1、DNARNA蛋白质蛋白质复制复制复制复制转录转录反转录反转录翻译翻译DNA的生物合成的生物合成DNA Biosynthesis第十二章第十二章wDNA的生物合成：细胞内合成的生物合成：细胞内合成DNA的过程的过程1、复制：以、复制：以DNA作为模板指导的作为模板指导的DNA合成，合成，即将即将DNA携带的信息传至子代携带的信息传至子代DNA。 2、 反转录：反转录：DNA合成也可以合成也可以RNA为模扳指导为模扳指导合成作用，见于合成作用，见于RNA病毒。病毒。 3、修复合成：当各种因素引起、修复合成：当各种因素引起DNA损伤时，损伤时，损伤损伤DNA可修复合成，校正错误，完成正确可修复合成，
2、校正错误，完成正确合成，以保持合成，以保持DNA结构结构 的稳定性和遗传信的稳定性和遗传信息的准确性。息的准确性。 染色体染色体DNADNA的复制的复制 第一节第一节复制复制( (replication)是指遗传物质的传代，以母链是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板为模板合成子链合成子链DNA的过程。的过程。复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA一、复制方式：半保留复制一、复制方式：半保留复制 DNA生物合成时，母链生物合成时，母链DNA解开为两解开为两股单链，各自作为模板股单链，各自作为模板(template)按碱基配对按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的规律，合成与模板互补的子
3、链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制碱基序列一致。这种复制方式称为方式称为半保留复制半保留复制。半保留复制的概念半保留复制的概念密度梯度实验密度梯度实验 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。含重氮含重氮-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 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 第二代第二代梯度离心结果梯度离心结果按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNA与亲代
4、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。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、参与二、参与DNA复制的物质复制的物质 底物底物: dATP, dGTP, dCTP, dTTP聚合酶聚合酶: 依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶( DNA-pol)模板模板 : 解开成单链的解开成单链的DNA母链母链引物引物: 提供提供3 -OH端端其他的酶和蛋白质因子：其他的酶和蛋白质因子：引物酶、单链结
5、合蛋白、连接酶、解链酶、引物酶、单链结合蛋白、连接酶、解链酶、拓扑异构酶，等拓扑异构酶，等1 1、复制的化学反应、复制的化学反应 (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 聚合反应的特点聚合反应的特点DNA 新链生成需新链生成需引物引物和和模板模板； 新链的延长只可沿新链的延长只可沿5 3 方向进行方向进行 。2、DNA聚合酶聚合酶全称：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
6、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 外切酶活性外切酶活性?能切除突变的能切除突变的 DNA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。 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 功能功能：对复制中的错误进行校读，对复制和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。修复中出现的空隙进行填补。DNA-pol （109kD）原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶323个氨基酸个氨基酸小片段小片段5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大
7、片段大片段/Klenow 片段片段 604个氨基酸个氨基酸DNA聚合酶活性聚合酶活性 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N 端端C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是实验室合成片段是实验室合成DNA，进行，进行分子生物学研究中常用的工具酶。分子生物学研究中常用的工具酶。 DNA-pol （120kD） DNA-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。 它参与它参与DNA损伤的应急状态修复。损伤的应急状态修复。 功能功能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。 DNA-pol (250kD)原核生物的原
8、核生物的DNA聚合酶聚合酶特特 点点polpolpol5端端3端聚合酶活性端聚合酶活性（催化生成磷酸二酯键）（催化生成磷酸二酯键）有有有有有有5端端3端外切酶活性端外切酶活性（切除引物、突变片段）（切除引物、突变片段）有有有有无无3端端5端外切酶活性端外切酶活性（校对）（校对）有有有有有有功能功能去除引物并去除引物并填补空隙、填补空隙、修复合成修复合成不祥不祥链延长链延长原核生物原核生物DNA复制中起主要作用的聚合酶是复制中起主要作用的聚合酶是DNA聚合酶聚合酶 真核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶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
