1、目录目录第第9 9章章DNA的生物合成的生物合成DNA Biosynthesis ( Replication )目录目录目录目录目录目录蛋白质蛋白质Francis Crick (1916-2004 )DNARNA1958年目录目录复制复制( (replication)是指遗传物质的传代，以亲代是指遗传物质的传代，以亲代DNA为模板合成子代为模板合成子代DNA的过程。的过程。目录目录n本章主要内容：本章主要内容： 复制的基本规律复制的基本规律 DNA复制的反应体系复制的反应体系 复制的过程复制的过程 逆转录逆转录 DNA损伤与修复损伤与修复复制复制(replication)(replicatio
2、n)DNADNA的复制的复制DNA Replication第第 一一 节节目录目录复制的方式复制的方式 半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication)双向复制双向复制(bidirectional replication)复制的高保真性复制的高保真性(high fidelity) 一一. .复制的基本规律复制的基本规律 目录目录1、半保留复制半保留复制是是DNA复制的基本特征复制的基本特征 DNA生物合成时，生物合成时，母链母链DNADNA解开为两解开为两股单链，各自作为股
3、单链，各自作为模板模板(template)按按碱基配碱基配对规律对规律，合成与，合成与模板互补的子链模板互补的子链。子代。子代DNA，一条单链从亲代完整地接受过来，一条单链从亲代完整地接受过来，另一条单链则完全从新合成。两个另一条单链则完全从新合成。两个子代子代DNA都和都和亲代亲代DNA碱基序列一致。这种复碱基序列一致。这种复制方式称为制方式称为半保留复制半保留复制。n半保留复制的概念半保留复制的概念: :AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCC
4、ATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+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目录目录n子链继承母链遗传信息的几种可能方式子链继承母链遗传信息的几种可能方式: : 全保留式全保留式 半保留式半保留式 混合式混合式 密度梯度离心实验密度梯度离心实验 含含15N-DNA的细菌的细菌培养于普通培养于普通培养液培养液(14N) 第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代 实验结果支持实验结果支持半保留复制半保留复制的设想。的设想。15N-DNA14N-DNA混合混合目录目录按半保留复制方式，子代按半
5、保留复制方式，子代DNA与亲代与亲代DNA A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，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的传信息，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: :目录目录2、DNA一股子链复制的方向与解链一股子链复制的方向与解链方向相反导致方向相反导致半不连续复制半不连续复制5 3 解链方向解链方向3 5 领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)3 5 3 5 3 5 领头链连续复制，领头链连续复制，随从链不连续复制，随从链不连续复制，这就是复制的半不连续性这就是复制的半不连续性冈崎片段冈
6、崎片段目录目录 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) 。 另一子链因为复制的方向与解链方向相反，不另一子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，这条不连续复制的能顺着解链方向连续延长，这条不连续复制的链称为链称为随从链随从链(lagging strand) 。复制中的不连。复制中的不连续片段称为续片段称为冈崎片段冈崎片段(okazaki 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，就是复制的制的半不连续性半不连续性
7、。 目录目录 原核生物复制时，原核生物复制时，DNA从从起始点起始点(origin)向两个向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉复制叉，称为称为双向复制双向复制。 3、DNA复制从起始点向两个方向延复制从起始点向两个方向延伸形成伸形成双向复制双向复制A. 环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B. 复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C. 复制接近终止点复制接近终止点(termination, ter)oriterA B C目录目录 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复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制
