核线粒体线粒体细胞核细胞核细胞核细胞核亚基数目亚基数目4122135 外切酶外切酶-+引物合成酶引物合成酶+-持续合成能力持续合成能力中等中等低低高高有有PCNA时高时高高高准确性准确性高高低低高高高高高高功能功能引物合成引物合成修复修复线粒体线粒体DNA合成合成核核DNA合成合成修复修复2ppt课件2. 复制体的组成（与原核生物相比较）复制体的组成（与原

2、核生物相比较）真核生物真核生物复制酶复制酶pol / 进行性因子进行性因子增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（PCNA）夹子装置器夹子装置器RF-C(replication factor C)引物合成酶引物合成酶pol 去除引物去除引物RNaseH1 和和 MF-1（53 外切酶）外切酶）滞后链修复滞后链修复pol 和和DNA连接酶连接酶消除拓扑张力消除拓扑张力 拓扑异构酶拓扑异构酶解螺旋酶解螺旋酶T抗原抗原单链结合单链结合RP-A( replication protein A)SSBDnaB旋转酶旋转酶pol和和DNA连接酶连接酶polDnaG 复合物复合物 夹子夹子pol原核生物原核生物3pp

3、t课件A schematic view of the major components at the eukaryotic replication fork.MF-1（单链结合蛋白）（单链结合蛋白）（复制酶）（复制酶）（夹子）（夹子）（夹子装置器）（夹子装置器）（拓扑异构酶）（拓扑异构酶）（解旋酶）（解旋酶）（引物合成酶）（引物合成酶）（DNA连接酶连接酶）4ppt课件Structure of the PCNA homotrimer. Note that the trimeric PCNA ring of eukaryotes is remarkably similar to its prok

4、aryotic counterpart, the dimeric sliding clamp.5ppt课件（二）真核生物（二）真核生物DNA复制过程复制过程1. 真核与原核生物在复制过程上的相同之处：真核与原核生物在复制过程上的相同之处： - -半不连续复制；半不连续复制； - -具有相似的起始、延伸等过程。具有相似的起始、延伸等过程。6ppt课件原核生物原核生物真核生物真核生物复制子复制子1个个多个多个起始点起始点1个（可连续启动复制）个（可连续启动复制）多个多个延伸速度延伸速度105bp/min10003000bp/min冈崎片段冈崎片段10002000个核苷酸个核苷酸100200个核苷酸

5、个核苷酸引发策略引发策略引物合成酶催化合成引物引物合成酶催化合成引物pol 催化合成引物和催化合成引物和寡聚脱氧核苷酸寡聚脱氧核苷酸延伸策略延伸策略由由pol异源二聚体催化前导异源二聚体催化前导链和滞后链的合成链和滞后链的合成两个两个pol 分别催化分别催化前导前导链和滞后链的链和滞后链的合成合成2. 真核与原核生物真核与原核生物DNA复制一般特点的比较复制一般特点的比较7ppt课件（三）端粒及端粒的合成（三）端粒及端粒的合成1. 端粒（端粒（telomere） 真核生物线性染色体末端的特殊结构，由许真核生物线性染色体末端的特殊结构，由许多成串短的重复顺序组成，具有稳定染色体末多成串短的重复顺

6、序组成，具有稳定染色体末端结构的功能。端结构的功能。四膜虫四膜虫 TTGGGG(仅列一条链的序列仅列一条链的序列)人人 TTAGGG8ppt课件2. 端粒酶（端粒酶（telomerase） 含有含有RNA链的逆转录酶，它以所含链的逆转录酶，它以所含RNA为模为模板来合成板来合成 DNA端粒结构。端粒结构。3. 端粒的合成端粒的合成 端粒酶结合到端粒的端粒酶结合到端粒的3 末端上，酶分子中末端上，酶分子中RNA链链5 末端识别末端识别DNA 3 末端并互补配对。以末端并互补配对。以RNA链为模板使链为模板使DNA链延伸，合成一个重复单链延伸，合成一个重复单位后再向前移动一个单位。位后再向前移动一

