1、蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质复制复制DNARNA转录转录翻译翻译复制复制RNA逆转录逆转录DNARNA 遗传信息的中心法则遗传信息的中心法则翻译翻译 图图111 DNA半保留复制及实验依据半保留复制及实验依据二、二、DNA复制在起始点上通常是双向复制复制在起始点上通常是双向复制复制起始点向两个方向延伸，形成两个方向相反复制起始点向两个方向延伸，形成两个方向相反Y型或型或叉型结构，称之为复制叉（叉型结构，称之为复制叉（replication fork）。复制）。复制叉是由于叉是由于DNA 双链解开分成两个单链，以各自单链作双链解开分成两个单链，以各自单链作模板，子链沿模板延伸所形成的模板，子链沿模板
2、延伸所形成的Y 字形结构，似叉子形字形结构，似叉子形状故称复制叉状故称复制叉 图图 11-2 双向复制及复制叉示意图双向复制及复制叉示意图DNA新链的合成总是从新链的合成总是从5到到3方向进行，而模板链方向进行，而模板链则从则从3到到5方向与之对应。由于方向与之对应。由于DNA双螺旋中的两双螺旋中的两条链是反向平行的，所以在复制时一条链合成的方条链是反向平行的，所以在复制时一条链合成的方向和复制叉前进的方向相同，可以连续复制，而另向和复制叉前进的方向相同，可以连续复制，而另一条链合成的方向与复制叉前进的方向相反，故不一条链合成的方向与复制叉前进的方向相反，故不能连续复制。这种能连续复制。这种D
3、NA的复制方式称为半不连续的复制方式称为半不连续复制。连续复制的链称为复制。连续复制的链称为前导链或领头链前导链或领头链（leading strand），不连续复制的链称为），不连续复制的链称为后随链后随链或尾随链或尾随链（lagging strand ）。后随链先合成多）。后随链先合成多个小片段，然后再连接起来。个小片段，然后再连接起来。 三、三、DNA 复制是半不连续复制复制是半不连续复制 图图11-3 DNA 半不连续复制示意图半不连续复制示意图在在DNA复制中，两条母链分开形成复制叉，子链的合成复制中，两条母链分开形成复制叉，子链的合成都是都是5 到到3 方向。与复制叉前进方向相同的链
4、是连续复方向。与复制叉前进方向相同的链是连续复制的，称前导链（制的，称前导链（leading strand）。与复制叉前进方）。与复制叉前进方向相反的链的合成是不连续的，称尾随链（向相反的链的合成是不连续的，称尾随链（lagging strand ） 。DNA 聚合酶不能从头合成，大多数聚合酶不能从头合成，大多数DNA 复制必须有一小段复制必须有一小段RNA 为其提供自由的为其提供自由的3-OH 末端，在此末端上末端，在此末端上DNA 聚合酶催聚合酶催化参入的脱氧核苷酸，形成化参入的脱氧核苷酸，形成3，5磷酸二磷酸二酯键，使酯键，使DNA链延伸。利用模板首先合链延伸。利用模板首先合成的成的一小
5、段一小段RNA 称引物称引物，这一过程为引，这一过程为引发（发（priming ）。）。四、四、DNA 复制必须有引物复制必须有引物五、五、DNA 复制具有高度保真性复制具有高度保真性DNA 是遗传的物质基础，是遗传的物质基础，DNA 复制的高度准确复制的高度准确性对保持遗传物种的稳定性具有重要的意义。无性对保持遗传物种的稳定性具有重要的意义。无论原核生物还是真核生物，负责论原核生物还是真核生物，负责DNA 复制的主要复制的主要DNA 聚合酶在聚合反应时对底物的选择严格按碱聚合酶在聚合反应时对底物的选择严格按碱基配对的原则。此外，这种酶还具有基配对的原则。此外，这种酶还具有3到到5外切外切核酸