8、子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个的距离定为一个复制子复制子(replicon) 。复制子是。复制子是独立完成复制的功能单位。独立完成复制的功能单位。 53oriorioriori53复制子复制子53oriorioriori5355335533复制子复制子已完成复制的复制子已完成复制的复制子复复制制进进程程目录目录目录目录2. 酶在复制延长时酶在复制延长时对碱基的选择功能对碱基的选择功能1. 遵守严格的遵守严格的碱基配对规律碱基配对规律3.复制出错时酶的复制出错时酶的及时校读功能及时校读功能DNA复制的复制的保真性保真性至少要依赖至少要依赖三种机制三种机制 4、复制的高保真性、
9、复制的高保真性目录目录目录目录半保留复制半保留复制semi-conservative replication半不连续复制半不连续复制semi-discontinuous replication复制方向为双向复制方向为双向bidirectional replication高保真性复制高保真性复制high fidelity复制的特点复制的特点 目录目录二二. DNA. DNA复制的反应体系复制的反应体系The Enzymology and Topology of DNA Replication目录目录n参与参与DNA复制的物质复制的物质: 底物底物(substrate): dATP, dGTP,
10、dCTP, dTTP；(dNTP) 聚合酶聚合酶(polymerase): 依赖依赖DNA的的DNA聚合酶，简写为聚合酶，简写为 DNA-pol； 模板模板(template): 解开成单链的解开成单链的DNA母链；母链； 引物引物(primer):与模板互补的与模板互补的RNA片段，提供片段，提供3 -OH末末端使端使dNTP可以依次聚合；可以依次聚合； 其他的其他的酶和蛋白质因子。酶和蛋白质因子。目录目录参与DNA复制的物质DNA复复制系统制系统底物底物dNTPdNTP聚合酶聚合酶DNA-polDNA-pol模板模板解成单链解成单链的的DNADNA母链母链引物引物与模板互补的与模板互补的R
11、NARNA片段片段其它酶其它酶和蛋白质因子和蛋白质因子底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP聚合酶聚合酶(polymerase): 依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶简写简写 为为 DNA-pol模板模板(template) : 解开成单链的解开成单链的DNA母链母链引物引物(primer): 提供提供3 -OH末端使末端使dNTP可以依次聚合可以依次聚合解螺旋酶解螺旋酶引物酶引物酶单链单链DNA结合蛋白结合蛋白DNA连接酶等连接酶等目录目录1、核苷酸和核苷酸之间生成、核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键磷酸二酯键是复制的基本化学反应是复制的基本化学反应(
12、dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPiHOP PPGPPi5 端端3 端端CGA目录目录2、DNA聚合酶催化核苷酸之间聚合聚合酶催化核苷酸之间聚合 全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase) 简称：简称：DNA-pol 活性：活性：1. 53 的聚合活性的聚合活性2. 核酸外切酶活性核酸外切酶活性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 5 外切酶活性外切酶活性: 5 3 外切
13、酶活性外切酶活性:?能切除突变的能切除突变的 DNA片段或片段或RNA引物。引物。能辨认错配的碱基对，并将能辨认错配的碱基对，并将碱基错配核苷酸碱基错配核苷酸水解。水解。n核酸外切酶活性核酸外切酶活性: : 目录目录（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶分为三型聚合酶分为三型 DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目录目录n功能：功能： DNA-pol （109kD）对复制中的错误进行校读，对复制和修复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。中出现的空隙进行填补。1、DNA聚合酶活性聚合酶活性 2、 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性3、5 核酸外切酶活性核酸外