7、个单位。 3 单链可回折作为单链可回折作为引物，合成其互补链。引物，合成其互补链。9ppt课件(a)Telomeres on human chromosomes consist of the hexanucleotide sequence TTAGGG repeated between 1000 and 1700 times. (b) Like other telomerases, human telomerase is a ribonucleoprotein.10ppt课件 Problem posed in the replication of linear DNA : the end of

8、 one daughter strand will be shortened after each round of replication. 11ppt课件Synthesis of telomeric DNA by telomerase extends the 3 -end.12ppt课件七、生物体七、生物体DNA复制的基本特点复制的基本特点 复制方式为半保留复制。复制方式为半保留复制。 复制起始于特定位置；原核生物、病毒是单复制复制起始于特定位置；原核生物、病毒是单复制子，具一个复制起点；真核生物是多复制子，具多子，具一个复制起点；真核生物是多复制子，具多个复制起点。个复制起点。 复制有单

9、向和双向复制（后者更为常见）。复制有单向和双向复制（后者更为常见）。 复制时，复制时，DNA链由链由53延伸，需延伸，需RNA引物，引物， 复制过程为半不连续复制。复制过程为半不连续复制。13ppt课件第二节第二节 DNA的损伤及修复的损伤及修复14ppt课件 导致导致DNA损伤的因素损伤的因素生物因素：生物因素：物理因素：物理因素：化学因素：化学因素：复制错误等。复制错误等。紫外线紫外线电离辐射电离辐射如：如：HNO2 烷化剂烷化剂可使同一条链上相邻嘧啶形成可使同一条链上相邻嘧啶形成嘧啶二聚体嘧啶二聚体（TT, CT, CC） 打断打断DNA双链或单链，破坏碱基双链或单链，破坏碱基使碱基脱氨

10、基，使碱基脱氨基，AI, CU，造成，造成碱基错配碱基错配可导致碱基错配、可导致碱基错配、DNADNA交联、碱基交联、碱基脱嘌呤等脱嘌呤等15ppt课件修复系统修复系统 错配修复错配修复 直接修复直接修复 切除修复切除修复 重组修复重组修复 倾错修复倾错修复16ppt课件（一）错配修复（一）错配修复（mismatch repair）定义：定义： 复制后的复制后的DNA在短时间内在短时间内GATC序列是半甲基序列是半甲基化的，一旦发现错配碱基，包括错配碱基在内的未化的，一旦发现错配碱基，包括错配碱基在内的未甲基化的新链可被切除，并以甲基化的链为模板进甲基化的新链可被切除，并以甲基化的链为模板进行

11、修复合成。行修复合成。17ppt课件（二）直接修复（二）直接修复某些损伤的核苷酸和错配的碱基可以被某些某些损伤的核苷酸和错配的碱基可以被某些蛋白质识别和修复，这些蛋白质为了能够找蛋白质识别和修复，这些蛋白质为了能够找出特别损伤部位可以连续监测出特别损伤部位可以连续监测DNA。这些蛋。这些蛋白质不切断白质不切断DNA或切除碱基而是直接实施修或切除碱基而是直接实施修复，这样的损伤修复机制称为复，这样的损伤修复机制称为直接修复。直接修复。18ppt课件 可见光激活光复活酶，其可以分解可见光激活光复活酶，其可以分解由于紫外线照射形成的嘧啶二聚体，恢由于紫外线照射形成的嘧啶二聚体，恢复复DNA的正常结构

12、。的正常结构。光复活修复（光复活修复（photoreactivation repair） 此修复方式从低等生物到鸟类皆有，此修复方式从低等生物到鸟类皆有，在植物中比较重要。在植物中比较重要。19ppt课件DNA is distorted at the site of T-T dimer.20ppt课件通过光复活酶修复胸腺嘧啶二聚体的过程通过光复活酶修复胸腺嘧啶二聚体的过程21ppt课件（三）切除修复（三）切除修复(excision repair)v 定义：定义：v 包括：包括：碱基切除修复（碱基切除修复（base-excision repair）核苷酸切除修复（核苷酸切除修复（nucleoti