6、酶的活性，能及时地将错配的碱基（即核苷核酸酶的活性，能及时地将错配的碱基（即核苷酸）水解掉。这种外切核酸酶的活性起到了酸）水解掉。这种外切核酸酶的活性起到了校正校正作用作用（proofreading）。细胞修复系统也是保证）。细胞修复系统也是保证DNA 高度保真性的重要因素。高度保真性的重要因素。第二节第二节 参与真核生物参与真核生物DNA复制的有关酶复制的有关酶类及蛋白因子类及蛋白因子表表11-1真核生物真核生物DNA复制的两种主要聚合酶及有关因子复制的两种主要聚合酶及有关因子蛋白质蛋白质 （英文代号）（英文代号） 功能功能 DNA聚合酶聚合酶/引发酶引发酶（DNA pol/primase）
7、 引物的合成引物的合成 DNA聚合酶聚合酶（ DNA pol） DNA复制主要酶复制主要酶 拓扑异构酶（拓扑异构酶（TopoI，TopoII ） 松弛松弛DNA双螺旋双螺旋 解解(螺螺)旋酶旋酶(Helicase) 能解开能解开DNA双螺旋双螺旋 单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(SSB) 及复制蛋白及复制蛋白A（RPA） 结合单链结合单链DNA 复制因子复制因子C（RFC） 参与滑动夹子参与滑动夹子 的装配的装配 增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（PCNA） 滑动夹子滑动夹子 核酸酶核酸酶H（RNaseH） 去除去除RNA引物引物 盖核酸内切酶盖核酸内切酶I（FENI） 去除去除RNA引物引物
8、DNA连接酶（连接酶（DNA ligase） 连接冈崎片段连接冈崎片段表表11-1真核生物真核生物DNA复制的两种主要聚合酶复制的两种主要聚合酶及有关因子及有关因子2蛋白质蛋白质 （英文代号）（英文代号） 功能功能式中式中(dNMP)n代表含有代表含有n个脱氧核苷酸的个脱氧核苷酸的DNA片段，片段，dNTP代表任何一种脱氧核苷三代表任何一种脱氧核苷三磷酸。磷酸。图图11-4 DNA 聚合酶的三维结构模式图聚合酶的三维结构模式图图图11-5 DNA 拓扑异构酶拓扑异构酶 II 作用示意图作用示意图图图11- 6.解旋酶及单链解旋酶及单链DNA 结合蛋白的作用示意图结合蛋白的作用示意图 图图11-
9、7 滑动夹子滑动夹子（a）夹子加载蛋白如）夹子加载蛋白如RFC与与DNA结合。（结合。（b）夹子加载）夹子加载蛋白与蛋白与PCNA装配成滑动夹子。装配成滑动夹子。(c) DNA聚合酶与滑动夹聚合酶与滑动夹子相结合，开始沿模板前进。子相结合，开始沿模板前进。(d) PCNA的结构，的结构，PCNA的三个亚基形成一个环，的三个亚基形成一个环，DNA从大孔中间自由通过。从大孔中间自由通过。图图11-8 DNA 连接酶催化的反应连接酶催化的反应第三节第三节 真核生物真核生物DNA的复制过程的复制过程真核生物真核生物DNA是在细胞是在细胞S期开始复制。期开始复制。DNA的复制从多个复制点开始复制过程大体
10、上的复制从多个复制点开始复制过程大体上可分成以下几个阶段。可分成以下几个阶段。一、一、DNA复制的起始复制的起始一、一、DNA复制起始过复制起始过 程程一个称之为起始识别复合物（一个称之为起始识别复合物（origin recognition complex，ORC）的大的蛋白复合物组装于此。）的大的蛋白复合物组装于此。ORC在起始点上的组装还不足以开始起动，必须有在起始点上的组装还不足以开始起动，必须有另一种称为小染色体维系蛋白（另一种称为小染色体维系蛋白（mini-chromosome maintenance protein , MCM）的复合物参与。）的复合物参与。MCM有解旋酶活性。这一
11、激活过程是由细胞周期蛋有解旋酶活性。这一激活过程是由细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖蛋白激酶调节的。白和细胞周期蛋白依赖蛋白激酶调节的。真核生物真核生物DNA复制的起始过程见复制的起始过程见(图图11-9 )A：起始辩认复合物（：起始辩认复合物（ORC）结合到起始位点上。结合到起始位点上。B：小核染色体维系蛋白：小核染色体维系蛋白（MCM）结合到上面。）结合到上面。C：在细胞周期的调节信号作：在细胞周期的调节信号作用下后，起始复合物被激活，用下后，起始复合物被激活，解旋酶的活性解旋酶的活性 打开了亲代双打开了亲代双链，形成一个小泡。链，形成一个小泡。RPA结合结合到暴露的单链上。解旋酶到暴露的单
