1、第四章第四章 DNADNA的生物合成的生物合成实验证据实验证据Meselson和和Stahl实验实验独立完成复制的功能单位称为独立完成复制的功能单位称为复制子复制子(replicon) 。DNA复制的起始，必须以一段具有复制的起始，必须以一段具有3端自由羟基端自由羟基（3-OH）的）的RNA作为作为引物引物(primer) ，RNA引物引物的序列与模板的序列与模板DNA的碱基顺序相配对。的碱基顺序相配对。DNA复制大多为复制大多为双向等速双向等速复制。复制。细菌和酵母菌中细菌和酵母菌中DNADNA复制起始点的碱基序列复制起始点的碱基序列原核与真核复制子原核与真核复制子原核复制子原核复制子真真核
2、复制子核复制子oriterA B CA. 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)DNADNA的双向复制示意图的双向复制示意图DNADNA的半不连续复制的半不连续复制3 5 3 5 3 5 3 5 复制方向复制方向先导链先导链(leading strand)滞后链滞后链(lagging strand)3 5 活性：1. 53 的聚合酶活性 5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T
3、 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?切除突变的切除突变的 DNA片段与冈崎片段中的引物。片段与冈崎片段中的引物。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。 DNA DNA聚合酶的核酸外切酶活性聚合酶的核酸外切酶活性 DNADNA聚合酶的种类聚合酶的种类 原核生物中的三种DNA聚合酶Klenow片段的分子结构片段的分子结构真核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶（二）、单链（二）、单链DNA结合蛋白（结合蛋白（SSB蛋白）蛋白）（三）、解链酶（三）、解链酶（helicase）拓扑异构酶的作用特点拓扑异构酶的作用特点能
4、水解连接磷酸二酯键能水解连接磷酸二酯键 拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶分分 类类能够松解能够松解DNA超螺旋结构的酶。超螺旋结构的酶。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。DNA拓扑异构酶的作用机制拓扑异构酶的作
5、用机制 （五）、（五）、DNA连接酶连接酶 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 含有解螺旋酶含有解螺旋酶(DnaB蛋白蛋白)、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。 引发体的组装形成引发体的组装形成DNA延伸过程简图延伸过程简图 （一）去除引物，填补缺口：（一）去除引物，填补缺口：（二）连接冈崎片段：（二）连接冈崎片段：5 5 5 RNA酶酶OH P5 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
6、上不连续性片段的连接 3 5 5 5 3 3 3 53 -OH5 -P5 5 3 3 5 5353功能功能 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 保证保证DNA复制的完整性复制的完整性端粒的结构特点端粒的结构特点 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、T碱基碱基的短的短 序列。序列。TTTTGGGGTTTTGGGG5 3 3 5 5 3 3 5 端粒酶端粒酶(telomerase)端粒酶端粒酶是一种是一种RNA-蛋白质复合体，它可蛋白质复合体，它可以 其以 其 R N A （ 端 粒 酶（ 端 粒 酶RNA）为
7、模板，通过）为模板，通过反转录酶（端粒酶反反转录酶（端粒酶反转录酶）催化反转录转录酶）催化反转录反应对末端反应对末端DNA链进链进行延长。行延长。端粒酶的分子结构端粒酶的分子结构端粒酶的爬行模型（动画演示）端粒酶的爬行模型（动画演示）反转录酶和反转录现象的发现反转录酶和反转录现象的发现理论意义：理论意义：RNA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。应用意义：可人工合成应用意义：可人工合成cDNA及构建及构建cDNA文库。文库。反转录酶与反转录现象反转录酶与反转录现象TeminBaltimoreRNA 模板模板反转录酶反转录酶DNA-RNA 杂杂化双链化双链RNA酶酶单链单链D
8、NA反转录酶反转录酶双链双链DNA 可以通过复制而遗传的永久性可以通过复制而遗传的永久性DNA结构的改变，结构的改变，称为称为基因突变（基因突变（ Gene Mutation）。其特征是：其特征是：1. 基因突变在生物界中是普遍存在的；基因突变在生物界中是普遍存在的；2. 基因突变发生频率很低；基因突变发生频率很低；3. 基因突变是随机发生的；基因突变是随机发生的；4. 基因突变是不定向的，有可逆性。基因突变是不定向的，有可逆性。 基因突变的后果与意义基因突变的后果与意义1. 突变导致表型的改变，严重的导致死亡（突变导致表型的改变，严重的导致死亡（致死型突变，条件致死型突变）致死型突变，条件致
