1、第三部分第三部分遗传信息的传递遗传信息的传递杨笑菡杨笑菡 讲师讲师北京大学医学部生物化学与分子生物学系北京大学医学部生物化学与分子生物学系 遗遗传信息传信息 DNA是遗是遗传传信息信息的的主主要携带者要携带者 遗传信息：遗传信息：DNA分子中碱基的排列顺序分子中碱基的排列顺序 四种核苷酸：四种核苷酸：A、G、C、T 基因：基因：DNA分子中的功能片分子中的功能片段段Genethe fundamental unit of information in living system is the gene. A gene is defined biochemicallyas a segment of
2、 DNA that encodes the information required to produce a functional biological products.遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则 复制复制转录转录翻译翻译DNA RNA 蛋白质蛋白质Central Dogma of genetic information transfer1957年由Crick提出，依据：DNA双螺旋结构的阐明；DNA聚合酶与RNA聚合酶的发现重重大生物学意义：大生物学意义：指出了基因的两个基本特性：自自我复制我复制和指导蛋白质合成指导蛋白质合成。DNA RNA 蛋白质蛋白质 反转录反转录
3、中心法则的补充中心法则的补充DNA复制复制RNA复制复制转录转录翻译翻译 DNA DNA DNADNA复制复制 转录转录翻译翻译遗传信息遗传信息遗传信息遗传信息遗传信息遗传信息反转录反转录遗传信息遗传信息 RNARNA复制复制遗传信息遗传信息 DNA mRNA mRNA 蛋白质蛋白质 RNA DNA RNA RNA 第十二章第十二章 DNA生物合成生物合成 CHAPTER 12 DNA BIOSYNTHESIS第一节第一节 DNA的复制的复制Section 1 DNA REPLICATION DNA复制复制( DNA replication) 在细胞分裂过程中在细胞分裂过程中,以亲代以亲代DN
4、A为模板合成子代为模板合成子代DNA分子的过程分子的过程复制复制 亲代亲代DNADNA 子代子代DNADNA 一一 DNA复制的特征复制的特征 Features of DNA Replication 二二 复制的过程复制的过程 Process of DNA Replication（一）（一）DNA螺旋的构象变化和解链螺旋的构象变化和解链（二）原核生物（二）原核生物DNA的复制的复制（三）真核生物（三）真核生物DNA的复制的复制（一）（一） DNA的半保留复制的半保留复制（二）（二） DNA复制的起始点和方向复制的起始点和方向（三）（三） DNA的半不连续复制的半不连续复制 一一 DNA复制的特
5、征复制的特征 Features of DNA Replication( (一一) DNA) DNA的半保留复的半保留复制？制？ semi-conservative replicationIt has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material. Watson & Crick 1953Watson JD, Crick FHC (1953) Genetical
6、 implications of the structure of deoxyribonucleic acid. Nature 171:964-967.11AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC亲代亲代DNA 复制过程中复制过程中形成的复制叉形成的复制叉子代子代DNA + Genetic information is stored in DNA; The base
7、-pairing principle is the basis of correctly transferring the information; DNA (RNA) can be templates for replication. Matthew Meselson馬修梅瑟生Franklin Stahl富蘭克林史達 mju: Meselson M and Stahl FW (1958). The replication of DNA in Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 44:67182.子链继承母链遗传信息的几种可能方式子链继承母
8、链遗传信息的几种可能方式全保留式复制全保留式复制 半保留式复制半保留式复制 混合式复制混合式复制 Dispersive replicationsemi-conservative replicationconservative replication严谨可行的实验设计严谨可行的实验设计1.亲亲代代DNA要与子代要与子代DNA有所不有所不同同（15N,14N,自然界中自然界中99%是是14N）2.要有检测这种不同的手段要有检测这种不同的手段 （氯化铯氯化铯密密度梯度离心度梯度离心）3. 合适的实验对象（噬菌体，合适的实验对象（噬菌体，大肠杆菌大肠杆菌）密度梯度实验密度梯度实验 实验结果支持实验结果