12、链上。解旋酶 附着附着于于DNA上，小泡被扩大。上，小泡被扩大。D：聚合酶：聚合酶/引发酶引发酶 复合物合复合物合成第一个成第一个RNA 引物和短的引物和短的DNA。E：RNA引物被聚合酶引物被聚合酶延长，延长，脱氧核苷酸参入。脱氧核苷酸参入。ABCDE图图11-9 真核生物真核生物DNA复制的起始复制的起始 图图 11- 10 引物及引物的合成引物及引物的合成以以DNA 为模板，以为模板，以NTP为底物，在引发为底物，在引发酶的催化下，形成酶的催化下，形成3，5磷酸二酯键。磷酸二酯键。二、二、DNA链的延伸链的延伸DNA聚合酶聚合酶/引发酶产生引发酶产生RNA-DNA后，当达到一定长后，当达
13、到一定长度（大约度（大约40个核苷酸），个核苷酸），DNA聚合酶聚合酶不具备持续合成不具备持续合成的能力，的能力，RFC紧密结合到引物紧密结合到引物-模板接合处，模板接合处，DNA聚合聚合酶酶与模板与模板DNA脱离，再引发另一个引物的合成。脱离，再引发另一个引物的合成。RFC负责组装负责组装PCNA滑动夹子，然后滑动夹子，然后DNA聚合酶聚合酶（pol）结合到）结合到PCNA组成的滑动夹子上，导致组成的滑动夹子上，导致pol/之间的转换。由之间的转换。由DNA聚合酶聚合酶完成冈崎片段延伸，最终完成冈崎片段延伸，最终长度长度130-200个核苷酸，当它遇到原先已形成的冈崎片个核苷酸，当它遇到原先
14、已形成的冈崎片段段5末端时，末端时，pol/PCNA复合物从复合物从DNA上释放下来。上释放下来。 前导链引物合成后由前导链引物合成后由DNA聚合酶聚合酶连续延伸连续延伸DNA 链，长链，长度可达度可达5- 10 kb。两条链均按两条链均按5到到3方向合成，一条链方向合成，一条链3末端的方向朝末端的方向朝着复制叉前进的方向，可连续合成，称前导链着复制叉前进的方向，可连续合成，称前导链（leading strand）。另一条链）。另一条链5末端朝着复制叉，合末端朝着复制叉，合成是不连续的，形成冈崎片段，此链称后随链成是不连续的，形成冈崎片段，此链称后随链(lagging strand)。图图 1
15、1- 11 DNA冈崎片段的形成冈崎片段的形成总结真核生物总结真核生物DNA合成的过程（后随链的合合成的过程（后随链的合成）见图成）见图11-1211-12 参与真核参与真核DNA复制后随链的酶及复制过程复制后随链的酶及复制过程A：RPA, 一种单链一种单链DNA结合蛋白，结合到单链模板上，结合蛋白，结合到单链模板上，使连续的复制叉解开双链。使连续的复制叉解开双链。B：在聚合酶：在聚合酶/引发酶作用下开始合成引发酶作用下开始合成RNA引物。引物。C：引物合成达到：引物合成达到8 10个核苷酸后，复合物的聚合酶个核苷酸后，复合物的聚合酶活性起作用，合成活性起作用，合成15-30个脱氧核苷酸以延长
16、引物。然个脱氧核苷酸以延长引物。然后，聚合酶后，聚合酶/引发酶复合物从模板上解离。引发酶复合物从模板上解离。D：RFC结合到这个片段的末端，催化装配由结合到这个片段的末端，催化装配由PCNA构成的滑动夹子。构成的滑动夹子。E：聚合酶：聚合酶复合物结合到滑动夹子上，并延长冈崎片复合物结合到滑动夹子上，并延长冈崎片段。段。F：当复制复合物达到：当复制复合物达到RNA引物时，引物被引物时，引物被RNaseH和和 FENI共同作用下水解。共同作用下水解。G：留下的间隙由连续延长的冈崎片段所填补，存在：留下的间隙由连续延长的冈崎片段所填补，存在的缺口由的缺口由DNA连接酶封闭。连接酶封闭。 图图11-1