9、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。在在线粒体线粒体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 1. 遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；2. 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；3. 复制出错时复制出错时DNA-pol的及时校读功能。的及时校读功能。DNA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 3、解螺旋酶、引物酶和单链、解螺旋酶、
10、引物酶和单链DNA结合蛋白结合蛋白理顺理顺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 解螺旋酶解螺旋酶(helicase)利用利用ATP供能，作用于氢键，使供能，作用于氢键，使DNA双链双链解开成为两条单
11、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(single stranded DNA binding protein, SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护单在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整链的完整 1010 8 8 局部解链后局部解链后DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase) 解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶作用特点既能水解既能水解 、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
12、酶分分 类类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解链旋转不致打结；适当时候封解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，闭切口，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。作用机制作用机制 4 4、DNA连接酶连接酶连接连接DNA链链3 -OH末端和相邻末端和相邻DNA链链5 -P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相末端，使二者生成磷酸二
13、酯键，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。 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ATPADP5353DNA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。在在DNA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。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。功能功能u基本过程：原核基本过程：原核3个阶段（起始、延长、终个阶段（起始、延长、终止），真核止），真核4个阶段（起始、延长、终止、末个阶段（起始、延长、终止、末端复
14、制）端复制）三、三、DNA复制过程复制过程 （一）复制的起始（一）复制的起始需要解决两个问题：需要解决两个问题：1. DNA解开成单链，提供模板。解开成单链，提供模板。2. 合成引物，提供合成引物，提供3 -OH末端。末端。E.coli复制起始点复制起始点 oriC 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 2
15、37 245 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)向向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为叉，称为双向复制双向复制。 复制中的放射自显影图象复制中的放射自显影图象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
16、的复制。制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个个复制子复制子(replicon) 。复制子是独立完成复制的。复制子是独立完成复制的功能单位。功能单位。 53oriorioriori535533553复制子复制子3 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. 引发体和引物引发体和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。复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
17、短链RNA分子。分子。 引物引物3 HO5引物引物酶酶（二）复制的延长（二）复制的延长复制的延长指在复制的延长指在DNA-pol催化下，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，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol3 5 3 5 解链方向解链方向3 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，
18、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。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能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，这股不连续复制的链称顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为为随从链随从链。复制中的不连续片段称为。复制中的不连续片段称为岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment)。 领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的的半不连续性半不连续性。 领头链的合成领头链的合成随从链的合成随从链的合成阶段一阶段一阶段二阶段二阶段三阶段三阶段四阶段四复复制制过过程程简简图图
