1、核酸的生物合成核酸的生物合成青岛农业大学生命科学学院青岛农业大学生命科学学院生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室l复制的方式复制的方式半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)l复制的高保真性复制的高保真性(high fidelity) l双向复制双向复制(bidirectional replication)l半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication) 一一. DNA的半保留复制的半保留复制 复制时复制时, 每一条每一条DNA链在新链合成中充当模板，链在新链合成中充当模板，按碱基配对方式形成两
2、个新的按碱基配对方式形成两个新的DNA分子，每个分分子，每个分子都含有一条新链和一条旧链，这种复制方式即子都含有一条新链和一条旧链，这种复制方式即半保留复制半保留复制(semiconservative replication)。Watson和和Crick开创性的论文，对开创性的论文，对DNA双螺旋的双螺旋的描述以这样一段陈述结尾：描述以这样一段陈述结尾：“不出我们的意料，不出我们的意料，我们所假设的特异性配对立即提示一种遗传物质我们所假设的特异性配对立即提示一种遗传物质可能的复制机制。可能的复制机制。” 半保留复制半保留复制亲亲代代第第一一代代第第二二代代半保留复制的实验证据半保留复制的实验证
3、据 1958年年Meselson和和Stahl用同位素用同位素15N标标记大肠杆菌记大肠杆菌DNA，首，首先证明了先证明了DNA的半保的半保留复制。留复制。重重轻轻杂和杂和 DNA杂和杂和 DNA新链新链旧链旧链DNA的半保留复制的半保留复制表明表明DNA在代谢上在代谢上的稳定性，的稳定性，保证亲保证亲代的遗传信息稳定代的遗传信息稳定地传递给后代。地传递给后代。 （但（但DNA在代谢上的在代谢上的稳定性并非指稳定性并非指DNA是是一种惰性物质。）一种惰性物质。）二二. 复制的起点和方向复制的起点和方向 复制是一个高度协调的过程，母链解链和复复制是一个高度协调的过程，母链解链和复制同时进行。制同
4、时进行。（一）概念（一）概念 复制子复制子(replicon)：基因组能独立进行复制的单基因组能独立进行复制的单位。位。 起点起点(origin)：控制复制起始，是含有控制复制起始，是含有100200个碱基对的一段个碱基对的一段DNA。细胞内存在着能识别起。细胞内存在着能识别起点的特殊蛋白质点的特殊蛋白质(大肠杆菌中称为大肠杆菌中称为Dna A蛋白蛋白)。终点终点(terminus)：终止复制的序列位点终止复制的序列位点.复制叉复制叉(replication fork)：复制开始后由于复制开始后由于DNA双链解开，在两股单链上进行复制，形成在显双链解开，在两股单链上进行复制，形成在显微镜下可看
5、到的叉状结构。微镜下可看到的叉状结构。原核生物复制时，原核生物复制时，DNA从从起始点起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为伸方向相反的复制叉，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真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的习惯上把两个相
6、邻起始点之间的距离定为一个距离定为一个复制子复制子(replicon) 。复制。复制子是独立完成复制的功能单位。子是独立完成复制的功能单位。 53oriorioriori535533553复制子复制子3原核生物：只有一个复制子原核生物：只有一个复制子真核生物：多个复制子，多个起点，形成多个真核生物：多个复制子，多个起点，形成多个 “复制眼复制眼”或或“复制泡复制泡”（二）起始点和方向（二）起始点和方向 1. 原核生物和真核生物复制都是在原核生物和真核生物复制都是在DNA分子分子特定的位置起始的，如大肠杆菌起始点有固定的特定的位置起始的，如大肠杆菌起始点有固定的保守顺序保守顺序GATC和和TTA
7、TCCACA，多次出现，可，多次出现，可被酶识别。被酶识别。 2. 方向：大多是双向、对称复制方向：大多是双向、对称复制, 也有单向或也有单向或不对称的。不对称的。 3. 速度：速度： 原核生物复制叉移动快原核生物复制叉移动快(约约105bp/min); 真核生物复制叉移动慢真核生物复制叉移动慢 (约约51025103bp/min) 双向复制双向复制复制叉复制叉起点起点起点起点单向复制单向复制三三. 原核细胞原核细胞DNA的复制的复制(DNA指导下的指导下的DNA合成合成)（一）（一）DNA聚合酶聚合酶 ( DNA polymerase, DNA-pol )lDNA聚合酶是一种催化依赖模板的由