17、3 端粒与端粒酶端粒与端粒酶端粒端粒DNA：人的：人的DNA 的的3末端存在的重复顺序末端存在的重复顺序（TTAGGG）n端粒酶：酶本身含有与端粒端粒酶：酶本身含有与端粒DNA序列互补的序列互补的RNA片片段，催化端粒段，催化端粒DNA-3末端的延长。末端的延长。 图图11-14 A 端粒酶催化端粒的合成端粒酶催化端粒的合成人的端粒是由人的端粒是由TTAGGG重复序列组成的，端粒的重复序列组成的，端粒的3末端末端TTA与端粒酶中的与端粒酶中的RNA碱基互补碱基互补;以此以此RNA为为模板通过逆转录延伸端粒的模板通过逆转录延伸端粒的3末端末端;端粒酶经过转端粒酶经过转位重新与端粒的位重新与端粒的
18、3末端的末端的TTA配对配对,催化另一个重催化另一个重复序列的合成复序列的合成. 图图11-14 B 端粒的形成过程端粒的形成过程（D）当富含）当富含G-的链延长到足够长度时，引物酶合成的链延长到足够长度时，引物酶合成一段一段RNA引物，与富含引物，与富含G-链的链的3-末端互补末端互补, （E） DNA聚合酶利用新合成的引物填补聚合酶利用新合成的引物填补C-丰富的链，丰富的链，DNA 连接酶封闭缺口最后，（连接酶封闭缺口最后，（F）引物被去除，在富含）引物被去除，在富含G-的的链留下链留下12-16 个核苷酸。个核苷酸。 图图11-15 DNA聚合酶聚合酶的结构示意图的结构示意图Pol II
19、I是由是由7-10个亚基组成的不对称二聚体。核心酶含个亚基组成的不对称二聚体。核心酶含有有 、 、 三个亚基。三个亚基。 亚基催化磷酸二酯链的形成，亚基催化磷酸二酯链的形成， 亚基具有亚基具有35核酸外切酶的作用，是起较正功能的外核酸外切酶的作用，是起较正功能的外切核酸酶（切核酸酶（proofreading exonuclease），）， 亚基为装亚基为装配所必须。滑动夹子由两个配所必须。滑动夹子由两个 亚基组成。它通过亚基组成。它通过 复合物复合物夹子载体组装到夹子载体组装到DNA上，此步骤需要上，此步骤需要ATP。两个。两个 亚基亚基围绕双螺旋形成一个环，以利于聚合酶沿着模板滑动。围绕双螺
20、旋形成一个环，以利于聚合酶沿着模板滑动。 图图11-16 大肠杆菌聚合酶大肠杆菌聚合酶III 同时催化同时催化 DNA两条链的复制两条链的复制两个聚合酶两个聚合酶III结合在一起，尾随链形成环，才结合在一起，尾随链形成环，才能穿过复合物。两条链在一个位置上合成。能穿过复合物。两条链在一个位置上合成。 图图11-17 DNA 聚合酶聚合酶I结构结构模示图模示图DNA聚合酶聚合酶 I 是单一多是单一多肽链的蛋白质，主要由肽链的蛋白质，主要由从从A至至R共共18个个 -螺旋组螺旋组成。特异的蛋白酶把成。特异的蛋白酶把DNA聚合酶聚合酶 I 的的F与与G螺螺旋之间切断旋之间切断 ，得到从，得到从A至至
21、I的小片段和从的小片段和从G到到R的的大片段。大片段具有大片段。大片段具有53聚合酶和聚合酶和35外外切酶活性，称为切酶活性，称为Klenow片段，片段，是分子生物学研是分子生物学研究中常用的工具酶。究中常用的工具酶。 原核生物原核生物DNA聚合酶聚合酶 I 的主要功能是去除的主要功能是去除DNA引物和对引物和对DNA损伤的修复。损伤的修复。 （一）复制的起始（一）复制的起始1复制起始点及复制叉的形成复制起始点及复制叉的形成 大肠杆菌染色体只有一个复制起始点（大肠杆菌染色体只有一个复制起始点（oriC），），含含245bp。此区域含有三个串联重复序列，每个。此区域含有三个串联重复序列，每个序列
22、由序列由13bp组成，富含组成，富含A、T，有利于解链。其，有利于解链。其下游还有四个反向重复序列，每个序列含下游还有四个反向重复序列，每个序列含9bp（图（图11-18）。）。 图图11-18 E. coli复制起始点的核苷酸序列排布复制起始点的核苷酸序列排布 复制蛋白复制蛋白DnaA能识别该序列并与其相结合，然能识别该序列并与其相结合，然后后DnaC与其结合。与其结合。DnaC作为匹配媒体作为匹配媒体(matchmaker)，允许解螺旋酶，允许解螺旋酶DnaB结合，将结合，将母链母链DNA分开，形成一个复制叉。在起始点出分开，形成一个复制叉。在起始点出现复制泡，从起始点向两个方向移动，这种