14、切酶活性目录目录B B：如果碱基配对正确，：如果碱基配对正确，DNA-polIDNA-polI则不表现外切酶活性；只表则不表现外切酶活性；只表现聚合酶活性。现聚合酶活性。DNA-pol I外切活性外切活性聚合活性聚合活性dCTPC3A A：碱基配对错误，：碱基配对错误，DNA-DNA-polIpolI表现外切酶活性，切表现外切酶活性，切除错配碱基；并用其聚合除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物活性掺入正确配对的底物模板链模板链新合成链新合成链模板链模板链C新合成链新合成链目录目录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
15、正起催化作用的酶。1、DNA聚合酶活性聚合酶活性 2、 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 - -复合物复合物目录目录nPolIIIPolIII全酶全酶（二聚体）（二聚体）每一个单体都具有催化每一个单体都具有催化活性，一个作用于领头链，另一个作用于随从活性，一个作用于领头链，另一个作用于随从链，使两股链在链，使两股链在同一地方同一时间进行合成同一地方同一时间进行合成。n随从链母链环绕随从链母链环绕360360度度，形成局部片断与领头链，形成局部片断与领头链靠近，沿靠近，沿同一方向同一方向进行合成。进行合成。（ 亚基）亚基）（核心酶）（核心酶）目录目录（二）常见的真核细胞（二）常见的真核细胞DNA
16、聚合酶有五种聚合酶有五种DNA-pol 引物合成，随从链的部分合成。引物合成，随从链的部分合成。延长子链的主要酶。延长子链的主要酶。参与低保真度的复制，参与损伤修复参与低保真度的复制，参与损伤修复。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DNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目录目录真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶填补引物填补引物空隙，切空隙，切除修复，除修复，重组重组延长子延长子链的主链的主要酶，要酶，解螺旋解螺旋酶活性酶活性线粒体线粒体DNA复复制制参与损参
17、与损伤修复伤修复引物酶引物酶作用作用功能功能+-3 5 外切酶外切酶高高高高高高？中中5 3 聚合酶聚合酶25.512.514.04.016.5分子量（分子量（ kDDNA-pol填补引物填补引物空隙，切空隙，切除修复，除修复，重组重组延长子延长子链的主链的主要酶要酶，解螺旋解螺旋酶活性酶活性线粒体线粒体DNA复复制制功能功能+-3 5 高高高高高高低低中中5 3 25.512.514.04.016.5分子量（分子量（DNA-pol目录目录理顺理顺DNA链链拓扑异构酶拓扑异构酶 (,)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物酶引物酶
18、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)识别并结合起始点识别并结合起始点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与复制相关蛋白质原核生物与复制相关蛋白质3 3、与复制相关的其他酶、与复制相关的其他酶目录目录解螺旋酶解螺旋酶(helicase)利用利用ATP供能，作用于供能，作用于氢键，使氢键，使DNA双链解开成为两条单链。双链解开成为两条单链。引物酶引物酶(primase) 复制起始时催化生成复制起始时催化生成RNA引物的酶。引物的酶。单链单链DNA结合蛋白结合蛋白
19、(single stranded DNA binding protein, SSB) 在复制中维持模板处于单链状在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。态并保护单链的完整。 DnaBDnaG目录目录 DNA的高级结构是超螺旋结构的高级结构是超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方同相同，即延双螺旋方同相同，即延右手右手方向方向扭曲。扭曲。负超螺旋负超螺旋(negative supercoil
20、)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反即延即延左手左手方向方向扭曲。扭曲。原核生物原核生物DNA的环状超螺旋结构的环状超螺旋结构原核生物原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形多为环状，以负超螺旋的形式存在式存在，平均每平均每200200碱基就有一个超螺旋形成。碱基就有一个超螺旋形成。目录目录目录目录108超螺旋局部解开超螺旋局部解开 DNA拓扑异构酶拓扑异构酶改变改变DNA超螺旋状态、超螺旋状态、 理顺理顺DNA链链目录目录DNA复制解螺旋时延同一轴反向旋转，复制解螺旋时延同一轴反向旋转，DNA分子分子打结，缠绕。在复制叉前产生正超螺旋。打结，缠绕。在复制叉前产生正超螺旋。目