8、脱氧核苷聚合酶是一种催化依赖模板的由脱氧核苷三磷酸前体合成三磷酸前体合成DNA的酶。的酶。l1956 年年 Arthur kornberg 等首先从大肠杆菌等首先从大肠杆菌中发现中发现DNA聚合酶，其后在广泛不同的生物中都聚合酶，其后在广泛不同的生物中都找到有这种酶。找到有这种酶。DNA聚合酶的反应特点：聚合酶的反应特点： 4 4种种dNTP底物：底物：(dATP dGTP dCTP dTTP)； 接受模板指导接受模板指导: 解开成单链的解开成单链的DNA母链；母链； 需引物提供需引物提供3-OH； 新链生长方向：新链生长方向： 53； 产物产物DNA性质性质与模板相同。与模板相同。 此外此外
9、, DNA复制过程中还需其它酶和蛋白质因子复制过程中还需其它酶和蛋白质因子.模板模板DNA链链引引 物物新加入的新加入的dNTP脱氧核糖脱氧核糖亲核攻击亲核攻击53生长的生长的DNA链链* * 引物引物 (primer) 是一和模板链互补的线性片段是一和模板链互补的线性片段, 其上带有其上带有能与核苷酸相结合的游离能与核苷酸相结合的游离3-OH. 引物通常是寡聚引物通常是寡聚RNA.Arthur Kornberg Won the 1959 Nobel Prize in Medicine for his discovery of the mechanism in the biological s
10、ynthesis of deoxyribonucleic acid (before Watson and Crick won theirs!)（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol 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）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
11、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)DNA 聚合酶聚合酶 pol pol pol 亚基数目亚基数目 1 7 105 3 聚合酶活性聚合酶活性 + + + 3 5 外切酶活性外切酶活性
12、+ + +5 3 外切酶活性外切酶活性 + - - - -聚合速度聚合速度(核苷酸核苷酸/分分) 1 000-1 200 2 400 15 000-60 000 持续合成能力持续合成能力 3-200 1 500 500 000功能功能 切除引物切除引物,修复修复 修复修复 复制复制表表 大肠杆菌大肠杆菌3种种DNA聚合酶性质比较聚合酶性质比较（二）真核生物的（二）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
13、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 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填补引物填补引物空隙，切空隙，切除修复，除修复，
14、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四、复制中的分子解链及四、复制中的分子解链及DNA 分子分子拓扑学变化拓扑学变化 DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。解成单链，它才能起模板作用。（一）解螺旋酶、引物酶和单链（一）解螺旋酶、引物酶和单链DN
15、A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链解开成为两条单
16、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（二）（二）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase) 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酶分分 类类拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA双链中
17、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 五、五、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，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的邻的DNA链连接成一条完整的链
18、。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ATPADP5353目目 录录DNA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1、冈崎片段和半不连续复制、冈崎片段和半不连续复制 （1）冈崎片段）冈崎片段(Okazaki fragment)： 在不连续的后随链在不连续的后随链DNA合成中形成的合成中形成的DNA短片段短片段，在