13、de-excision repair） 在一系列酶的作用下，将在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤分子中受损伤部分切除掉，并以完整链的一条链为模板，合成部分切除掉，并以完整链的一条链为模板，合成切去的部分，使切去的部分，使DNA恢复正常结构的过程。恢复正常结构的过程。22ppt课件（四）重组修复（四）重组修复v定义：定义： 含有嘧啶二聚体或其他结构损伤的含有嘧啶二聚体或其他结构损伤的DNA进行复制进行复制时，子代时，子代DNA链在损伤部位出现缺口。通过遗传重组，链在损伤部位出现缺口。通过遗传重组，从完整的母链上将相应的片段移至子链的缺口处，然从完整的母链上将相应的片段移至子链的缺口处，然后

14、用再合成的多核苷酸链补上母链的空缺。后用再合成的多核苷酸链补上母链的空缺。23ppt课件（五）应急反应（五）应急反应(SOS)和易错修复和易错修复 许多可造成许多可造成DNA损伤或抑制复制的处理均能引损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导反应，称为起一系列复杂的诱导反应，称为SOS反应。反应。 1. 应急反应应急反应包括：包括：DNA损伤修复损伤修复诱变效应诱变效应细胞分裂的抑制细胞分裂的抑制溶原性细菌释放噬菌体溶原性细菌释放噬菌体（细胞癌变也与（细胞癌变也与SOS反应有关）反应有关）24ppt课件倾错的倾错的DNA聚合酶聚合酶IV、V避免差错的修复避免差错的修复（error free

15、repair）倾向差错的修复倾向差错的修复（error prone repair）2. SOS反应诱导的修复系统反应诱导的修复系统错配修复、直接修复、错配修复、直接修复、切除修复、重组修复切除修复、重组修复3. SOS反应机制反应机制 由由Rec A蛋白和蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的。阻遏物相互作用引起的。25ppt课件4. SOS反应的意义反应的意义 SOS反应包括两方面：反应包括两方面：DNA修复修复和和导致变导致变异异。修复可使。修复可使DNA恢复正常结构，而变异可增恢复正常结构，而变异可增加物种生存的机会，在进化中是十分有意义的。加物种生存的机会，在进化中是十分有意义的。26pp

16、t课件第三节第三节 RNA指导下的指导下的DNA的合成的合成27ppt课件28ppt课件逆转录作用（逆转录作用（reverse transcription） 是以是以RNA为模板，即按照为模板，即按照RNA中的中的核苷酸顺序合成核苷酸顺序合成DNA的过程。的过程。29ppt课件 1964 年，年，Temin 提出前病毒学说，即在致癌提出前病毒学说，即在致癌RNA病毒的感染过程中存在一个病毒的感染过程中存在一个DNA中间体中间体（前病毒）。（前病毒）。 1970年，年， Temin和和Baltimore分别从致癌分别从致癌RNA病病毒中发现逆转录酶。毒中发现逆转录酶。（一）逆转录酶（一）逆转录酶

17、（reverse transcriptase）的发现）的发现致癌致癌RNA病毒是一大群能引起鸟类、哺乳类等动物白血病和病毒是一大群能引起鸟类、哺乳类等动物白血病和肉瘤以及其它肿瘤的病毒。这类病毒侵染细胞后并不引起细肉瘤以及其它肿瘤的病毒。这类病毒侵染细胞后并不引起细胞死亡，却可以使细胞发生恶性转化。胞死亡，却可以使细胞发生恶性转化。30ppt课件1975年，获诺年，获诺贝尔生理医学贝尔生理医学奖。奖。31ppt课件（二）逆转录酶的性质（二）逆转录酶的性质 活性：活性： RNA指导的指导的DNA聚合酶活力聚合酶活力 DNA指导的指导的DNA聚合酶活力聚合酶活力 核糖核酸酶核糖核酸酶H的活力的活力

