1、第第1212章章D N AD N A 的 生 物 合 成的 生 物 合 成DNA Biosynthesis2022年年5月月22日日5时时45分分1DNARNAProtein中心法则中心法则The Central Dogma1958 F. Crick翻译翻译转录转录反转录反转录复制复制复制复制中心法则的补充：中心法则的补充：1965年发现年发现RNA复制复制1970年发现逆转录酶年发现逆转录酶2022年年5月月22日日5时时45分分2中心法则的中心法则的2022年年5月月22日日5时时45分分3 DNA DNA复制是一个由多种酶催化，多种蛋白因子复制是一个由多种酶催化，多种蛋白因子参与，并且受
2、到精密调控的复杂过程。参与，并且受到精密调控的复杂过程。 E. coli E. coli 染色质的复制涉及约染色质的复制涉及约3030种蛋白质种蛋白质。 指遗传物质的传代，是以母链指遗传物质的传代，是以母链DNADNA为模板，按为模板，按碱基配对的原则碱基配对的原则, ,合成两个完全相同的子链合成两个完全相同的子链DNADNA分子分子的过程的过程。复制的基本规律复制的基本规律第一节第一节Basic Rules of DNA Replication2022年年5月月22日日5时时45分分4学习要求：学习要求： 掌握复制及其基本规律、半保留复制、双向复掌握复制及其基本规律、半保留复制、双向复制、半
3、不连续性复制、复制叉、复制子、领头链、制、半不连续性复制、复制叉、复制子、领头链、随从链、冈崎片段的概念。随从链、冈崎片段的概念。 熟悉半保留复制的实验依据。熟悉半保留复制的实验依据。 (semi-conservative replication) (bidirectional replication) (semi-discontinuous replication) 2022年年5月月22日日5时时45分分5Watson and Crick, 1953.亲代亲代DNADNA荣获荣获1962年诺贝尔医学与生理学奖。年诺贝尔医学与生理学奖。2022年年5月月22日日5时时45分分71958, M
4、. Mmlson & F. W. Stahl设计的实验设计的实验2022年年5月月22日日5时时45分分81.细菌在细菌在N15培养基上培养培养基上培养2 .细菌在细菌在N14培养基上培养培养基上培养3 . 在在N14培养基上培养培养基上培养不同时间后提取出不同时间后提取出DNA4 .将将DNA悬浮于氯化铯密度梯度介质悬浮于氯化铯密度梯度介质5 .离心离心N14对照组对照组DNAN15 亲代亲代DNAN14 第第1代代DNAN14第第2代代DNA按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNA与亲代与亲代DNA A的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部
5、遗传信息，体现了遗传的保守性。传信息，体现了遗传的保守性。遗传的保守性，遗传的保守性，是物种稳定性的分是物种稳定性的分子基础，但不是绝子基础，但不是绝对的。对的。2022年年5月月22日日5时时45分分953553353352022年年5月月22日日5时时45分分10 E. Coli E. Coli的称的称ori C，由，由245 bp245 bp的保守序列和控的保守序列和控制元件组成；制元件组成； 酵母的酵母的称称autonomously replicating sequence, 含含含含11 bp富含富含AT的核心序列的核心序列。2022年年5月月22日日5时时45分分11A. 环状双链
6、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 C53oriorioriori5355332022年年5月月22日日5时时45分分13复制子复制子(replicon)：独立完成复制的功能单位。：独立完成复制的功能单位。 3 5 3 5 3 5 解链方向解链方向领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)3 5 3 5 2022年年5月月22日日5时时45分分14 原核原核:10002000 个核苷酸（个核苷酸（nt） (相当于相当