9、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-DNA的细菌的细菌 第一代第一代 第二代第二代培养于普通培养于普通培养基培养基继续培养于继续培养于普通培养基普通培养基梯度离心结果梯度离心结果 第一代第一代梯度离心结果梯度离心结果 进一步验证了进一步验证了半保留复制半保留复制的设想的设想100度加热变性，度加热变性，迅速冷却迅速冷却 变性变性前前 变性变性后后Meselson M and Stahl FW (1958). The replication of DNA in Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 44:67182.半保留
10、复制的意义半保留复制的意义 子代子代DNA保留了亲代保留了亲代DNA的全部遗传信息，的全部遗传信息，体现了遗传的体现了遗传的保守性保守性，是物种稳定性的分子，是物种稳定性的分子基础基础 遗传的保守性遗传的保守性并不是绝对的并不是绝对的（突变与序列重（突变与序列重排导致了物种的进化）排导致了物种的进化） （二）（二）DNADNA复制的起始点和方向复制的起始点和方向 1. 复制的起始点复制的起始点(origin of replication)（1 1）原核生物通常只有一个）原核生物通常只有一个oriori 245bp E.Coli4106bpE.coli53oriorioriori53553355
11、3复制子复制子3(2) (2) 真核生物每个染色体有多个真核生物每个染色体有多个ori复制子复制子(replicon)是独立完成复制的功能单位是独立完成复制的功能单位 2.2.复制的方向复制的方向（Direction of replication）复制眼复制眼（replication eye） 双向复制双向复制Bidirectional replication 单向复制单向复制unidirectional replication复制叉复制叉（replication fork）Direction of movement of replication fork(三三) DNA的半不连续复制的半不连
12、续复制 semi-discontinuous replication35355335生物体内已知的生物体内已知的DNA聚合酶聚合酶只只能能利用引物分子提供利用引物分子提供的的3 - OH 末末端聚合脱氧核端聚合脱氧核苷酸苷酸( dNTP) ,所所以新生单以新生单链链DNA 分子的延分子的延伸伸方方向只向只能能是是5 到到 3实验证据实验证据533353Lagging strandLeading strand55Okazaki fragment1968年在美国的日本学者冈年在美国的日本学者冈崎崎用噬菌体用噬菌体DNA为研究对象为研究对象采采用用电子显微镜，放射自显电子显微镜，放射自显影密度梯度离
13、心等技术发现影密度梯度离心等技术发现了复制过程中存在了复制过程中存在DNA小片小片段，随着复制的进行小片段段，随着复制的进行小片段变为大变为大片段片段DNA的半不连续复的半不连续复制？制？DNA的半不连续复的半不连续复制！制！Mechanism of DNA chain growth. I. Possible discontinuity and unusual secondary structure of newly synthesized chains.Okazaki R, Okazaki T, Sakabe K, Sugimoto K, Sugino A.Proc Natl Acad Sc
14、i U S A. 1968 Feb;59(2):598-605. Mechanism of DNA chain growth, II. Accumulation of newly synthesized short chains in E. coli infected with ligase-defective T4 phages.Sugimoto K, Okazaki T, Okazaki R.Proc Natl Acad Sci U S A. 1968 Aug;60(4):1356-62. 在在DNA复制过程中，一条链是连续合复制过程中，一条链是连续合成的，而另一条链是不连续合成的成的，而
15、另一条链是不连续合成的前导链前导链（leading strand）连续合成，方向与复制叉一致连续合成，方向与复制叉一致不连续合成，方向与复制叉相反不连续合成，方向与复制叉相反 随从链随从链（lagging strand）冈崎片段冈崎片段（Okazaki fragment） 原核细胞原核细胞1000-2000bp真核细胞真核细胞100-200 bp 二二 复制的过程复制的过程Process of DNA ReplicationDNA螺旋的构象变化和解链螺旋的构象变化和解链双链双链DNA复制复制: :1. 复制的引发复制的引发（Priming ）2. DNA链的延长链的延长（Elongation）