19、原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制，双向复制的复制片段在复制的终止点片段在复制的终止点(ter)处汇合。处汇合。oriter E.coli8232 ori terSV40500（三）复制的终止（三）复制的终止5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 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哺乳动物的哺乳动物的细胞周期细胞周期DNA合成期合成期G1G2SM四、真核生物四、真核生物DNA复制与细胞周期复制与细胞周期 细胞能否分裂，决定于进入细胞能否分裂，决定于进入S期及期及M期这两个关期这两
20、个关键点。键点。G1S及及G2M的调节，与蛋白激酶活的调节，与蛋白激酶活性有关。性有关。 蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。实施调控作用。 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制。复制有时序性，复制有时序性，即复制子以即复制子以分组方式激活分组方式激活而不是同步起动。而不是同步起动。 复制的起始需要复制的起始需要DNA-pol（引物酶活性）和（引物酶活性）和pol（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子复制因子(replication fa
21、ctor, RF)。 增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原(proliferation cell nuclear antigen, PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。在复制起始和延长中起关键作用。 （一）复制的起始（一）复制的起始3 5 5 3 领头链领头链3 5 3 5 亲代亲代DNA随从链随从链引物引物核小体核小体（二）复制的延长（二）复制的延长 染色体染色体DNA呈线状，复制在末端停止。呈线状，复制在末端停止。 复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。 染色体两端染色体两端DNA子链上最后复制的子链上最后复制的RNA引物，引物，去除后留下空隙。去除后
22、留下空隙。（三）复制的终止（三）复制的终止 端粒端粒(telomere)指指真核生物真核生物染色体线性染色体线性DNA分子分子末端的结构末端的结构。功能功能 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 维持维持DNA复制的完整性复制的完整性结构特点结构特点 由末端单链由末端单链DNA序列和蛋白质构成。序列和蛋白质构成。 末端末端DNA序列是多次重复的富含序列是多次重复的富含G、C碱基碱基的短的短 序列。序列。TTTTGGGGTTTTGGGG端粒酶端粒酶(telomerase) 端粒酶端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR) 端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白(human tel
23、omerase associated protein 1, hTP1) 端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT) 组成组成端粒酶的催端粒酶的催化延长作用化延长作用爬爬行行模模型型DNADNA聚合酶复制子链聚合酶复制子链进一步加工进一步加工1、螺旋松弛与解链：螺旋松弛与解链：拓扑异构酶（拓扑异构酶（Topo、）、）、解链酶（解螺旋酶）、单链结合蛋白（解链酶（解螺旋酶）、单链结合蛋白（SSB）2种起始方式：复制叉式复制与滚环式复制；多种起始方式：复制叉式复制与滚环式复制；多数为定点双向（双叉）复制数为定点双向（双叉）复
24、制原核生物一般只有原核生物一般只有1个复制原点（起始点个复制原点（起始点origin，ori），属于单复制子复制；真核生物具有多个复），属于单复制子复制；真核生物具有多个复制原点，属于多复制子复制制原点，属于多复制子复制复制时复制时DNA双链打开，形成的双链打开，形成的“Y”字型结构称字型结构称为为“复制叉复制叉” 小结小结2、引发（、引发（RNA引物合成）：引物合成）：引物酶（引物酶（DnaG）及引发体（其它的及引发体（其它的Dna蛋白）蛋白）原核生物复制时的原核生物复制时的RNA引物较长，真核生物引物较长，真核生物的引物较短的引物较短3、链延长（形成磷酸二酯键）：、链延长（形成磷酸二酯键）
25、：DNA聚合酶聚合酶(原核原核)、DNA聚合酶聚合酶、（真核）（真核）半不连续复制：半不连续复制：先导链（领头链）、随从链先导链（领头链）、随从链冈崎片段（冈崎片段（Okazaki fragment）：）：随从链中不连续合随从链中不连续合成的成的DNA片段。原核生物的冈崎片段较长，真核生物片段。原核生物的冈崎片段较长，真核生物的冈崎片段较短的冈崎片段较短新合成链的新合成链的延长方向：延长方向：5端端3端端碱基配对：碱基配对：双链反平行，双链反平行，AT,GC配对配对原核生物的链延长速度大于真核生物原核生物的链延长速度大于真核生物4、终止（水解引物、填补空缺、连接、终止（水解引物、填补空缺、连接
26、DNA片片段）：段）：DNA聚合酶聚合酶（原核）、连接酶（原核）、连接酶原核生物原核生物真核生物真核生物起始点起始点1个个多个多个引物引物长长短短冈崎片段冈崎片段长长短短链延长速度链延长速度快快慢慢末端复制末端复制少见少见常见常见DNApol、连接酶的功能物连接酶的功能物NAD+ATP真核生物与原核生物复制的主要差别真核生物与原核生物复制的主要差别 真核和原核真核和原核DNA细胞复制比较细胞复制比较DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage (Mutation) and Repair第二节第二节遗传物质的结构改变而引起的遗传信息遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称
27、为改变，均可称为突变。突变。在复制过程中发生的在复制过程中发生的DNA突变称为突变称为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分子上分子上碱基的改变。碱基的改变。 一、突变的意义一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（一）突变是进化、分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（二）突变导致基因型改变（三）突变导致死亡（三）突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础（四）突变是某些疾病的发病基础 二、引发突变的因素二、引发突变的因素物理因素物理因素 紫外线紫外线(ultra violet, UV)、各种辐射、各种辐射 UV化学因素化学因素