19、原核生物有，在原核生物有10002000核苷酸，核苷酸，真核生物约真核生物约100200核苷酸。核苷酸。1968年冈崎发现。年冈崎发现。 （二）双链（二）双链DNA复制的分子机制复制的分子机制（2）DNA的半不连续复制的半不连续复制(semidiscontinuous replication)： DNA双链复制时，一条链是连续合成的双链复制时，一条链是连续合成的(前导链前导链, leading strand), 另一条链是不连续合成另一条链是不连续合成的的(滞后链或后随链滞后链或后随链, lagging strand), 这种前导链这种前导链的连续复制和后随链的不连续复制方式称的连续复制和后随
20、链的不连续复制方式称DNA的半不连续复制。的半不连续复制。3 5 3 5 3 5 3 5 解链方向解链方向领头链领头链(leading strand)后随链后随链(lagging strand)DNADNA的半不连续复制的半不连续复制3 5 复制叉复制叉起点起点复制叉复制叉延伸延伸延伸延伸起点起点领头链领头链领头链领头链随后链随后链随后链随后链3535DNA的双向复制的双向复制5555555533333332、DNA半不连续复制中的半不连续复制中的RNA引物引物 （1）前导链和滞后链的合成都需要）前导链和滞后链的合成都需要RNA引物。引物。 （2）引物合成酶）引物合成酶(Dna G)：是以：是
21、以DNA为模板的为模板的RNA聚合酶（合成方向聚合酶（合成方向53）, 合成的引物合成的引物长度为长度为510nt。 (3) 引物引物RNA的起始和终止的位置受解链酶、的起始和终止的位置受解链酶、引发酶、模板顺序及其二级结构的影响。引发酶、模板顺序及其二级结构的影响。 （4）DNA聚合酶聚合酶切除前导链及冈崎片段的引切除前导链及冈崎片段的引物后物后, 填补空缺，由填补空缺，由DNA连接酶将切口连接。连接酶将切口连接。总结总结: : 原核生物原核生物DNA的复制过程的复制过程:(以大肠杆菌为例以大肠杆菌为例) 双链的解开双链的解开 起始起始-RNA引物的合成引物的合成 DNA链的延伸链的延伸 终
22、止终止B. RNA引物的合成引物的合成 引发体先与引发体先与DNA起始部位双链结合，通过起始部位双链结合，通过引引物合成酶物合成酶形成前导链引物后，再沿形成前导链引物后，再沿53模板模板链与复制叉同向移动，在移动中断断续续形成链与复制叉同向移动，在移动中断断续续形成冈崎片段的冈崎片段的RNA引物。引物。A. 双链的解开双链的解开 DNA旋转酶旋转酶(拓扑异构酶拓扑异构酶)、 DNA解链酶、解链酶、单链结合蛋白协同作用单链结合蛋白协同作用C. DNA链的延伸链的延伸 在在DNA pol 的催化下，以四种的催化下，以四种dNTP为底为底物，在物，在RNA引物的引物的3 端以磷酸二酯键连接上脱端以磷
23、酸二酯键连接上脱氧核苷酸并释放出焦磷酸。氧核苷酸并释放出焦磷酸。DNA链的延伸同时链的延伸同时进行领头链和后随链的合成。进行领头链和后随链的合成。 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol前导链的延长：前导链的延长： DNA pol 全酶二聚体的一个亚基与前导链全酶二聚体的一个亚基与前导链的模板结合而发挥催化作用，与复制叉同向。的模板结合而发挥催化作用，与复制叉同向。滞后链的延长滞后链的延长: DNA pol 全酶二聚体的另一亚基与形成一全酶二聚体的另一亚基与形成一个环的滞后链的模板结合发挥催化作用。个环的滞后链的模板结合
24、发挥催化作用。 由于模板形成环由于模板形成环, 酶向前移动时酶向前移动时, 滞后链合成滞后链合成片段也沿片段也沿53方向生长方向生长, 与酶催化方向一致。与酶催化方向一致。 滞后链片段合成接近前方滞后链片段滞后链片段合成接近前方滞后链片段5末端末端时时, 模板被释放模板被释放, 环消失。继续重复环消失。继续重复, 连续进行。连续进行。 当新形成的冈崎片段延长至一定长度当新形成的冈崎片段延长至一定长度, 其其3-OH遇到上一个冈崎片段时即停止合成。遇到上一个冈崎片段时即停止合成。 一旦冈崎片段合成完成，其一旦冈崎片段合成完成，其RNA引物即被引物即被除去，通过除去，通过DNA聚合酶聚合酶催化合成
25、催化合成DNA取而代取而代之，并形成一个切口，此切口由之，并形成一个切口，此切口由DNA连接酶连连接酶连接封闭。接封闭。D. 复制终止复制终止 细菌环状染色体的两个复制叉向前推移，在细菌环状染色体的两个复制叉向前推移，在终止区相遇而停止复制，复制体解体。终止区相遇而停止复制，复制体解体。 这样这样, 以两条亲代以两条亲代DNA链为模板，各自形成链为模板，各自形成一条新的一条新的DNA互补链，结果形成了两个互补链，结果形成了两个DNA双双股螺旋分子。股螺旋分子。 就目前所知，起始阶段是就目前所知，起始阶段是DNA复制中唯一一复制中唯一一个可以受调节的阶段，由于受到调节而使得个可以受调节的阶段，由
26、于受到调节而使得DNA在一个细胞周期中只发生一次复制。在一个细胞周期中只发生一次复制。复制的保真性复制的保真性 ( fidelity ) 主要依赖主要依赖 3 种机制：种机制： 聚合酶对碱基的选择；聚合酶对碱基的选择； 3 5方向的方向的外切核酸酶活性起校正作用外切核酸酶活性起校正作用; ; 复制后错配现象的特异性修复机制。复制后错配现象的特异性修复机制。5. DNA聚合酶的聚合酶的“校对校对”(proofreading)作用作用 大肠杆菌大肠杆菌DNA复制错配率约复制错配率约10-910-10。其染。其染色体中有色体中有4.5106bp，平均每，平均每1 00010 000个细个细胞经过一次