16、3. 复制的终止复制的终止（Termination）（一）（一）DNA螺旋的构象变化和解链螺旋的构象变化和解链 参与松弛螺旋、解链的酶和蛋白质主要包括：参与松弛螺旋、解链的酶和蛋白质主要包括： 拓扑异构酶拓扑异构酶（topoisomerase, tpsmrez Topo） 解链酶解链酶（DNA helicase helkez） DNA单链结合蛋白单链结合蛋白（single strand binding protein,SSB） 1. 拓扑异构酶拓扑异构酶（Topoisomerase, Topo）A B CDNA分子拓扑异构体分子拓扑异构体解链前方形成正超螺旋定义：定义：能催化能催化DNA拓扑异
17、构体互变的一类酶称为拓扑异构体互变的一类酶称为拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶分类：分类： 拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶功能：功能：拓扑异构酶拓扑异构酶既能水解、既能水解、又能连接磷酸二酯键又能连接磷酸二酯键Cut and pass strand through gapReseal gapSeparate strands length-wiseTwo turns拓扑异构酶拓扑异构酶( (又称旋转酶又称旋转酶 gyrasedares) )拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA双链中双链中一股一股链链使使DNADNA超螺旋松弛超螺旋松弛反应反应不需不需ATPATP拓扑异拓扑异
18、构酶构酶切断环状切断环状DNADNA分子分子两股两股链链使使DNADNA超螺旋松弛；也可超螺旋松弛；也可利用利用ATPATP稳定负超螺旋稳定负超螺旋环连和解环连环连和解环连; ;打结和解结打结和解结作用机制作用机制 2. DNA解链酶解链酶（DNA helicase）功能：功能：利用利用ATPATP作用于氢键，作用于氢键， 解开解开DNA双链双链特点：特点：解链沿复制叉行进方向解链沿复制叉行进方向种类：种类：E.coli解链酶解链酶、 E.coli RepRep蛋白蛋白533535HelicasesElectron microscopy images of hexameric helicase
19、s（六聚体解旋酶）六聚体解旋酶）Patel SS, Picha KM. Structure and function of hexameric helicases. Annu Rev Biochem. 2000;69:651-97.各种原核和真核生物体内的各种原核和真核生物体内的DNA解链酶解链酶（helicases） 3. 单链结合蛋白单链结合蛋白（single strand binding protein, SSB） 又称又称DNA结合蛋白结合蛋白（DNA binding protein，DBP）功能：功能：在复制中维持模板处于单链状态在复制中维持模板处于单链状态 保护复制新生单链的完整性
20、保护复制新生单链的完整性（二（二 ）原核生物）原核生物DNA的复制的复制引发：引发：形成引发体，合成形成引发体，合成RNA引物引物DNA链的延长：链的延长：DNA复制的终止：复制的终止：DNA聚合酶聚合酶 DNA连接酶连接酶终止区结构终止区结构原核生物原核生物DNA的复制从固定的复制起始点的复制从固定的复制起始点 ori C 开始开始E. coli “ori C” region (245bp)13-Base pairs repeat9-Base pairs repeatori 245bpE.coli1. 1. 引发引发引发体形成过程引发体形成过程:起始复合物起始复合物引发前体引发前体引发体引发
21、体TopoSSB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参与参与DNA链延长的物质链延长的物质 DNA聚合酶聚合酶(polymerase): 依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶底
22、物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP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 其他的酶和蛋白质因子其他的酶和蛋白质因子: 如如DNA连接酶连接酶2. DNA链的延长链的延长 DNA聚合聚合酶酶全全称：称：依依赖赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)简称：简称：DNA-pol (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 聚合反应聚合反应 特特点点：不能从头合成，不能