7、于1个顺反子，即基因的大小个顺反子，即基因的大小) 真核真核:100200个核苷酸（个核苷酸（nt） (相当于相当于1个核小体个核小体DNA的大小的大小) 2022年年5月月22日日5时时45分分152022年年5月月22日日5时时45分分16学习要求：学习要求： 掌握参与掌握参与DNA复制的主要物质种类，原核和真核生物复制的主要物质种类，原核和真核生物DNA聚合酶作用、种类及特点，拓补异构酶、引物酶、单链聚合酶作用、种类及特点，拓补异构酶、引物酶、单链DNA结结合蛋白和合蛋白和DNA连接酶的作用和特点。连接酶的作用和特点。 熟悉熟悉DNA复制的化学反应、保真性的酶学依据。复制的化学反应、保真
8、性的酶学依据。 了解了解DNA聚合酶的分子结构特点，复制中聚合酶的分子结构特点，复制中DNA分子的拓补分子的拓补学变化。学变化。 dATP, dGTP, dCTP, dTTP；(dNTP) 依赖依赖DNA的的DNA聚合酶，简写为聚合酶，简写为 DNA-pol； 解开成单链的解开成单链的DNA母链；母链； 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；。2022年年5月月22日日5时时45分分17(dNMP)n+ dNTP(dNMP)n+1+ PPiDNA pol2022年年5月月22日日5时时45分分193 5 5 3 3 5 DNA-pol5 3 OHP2022年年5月月
9、22日日5时时45分分205 3 3 5 外外2022年年5月月22日日5时时45分分215 3 DNA-polDNA-pol DNA-pol 2022年年5月月22日日5时时45分分222022年年5月月22日日5时时45分分23u DNA-pol (109kD)2022年年5月月22日日5时时45分分241959年诺贝尔生年诺贝尔生理学医学奖得主理学医学奖得主5 3 GC将错配的核苷酸从引物链的将错配的核苷酸从引物链的3端除去端除去 2022年年5月月22日日5时时45分分265 3 2022年年5月月22日日5时时45分分27323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
10、活性大片段大片段/604个氨基酸个氨基酸 5 核酸外切酶活性；核酸外切酶活性；DNA聚合酶活性聚合酶活性N 端端C 端端枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶 Klenow片段是实验室合成片段是实验室合成DNA，进行分子，进行分子生物学研究中常用的工具酶。生物学研究中常用的工具酶。 2022年年5月月22日日5时时45分分282022年年5月月22日日5时时45分分29*由由A. Kornberg的的二二儿子儿子Tom B. Kornberg发现的。发现的。u (含含10多个亚基的异二聚体多个亚基的异二聚体)2022年年5月月22日日5时时45分分302022年年5月月22日日5时时45分分31定位定位
11、核核核核线粒体线粒体核核核核5353聚合活性聚合活性有有有有有有有有有有3535外切活性外切活性无无无无有有有有有有持续合成持续合成能力能力中等中等低低高高有有PCNA(PCNA(亚亚基基) )时高时高高高功能功能起始引发，起始引发，引物酶引物酶活性活性低保真度低保真度的复制的复制线粒体线粒体DNADNA复制复制延长子链的延长子链的主要酶，主要酶，解旋酶活性解旋酶活性填补空缺，填补空缺，切除修复，切除修复，重组重组2022年年5月月22日日5时时45分分32突变率约突变率约为为1/101/103 3；DNADNA聚合酶聚合酶和和，是子链与母链能准确配对是子链与母链能准确配对( (突变率突变率1
12、/101/104 45 5) )，使遗传，使遗传信息延续和传代的保证；信息延续和传代的保证；和复制和复制等机等机制制，使突变率由，使突变率由1/1068降低降低到到1/10910 。DNADNA聚合酶聚合酶 和和实现的即时校读实现的即时校读，可使突变率由，可使突变率由1/1045降低到降低到1/1068；2022年年5月月22日日5时时45分分33DNADNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把把DNADNA解开成单链，它才能起模板作用；因解开成单链，它才能起模板作用；因此，此，DNA复制涉及复制涉及DNA双螺旋构象变化及双螺旋构象变化及解链过程。解链过程。 2022