28、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）T C- T - A - C - G -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 mGG mGDNA缺失缺失G三、突变的分子改变类型三、突变的分子改变类型错配错配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement)框移框移(frame-shift
29、) -T-C-T-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-A-C-G-A-C-A-T-G-C-转换转换野生型基因野生型基因 -T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C- -T-C-T-T-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-A-A-G-A-C-A-T-G-C-颠换颠换碱基对的置换碱基对的置换(substitution)移码突变移码突变(framesshift mutation) -T-C-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-插入插入 -T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A
30、-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失缺失ATDNA分子上的碱基错配称分子上的碱基错配称点突变点突变(point mutation)。发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另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。一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 1. 转换转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。或嘧啶变嘌呤。 2. 颠换颠换（一）错配（一）错配镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人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
31、-val his leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因（二）缺失（二）缺失、插入插入和框移和框移缺失：缺失：一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上大分子上消失。消失。插入：插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到到DNA大分子中间。大分子中间。框移突变框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造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。成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。 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 。谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C
32、 A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突变缺失引起框移突变（三）重排（三）重排DNA分子内较大片段的交换，称为分子内较大片段的交换，称为重组或重排。重组或重排。 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四、四、DNA损伤的修复损伤的修复修复修复(repairing) 是对已发生分子改变的补偿措施，使其是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。回复为原有的天然状态。光修复光修复(light repairing)切除修复切除修复(excision repairing)重
33、组修复重组修复(recombination repairing)SOS修复修复 修复的主要类型修复的主要类型（一）光修复（一）光修复光修复酶光修复酶(photolyase) UVDNA紫外线损伤的光裂合酶修复紫外线损伤的光裂合酶修复1、形成嘧啶二聚体、形成嘧啶二聚体2、光复合酶结合于、光复合酶结合于损伤部位损伤部位3、酶被可见光激活、酶被可见光激活4、修复后酶被释放、修复后酶被释放UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHP （二）切除修复（二）切除修复是细胞内最重要和是细胞内最重要和有效的修复机制，主要有效的修复机制，主要由由DNA-pol和连接酶和连接酶完成。完成。DNA连接酶连
34、接酶ATPE.coli的切除的切除修复机制修复机制过程：切（过程：切（Ap内切酶、内切酶、UvrC等）、切（等）、切（pol）、）、补（补（pol）、连（连接酶）、连（连接酶） 特异性的核酸内切酶(如原核中的UvrA、UvrB和UvrC) DNA的损伤和切除修复的损伤和切除修复碱基丢失碱基丢失碱基缺陷或错配碱基缺陷或错配结构缺陷结构缺陷切开切开 核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切除切除DNA聚合酶聚合酶DNA连接连接酶酶AP核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切开切开切除切除修复修复连接连接糖苷酶糖苷酶插入酶插入酶碱基碱基取代取代（三）重组修复（三）重组修复DNA的重组修复的重组修