23、从头合成，DNA 新链生成需新链生成需引物引物和和模模板板, ,新链的延新链的延长只可沿长只可沿5 3 方向进行方向进行 DNA聚合酶种类聚合酶种类DNA-pol DNA-pol DNA-pol 原核生物原核生物真核生物真核生物DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA聚合聚合酶酶 I第一个被发现，目前研究的最清楚的第一个被发现，目前研究的最清楚的DNA聚合酶聚合酶1. 53 的聚合活性的聚合活性dNTP DNA pol PrimerDNA template作用作用1 1：形成形成3 3,5,5- -磷酸二酯键，使磷酸二酯键，使DNADNA链沿链沿5
24、 533方向方向延伸延伸2. 35 外切酶活性外切酶活性5 A G C T T C A G G A T 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 ? A C作用作用2 2：辨认并水解辨认并水解3 3末端错误碱基，具有末端错误碱基，具有校对校对功能功能 保证保证DNADNA聚合反应的聚合反应的准确性准确性(profreading)作用作用3 3：去除去除RNA引物及修正错误碱基引物及修正错误碱基 在在DNA损伤修复中起作用损伤修复中起作用3. 53 外切酶活性外切酶活性5 G C U U C A G G A T C G
25、C 3 | | | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 PrimerA|1969年Delucia 和Cairns分离出DNA pol I大肠杆菌突变株，其DNA pol I的活性仅为正常大肠杆菌的1%，这这株突变菌的生长速度株突变菌的生长速度与正常菌无明显差别与正常菌无明显差别，但是在紫外线照射后，突变菌极易死亡。因此推测突变菌的DNA复制功能正常，但是DNA损伤后的修复机制缺失。这就意味着DNA pol I在DNA复制中不起主要作用。这样的发现随后导致了DNA聚合酶II和III的发现。DNA聚合酶聚合酶 I负负责原核生
26、物复制的延长？责原核生物复制的延长？功能功能：DNA-pol （109kD）对复制中的错误进行校读对复制中的错误进行校读 切除引物、填补冈崎片段间空缺切除引物、填补冈崎片段间空缺DNA损伤修复损伤修复323aa小片段小片段5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604aaDNA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，进行分子生物学研究的常用工具酶进行分子生物学研究的常用工具酶 DNA-pol （120kD） DNA-pol II基因发生突变，细菌依
27、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是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶酶 （DNA-pol III 缺失的细菌是不能生长的）缺失的细菌是不能生长的）DNA-pol (250kD): 5: 5 3 3聚合酶活性聚合酶活性: 3: 355外切酶活性外切酶活性：装配必需：装配必需 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-polDNA-pol 沿模板连续移动沿模板连续移动, ,可加入可加入50005000个以上核苷酸个以上核苷酸
28、 (150bp/(150bp/秒秒) )DNA pol DNA pol 以不对称二聚体以不对称二聚体形式协同催化前导链和随从链形式协同催化前导链和随从链的合成的合成 Pol I Pol II Pol III酶活性酶活性 5 3聚合作用聚合作用 + + +3 5外切酶活性外切酶活性 + + +5 3外切酶活性外切酶活性 + - -构成构成（亚基数）（亚基数） 单体单体 单体单体 多亚基多亚基分子大小分子大小（x 103） 109 90 900体外链延长速度体外链延长速度（核苷酸核苷酸/ /分分） 600 30 9000分子数分子数/细胞细胞 400 10-20功能功能 修复合成修复合成 切除引物
29、切除引物 不详不详 复制复制 填补空缺填补空缺原核生物原核生物DNA聚合酶聚合酶 DNA连接酶连接酶（DNA Ligase） 能催化相邻能催化相邻DNA片段的片段的3OH与与5P形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键作用方式作用方式HO5335ATPADP5353POO-O-OPOO-O-ODNA连接酶连接酶First nick: DNA pol 填填补补Second nick：Ligase 接合接合随从链：随从链：DNA polLigaseDNADNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用连接酶在复制中起最后接合缺口的作用在在DNADNA修修复最后起复最后起缝合缺口作用缝合缺口作用是基因工程是基因工程的重