13、年年5月月22日日5时时45分分34解螺旋酶和单链解螺旋酶和单链DNA结合蛋白结合蛋白 引物酶引物酶DNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶 沿着随从链的模板，从沿着随从链的模板，从5533方向，促使复制叉向前延伸；方向，促使复制叉向前延伸；：沿着领头链的模板，从沿着领头链的模板，从33 5 5方向向前移动，促使双链不断解开；方向向前移动，促使双链不断解开；2022年年5月月22日日5时时45分分35 2022年年5月月22日日5时时45分分362022年年5月月22日日5时时45分分37 (DNA topoisomerase, Topo) 2022年年5月月22日日5时时45分分38TopoTopo
14、将前方将前方的的正超螺旋转变为负超螺旋正超螺旋转变为负超螺旋； TopoTopo使使DNADNA变为松弛状态变为松弛状态，与转录有关。，与转录有关。TopoTopo和和TopoTopo都能清除前方的正超螺旋。都能清除前方的正超螺旋。通过切断、旋转和再连接，理顺通过切断、旋转和再连接，理顺DNADNA链。链。 2022年年5月月22日日5时时45分分39DNA正超螺旋与负超螺旋正超螺旋与负超螺旋负超螺旋负超螺旋DNA双螺旋双螺旋正超螺旋正超螺旋、2022年年5月月22日日5时时45分分40切割切割DNA双链，此时不需双链，此时不需ATP；尔后；尔后由由ATP供能供能，使，使DNA分子成负超螺旋分
15、子成负超螺旋再连接再连接切口切口。不需不需ATP，切割双链，切割双链DNA中的一条链，中的一条链，使使DNA松弛后松弛后, 连接切口。连接切口。 Topo: Topo：u 临床上使用的某些抗肿瘤药临床上使用的某些抗肿瘤药(如如喜树碱喜树碱、鬼鬼臼乙叉甙臼乙叉甙等等) 可通过抑制可通过抑制Topo酶活性而杀死肿酶活性而杀死肿瘤细胞。瘤细胞。2022年年5月月22日日5时时45分分41 由由RNase HRNase H与与DNA-polDNA-pol外切酶活性除去冈崎片段外切酶活性除去冈崎片段中的中的RNARNA引物，间隙由引物，间隙由DNA-polDNA-pol填补成填补成DNADNA，缺口由，
16、缺口由DNADNA连接酶催化相邻冈崎片段间的连接酶催化相邻冈崎片段间的3-OH3-OH和和5-P5-P形成形成磷酸二酯键而连成完整的磷酸二酯键而连成完整的DNADNA链。链。只能连只能连接碱基互补基接碱基互补基础上双链中的础上双链中的单链缺口；而单链缺口；而对单独存在的对单独存在的D N A 单 链 或单 链 或RNA单链没有单链没有连接的作用。连接的作用。2022年年5月月22日日5时时45分分42 在复制中起最后在复制中起最后接合缺口接合缺口( (双链中的单链双链中的单链 缺口缺口) )的作用；的作用； 在在DNADNA修复、重组及剪接过程中起修复、重组及剪接过程中起缝合缺缝合缺 口口的作
17、用；的作用； 基因工程的重要工具酶之一。基因工程的重要工具酶之一。u DNA DNA连接酶功能连接酶功能2022年年5月月22日日5时时45分分43DNADNA复制因子和酶复制因子和酶原核生物原核生物真核生物真核生物功能功能起始识别因子起始识别因子Origin Rec. FactorDna AHU(类组蛋白类组蛋白) )ORC(6(6聚体聚体) )Cdc6、MCM识别、结合复制起始点识别、结合复制起始点解螺旋酶解螺旋酶HelicaseDan B(6(6聚体聚体) )Dna C(6(6聚体聚体) )DNA-pol 解开解开DNADNA双螺旋链双螺旋链单链结合蛋白单链结合蛋白Single Stra
18、nd BPSSBSSB结合、稳定结合、稳定DNADNA单链单链拓扑酶拓扑酶Topoisomerase拓扑酶拓扑酶 拓扑酶拓扑酶 拓扑酶拓扑酶 清除复制叉前方的超螺旋清除复制叉前方的超螺旋引物酶引物酶PrimaseDna GDNA-pol 合成一小段合成一小段RNARNA引物引物DNADNA聚合酶聚合酶DNA PolymeraseDNA-Pol DNA-Pol 亚基亚基DNA-pol DNA-pol PCNA以亲代以亲代DNA单链单链为为模板模板，按按53方向延长方向延长子链子链DNARNARNA酶酶 H HRNase HRNA酶酶 HDNA-Pol RNA酶酶 HRNase H分解、清除引物分