35、复胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体二聚体复制复制核酸酶及核酸酶及重组蛋白重组蛋白修复复制修复复制DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶重组重组DNA的损伤和切除修复的损伤和切除修复碱基丢失碱基丢失碱基缺陷或错配碱基缺陷或错配结构缺陷结构缺陷切开切开 核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切除切除DNA聚合酶聚合酶DNA连接连接酶酶AP核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切开切开切除切除修复修复连接连接糖苷酶糖苷酶插入酶插入酶碱基碱基取代取代（四）（四）SOS修复修复 当当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱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。发出一系列复杂的反应。 在在E. co
36、li，各种与修复有关的基因，组成一个，各种与修复有关的基因，组成一个称为称为调节子调节子(regulon)的网络式调控系统。的网络式调控系统。 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SOS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DNA保留的错误较多，导致保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。较广泛、长期的突变。SOS反应的机制反应的机制未诱导的细胞未诱导的细胞靶基因靶基因lexA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏recA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏（40个不
37、同的位点被阻遏）个不同的位点被阻遏）LexA(阻遏物阻遏物) RecA(辅蛋白酶辅蛋白酶)靶基因表达靶基因表达lexA靶基因表达靶基因表达 但产物被分解但产物被分解recA大量表达大量表达RecA促使促使分解分解LexA诱导的细胞诱导的细胞单链单链DNAATP逆转录逆转录Reverse Transcription第三节第三节反转录（逆转录，反转录（逆转录，reverse transcription）：）：以病毒以病毒RNA为模板，为模板，dNTP为原料，在反转录为原料，在反转录酶作用下，合成酶作用下，合成DNA的过程的过程 逆转录酶逆转录酶一、概念一、概念二、逆转录酶二、逆转录酶三、病毒逆转录
38、过程病毒逆转录过程四四、逆转录的生物学意义逆转录的生物学意义扩充了中心法则扩充了中心法则有助于对病毒致癌机制的了解有助于对病毒致癌机制的了解与真核细胞分裂和胚胎发育有关与真核细胞分裂和胚胎发育有关逆转录酶是分子生物学重要工具酶逆转录酶是分子生物学重要工具酶三种功能三种功能依赖依赖DNA指导下的指导下的DNA聚合酶活力聚合酶活力依赖依赖RNA的的DNA聚合酶活力聚合酶活力核糖核酸酶核糖核酸酶H活力活力 以以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA，这，这与通常转录过程中遗传信息与通常转录过程中遗传信息从从DNADNA到到RNARNA的方向相反，故的方向相反，故称为逆转录作用。称为逆转录作用。
39、一、反应体系：一、反应体系：RNA模板、原料（模板、原料（dNTP）、引）、引物（物（tRNA）、反转录酶）、反转录酶逆转录酶的活性：逆转录酶的活性：RNA依赖的依赖的DNA聚合酶活性聚合酶活性DNA依赖的依赖的DNA聚合酶活性聚合酶活性RNA水解酶水解酶H活性活性引物：引物：tRNA 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 杂杂化双链化双链RNA酶酶单链单链DNA逆转录酶逆转录酶双链双链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分子生物学研究可
40、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cDNA法。法。 以以mRNA为模板，经逆转为模板，经逆转录合成的与录合成的与mRNA碱基序列互碱基序列互补的补的DNA链。链。 试管内合成试管内合成cDNAcDNA complementary DNA 依赖依赖RNA的的DNA聚合酶聚合酶核糖核酸核糖核酸酶酶H活力活力依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶逆转录过程中逆转录过程中cDNA的合成的合成二、逆转录研究的意义二、逆转录研究的意义 逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中逆转录酶和逆转录现象，是分子
41、生物学研究中的重大发现。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，RNA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20世纪初已注意世纪初已注意到的病毒致癌理论。到的病毒致癌理论。 逆逆转录病毒的生活周期逆转录病毒的生活周期生活周期RNA衣壳衣壳被膜被膜逆转逆转录酶录酶转录转录转译转译整合入宿主细胞染色体整合入宿主细胞染色体DNA进入细胞进入细胞丢失被膜丢失被膜丢失衣壳丢失衣壳逆转录逆转录RNARNAcDNA衣壳蛋衣壳蛋白白被膜蛋被膜蛋白白逆转录逆转录酶酶 DNA分子内或分子间发生遗传信
42、息的重新组合，称为遗传分子内或分子间发生遗传信息的重新组合，称为遗传重组重组(genetic recombination)，或者基因重排，或者基因重排(gene rearrangement )。重组产物称为重组体。重组产物称为重组体DNA(recombinant DNA)。 重组的意义在于，它能迅速地增加群体的遗传多样性；使重组的意义在于，它能迅速地增加群体的遗传多样性；使有利的突变与不利突变分开；通过优化组合积累有意义的遗传有利的突变与不利突变分开；通过优化组合积累有意义的遗传信息。此外，重组还参与了许多重要的生物学过程，它为信息。此外，重组还参与了许多重要的生物学过程，它为DNA损伤或复制障碍提供修复机制。某些生物的基因表达受基因重损伤或复制障碍提供修复机制。某些生物的基因表达受基因重组的调节，生物发育过程也受到基因加工的控制。组的调节，生物发育过程也受到基因加工的控制。一、一、同源重组（同源重组（homologous recombination ）二、二、特异位点重组（特异位点重组（site-specific recombination）三、三、转座重组（转座重组（transpositional recombination）