30、组及剪接中重的重组及剪接中重要工具酶之一要工具酶之一DNADNA连接酶的功能连接酶的功能DNA replication and recombinationBruce AlbertsNature 421, 431-435(23 January 2003)3. DNA复制的终止复制的终止 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区片段在复制的终止区(ter)处汇合处汇合teroriterE. Coli 基因图基因图环状环状DNA终止区终止区（termination region, ter）Ter序列中都含有序列中都含有一个共有序列：一个共有序列：
31、GTGTGGTGTTus蛋白蛋白识别并识别并结合结合Ter共有序列，共有序列，具有反解旋酶活具有反解旋酶活性，抑制复制叉性，抑制复制叉前进前进(Terminator utilization substance)（三（三 ）真核生物染色体）真核生物染色体DNA的复制的复制真核生物真核生物DNA结构特点结构特点 DNA分子大，分子大，108bp DNA与组蛋白结合，以核小体形式存在与组蛋白结合，以核小体形式存在真核生物真核生物DNA复制过程特点复制过程特点 1. DNA复制与细胞周期复制与细胞周期 2. 复制的起始复制的起始 3. 复制的延长：复制的延长：DNA聚合酶聚合酶 4. 复制终止：末端复
32、制与端粒酶复制终止：末端复制与端粒酶 DNA合成期合成期1. 真核生物真核生物DNA复制与细胞周期复制与细胞周期哺乳动物的哺乳动物的细胞周期细胞周期G1G2SMDNA复制只发生在复制只发生在S期期每个细胞周期只进行一次每个细胞周期只进行一次DNA复制复制特点：特点：细胞周期（细胞周期（cell cycle）是指细胞从一次分裂完成开始到）是指细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过下一次分裂结束所经历的全过程程2.2.复制的起始复制的起始 多个多个Ori，复制子，复制子（replicon）复制具有复制具有时序性时序性 复制起始需要复制起始需要 拓扑异构酶拓扑异构酶 DNA-pol al
33、pha 复制因子复制因子(replication factor, RF) 增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原(proliferation cell nuclear antigen, PCNA) Leading strand3 5 5 3 3 5 3 5 Parental Parental DNALagging strandRNA primernucleosome 核小体核小体3.3.复制的延长复制的延长真核生物真核生物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复复制制低保低保真度真度的复的复
34、制制起始引起始引发，引发，引物酶活物酶活性性+-3 5 核酸外切核酸外切酶活性酶活性高高高高高高？中中5 3 聚合活性聚合活性25.512.514.04.016.5分子量（分子量（kD）DNA-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复复制制低保低保真度真度的复的复制制起始引起始引发，引发，引物酶活物酶活性性功能功能+-3 5 核酸外切核酸外切酶活性酶活性高高高高高高？中中5 3 聚合活性聚合活性25.512.514.04.016.5分子量（分子量（kD）DNA-pol 真核染色体真核染色体DN
35、A呈线状，复制在末端停止呈线状，复制在末端停止 DNA子链末端子链末端RNA引物去除后留下的空隙引物去除后留下的空隙由由端粒酶端粒酶(telomerase)参与填补复制参与填补复制4.4.复制的终止复制的终止线性线性DNA末端复制末端复制端端粒的发现史粒的发现史1938年，年，美国遗传学家Hermann Joseph Muller观察到果蝇染色体末端有保护结构，命名为terminal gene，后改为telomere。1978年，年，测序技术大大加快了对端粒的认识，在四膜虫中发现端粒结构，重复的TTGGGG1982年，年，Blackburn实验室的研究生Carol W. Greider在四膜虫
36、裂解液中发现端粒酶活性端粒端粒(telomere)又称又称端区端区指真核生物染色体线性指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构分子末端的结构功能功能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序列是多次重复富含末端序列是多次重复富含G碱基的短序列碱基的短序列TTGGGGTTGGGG人的端粒重复序列是5-TTAGGG-3 防止染色体防止染色体DNA降解、末端融合、非正常重组，从降解、末端融合、非正常重组，从而保证了染色体的完整性和稳定性，使真正的遗传信而保证了染色体的完整性和稳定性，使真正的遗传信息得到完整复制息得到完整复制组成：组成： RNA+蛋白质蛋白质作用