19、解、清除引物连接酶连接酶Ligase连接酶连接酶连接酶连接酶连接连接DNADNA片段片段参与参与DNADNA复制的主要因子和酶复制的主要因子和酶DNADNA生物合成过程生物合成过程第三节第三节The Process of DNA Replication2022年年5月月22日日5时时45分分45学习要求：学习要求： 掌握原核生物掌握原核生物DNA复制过程和各阶段的特点；复制过程和各阶段的特点；掌握端粒和端粒酶概念；掌握端粒和端粒酶概念； 熟悉真核生物熟悉真核生物DNA复制过程和各阶段的特点；复制过程和各阶段的特点；熟悉复制起始、引发体、负超螺旋等概念。熟悉复制起始、引发体、负超螺旋等概念。 了
20、解端粒延长机制。了解端粒延长机制。 原核生物原核生物DNA的复制有一个特定的复制起始的复制有一个特定的复制起始点；点；E. coli的复制起始点称为的复制起始点称为oriC，由，由245 bp的的保守序列和控制元件组成。保守序列和控制元件组成。2022年年5月月22日日5时时45分分46上游有上游有为为DnaB(DnaB(解螺旋酶解螺旋酶) )和和DnaCDnaC识别识别结合的结合的DNADNA解链元件解链元件。 下游有下游有DnaADnaA蛋白蛋白( (起起始因子始因子) )识别结合位点识别结合位点 DnaA(DnaA(起始因子起始因子) )；DnaB(DnaB(解螺旋酶解螺旋酶) )、Dn
21、aCDnaC、HU(HU(类组蛋白类组蛋白) )、SSBSSB、拓扑酶、拓扑酶2022年年5月月22日日5时时45分分47引物引物3 HO53 5 3 5 HO3 5引物引物HO3 (DnaG)(DnaG)引发体：引发体：含有解螺旋酶含有解螺旋酶(DnaB)、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。复制起始区域的复合结构。引引 物：物：是由引物酶催化合成的短链是由引物酶催化合成的短链 RNA分子分子,能提能提 供供3-OH。 2022年年5月月22日日5时时45分分48解螺旋酶解螺旋酶(Dna B)Dna C2022年年5月月22日日5时时45分分49领
22、头链：领头链：合成一段合成一段RNA引物（比冈崎片段的引物引物（比冈崎片段的引物 略长），开始合成后通常一直继续下去。略长），开始合成后通常一直继续下去。2022年年5月月22日日5时时45分分50随从链：随从链：分段进行，需要不断合成分段进行，需要不断合成RNA引物和冈崎引物和冈崎 片段。片段。 2022年年5月月22日日5时时45分分51 在营养丰富培养基，在营养丰富培养基，E. Coli 每每20分钟分钟即可分裂一次即可分裂一次；其基因组碱基数为；其基因组碱基数为4.64.610106 6 bpbp, , DNA为为单点双向复制单点双向复制，可推算出复制速可推算出复制速度约度约11115
23、 kb/min(1,900 bp/s)； 真核染色体真核染色体DNA为为多点双向复制多点双向复制，复，复制叉移动速度约制叉移动速度约13 kb/min (1650 bp/s)；复制子长度为复制子长度为100200 kb ，约，约3060分分钟内完成复制钟内完成复制(25110 bp/s)；完成染色体完成染色体复制时间通常要用复制时间通常要用68小时小时。2022年年5月月22日日5时时45分分52oriter E.coli8232SV40 ori ter5002022年年5月月22日日5时时45分分53 Tus (terminus utilization substance)蛋白蛋白可可具有反
24、解旋酶活性，具有反解旋酶活性，Tus-ter复合物复合物可以抑制可以抑制的解旋作用，阻止的解旋作用，阻止复制叉前进。复制叉前进。 Tus蛋白还可能造成复制体解体；解体后大约仍蛋白还可能造成复制体解体；解体后大约仍，这时通过修复方式填补空，这时通过修复方式填补空缺。缺。2022年年5月月22日日5时时45分分542022年年5月月22日日5时时45分分55When DNA replicated, its strands are separated by the enzyme helicase. Single strand DNA binding protein keeps the strand