23、复现复制泡，从起始点向两个方向移动，这种复制是双向性的。参与细菌复制起始的蛋白质见制是双向性的。参与细菌复制起始的蛋白质见表表11-5。2引物的形成引物的形成 在后随链上，在后随链上，DNA引发酶（引发酶（DnaG）与解螺旋酶）与解螺旋酶（DnaB）结合形成一个复合体。）结合形成一个复合体。DnaB使复合物使复合物沿着模板链移动，促使母链分开。这种移动需要沿着模板链移动，促使母链分开。这种移动需要ATP水解供应能量。单链水解供应能量。单链DNA结合蛋白（结合蛋白（SSB）与单链与单链DNA相结合，防止母链的退火，也防止发相结合，防止母链的退火，也防止发夹结构和其它二级结构的形成。由夹结构和其它
24、二级结构的形成。由DnaG 引发酶引发酶合成短的合成短的RNA引物引物。 （二）（二）DNA 片段的延长片段的延长DNA聚合酶聚合酶III从引物从引物3-OH起，延伸冈崎片段起，延伸冈崎片段大约大约1000-2000bp。当着聚合酶复合物遇到。当着聚合酶复合物遇到已经合成的冈崎片段的已经合成的冈崎片段的RNA引物时，延长反引物时，延长反应则停止。应则停止。DNA聚合酶聚合酶III从从DNA模板上解离模板上解离下来。前导链则连续合成，直到终点。下来。前导链则连续合成，直到终点。（三）（三）DNA 复制的终止复制的终止1RNA引物的去除引物的去除RNA引物的去除和空隙的填补均由引物的去除和空隙的填
25、补均由DNA聚合酶聚合酶I催化，该催化，该酶具有酶具有53外切核酸酶的活性，从冈崎片段外切核酸酶的活性，从冈崎片段5 端切除端切除RNA引物；该酶的聚合酶活性，催化引物；该酶的聚合酶活性，催化dNTP加到加到3-末端，末端，填补填补RNA引物被除去而留下的空隙。此酶固有的引物被除去而留下的空隙。此酶固有的35外外切核酸酶的活性起着校正作用，提高空隙填补的凖确性。切核酸酶的活性起着校正作用，提高空隙填补的凖确性。2冈崎片段的连接冈崎片段的连接DNA聚合酶聚合酶I填补空隙后，留有缺口，填补空隙后，留有缺口，DNA连接酶催化冈连接酶催化冈崎片段之间形成磷酸二酯键，封闭缺口，连接成一条长链崎片段之间形
26、成磷酸二酯键，封闭缺口，连接成一条长链（图（图11-19）。）。3DNA复制的终止复制的终止大肠杆菌从一个起始点开始双向复制各进行大肠杆菌从一个起始点开始双向复制各进行180，同时在，同时在终止点汇合，完成一次复制过程。终止点汇合，完成一次复制过程。Tus蛋白参与复制的终蛋白参与复制的终止，它使复制叉停止前进。细菌在生长条件适宜时，每止，它使复制叉停止前进。细菌在生长条件适宜时，每20分钟就可繁殖一代。分钟就可繁殖一代。 前导链在聚合酶前导链在聚合酶III与滑动夹子结合下连续合成。为合成后随与滑动夹子结合下连续合成。为合成后随链，解旋酶（链，解旋酶（DnaB）和引物酶（）和引物酶（DnaG）沿
27、着模板移动。每）沿着模板移动。每1000-2000bp 合成一个引物。聚合酶合成一个引物。聚合酶III延伸引物，一直达到前延伸引物，一直达到前一个冈崎片段为止。聚合酶一个冈崎片段为止。聚合酶I去处去处RNA引物，并填补留下的空引物，并填补留下的空隙。最后缺口由连接酶封闭。隙。最后缺口由连接酶封闭。图图11-19 原核生物原核生物DNA复制模式图复制模式图某些病毒是以某些病毒是以RNA为基因组，如为基因组，如RNA肿瘤病肿瘤病毒及毒及AIDS病毒。它们分别造成人类肿瘤和病毒。它们分别造成人类肿瘤和免疫缺欠。免疫缺欠。逆转录酶逆转录酶（reverse transcriptase）可催化以可催化以R