18、以以4种种dNTP为底物为底物需要有模板和引物需要有模板和引物聚合方向：聚合方向： 53 需需Mg2+（Mn2+） 数目：数目：70个个/ 病毒粒子病毒粒子 结构：含结构：含 、 两个亚基两个亚基32ppt课件逆转录病毒的基因组逆转录病毒的基因组 通常有两条相同的（通常有两条相同的（+）RNA链所组成，在靠链所组成，在靠近近5端的区域以氢键结合在一起。端的区域以氢键结合在一起。 5端具有帽子结构，端具有帽子结构，3端具有多聚腺苷酸。端具有多聚腺苷酸。 靠近靠近5有有1分子宿主分子宿主tRNA，作为逆转录引物。，作为逆转录引物。 典型逆转录病毒基因组长约典型逆转录病毒基因组长约7000-1000

19、00核苷核苷酸，携带酸，携带3个基因（个基因（gag，编码核心蛋白、，编码核心蛋白、pol，编码蛋白酶、整合酶、逆转录酶、编码蛋白酶、整合酶、逆转录酶、env，编码，编码膜蛋白膜蛋白)。 基因组基因组RNA的两端具有同样的序列，成为正向的两端具有同样的序列，成为正向重复。重复。33ppt课件General structure of an integrated retrovirus genome. The long terminal repeats (LTRs) have sequences needed for the regulation and initiation of transcri

20、ption. The sequence denoted is required for packaging retroviral RNAs into mature virus particles.34ppt课件35ppt课件（三）（三）逆转录病毒生活史逆转录病毒生活史:逆转录病毒逆转录病毒在逆转录酶的催化下，以病毒的在逆转录酶的催化下，以病毒的RNA为模板合成为模板合成，形成，形成RNA-DNA杂化体，逆转录酶杂化体，逆转录酶将杂化体中的将杂化体中的RNA降解，同时以剩下的降解，同时以剩下的DNA链为模板链为模板合成另一条互补的合成另一条互补的DNA链，链，双链双链DNA中中利用宿主复制和转录

21、机器生产大量的利用宿主复制和转录机器生产大量的36ppt课件转录出的转录出的mRNA翻译成病毒的包膜蛋白，逆转录酶翻译成病毒的包膜蛋白，逆转录酶和壳体蛋白和壳体蛋白将病毒将病毒RNA、逆转录酶和壳体蛋白组装成病毒的、逆转录酶和壳体蛋白组装成病毒的核壳体核壳体核壳体结合包膜蛋白形成核壳体结合包膜蛋白形成逆转录酶没有逆转录酶没有3-5外切酶活性或校正活性，所以它外切酶活性或校正活性，所以它的错误率比任何的错误率比任何DNA聚合酶都高聚合酶都高37ppt课件+病毒病毒RNA侵染宿主细胞侵染宿主细胞RNA-cDNA杂交分子杂交分子RNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶-DNA整合入染色体整合入染色体基因

22、组基因组DNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶- +双链双链DNA逆转录过程逆转录过程核糖核酸酶核糖核酸酶H病毒病毒RNA自身蛋白质自身蛋白质转录转录翻译翻译+38ppt课件 cDNAcDNA：几乎所有真核生物几乎所有真核生物mRNAmRNA分子的分子的33末端都有末端都有一段一段polyApolyA, ,当加入寡聚当加入寡聚dTdT作为引物时，作为引物时，mRNAmRNA就可作就可作为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的DNADNA，称为，称为cDNAcDNA。39ppt课件（四）逆转录酶应用与逆转录研究意义（四）逆转录酶应用与逆转录研究意义 逆转录酶的应用（如：逆转录酶的应用（如：cDNA的获得、逆的获得、逆转录病毒病毒作为信息载体作为基因治转录病毒病毒作为信息载体作为基因治疗等）疗等） 研究意义：研究意义： 揭示揭示HIV病毒和嗜肝病毒和嗜肝DNA病毒的致病机理与病毒的致病机理与防治研究防治研究 用于分子生物学研究的材料用于分子生物学研究的材料40ppt课件