25、from re-annealing. One DNA strand we called the leading strand, which form from 5 prime to 3 prime end, using DNA polymerase III, no problem here. But the lagging strand presents problem. It has formed from 5 prime to 3 prime too. It forms pieces called Okazaki fragments. First a RNA primase lays do
26、wn the RNA primer, then DNA polymerase III lays down new DNA. the process repeats again and again. DNA polymerase I replaces the RNA primer in the DNA, finally DNA ligase links the Okazaki fragments.2022年年5月月22日日5时时45分分562022年年5月月22日日5时时45分分57 细胞完成一轮分裂细胞完成一轮分裂的 过 程 称 为的 过 程 称 为，分为，分为4期；期；在良好营养条件下培养在
27、良好营养条件下培养细胞，历时约细胞，历时约。 复制仅发生在细胞复制仅发生在细胞分裂的合成期分裂的合成期( (S期期) )，而，而且只复制一次且只复制一次。2022年年5月月22日日5时时45分分58 解链解链 引发体形成引发体形成 生成引物生成引物 起始点称起始点称( autonomous replication sequence, ARS),结构较结构较ori C短短( 酵母：为酵母：为150 bp 含有含有 11 bp富含富含AT的的 核心序列的片段核心序列的片段; 多起点（多复制子）多起点（多复制子） 时序性（分组激活，非同步进行）时序性（分组激活，非同步进行）2022年年5月月22日日
28、5时时45分分59 DNA-pol （引物酶活性）（引物酶活性） DNA-pol （解螺旋酶活性）（解螺旋酶活性） 拓扑异构酶拓扑异构酶 复制因子复制因子(RF，如：，如：RFA、RFC) 增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原(proliferation cell nuclear antigen，PCNA) 蛋白激酶磷酸化激活各种蛋白激酶磷酸化激活各种RF而调控细胞周期进而调控细胞周期进入入S期，相关期，相关cyclin和和CDK相互作用，实现对相互作用，实现对DNA复复制的多样化和精确的调节。制的多样化和精确的调节。 2022年年5月月22日日5时时45分分60领头链领头链3 5 3 5 亲代亲代D
29、NA5 3 3 5 随从链随从链DNA-polDNA-pol：在在PCNAPCNA和和RF-CRF-C协同下，替代协同下，替代DNA-DNA-polpol继继续续催化领头链和随从链合成。催化领头链和随从链合成。DNA-DNA-polpol：催化催化1010个碱基引物和头个碱基引物和头20203030个碱基组成个碱基组成的的DNADNA合成；合成；2022年年5月月22日日5时时45分分61353553核小体核小体引物引物注：当注：当随从链随从链延长了大致相当于一个或若干个核小延长了大致相当于一个或若干个核小 体的长度体的长度( (135 bp，或，或135 bp的若干倍的若干倍) )就要重就要
30、重 新合成引物长度。新合成引物长度。2022年年5月月22日日5时时45分分625PHO3P53 OHO5PP5HO33 OP55P3 OH 真核生物染色体真核生物染色体DNA是线性结构，染色体两端新链的是线性结构，染色体两端新链的引物被去除后，分别留下引物被去除后，分别留下和和。 （三）复制终止和端粒酶（三）复制终止和端粒酶引物水解（引物水解（RNA酶）酶）补缺（补缺（DNA-pol ）连接（连接酶）连接（连接酶）1、复制终止复制终止基本过程基本过程2022年年5月月22日日5时时45分分63 两端单链两端单链DNA母链母链不填补成双链，就会不填补成双链，就会被核内被核内DNase酶解，造成