28、NA为模板合成为模板合成DNA的反应。因此的反应。因此它又被称为它又被称为RNA指导的指导的DNA聚合酶（聚合酶（RNA-directed DNA polymerase, RDDP）。逆转录酶具有三重功能。它既可利用病毒逆转录酶具有三重功能。它既可利用病毒RNA作模板，作模板，合成一条与模板互补的合成一条与模板互补的DNA单链，二者形成单链，二者形成RNA-DNA杂交分子。逆转录酶同时又具有核糖核酸酶杂交分子。逆转录酶同时又具有核糖核酸酶H的的活性，专一地水解活性，专一地水解RNA-DNA杂交分子中的杂交分子中的RNA。留。留下来的单链下来的单链DNA作模板，在该酶或其他作模板，在该酶或其他D
29、NA聚合酶的聚合酶的作用下，合成另一条互补作用下，合成另一条互补DNA链，形成双链链，形成双链DNA分子分子 图图11 逆逆转录过转录过程程一、逆转录及逆转录酶的作用一、逆转录及逆转录酶的作用 前导链及后随链分别有不同的复制起始点，不是同时前导链及后随链分别有不同的复制起始点，不是同时合成的。前导链合成至全长的合成的。前导链合成至全长的2/3时，后随链开始合成，时，后随链开始合成，故后随链的模板在前导链合成时被排斥出来，形成故后随链的模板在前导链合成时被排斥出来，形成D-襻。两条链合成的方向相反。最后，前导链复制完成，襻。两条链合成的方向相反。最后，前导链复制完成，后随链复制尚未完成。后随链复
30、制尚未完成。 二、线粒体二、线粒体DNA的复制的复制图图11-21 线粒体线粒体DNA的复制（的复制（D-襻型）襻型）三、嗜菌体三、嗜菌体DNA按滚环方式复制按滚环方式复制大肠杆菌嗜菌体如大肠杆菌嗜菌体如 X 174 是单链是单链DNA病毒，病毒，在侵入细菌后，病毒在细菌中复制成双链环型在侵入细菌后，病毒在细菌中复制成双链环型DNA。由病毒自身编码的。由病毒自身编码的A 蛋白（具有核酸内蛋白（具有核酸内切酶的活性）在复制起始点造成一个缺口，用切酶的活性）在复制起始点造成一个缺口，用产生的产生的3 -OH为引物，利用宿主酶体系，一边为引物，利用宿主酶体系，一边滚动一边进行连续复制。滚动一边进行连
31、续复制。M13嗜菌体嗜菌体DNA在宿在宿主细胞里也是滚环复制。主细胞里也是滚环复制。 图图11-22 嗜菌体嗜菌体DNA的滚环复制的滚环复制A蛋白打开正链，以内环（蛋白打开正链，以内环（-）为模板，）为模板，3 -OH 为引物为引物延长子链（红色）；第一次滚动完成，延长子链（红色）；第一次滚动完成，A蛋白切断子链蛋白切断子链和母链并连接成新的正链。以和母链并连接成新的正链。以3-OH端继续复制，可产端继续复制，可产生许多子代单链环形生许多子代单链环形DNA。 图图11-2 自发性转换突变的发生机制自发性转换突变的发生机制 *腺嘌呤的亚氨型同分异构体与胞嘧啶配对（腺嘌呤的亚氨型同分异构体与胞嘧啶
32、配对（A-C），），在下一次复制时，由于胞嘧啶与鸟嘌呤配对，在子代在下一次复制时，由于胞嘧啶与鸟嘌呤配对，在子代DNA分子中，原来分子中，原来A-T变成变成G-C。图图11-2. DNA损伤造成嘧啶二聚体形成损伤造成嘧啶二聚体形成 电离辐射、紫外线和化学诱变剂等，都能造成电离辐射、紫外线和化学诱变剂等，都能造成DNA的损伤。的损伤。DNA的损伤包括碱基的更替、丢失、骨架的损伤包括碱基的更替、丢失、骨架中磷酸酯键的断裂，两条链之间形成交联等。中磷酸酯键的断裂，两条链之间形成交联等。 （二）错配修复二）错配修复（mismatch repair, MR）错配修复是在酶系统的作用下，将在复制中错配的错
33、配修复是在酶系统的作用下，将在复制中错配的碱基，小的插入或缺失进行修复。在真核生物，一碱基，小的插入或缺失进行修复。在真核生物，一种种MSH蛋白能辨认损伤部位，并募集外切核酸酶去蛋白能辨认损伤部位，并募集外切核酸酶去除损伤部分，除损伤部分，DNA聚合酶进行修补，最后由聚合酶进行修补，最后由DNA连连接酶封闭和连接。接酶封闭和连接。（三）碱基切除修复三）碱基切除修复 （base excision repair, BER） 图图11-25 DNA碱基切除修复碱基切除修复A：圆圈表示错误的碱基。：圆圈表示错误的碱基。 B：一种：一种DNA糖基化酶切除糖基化酶切除错误的碱基。错误的碱基。C：AP内切核