37、：作用：作为反转录酶，以作为反转录酶，以RNA作模板，作模板， 合成端合成端粒粒DNA片段片段作用机制：作用机制：爬行模型爬行模型 端粒酶端粒酶（Telomerase）(1) TG strand synthesis5 TTGGGG(TTGGGG)nTTGGGGTTTTGGGG OH (3)5 TTGGGG(TTGGGG)n TTGGGG OH GGGGTT3 5 TTGGGG(TTGGGG)n TTGGGGTT3 CC(AACCCC)nAAGGGGG-G imperfect pairingDNA extensionDNA polymerase(2) AC strand synthesis 原核
38、原核 真核真核复制速度复制速度 快快 慢慢起始点起始点 少少 多多引物引物 几十几十 10个个冈琦片段冈琦片段 10002000 nt 100200 nt主要复制酶主要复制酶 Pol III Pol , 真核与原核生物真核与原核生物DNA复制的比较复制的比较第二节第二节 反转录作用反转录作用Section 2 REVERSE TRANSCRIPTION反转录作用反转录作用（reverse transcription）又称为又称为反向转录、逆转录反向转录、逆转录以以RNA为模板，利用为模板，利用4种种dNTP为原料，为原料，在引物的在引物的3端以端以53方向合成与方向合成与RNA互互补的补的DN
39、A链的过程链的过程 反反转录转录酶酶Reverse transcriptase79 The observation of reverse transcription The discovery of reverse transcriptase 80 The discovery of RSV (Rous Sarcoma Virus)(Published on J. Exp. Med. in 1911)RSV is RNA virus Temins observation: the blockage of RSV propagation by DNA synthesis inhibitors; P
40、roposed “provirus” (1963). The isolation of reverse transcriptase, 1970 (by Temin and Baltimore, independently)81Peyton Rous 1966 Nobel prize winnerfor his discovery of tumour inducing viruses82RNA templateRNA-DNA hybridDNA templateDNA-DNA hybridreverse transcriptaseRNA degradation (RNase H)DNA Poly
41、merase Reverse transcriptase Reverse transcriptase Reverse transcriptase反转录酶反转录酶反转录酶反转录酶反转录酶反转录酶RNA指导的指导的DNA合成合成（Reverse transcriptase） 需引物提供需引物提供3-OH，Zn2，方向方向5 3 RNA水解水解（RNase H）DNA指导的指导的DNA合成合成（DNA polymerase）5末端位点切割末端位点切割RNA（nulease）整合作用整合作用（integrase）特点：特点：无外切酶活性，转录错误率高（无外切酶活性，转录错误率高（2X104）反转录酶的
42、功能：反转录酶的功能：补充了中心法则补充了中心法则，说明说明RNA同样兼有遗传信息同样兼有遗传信息传代与表达功能传代与表达功能加深了对加深了对RNA病毒病毒致癌、致病的认识致癌、致病的认识利用利用反转录酶反转录酶，进行基因操作，制备，进行基因操作，制备 cDNA反转录作用的研究意义反转录作用的研究意义反转录病毒反转录病毒（Retroviruses）Life cycle of retrovirusesTranscription 人类免疫缺陷病毒人类免疫缺陷病毒（human immuno-deficiency virus, HIV）可引起艾滋病（获得性免疫缺陷综合症）可引起艾滋病（获得性免疫缺陷综
43、合症） （acquired immuno-deficiency syndrome, AIDS）HIV基因结构基因结构临床治疗艾滋病的药物临床治疗艾滋病的药物 AZT(3-叠氮叠氮-2,3-双脱氧胸苷双脱氧胸苷)89治疗原理（鸡尾酒疗法）治疗原理（鸡尾酒疗法） 阻止阻止逆转录逆转录DNA 阻止阻止病毒蛋白原病毒蛋白原切割切割AZT : dTTP类似物，类似物，HIV反转录酶抑制剂反转录酶抑制剂N = N+ = N- H第三节第三节 DNA的损伤及修复的损伤及修复Section 3 DNA DAMAGE AND REPAIR在内外环境因素作用下，或生物体在内外环境因素作用下，或生物体DNA复制复制