31、子代染色体末端缩酶解，造成子代染色体末端缩短。短。 某些低等生物出现少数特例，经多次复制后的某些低等生物出现少数特例，经多次复制后的染色体越来越短，造成末端相邻的一些重要基因丢染色体越来越短，造成末端相邻的一些重要基因丢失、遗传信息完整性破坏。失、遗传信息完整性破坏。2022年年5月月22日日5时时45分分64端粒端粒染色体染色体 是指真核生物染色是指真核生物染色体末端体末端DNA 与它的结与它的结合蛋白紧密结合而形成合蛋白紧密结合而形成的特殊结构。的特殊结构。 稳定染色体末端结构；稳定染色体末端结构； 防止染色体间末端连接；防止染色体间末端连接； 补偿补偿DNA 5DNA 5末端在清除末端在
32、清除RNARNA引物后造成的空缺。引物后造成的空缺。2022年年5月月22日日5时时45分分65 端粒的结构特点端粒的结构特点TTTTGGGGTTTTGGGG 端粒的共同结构是富含端粒的共同结构是富含(TmGn)x重复序列重复序列，重，重复的次数由几十到数千不等，并能反折成二级结构。复的次数由几十到数千不等，并能反折成二级结构。 水解引物后每个染色体的水解引物后每个染色体的3末端比末端比5末端长末端长, ,伸伸出约出约1216个单核苷酸链，这一特殊结构可募集一个单核苷酸链，这一特殊结构可募集一种称为种称为的特殊的特殊酶。酶。P5HO33 OP55P3 OH2022年年5月月22日日5时时45分
33、分66端粒酶端粒酶RNA(hTR, RNA(hTR, 能与染能与染色体的色体的3ssDNA3ssDNA互补互补) )端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白1(hTP1)1(hTP1)端粒酶反转录酶端粒酶反转录酶(hTRT)(hTRT) 能能以自己的以自己的RNARNA组分作为模板，组分作为模板， 以染色体以染色体3端的端的ssDNA作引作引物物, , 延伸其底物延伸其底物DNADNA的的33端。端。2022年年5月月22日日5时时45分分672022年年5月月22日日5时时45分分68-OH-OH-OH细胞分裂细胞分裂 细胞分裂细胞分裂 导入导入抗抗衰衰老老2022年年5月月22日日5时时45分分69但
34、有某些肿瘤形成时可产生端粒缺失、融合、但有某些肿瘤形成时可产生端粒缺失、融合、或缩短等现象。或缩短等现象。癌细胞可通过某些机制启动端粒酶基因的表达，癌细胞可通过某些机制启动端粒酶基因的表达，使染色体端粒稳定地维持一定的长度，使癌细胞使染色体端粒稳定地维持一定的长度，使癌细胞得以持续增殖、转移并获得永生。得以持续增殖、转移并获得永生。大多数增殖活跃的肿瘤细胞（约大多数增殖活跃的肿瘤细胞（约85%85%）端粒）端粒酶活性增高。酶活性增高。端粒酶可作为端粒酶可作为为病变组织良恶性鉴别指标，及为病变组织良恶性鉴别指标，及抗癌治疗的靶位点。抗癌治疗的靶位点。2022年年5月月22日日5时时45分分702
35、022年年5月月22日日5时时45分分71起始点起始点 单起点单起点, oriC/Dna A 多起点多起点, ARS/ORC速度速度 快快 慢（原核的慢（原核的1/10）引物大小引物大小 长（约数十个核苷酸）长（约数十个核苷酸）短（约短（约10个核苷酸）个核苷酸）冈奇片段冈奇片段 多（约多（约10002000个）个） 少（约少（约100200个）个）酶酶 DNA聚合酶聚合酶 III DNA聚合酶聚合酶- DNA聚合酶聚合酶 I DNA聚合酶聚合酶-、 端粒酶端粒酶 无无 有有原核生物原核生物 真核生物真核生物真核与原核生物复制的主要区别真核与原核生物复制的主要区别2022年年5月月22日日5时
36、时45分分72Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways2022年年5月月22日日5时时45分分73学习要求：学习要求： 掌握反转录概念、作用特点、作用过程及生物掌握反转录概念、作用特点、作用过程及生物学意义。学意义。了解滚环复制和了解滚环复制和D环复制。环复制。 逆转录逆转录酶酶1.1.逆转录酶活性：以逆转录酶活性：以RNA为模板为模板( (tRNA为引物为引物) )合成合成cDNAcDNA2.RNase H2.RNase H活性：水解活性：水解RNA-DNARNA-DNA杂合分子中的杂合分子中的RNARNA3.DNA-pol3.