21、录目录拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNA解解链旋转不致打结；适当时候封闭切链旋转不致打结；适当时候封闭切口，口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA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。切口旋转使超螺旋松弛。利用利用ATP供能，连接断端，供能，连接断端， DNA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：目录目录放大放大超超螺旋螺旋放大放大双双螺旋螺旋OH3P-5拓拓扑扑酶酶I拓扑酶拓扑酶I 切断切断DNA双链中的一股，使两个双链中的一股，使两个螺旋变为一个
22、，适当时候再封闭缺口螺旋变为一个，适当时候再封闭缺口DNA解链旋转不致打结解链旋转不致打结目录目录拓扑酶拓扑酶的作用方式：的作用方式：目录目录4、DNA连接酶连接连接酶连接DNA双链中的双链中的单链缺口单链缺口连接连接DNA链链3 -OH末端末端和相邻和相邻DNA链链5 -P末端末端，使二者生成，使二者生成磷酸二酯键磷酸二酯键，从而把两段相，从而把两段相邻的邻的DNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。n DNA连接酶连接酶(DNA ligase)作用方式：作用方式：POO-O-OHO5POO-O-O335DNA连接酶连接酶ATPADP5353nDNA连接酶的作用：连接酶的作用：目录目
23、录 DNA连接酶在连接酶在复制中复制中起最后封闭缺口的作用。起最后封闭缺口的作用。 在在DNA修复、重组修复、重组中也起封闭缺口作用。中也起封闭缺口作用。 也是基因工程的重要工具酶之一。也是基因工程的重要工具酶之一。n功能：功能：目录目录（一）复制起始：（一）复制起始：DNA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. DNA解开成解开成单链单链，提供模板。，提供模板。2. 形成形成引发体引发体，合成引物，提供，合成引物，提供3 -OH末端。末端。三、原核生物的三、原核生物的DNA复制过程复制过程E.coli复制起始点复制起始点 oriC-特殊的序列约特殊的序列约245
24、bp 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 串联重复序列串联重复序列 反向重复序列反向重复序列5 3 5 3 1. DNA解链解链目录目录nDnaA、B、C三种蛋白参与DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaCDnaADnaA蛋白蛋白四个相同亚基组成四个相同亚基组成目录目录3 5 DNA拓扑异构酶拓扑
25、异构酶 Dna A含有含有DnaB（解螺旋酶）、（解螺旋酶）、DnaC蛋白、蛋白、引物酶引物酶（DnaG）和）和DNA复制起始区域的复合结构称为复制起始区域的复合结构称为引发体。引发体。 Dna A3 5 Dna B、 Dna CSSB引物引物酶酶2.2.引发体的形成引发体的形成目录目录3 5 3 5 引物引物3 HO5引物引物酶酶3. 引物的形成引物的形成引物引物酶酶引物是由引物酶催化合成的引物是由引物酶催化合成的短链短链RNA。目录目录（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催化下
26、，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是其化学本质是磷酸二酯键磷酸二酯键的不断生成。的不断生成。 目录目录n领头链的合成：领头链的合成：领头链沿着领头链沿着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目录目录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-DNA-polpol催化延长催化延长 目录目录nPolIIIPolIII全酶全酶（二聚体）（二聚体）每一个单体都具有催化每一个单体都具有催化活性，一个作用于领头链，另一个作用于随从活性，一个作用于领头链，另
27、一个作用于随从链，使两股链在链，使两股链在同一地方同一时间进行合成同一地方同一时间进行合成。n随从链母链环绕随从链母链环绕360360度度，形成局部片断与领头链，形成局部片断与领头链靠近，沿靠近，沿同一方向同一方向进行合成。进行合成。（ 亚基）亚基）（核心酶）（核心酶）目录目录 原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，两个复制叉在复制的，两个复制叉在复制的终止点终止点(ter)处汇合。处汇合。（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、连接切口目录目录5 5 5 DNA-polDNA-pol5-3外切酶外切酶OHP5 DNA-polDNA-p