9、死型突变）；2. 突变是很多疾病的发病基础突变是很多疾病的发病基础；3. 大多数基因突变不产生个体的变化；大多数基因突变不产生个体的变化；4. 突变是进化的分子基础。突变是进化的分子基础。DNA分子上单一碱基的改变称分子上单一碱基的改变称点突变点突变(point mutation)。多个碱基的改变称。多个碱基的改变称多点突变多点突变，也称，也称复复突变（突变（multiple mutation)点突变的类型点突变的类型发生在同型碱基之间。发生在同型碱基之间。转换转换发生在异型碱基之间。发生在异型碱基之间。颠换颠换1. 碱基替换碱基替换: 一个碱基替换为另一个碱基一个碱基替换为另一个碱基镰形红细
10、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-val his leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因血红蛋白血红蛋白 -亚基的点突变亚基的点突变2. 碱基缺失碱基缺失：一个碱基从一个碱基从DNA大分子上消失。大分子上消失。3. 碱基插入碱基插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到链插入到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
11、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 T A C A T G T C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5 G A G T A C A T G T C 缺失缺失C缺失引起的框移突变缺失引起的框移突变复突变的类型复突变的类型插入插入 增加一段顺序。增加一段顺序。 缺失缺失 减少一段顺序。减少一段顺序。 复突变复突变 倒位倒位 一段碱基顺序发生颠倒。一段碱基顺序发生颠倒。 易易位位 一段碱基顺序的位置发生改变。一段碱基顺序的位置发生改变。 重排重排 一段碱基顺序与
12、另一段碱基顺序发生交换。一段碱基顺序与另一段碱基顺序发生交换。 重排重排 DNA分子内较大片段的交换。分子内较大片段的交换。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从对遗传信息的改变上定义，点突变还可分为三类：从对遗传信息的改变上定义，点突变还可分为三类：没有改变产物氨基酸序列的密码子。没有改变产物氨基酸序列的密码子。1.同义突变：同义突变：碱基序列的改变引起了氨基酸序列的碱基序列的改变引起了氨基酸序列的改变。改变。2.错错义突变义突变：碱基的改变使代表某种氨基酸的密码碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变为蛋白合成的终止密码子（子变为蛋白合成的终止密码子（UAA
13、，UAG，UGA）。）。3.无义突变无义突变：三、引起突变的因素三、引起突变的因素2. 物理因素：物理因素： UV3. 化学因素：化学因素：。2-氨基嘌呤氨基嘌呤5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶OO BrNH25-BrU: G: A 烯醇式烯醇式enolenolBrOHHOBr 酮式酮式KetoKetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU的渗入AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二轮复制第二轮复制ATGC 转变转变AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT第一轮复制第一轮复制酮式到稀醇
14、酮式到稀醇式的转变式的转变烯醇式渗入为烯醇式渗入为 GCAT 转变转变 4. 生物因素：生物因素：如病毒感染，转座子转位，质粒转化等因素都如病毒感染，转座子转位，质粒转化等因素都可能引起可能引起DNA序列发生改变。序列发生改变。DNA损伤修复损伤修复(repair) ：是对已发生分子改变的是对已发生分子改变的补偿措施，使其尽可能回复为原有的天然状态。补偿措施，使其尽可能回复为原有的天然状态。直接修复直接修复错配修复错配修复切除修复切除修复重组修复重组修复SOS修复修复 修复的主要类型：修复的主要类型：无差错修复无差错修复有差错修复有差错修复 一、一、直接修复直接修复2. 烷基转移修复烷基转移修
15、复通过甲基转移酶，对引起甲基化的通过甲基转移酶，对引起甲基化的DNA损伤进损伤进行修复行修复 。二、错配修复二、错配修复错配修复机制错配修复机制参与蛋白与功能：参与蛋白与功能：MutS：识别突变位点：识别突变位点MutS-MutL：寻找甲基化位点：寻找甲基化位点MutH：切断未甲基化链：切断未甲基化链核酸外切酶：切除突变序列核酸外切酶：切除突变序列DNA pol III：修补缺口：修补缺口SSB蛋白，连接酶等蛋白，连接酶等1、切除修复、切除修复2、核苷酸切除修复、核苷酸切除修复核苷酸核苷酸切除修切除修复复 当当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发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。出一系列复杂的反应。主要依赖主要依赖DNA pol II和修饰后的和修饰后的DNA pol III进进行行DNA复制。对碱基的识别、选择能力差。通复制。对碱基的识别、选择能力差。通过过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而。然而DNA保留的错误较多，导致较广泛、长保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。期的突变。 五、五、SOS修复修复