27、分裂才会插入一个不正确的碱基。胞经过一次分裂才会插入一个不正确的碱基。小结小结维持维持DNA复制准确性的因素：复制准确性的因素：内因内因: 按碱基配对原则按碱基配对原则 (错配率错配率10-410-5) DNA聚合酶的作用聚合酶的作用 (错配率错配率10-410-5) 对碱基的识别作用对碱基的识别作用-选择正确的碱基参选择正确的碱基参入到引物末端入到引物末端 对底物的识别作用对底物的识别作用-先识别引物最后先识别引物最后一个碱基是否正确一个碱基是否正确, 后识别参入的后识别参入的dNTP是否正确是否正确 校正阅读校正阅读- 3 5外切酶的作用外切酶的作用 RNA引物最终被切除引物最终被切除,
28、提高了复制准确性提高了复制准确性 复制完成后对错配碱基进行修复的酶系统复制完成后对错配碱基进行修复的酶系统外因：外因： 四种四种dNTP要平衡；要平衡； Mn2+和和Mg2+的比例、浓度（酶活）的比例、浓度（酶活）(一一) 真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶:至少至少5种种- DNA-pol 现认为其功能只是合成引物现认为其功能只是合成引物DNA-pol 在复制延长中起催化作用在复制延长中起催化作用DNA-pol 校对、修复、填补校对、修复、填补(类似类似E.coli DNA pol I )DNA-pol 线粒体线粒体DNA合成合成DNA-pol 核核DNA修复修复 四、真核细胞四、真核细
29、胞DNA的复制的复制（DNA指导指导 下的下的DNA合成）合成）推测在复制叉上有一个推测在复制叉上有一个DNA pol, 以合成引物以合成引物; 两个两个DNA pol, 分别合成前导链和滞后链。分别合成前导链和滞后链。1 1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子。向复制，多复制子。2、冈崎片段长约、冈崎片段长约200bp.3、真核生物、真核生物DNA复制速度比原核慢。复制速度比原核慢。4、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制；而在快速生长的原核中，起点可以连续发始复
30、制；而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生物快速生长时，往往采用更多的复动复制。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。制起点。5、真核生物有多种、真核生物有多种DNA聚合酶。聚合酶。6、真核生物线性染色体两端有、真核生物线性染色体两端有端粒端粒结构，防止染色体结构，防止染色体间的末端连接。由间的末端连接。由端粒酶端粒酶负责新合成链负责新合成链5 端端RNA引引物切除后的填补，亦保持物切除后的填补，亦保持端粒端粒的一定长度的一定长度。端粒端粒端粒端粒中心粒中心粒图图 真核生物染色体真核生物染色体 端粒端粒 (telomere) 是真核生物线性染色体的两是真核生物线性染色体的两个
31、末端所具有的特殊结构个末端所具有的特殊结构, 其共同特点是一条链其共同特点是一条链上富含上富含 T、G 短序列的多次重复短序列的多次重复, 而其互补链上而其互补链上富含富含A、C。 （三）端粒的复制（三）端粒的复制l （1）维持染色体结构的完整性，防止染色体被核）维持染色体结构的完整性，防止染色体被核酸酶降解及染色体间相互融和。酸酶降解及染色体间相互融和。l （2）防止染色体结构基因在复制时丢失，解决了）防止染色体结构基因在复制时丢失，解决了末端复制的难题。末端复制的难题。l 端粒的合成主要依靠端粒酶来催化。端粒的合成主要依靠端粒酶来催化。l 线性线性DNA在复制完成后，其末端由于引物在复制完
32、成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶端粒酶（telomerase）的催化下，进行延长反应。）的催化下，进行延长反应。5 3 3 5 5 3 3 5 端粒酶是一种端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体蛋白质复合体,它可以其它可以其RNA为模板为模板, 通过逆转录过程对末端通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。链进行延长。端粒酶的爬行模型（动画演示）端粒酶的爬行模型（动画演示）五、五、反转录作用反转录作用（RNA指导的指导的DNA合成）合成）v定义定义: 以以RNA为模板为模板, 按照按照RNA中的核苷酸顺序中的核苷酸顺序合成合成DNA的过程称为反