28、ol5-3聚合酶聚合酶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：目录目录目录目录复复 制制 过过 程程 动动 画画M13噬菌体）目录目录滚环复制滚环复制目录目录四、真核生物四、真核生物DNA复制复制目录目录1 1真核生物每个染色体有很多个起始点，是真核生物每个染色体有很多个起始点，是 多复制子多复制子复制。复制。 真核生物复制与原核基本相似真核生物复制与原核基本相似真核生物复制速度不如原核生物，整体复制真核生物复制速度不如原核生物，整体复制速度并不慢。速度并不慢。目录目录2 2真核生物真核生物随从链随从链的冈崎片
29、段较短，的冈崎片段较短，100-200100-200 个核苷酸。原核生物为个核苷酸。原核生物为1000-20001000-2000个核苷酸。个核苷酸。3 3复制的起始过程复杂，起始需要复制的起始过程复杂，起始需要DNA-pol （引引 物酶活性物酶活性）和）和pol （解螺旋酶活性解螺旋酶活性），还需拓扑酶），还需拓扑酶 和复制因子和复制因子(增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原 （PCNA）在起始和延长中都起关键作用。）在起始和延长中都起关键作用。目录目录4 4真核生物真核生物DNADNA复制与核小体组装同步进行，复制与核小体组装同步进行， 复制完成后随即组装成染色体。复制完成后随即组装成染色体。真
30、核生物染色体真核生物染色体DNA呈线状呈线状，在，在DNA复制过程中复制过程中子代子代DNA5末端的末端的RNA引物引物被去除后，留下空隙。被去除后，留下空隙。5. 5. 端粒酶参与解决染色体末端复制问题端粒酶参与解决染色体末端复制问题目录目录5 3 3 5 5 3 3 5 +5 3 3 3 3 5 5 目录目录目录目录功能功能 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 保证保证DNA复制的完整性复制的完整性端粒的结构特点端粒的结构特点 由由3末端末端单链单链DNA序列序列和蛋白质构成。和蛋白质构成。 3末端末端DNA序列是序列是多次重复多次重复的富含的富含G、T碱碱基的基的短序列短序列。TTTT
31、GGGGTTTTGGGG目录目录端粒酶端粒酶(telomerase)端粒酶端粒酶是一种是一种RNA-蛋蛋白质复合体白质复合体，以其，以其RNA为模板，通过为模板，通过逆转录过逆转录过程程对染色体末端对染色体末端DNA链链进行延长。进行延长。端粒酶的分子结构端粒酶的分子结构目录目录 端粒酶端粒酶RNA (hTR) 端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白(hTP1) 端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶 (hTRT) 端粒酶的组成端粒酶的组成功能功能提供提供RNARNA模板模板、催化、催化逆转录逆转录、通过通过爬行模型爬行模型的机的机制维持染色体的完整。制维持染色体的完整。5端粒酶的端粒酶的RNAACUAAACCC
32、AAAACAAACCGAC353GTTTTGGGTTTTGG3OH端粒端粒DNA末端末端TGGTTTG3OH1 1、端粒酶靠、端粒酶靠hTRhTR（AnCnAnCn）x x与与端粒端粒DNA DNA 3 3末端末端GT重复序列结合重复序列结合内在模板内在模板RNA2 2、以端粒酶、以端粒酶RNARNA为模板，为模板，逆转录逆转录，延长，延长端粒端粒DNA DNA 3 3末端末端3 3、端粒酶移位、空出、端粒酶移位、空出RNARNA模板，再次延长模板，再次延长端粒端粒DNA DNA 3 3末端，末端， 同时同时DNADNA母链反摺利于下游复制延伸。母链反摺利于下游复制延伸。TGGTTTGG5端粒
33、酶的端粒酶的RNAACUAAACCCAAAACAAACCGAC353TTTT3OHTGGTTTGGGGGGGGGTTTTGGTTTT4 4、延伸足够长度后端粒酶脱离母链，代之以、延伸足够长度后端粒酶脱离母链，代之以DNA-PolDNA-Pol。此时。此时 母链母链3 OHOH反折，同时作为引物和模板，完成末端双链复制。反折，同时作为引物和模板，完成末端双链复制。5端粒酶的端粒酶的RNAACUAAACCCAAAACAAACCGAC33OH53TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGn3HO53TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGnnCCCCAA
34、AACCCCAAAAAAAADNA-Pol目录目录n D环复制环复制(D-loop replication) 是线粒体是线粒体DNA (mitochondrial DNA，mtDNA)的复制形式。的复制形式。 五、线粒体五、线粒体DNA复制复制dNTPDNA-pol 目录目录特点：特点：1.1.两条链两条链复制起始点复制起始点不在同一位置不在同一位置. . 2. 2.两条链两条链不是同时合成的不是同时合成的. . 3. 3.两条链合成的方向相反两条链合成的方向相反. . 4. 4.两条链都是两条链都是连续合成的连续合成的. .随从链起始点随从链起始点领头链起始点领头链起始点随从链继续随从链继续
35、替代链领头领头链完成链完成目录目录逆转录和逆转录和逆转录病毒逆转录病毒Reverse Transcription & Reverse Transcription第二节第二节目录目录逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase) 逆转录逆转录(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RNA，其复制方式是逆转录其复制方式是逆转录目录目录逆转录逆转录酶）酶）目录目录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DNADNA
36、DNA聚合酶聚合酶双链双链DNA目录目录逆转录酶发现的理论和实践意义：逆转录酶发现的理论和实践意义：1. 1. 完善了完善了“中心法则中心法则”，遗传信息也可以从，遗传信息也可以从RNARNA传递传递 到到DNADNA。2. 2. 促进了促进了分子生物学分子生物学、生物化学生物化学和和病毒学病毒学的研究，的研究， 为为肿瘤肿瘤的防治提供了新的线索。的防治提供了新的线索。3. 3. 逆转录酶已经成为分子生物学研究的逆转录酶已经成为分子生物学研究的重要工具酶重要工具酶。DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage (Mutation) & Repair第三节第三节目录目录 DNA
37、突变突变具体指具体指个别脱氧核苷酸残基个别脱氧核苷酸残基至至DNA片段片段在构成、复制或表型功能的异常变化，在构成、复制或表型功能的异常变化，也称为也称为DNA损伤损伤(DNA damage)。 从分子水平来看，突变就是从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基分子上碱基的改变。的改变。 目录目录一、引发一、引发DNA突变的因素突变的因素（一）自发突变（一）自发突变目录目录 （二）（二）多种化学或物理因素可诱发突变多种化学或物理因素可诱发突变实验室用来诱发突变，也是生活环境中导实验室用来诱发突变，也是生活环境中导致突变的因素，主要有致突变的因素，主要有物理和化学物理和化学因素。因素。 目录目录n
38、物理因素：物理因素：紫外线紫外线(ultra violet, UV)、各种辐射、各种辐射 UVn化学因素：化学因素：常见的化学诱变剂常见的化学诱变剂化合物类别化合物类别作作 用用 点点分子改变分子改变碱基类似物碱基类似物如：如：5-BUA - - 5-BU - - G- A - T - G - C -羟胺类羟胺类（NH2OH）C - -A- C - G - A - T -亚硝酸盐亚硝酸盐（NO2）C U- G - C - A - T -烷化剂烷化剂如：氮芥类，如：氮芥类，NitrominsG 烷基化烷基化GG GDNA缺失缺失G目录目录二、引起突变的分子改变类型有多种二、引起突变的分子改变类型
39、有多种错配错配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement) 框移框移(frame-shift) 目录目录DNA分子上的单一碱基的变异又称分子上的单一碱基的变异又称点突变点突变。（一）错配可导致编码氨基酸的改变（一）错配可导致编码氨基酸的改变发生在发生在同型碱基同型碱基之间，即嘌呤代替另之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 1. 转换转换发生在发生在异型碱基异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。或嘧啶变嘌呤。 2. 颠换颠换镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人
40、Hb (HbS) 亚基亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链肽链CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA)亚基亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因n镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人目录目录正常红细胞正常红细胞镰形红细胞贫血病人的红细胞镰形红细胞贫血病人的红细胞目录目录（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变排列顺序发生改变 缺失：缺失：一个或一段核苷酸链从一个或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。大分子上消失。 插入：插入：原
