1、 第第 十一十一 章章 DNA DNA 的的 生生 物物 合合 成成学习目的与要求：学习目的与要求： 1.1. DNADNA复制的机制复制的机制 2. 2. DNADNA复制的有关物质及其作用复制的有关物质及其作用 3. 3. DNADNA复制的过程复制的过程 4. 4. 真真/ /原核生物原核生物DNADNA复制的特点复制的特点 5. 5.的特点的特点 6. 6.机制机制 重点：重点： 1. 1. DNADNA复制的机制及过程复制的机制及过程 2. 2.真真/ /原核生物原核生物DNADNA复制的特点复制的特点 3 3. .的特点的特点 4. 4.机制机制 难点：难点： 1. 1. DNAD
2、NA复制的有关物质及其作用复制的有关物质及其作用 2 2. . DNADNA复制的过程复制的过程 3. 3.机制机制 一、一、DNADNA复制的机制复制的机制DNADNA半保留复制半保留复制DNADNA半保留复制的概念半保留复制的概念当细胞分裂时，当细胞分裂时，DNADNA的双链拆开的双链拆开并分为两股单链，各自作为模板并分为两股单链，各自作为模板，用以合成新的互补链。在两个，用以合成新的互补链。在两个子细胞中新合成的子细胞中新合成的DNADNA双链，都双链，都和母细胞的和母细胞的DNADNA双链的碱基序列双链的碱基序列完成一样，其中一条链来自亲代完成一样，其中一条链来自亲代，另一条链为新合成
3、的。遗传信，另一条链为新合成的。遗传信息就这样高度准确地从亲代传给息就这样高度准确地从亲代传给子代。这种复制方式称为半保留子代。这种复制方式称为半保留复制复制复制复制2. 2. 半保留复制的时期半保留复制的时期3. 半保留复制的证明半保留复制的证明DNADNA半不连续复制半不连续复制子代子代DNADNA中的一条链的合成是连续的，另一中的一条链的合成是连续的，另一条链的合成是不连续的，条链的合成是不连续的，DNADNA的这种复制方式的这种复制方式称为半不连续复制。称为半不连续复制。19681968年，冈崎的著名实验观察到年，冈崎的著名实验观察到DNADNA复制过复制过程中，有一些不连续片段，称为
4、冈崎片段。程中，有一些不连续片段，称为冈崎片段。原核生物中冈崎片段约含原核生物中冈崎片段约含1000100020002000个核苷个核苷酸，真核生物约为酸，真核生物约为400400个核苷酸个核苷酸. .新新DNADNA的一条链是按的一条链是按5 35 3方向（与复制叉方向（与复制叉移动的方向一致）连续合成，称为移动的方向一致）连续合成，称为“前导链前导链”；另一条链的合成是不连续的，即先按；另一条链的合成是不连续的，即先按5 5 3 3方向（与复制叉移动的方向相反）合成冈崎方向（与复制叉移动的方向相反）合成冈崎片段，再连接成一条完整的链，称为滞后链。片段，再连接成一条完整的链，称为滞后链。真核
5、生物真核生物DNADNA复制叉结构示意图复制叉结构示意图前导链前导链滞后链滞后链复制叉移动复制叉移动冈崎片段与半不连续复制（冈崎片段与半不连续复制（okazakiokazaki 1968 1968年）年）DNADNA复制的有关物质复制的有关物质DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶的性质聚合酶的性质模板：单链模板：单链DNADNA引物：引物：RNARNA底物：底物：dNTPdNTP, ,辅助因子：辅助因子：MgMg2 2, , 合成合成DNADNA的方向：的方向：5 35 3方向延方向延伸伸原核生物原核生物DNADNA聚合酶聚合酶DNAPolDNAPolDNAPolDNAPolDNAPol
6、DNAPol真核生物真核生物DNADNA聚合酶聚合酶复制复制复制修复复制、引发功能53外切活性53聚合活性核核线粒体核核细胞内定位256170160-30036-38250分子量（KD)52444亚基数-35外切活性- 该酶可将该酶可将DNADNA中单链缺口上相邻的两个核苷酸，以磷酸二酯键中单链缺口上相邻的两个核苷酸，以磷酸二酯键连接起来。连接起来。作用方式如下：作用方式如下：DNADNA连接酶有两种连接酶有两种: :一种以一种以ATPATP为能量来源的动物细胞和为能量来源的动物细胞和某些噬菌体连接酶某些噬菌体连接酶-T T4 4连接酶，另一种以连接酶，另一种以NADNAD+ +为量来源为量来