44、功能异常均可引起功能异常均可引起DNA损伤损伤(DNA damage)。损伤如不能正确修复，即可发生突变损伤如不能正确修复，即可发生突变遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为变，均可称为突变突变(mutation)（一）突变的意义（一）突变的意义突变是进化、分化的分子基础突变是进化、分化的分子基础突变导致基因型改变突变导致基因型改变突变导致死亡突变导致死亡突变是某些疾病的发病基础突变是某些疾病的发病基础一一 DNA损伤、突变的意义和类型损伤、突变的意义和类型（Significance and Type of DNA Damage and Mutat
45、ion）（二）突变的类型（二）突变的类型点突变点突变（point mutation） 单个碱基的改变：如单个碱基的改变：如镰刀型红细胞贫血镰刀型红细胞贫血 转换转换（transition）和颠换和颠换（transversion）移码突变移码突变（frame shift mutation） 插入插入（insertion）或缺失或缺失（deletion）嘧啶二聚体的形成嘧啶二聚体的形成（pyrimidine dimer）正常红细胞正常红细胞镰刀型红细胞镰刀型红细胞CTCGAGGTGCACHb A基因基因肽链肽链 N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-C 1 2 3 4 5 6
46、 7. 镰刀型红细胞贫血镰刀型红细胞贫血Hb SN-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-C 1 2 3 4 5 6 7 正常成人红细胞正常成人红细胞点突变点突变 point mutation缺失缺失 框移突变框移突变G C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬 CG A G U A C A U G U C . 谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝Deletion frame shift mutaion二二 DNA损伤、突变的引发因素损伤、突变的引发因素Factors Involved in DNA Damage and Mutation（一）（一）DNA的自发性
47、损伤的自发性损伤 DNA复制错误：复制错误：碱基错配碱基错配（mismatch） DNA的修复合成障碍的修复合成障碍 碱基的自发突变：碱基的自发突变：脱氨基或碱基丢失脱氨基或碱基丢失 正常代谢产物对正常代谢产物对DNA的损伤：的损伤：DNA链断裂链断裂（二）环境造成的（二）环境造成的DNA损伤损伤 物理因素物理因素: 紫外线紫外线、电离辐射、电离辐射 化学因素：化学因素：各种诱变剂各种诱变剂物理因素物理因素 如如 紫外线紫外线(ultra violet, UV)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
48、 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三三 DNA损伤修复损伤修复 DNA Damage Repair修复修复(repairing) ：是对已发生分子改变的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补偿措施，使其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) 重组修复重组修复(re
49、combination repairing) SOS修复修复 修复的主要类型修复的主要类型光修复酶光修复酶(photolyase) UV（一）光修复（一）光修复 Light repairing （二）切除修复（二）切除修复 Excision repairing是细胞内最重要和有效的修复机制是细胞内最重要和有效的修复机制种类种类 碱基切除修复碱基切除修复（base excision repair, BER） 核苷酸切除修复核苷酸切除修复（nucleotide excision repair, NER） 碱基切除修复碱基切除修复（BER）糖基化酶起始的糖基化酶起始的切除修复机制切除修复机制UvrA
50、UvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OH PDNA连接酶连接酶ATPUvrABC介导的介导的切除修复机制切除修复机制核苷酸切除修复核苷酸切除修复（NER）（三）重组修复（三）重组修复 recombination repairing子链子链模板链模板链子链子链模板链模板链损伤损伤DNADNA片段片段关键酶：关键酶：RecARecA基因编码的基因编码的RecARecA蛋白蛋白（四）（四）SOS修复修复 DNA损伤后，应急诱导产生的损伤后，应急诱导产生的一系列复杂一系列复杂 的的修复修复反应，称反应，称SOS修复修复 修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差四