33、转录的过程称为反转录(reverse transcription, RT)。该过程由反转录酶催化进行。该过程由反转录酶催化进行。v1970年年Temin和和Baltimore同时分别从同时分别从(鸡鸡)劳氏肉劳氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒等致病瘤病毒和小白鼠白血病病毒等致病RNA病毒中分病毒中分离出反转录酶，迄今已知的致癌离出反转录酶，迄今已知的致癌RNA病毒都含有病毒都含有反转录酶。反转录酶。+RNA+RNA+DNA-DNA-RNA+RNA+DNA-DNA-DNA+DNA+v病毒病毒RNARNA的反转录过程的反转录过程 （以前病毒形式整合到宿主细（以前病毒形式整合到宿主细胞胞DNADNA中而
34、使细胞恶性转化）中而使细胞恶性转化） 单链病毒单链病毒RNARNA RNA-DNARNA-DNA杂交分子杂交分子 双链双链DNADNA（前病毒）（前病毒） 反转录酶反转录酶反转录酶反转录酶v 逆转录酶是多功能酶，兼有逆转录酶是多功能酶，兼有3 3种酶的活性：种酶的活性： RNA指导的指导的DNA聚合酶活性聚合酶活性 DNA指导的指导的DNA聚合酶活性聚合酶活性 核糖核酸酶核糖核酸酶H的活性，专一水解的活性，专一水解RNA-DNA杂交分杂交分子中的子中的RNA，可沿，可沿5 3和和3 5两个方向起核酸外两个方向起核酸外切酶的作用。切酶的作用。v反转录酶也和反转录酶也和DNA聚合酶一样聚合酶一样,
35、 沿沿53 方向合成方向合成 DNA, 并要求短链并要求短链RNA作引物。作引物。六、六、DNA的损伤修复的损伤修复 DNA的损伤：的损伤：DNA在复制时产生错配、病毒基在复制时产生错配、病毒基因整合，某些物化因子如紫外光、电离辐射和化因整合，某些物化因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，破坏学诱变等，破坏DNA的双螺旋结构，从而影响的双螺旋结构，从而影响DNA的复制，并使的复制，并使DNA的转录和翻译也跟着变的转录和翻译也跟着变化，因而表现出异常的特征（生物突变）。化，因而表现出异常的特征（生物突变）。 若若DNA的损伤或错配得不到修复，会导致的损伤或错配得不到修复，会导致DNA突变。其主要形
36、式：突变。其主要形式： 一个或几个碱基被置换一个或几个碱基被置换 插入一个或几个碱基插入一个或几个碱基 一个或多个碱基对缺失一个或多个碱基对缺失 DNA的损伤修复的损伤修复 5种修复途径种修复途径: 错配修复、错配修复、光复活修复、切除修复、重组修复和诱导修复光复活修复、切除修复、重组修复和诱导修复（亦称暗修复）。（亦称暗修复）。u错配修复：错配修复：修复修复DNA中碱基错配的酶系统。其过程中碱基错配的酶系统。其过程是：识别出不正确的链，切除掉不正确链的部分，然是：识别出不正确的链，切除掉不正确链的部分，然后通过后通过DNA聚合酶和聚合酶和DNA连接酶的作用，合成正确配连接酶的作用，合成正确配
37、对的双链对的双链DNA。u光复活修复：光复活修复：400nm400nm左右的光激活光复活酶，专一分左右的光激活光复活酶，专一分解紫外光照射引起的同一条链上的解紫外光照射引起的同一条链上的TTTT（或（或CCCC，CTCT）二二聚体。（包括从单细胞生物到鸟类，而高等哺乳动物聚体。（包括从单细胞生物到鸟类，而高等哺乳动物无）无）u切除修复：切除修复：将将DNADNA分子中的受损伤部分切除，以分子中的受损伤部分切除，以完整的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、完整的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、DNADNA聚合酶聚合酶、 DNADNA外切酶、外切酶、DNADNA连接酶均参与。连接酶均参与。（发
38、生在（发生在DNADNA复制前）复制前）u重组修复重组修复（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产生的缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除新链产生的缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。但在后代逐渐稀释。u诱导修复：诱导修复：造成造成DNADNA损伤或抑制复制的处理均能引起损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导效应一系列复杂的诱导效应, ,称为称为应急反应应急反应(SOS response)(SOS response)。此过程诱导产生切除修复和重组修复中的关键蛋白和此过程诱导产生切除修复和重组修复中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的酶，同时产生无校对功能的DNADNA聚合酶。所以会有聚合酶。所以会有2 2种种结果：修复或变异（进化）。结果：修复或变异（进化）。相相邻邻的的胸胸腺腺嘧嘧啶啶紫外线照射紫外线照射环环丁丁烷烷胸胸腺腺嘧嘧啶啶二二聚聚体体紫外线诱导嘧啶二聚体形成紫外线诱导嘧啶二聚体形成萤火虫的荧光素基因萤火虫的荧光素基因 在烟草中表达在烟草中表达人生长素基因被导入并人生长素基因被导入并整合到右边小鼠的基因整合到右边小鼠的基因组组番茄工程植株具有番茄工程植株具有抗昆虫幼虫的能力抗昆虫幼虫的能力