7、源的大肠杆菌的大肠杆菌DNADNA连接酶。连接酶。拓朴异构酶拓朴异构酶(Topo Topo ) )：原核生物中曾称为原核生物中曾称为蛋白。真核蛋白。真核生物中曾用过多种名称，如转轴酶、松旋酶、松弛酶和切豁封闭生物中曾用过多种名称，如转轴酶、松旋酶、松弛酶和切豁封闭酶等。其作用是使双链酶等。其作用是使双链DNADNA中的一股切断，使链的末端沿着螺旋中的一股切断，使链的末端沿着螺旋轴按双螺旋反方向旋转，超螺旋消除后再将切口封闭，使轴按双螺旋反方向旋转，超螺旋消除后再将切口封闭，使DNADNA变变为松弛状态。即松弛或消除负超螺旋为松弛状态。即松弛或消除负超螺旋, ,催化反应不需催化反应不需ATPAT
8、P。解链酶（或称解螺旋酶）解链酶（或称解螺旋酶）: : 此酶通过水解此酶通过水解ATPATP以获得能量去松开以获得能量去松开双股双股DNADNA，每解开一对核苷酸需水解每解开一对核苷酸需水解2 2分子分子ATPATP。解链酶对单链解链酶对单链DNADNA的亲和力强，而对双链的亲和力强，而对双链DNADNA或或RNARNA的亲和力弱，复制时的亲和力弱，复制时DNADNA解链酶解链酶可以沿着滞后链模板的可以沿着滞后链模板的5 53 3方向随着复制叉的前进而移动，方向随着复制叉的前进而移动，以解开双链。以解开双链。拓朴异构酶拓朴异构酶(TopoTopo ) )：又称又称DNADNA旋转酶。广泛存在于
9、各种生物中。旋转酶。广泛存在于各种生物中。作用是在水解作用是在水解ATPATP的同时能迅速使的同时能迅速使DANDAN链断开又接上，而使松弛态的链断开又接上，而使松弛态的DNADNA转变为超螺旋状态，引入负超螺旋转变为超螺旋状态，引入负超螺旋, ,在没有在没有ATPATP时，它又可使负超螺旋时，它又可使负超螺旋DNADNA变为松弛态。变为松弛态。引物酶与引物酶与RNARNA引物（引物（primaseprimase 与与primerprimer） 单链单链DNADNA结合蛋白（结合蛋白（SSBSSB）: : 它与单链它与单链DNADNA结合，从而防止两条链结合，从而防止两条链重新形成双螺旋，结合
10、后还能保护单链重新形成双螺旋，结合后还能保护单链DNADNA不被核酸酶水解。因此，不被核酸酶水解。因此，SSBSSB在复制中维持模板处于单链状态并能抵抗核酸酶水解保持单链的在复制中维持模板处于单链状态并能抵抗核酸酶水解保持单链的完整。完整。 RNARNA引物和引物酶引物和引物酶: : 任何一种任何一种DNADNA聚合酶都不能催化复制的起始。聚合酶都不能催化复制的起始。都需要一个引物。多数情况下是以都需要一个引物。多数情况下是以RNARNA片段为引物，由引物酶催化合片段为引物，由引物酶催化合成。引物酶是一种不同于催化转录过程的成。引物酶是一种不同于催化转录过程的RNARNA聚合酶。引物酶通常需聚
11、合酶。引物酶通常需要和几种蛋白质因子结合形成引发体才能发挥作用。例如大肠杆菌的要和几种蛋白质因子结合形成引发体才能发挥作用。例如大肠杆菌的dnadna蛋白能协助引物酶识别起始位点，并与起始部位结合。蛋白能协助引物酶识别起始位点，并与起始部位结合。 RNARNA引物的长度是不同的，在动物细胞中引物长度约引物的长度是不同的，在动物细胞中引物长度约1010个核苷酸，个核苷酸，第一个核苷酸常用第一个核苷酸常用ATPATP。细菌的引物为细菌的引物为5050100100个核苷酸，但也有仅个核苷酸，但也有仅2 24 4个核苷酸的。个核苷酸的。 三、三、DNADNA的复制过程的复制过程辨识起始点辨识起始点RN
12、ARNA引物的合成引物的合成高级结构的解除高级结构的解除复制叉的移动复制叉的移动DNAPolDNAPol延模板滑动延模板滑动催化催化33、5-5-P P二酯键形成二酯键形成RNARNA引物的切除引物的切除RNARNA引物的切除后填补引物的切除后填补缺口连接缺口连接5533DNADNA复制过程复制过程总图总图复制的起始点复制的起始点 单单/ /双起始点双起始点 多起始点多起始点复制的终止点复制的终止点 单终止点单终止点 多终止点多终止点复制的方向复制的方向 单向单向/ /双向双向 双向双向复制的方式复制的方式 方式方式/ /滚环滚环/ /D D环环 复制泡（眼）复制泡（眼）复制子复制子 一个一个
13、/ /二个二个 多个（多个（100-200100-200KDKD）原核生物原核生物真核生物真核生物四、真四、真/ /原核细胞原核细胞DNADNA的复制的特点的复制的特点（富含（富含ATAT区）区） 真核细胞真核细胞DNADNA的多起始点，双向复制的多起始点，双向复制反转录酶反转录酶 以以RNARNA为模板，以为模板，以d dNTPNTP为底物催化合成为底物催化合成DNADNA作用的酶称为作用的酶称为转录酶。即：催化反转录反应的酶称为反转录酶或称为依赖转录酶。即：催化反转录反应的酶称为反转录酶或称为依赖RNARNA的的DNADNA聚合酶聚合酶( (RDDP)RDDP)。 19701970年，年，