34、酸酶切除磷酸二酯链及糖基。内切核酸酶切除磷酸二酯链及糖基。D：DNA聚合酶填补单一核苷酸。聚合酶填补单一核苷酸。 E：DNA连接酶封闭连接酶封闭 图图11-2 核苷酸切除修复核苷酸切除修复 A: DNA一条链损伤一条链损伤, B、C:核酸内切酶识别损核酸内切酶识别损伤部位并在损伤部位的两端切除一段伤部位并在损伤部位的两端切除一段DNA, D: DNA聚合酶以另一条完好的聚合酶以另一条完好的DNA链为模板合成链为模板合成一段新的一段新的DNA,E: 缺口处由缺口处由DNA连接酶封闭。连接酶封闭。 A. DNA一条链损伤（如含有嘧啶二聚体）一条链损伤（如含有嘧啶二聚体）BDNA复制后，其中一个子代
35、是正常的，而另一个子代的一条复制后，其中一个子代是正常的，而另一个子代的一条链出现空隙。链出现空隙。C以正常子代中原来自母链的一段以正常子代中原来自母链的一段DNA序列通过重组，将缺损序列通过重组，将缺损部分修复。部分修复。D. 最后，再以子代中完整的链为模板，修补缺失的互补序列。最后，再以子代中完整的链为模板，修补缺失的互补序列。（五）（五）重组修复（重组修复（recombinational repair）图图11-2DNA的重组的重组修复修复 major major DNA replication process includes three steps:initiation ,elong
36、ation and termination. 问问 题题 单单 选选 题题2. DNA 两条链均作为模板发生在两条链均作为模板发生在: A. 复制复制 B. 切除修复切除修复 C. 错配修复错配修复 D. 转录偶联修复转录偶联修复 E.上述所有情况上述所有情况多选题多选题1. DNA 复制过程中具有催化复制过程中具有催化3，5 磷酸磷酸二酯键生成的酶有二酯键生成的酶有A.引物酶引物酶B. DNA 聚合酶聚合酶C. 单链单链DNA 结合蛋白结合蛋白D. 解螺旋酶解螺旋酶E. 连接酶连接酶6. 需要需要DNA 连接酶参与的过程有连接酶参与的过程有A. DNA 复制复制B. DNA 体外重组体外重组
37、C. DNA 损伤修复损伤修复D. DNA 反转录反转录E. RNA 复制复制1. 答案答案 A、B、E 引物酶及引物酶及DNA 聚合酶均能催化核苷酸之间形聚合酶均能催化核苷酸之间形成成3，5 磷酸二酯键。磷酸二酯键。 DNA连接酶能催化两个连接酶能催化两个DNA 片断之间通过片断之间通过3，5 磷酸二酯键相连。磷酸二酯键相连。DNA聚合酶聚合酶 I 具有具有3 到到5 和和5到到3外外切核酸酶的活性并具有聚合酶的作用。主要功切核酸酶的活性并具有聚合酶的作用。主要功能是去除能是去除RNA引物和对引物和对DNA损伤的修复。损伤的修复。 美国科学家马修美国科学家马修.梅塞尔梅塞尔(Matthew
38、Meselson)于于1930年出生在科罗拉年出生在科罗拉多州的丹佛。他毕业于多州的丹佛。他毕业于加州工学院物理化学专加州工学院物理化学专业。毕业后留校，业。毕业后留校，1976年到哈佛大学工作。年到哈佛大学工作。福兰克林福兰克林.斯塔尔斯塔尔(Franklin Stahl)于于1929年出生于马萨年出生于马萨诸塞州的波士顿。曾求学于诸塞州的波士顿。曾求学于哈佛大学及罗切斯特大学。哈佛大学及罗切斯特大学。1955-1958年在加州工学院年在加州工学院工作，其后在密苏里大学工工作，其后在密苏里大学工作一年。作一年。1970年受聘于俄年受聘于俄罗冈大学教授。罗冈大学教授。一一1958年，提出年，提