41、来没有的一个或一段核苷酸链插入到原来没有的一个或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。大分子中间。 缺失或插入都可导致缺失或插入都可导致框移突变框移突变 。 框移突变框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋是指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。白质氨基酸排列顺序发生改变。 目录目录n缺失引起框移突变：缺失引起框移突变：目录目录（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病DNADNA分子内较大片段从一个位置转到另一分子内较大片段从一个位置转到另一个位置，或不同个位置，或不同DNADNA分子间较大片段的重分子间较大片段的重新组合，称为
42、新组合，称为重排或重组重排或重组。目录目录n由基因重排引起的两种地中海贫血基因型：由基因重排引起的两种地中海贫血基因型：目录目录DNA损伤（突变）可能造成两种结果：损伤（突变）可能造成两种结果：其一是导致其一是导致复制或转录障碍复制或转录障碍（如（如胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体）；）；其二是导致其二是导致基因突变基因突变（如（如胞嘧啶胞嘧啶自发脱氨基转变为自发脱氨基转变为尿嘧啶尿嘧啶），使），使DNA 序列发生序列发生永久性改变永久性改变。进化进化使细胞拥有使细胞拥有灵敏的机制灵敏的机制，以识别和修复这些损，以识别和修复这些损伤，否则细胞无法维持正常活动。伤，否则细胞无法维持正常活动。目录目录
43、三、三、DNA损伤的修复损伤的修复修复修复(repairing) 光修复光修复切除修复切除修复重组修复重组修复SOS修复修复 修复的主要类型修复的主要类型 是是DNA受损伤后的补救，受损伤后的补救，使其恢复正常结构。使其恢复正常结构。目录目录（一）光修复（一）光修复光修复酶光修复酶(photolyase) UV目录目录 这是细胞内这是细胞内主要的主要的修复方式。修复方式。 其过程包括其过程包括去除损伤的去除损伤的DNA，填补空缺填补空缺和和连接缺口连接缺口。（二）切除修复（二）切除修复目录目录1. 1. 碱基切除修复碱基切除修复（base excision repairing，BER）包括甲基
44、化的、脱氨基、氧化的碱基、包括甲基化的、脱氨基、氧化的碱基、无碱基位点无碱基位点的修复的修复错误的碱基错误的碱基DNADNA糖基化酶糖基化酶切除错误的碱基切除错误的碱基DNA聚合酶填补聚合酶填补DNA连接酶封闭缺口连接酶封闭缺口AP内切核酸酶内切核酸酶及及AP裂解酶裂解酶切切除磷酸核糖除磷酸核糖目录目录n核苷酸切除修复在各种损伤中起作用，原核苷酸切除修复在各种损伤中起作用，原核生物中切除修复过程比较简单核生物中切除修复过程比较简单n真核生物中真核生物中n原核和真核都需要相应的原核和真核都需要相应的UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA连接酶连接酶ATPnE.coliE.c
45、oli的切的切除修复机制除修复机制目录目录着色性干皮病（着色性干皮病（xeroderma pigmentosum）缺乏缺乏核酸内切酶核酸内切酶，切除修复切除修复机制不能进行，当皮肤受到紫外机制不能进行，当皮肤受到紫外线照射后，线照射后，DNADNA损伤不能修复，这类患者损伤不能修复，这类患者易患皮肤癌易患皮肤癌。损伤的模板损伤的模板有缺口子链有缺口子链有损伤有损伤DNADNA正常的模板正常的模板无缺口子链无缺口子链复制复制RecA随复制次数增多，损伤链所占比例越来越小，逐渐被随复制次数增多，损伤链所占比例越来越小，逐渐被“稀释稀释”掉掉（三）重组修复（三）重组修复目录目录（四）（四）SOS修复修复当当DNADNA损伤广泛损伤广泛难以继续复制时，这种紧急状态难以继续复制时，这种紧急状态将诱导将诱导SOSSOS修复修复。这种修复这种修复特异性低特异性低，对碱基的，对碱基的识别识别、选择能力选择能力差差。通过。通过SOSSOS修复，细胞是修复，细胞是可存活可存活的。然而的。然而DNADNA保留的错误较多保留的错误较多，导致，导致较广泛突变较广泛突变。在在E.coliE.coli，各种与，各种与SOSSOS修复有关的基因，组成一修复有关的基因，组成一个称为个称为调节子调节子(regulon(regulon) )的网络式调控系统。的网络式调控系统。目录目录目录目录