37、DNA-pol活性：以活性：以DNADNA为模板合成为模板合成cDNAcDNA( (第二条链第二条链) )逆转录酶没有逆转录酶没有3535外切酶活性外切酶活性, ,无校对功能。无校对功能。 2022年年5月月22日日5时时45分分74复制引物：病毒自身的复制引物：病毒自身的tRNA的的3-OH 。图图12-18 反转录酶催化反转录酶催化RNA转转变为双链变为双链cDNA的途径的途径AAnATTnT 55mRNA反转录酶反转录酶mRNAcDNA3TTnTAAnARnase HTTnT3cDNA核酸酶核酸酶S1双链双链cDNA35 35 5B试管内合成试管内合成cDNA2022年年5月月22日日5
38、时时45分分76受体受体:CD4辅受体：辅受体：CCR5/RANTES 或或 CXCR4/SDF-1gp120（1）扩展了中心法则；表明）扩展了中心法则；表明RNA可同时兼有遗传信可同时兼有遗传信 息传代与表达的功能。息传代与表达的功能。（2）对反转录病毒的研究，有助于肿瘤和艾滋等疾）对反转录病毒的研究，有助于肿瘤和艾滋等疾 病发病机制和诊治的研究。病发病机制和诊治的研究。（3）cDNA 法、反转录病毒载体已成为基因工程和法、反转录病毒载体已成为基因工程和 基因治疗的重要工具。基因治疗的重要工具。 2022年年5月月22日日5时时45分分77AZT(3AZT(3叠氮叠氮-2-2, 3, 3双脱
39、氧胸腺核苷双脱氧胸腺核苷) )是已用是已用于艾滋病临床治疗的于艾滋病临床治疗的抑制反转录酶抑制反转录酶的药物的药物 AZT AZT经经T T淋巴细胞吸收淋巴细胞吸收后转变为后转变为AZTAZT三磷酸酯。三磷酸酯。2022年年5月月22日日5时时45分分78PPP- 一方面一方面AZTAZT三磷酸酯三磷酸酯与与HIVHIV反转录酶有高亲和反转录酶有高亲和力力，竞争性抑制了酶对，竞争性抑制了酶对dNTPdNTP的结合；的结合； 另一方面另一方面AZTAZT可被加可被加接到合成中的接到合成中的DNADNA链链33端，端，但但AZTAZT没有没有3-OH3-OH，故病，故病毒毒DNADNA合成被迅速终
40、止。合成被迅速终止。 某些低等生物中存在一种单向复制的特殊方某些低等生物中存在一种单向复制的特殊方式式滚环复制滚环复制（rolling circle replicationrolling circle replication）。）。如如174174和和M13噬菌体噬菌体，爪蟾卵爪蟾卵rDNA。2022年年5月月22日日5时时45分分79 线粒体线粒体DNADNA（mitochondrial DNA, mtDNAmitochondrial DNA, mtDNA）采）采用另一种单向复制的特殊方式，称为用另一种单向复制的特殊方式，称为D-D-环或取代环环或取代环式式（displacement loo
41、pdisplacement loop）复制。）复制。2022年年5月月22日日5时时45分分80DNA Damage (Mutation) and Repair2022年年5月月22日日5时时45分分81学习要求：学习要求： 掌握掌握DNA损伤损伤(突变突变)的概念、突变的类型，切除的概念、突变的类型，切除修复的基本原理。修复的基本原理。熟悉熟悉突变的意义、引发因素，光修突变的意义、引发因素，光修复、复、SOS修复及重组修复的概念。修复及重组修复的概念。了解了解光修复、光修复、SOS修复及重组修复的机制。修复及重组修复的机制。 基因组基因组DNA分子序列的异常变化，称分子序列的异常变化，称为为
42、DNA突变突变( (mutation) )，或，或DNA损伤损伤( (DNA damage) )。（1 1）突变是进化、分化的分子基础）突变是进化、分化的分子基础（2 2）突变导致基因多态性产生）突变导致基因多态性产生（3 3）突变是某些疾病的发病基础）突变是某些疾病的发病基础（4 4）突变可导致死亡）突变可导致死亡2022年年5月月22日日5时时45分分82 物理因素物理因素: 紫外线紫外线 (ultraviolet, UV)、各种辐射。、各种辐射。 化学因素：化学因素： 化学诱变剂，大多数是致癌物。化学诱变剂，大多数是致癌物。 生物诱变剂：生物诱变剂： *如可移动遗传因子，即能在基因组中移
43、如可移动遗传因子，即能在基因组中移 动的动的DNA序列。序列。 如：病毒如：病毒(如逆转录病毒如逆转录病毒)2022年年5月月22日日5时时45分分83 DNA分子上的碱基错配又称点突变分子上的碱基错配又称点突变 (point mutation)发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一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。嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。转转换换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。嘧啶变嘌呤。颠颠换换(mismatch)(mismatch)2022年年5月月22日日5时时45分分84镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb
44、(HbS) 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)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2022年年5月月22日日5时时45分分852.2.缺失、插入和框移突变缺失、插入和框移突变缺失：一个碱基或一段核苷酸链从缺失：一个碱基或一段核苷酸链从 DNADNA大分大分子上消失。子上消失。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 插入到插入到DNADNA大分子中间。大分子中间
45、。 缺失或插入都可导致缺失或插入都可导致框移框移(frame shift)(frame shift)突变突变或称或称移码突变移码突变： 是指读码框三联体密码的阅读方式改变是指读码框三联体密码的阅读方式改变, ,造成造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。2022年年5月月22日日5时时45分分86谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C 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C2022年年5月月22日日5时时45分分87由基因重排引起两种地中海贫血基因型由基因重排引起两种地中海贫血基因型3.