14、TeminTemin和和BaltimoreBaltimore在致癌在致癌RNARNA病毒中病毒中发现了转录酶（发现了转录酶（ReverseReverse Transcriptase Transcriptase） 1.1.反转录酶的概念反转录酶的概念2.2.反转录酶的特点反转录酶的特点(1)(1)引物为引物为tRNAtRNA(2)(2)模板为单链模板为单链RNARNA(3)(3)底物为底物为d dNTPNTP(4)(4)核糖核酸酶核糖核酸酶H H（RNaseRNase H H）的活性：的活性：专一切除专一切除RNA- DNARNA- DNA分子中的分子中的RNA,RNA,全部或部分去除全部或部分
15、去除RNA RNA 以以RNARNA为模板，以为模板，以d dNTPNTP为底物在反转录酶的作用下合成为底物在反转录酶的作用下合成DNADNA的作用称为的作用称为反转录作用。以反转录作用。以RNARNA为模板，在反转录酶的作用下合成的为模板，在反转录酶的作用下合成的DNADNA称为称为cDNAcDNA. . 1.1.反转录作用的概念反转录作用的概念2.2.反转录作用的过程反转录作用的过程 逆转录作用逆转录作用（cDNAcDNA) )( (或或逆转录酶）逆转录酶）第三节、第三节、 DNA的损伤与修复的损伤与修复1. 1. 突变（突变（mutationmutation）指一种遗传状态，可以通过复制
16、而遗传的指一种遗传状态，可以通过复制而遗传的DNADNA结构的任何永久性改变。结构的任何永久性改变。携带突变基因的生物称为突变体，未突变的称为野生型。携带突变基因的生物称为突变体，未突变的称为野生型。 当当DNADNA受到大剂量紫外线（波长受到大剂量紫外线（波长260260nmnm附近）照射时，附近）照射时，可引起可引起DNADNA链上相邻的两个嘧啶碱基共价聚合，形成二聚体，链上相邻的两个嘧啶碱基共价聚合，形成二聚体，CCCC（10%10%）,CT,CT（40%40%）,TT,TT（50%50%）。）。例如：例如：TTTT二聚体。二聚体。二二. . DNADNA损伤修复损伤修复1.1.光复活光
17、复活2.2.切除修复切除修复3.3.重组修复重组修复4.4.SOSSOS修复修复光复活酶光复活酶1.1.光复活（光复活（photoreactivationphotoreactivation）可见光可见光- -最有效波最有效波400400nm,nm,激活生物界广泛分布（高等激活生物界广泛分布（高等哺乳动物除外）的哺乳动物除外）的光复活酶光复活酶，该酶分解嘧啶二聚体。是一该酶分解嘧啶二聚体。是一种高度专一的修复形式，只种高度专一的修复形式，只分解由于分解由于UVUV照射而形成的嘧照射而形成的嘧啶二聚体。啶二聚体。激活激活 复盖复盖 解除解除2. 2. 切除修复（切除修复（excision repa
18、irexcision repair）(1).切开切开(2).复制复制(3).切切除除(4).连接连接3.3.重组修复（重组修复（recombination repairrecombination repair） 重组修复重组修复又称复制后修复又称复制后修复（postreplicationpostreplication repair repair） 受损伤的受损伤的DNADNA在进行复制时，在进行复制时，跳过损伤部位，在子代跳过损伤部位，在子代DNADNA链与链与损伤相对应部位出现缺口。通过损伤相对应部位出现缺口。通过分子间重组，从完整的母链上将分子间重组，从完整的母链上将相应的碱基顺序片段移至
19、子链的相应的碱基顺序片段移至子链的缺口处，然后再用合成的多核苷缺口处，然后再用合成的多核苷酸来补上母链的空缺，此过程即酸来补上母链的空缺，此过程即重复修复。重复修复。并非完全校正。并非完全校正。复制复制 重组重组 补缺补缺4.4.SOSSOS修复修复 指指DNADNA受到严重损伤、细胞处于危急状态受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种时所诱导的一种DNADNA修复方式，修复结果只是修复方式，修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，又称倾错性修复（但留下的错误较多，又称倾错性修复（Error-Error-Prone Repair Prone Repair ）。）。