39、出DNA复制为半保留复制的复制为半保留复制的两位科学家两位科学家阿瑟阿瑟.科恩伯格（科恩伯格（Arthur Kornberg）于于1918年年3月生于美国纽约。月生于美国纽约。1941年在罗切斯特大学获得医学博士学年在罗切斯特大学获得医学博士学位。位。1942年进入年进入NIH，47年组建酶年组建酶学研究室任主任。学研究室任主任。1953-1959年，年，他在华盛顿大学医学院任教，分离他在华盛顿大学医学院任教，分离了了DNA 聚合酶聚合酶，于，于1959年与发现年与发现RNA聚合酶的奥乔亚共享诺贝尔生聚合酶的奥乔亚共享诺贝尔生理学和医学奖。现为美国科学院院理学和医学奖。现为美国科学院院士。他的
40、儿子罗杰士。他的儿子罗杰.科恩伯格科恩伯格2006年因揭示真核生物体内细胞如何利年因揭示真核生物体内细胞如何利用基因内存储的信息生产蛋白质，用基因内存储的信息生产蛋白质，而获得诺贝尔化学奖。这是历史上而获得诺贝尔化学奖。这是历史上第六个父子获得诺贝尔家庭。第六个父子获得诺贝尔家庭。阿瑟阿瑟.科恩伯格科恩伯格，大肠杆菌大肠杆菌DNA聚聚合酶的发现合酶的发现逆转录酶的发现逆转录酶的发现美国加州理工学院的教授戴维和美国癌症学会传染美国加州理工学院的教授戴维和美国癌症学会传染性肿瘤学和细胞生物学教授侯活于性肿瘤学和细胞生物学教授侯活于1970年在鸡肉瘤年在鸡肉瘤中发现了逆转录酶，发展了中心法则。于中发
41、现了逆转录酶，发展了中心法则。于1975年获年获得诺贝尔奖。得诺贝尔奖。 巴尔的摩巴尔的摩(David Baltimore)(David Baltimore) 1938年年3月月7日出生于美国纽约。日出生于美国纽约。1956年，他进入年，他进入宾夕法尼亚州斯沃思莫尔大学。毕业后他到麻省理工宾夕法尼亚州斯沃思莫尔大学。毕业后他到麻省理工学院。学院。1964年，他转入阿尔伯特年，他转入阿尔伯特-爱因斯坦医学院从爱因斯坦医学院从事研究，接着又学习动物病毒专业。后来，他到加利事研究，接着又学习动物病毒专业。后来，他到加利福尼亚的一个研究所任副研究员。同获得诺贝尔奖的福尼亚的一个研究所任副研究员。同获得
42、诺贝尔奖的杜尔贝克博士一起工作，得到很大教益。杜尔贝克博士一起工作，得到很大教益。1968年，他年，他在麻省理工学院任付教授，并开始对肿瘤病毒进行研在麻省理工学院任付教授，并开始对肿瘤病毒进行研究。究。1971年，巴尔的摩连获三种奖项。年，巴尔的摩连获三种奖项。1972年，他晋年，他晋升为教授。升为教授。1974年，他到麻省理工学院癌症研究中心年，他到麻省理工学院癌症研究中心工作。同年，他获得美国钢铁基金分子生物学奖和盖工作。同年，他获得美国钢铁基金分子生物学奖和盖尔纳基金年度奖。巴尔的摩最终因发现了逆转录酶并尔纳基金年度奖。巴尔的摩最终因发现了逆转录酶并揭示了逆转录病毒的复制机理揭示了逆转录
43、病毒的复制机理, ,于于1975年，获得诺贝年，获得诺贝尔奖。尔奖。 特明特明(Howard temin)1934年年12月月10日出生在美国费城。日出生在美国费城。1994年年2月崒月崒于费城。他从小勤奋好学。于费城。他从小勤奋好学。1951年，他考入斯年，他考入斯沃思莫尔学院沃思莫尔学院,毕业后他考取了加州理工学院的毕业后他考取了加州理工学院的研究生。成为著名生物学家杜尔贝科的研究生，研究生。成为著名生物学家杜尔贝科的研究生，主要攻读动物病毒学主要攻读动物病毒学,致力于致力于RNA病毒的研究。病毒的研究。1959年，年，25岁成为了学识不凡的博士。岁成为了学识不凡的博士。1960年，年， 特明成为卡得尔癌症研究所的副教授。他研究特明成为卡得尔癌症研究所的副教授。他研究了劳氏病毒在体外培养的增殖调控，提出了劳氏病毒在体外培养的增殖调控，提出DNA的原病毒学说。的原病毒学说。1971-1974年，特明先后获得了年，特明先后获得了许多大奖。在这期间他担任美国癌症学会传染许多大奖。在这期间他担任美国癌症学会传染性肿瘤学和细胞生物学教授。美国科学院院士。性肿瘤学和细胞生物学教授。美国科学院院士。特明与巴尔的摩都发现了逆转录酶。特明与巴尔的摩都发现了逆转录酶。19751975年，年，他俩一道获得了诺贝尔生理学及医学奖。他俩一道获得了诺贝尔生理学及医学奖。