46、3.重排重排(rearrangement)(rearrangement) DNA DNA分子内较大片段的交换，又称为重组或重排。分子内较大片段的交换，又称为重组或重排。2022年年5月月22日日5时时45分分88DNADNA修复修复(DNA repair(DNA repair) ) 直接修复直接修复 (direct repair)(direct repair) 切除修复切除修复 (excision repair)(excision repair) 重组修复重组修复 (recombination repair)(recombination repair) SOS SOS 修复修复 (SOS re
47、pair)(SOS repair) 是对已发生分子改变的补偿措施，使其回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复为原有的天然状态2022年年5月月22日日5时时45分分89light repair UV 可见光可见光( (300600 nm) )能激活细胞内的光修复酶能激活细胞内的光修复酶( (photolyase)。 由电离辐射等引起由电离辐射等引起DNA损伤断裂，断裂处两侧损伤断裂，断裂处两侧的的3和和5端保持完整，可进行直接修复。端保持完整，可进行直接修复。2022年年5月月22日日5时时45分分90 碱基切除修复碱基切除修复(base excision repair,
48、BER)： 单个碱基突变以单个碱基突变以BER方式方式进行修复。进行修复。 核苷酸切除修复核苷酸切除修复(nucleotide excision(nucleotide excision repair, NER): repair, NER): 4 4种蛋白质：种蛋白质：UvrA(UvrA(损伤识别损伤识别) )、UvrBUvrB (DNA (DNA变变性性) ) 、UvrCUvrC ( (内切酶内切酶) )和和UvrD UvrD ( (解旋酶解旋酶) )2022年年5月月22日日5时时45分分91* 人类人类XP相关基因相关基因(XPA、XPB、XPC、XPD、XPF、XPG)2022年年5月月
49、22日日5时时45分分93 是指是指DNADNA损伤严重，细胞处在复制难以继损伤严重，细胞处在复制难以继续进行的危急状态下，诱发产生的一种应急续进行的危急状态下，诱发产生的一种应急修复方式。修复方式。 能诱导能诱导切除修复切除修复和和重组修复重组修复中某些关键酶和蛋中某些关键酶和蛋白质产生白质产生，如，如uvruvr，recrec基因产物，调节蛋白基因产物，调节蛋白Lex ALex A等，等，构成一个网络式调控系统构成一个网络式调控系统。 能诱导产生缺乏校对功能的能诱导产生缺乏校对功能的DNADNA聚合酶聚合酶，故在，故在DNADNA损伤部位进行复制而避免了死亡，可是却带来损伤部位进行复制而避
50、免了死亡，可是却带来了高变异率。了高变异率。2022年年5月月22日日5时时45分分94原核生物和真核生物原核生物和真核生物DNADNA复制的比较复制的比较原核生物原核生物真核生物真核生物复复制制起起始始oriC：245 bp识识 别别 区区：DnaADnaA识别结合识别结合富含富含ATAT区：区：DNADNA局部弯曲解链局部弯曲解链 DnaBDnaB/ /DnaCDnaC、SSBSSB、DnaGDnaG结合结合 合成引物、合成引物、 拓扑酶拓扑酶ARSARS：150 bp150 bp 为长为长11bp11bp富含富含ATAT核心序列核心序列的重复序列的重复序列G G1 1: ORC: ORC
