1、吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏1 第十章 DNA的生物合成 (Biosynthesis of DNA) 第一节第一节 DNA复制的特点复制的特点第二节第二节 DNA复制的条件复制的条件第三节第三节 DNA生物合成过程生物合成过程第四节第四节 DNA的损伤与修复的损伤与修复第五节第五节 反转录作用反转录作用吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏2DNA是由四种脱氧核糖核酸所组成的长链大分子，是是由四种脱氧核糖核酸所组成的长链大分子，是遗传信息的携带者。生物体的遗传信息就贮存在遗传信息的携带者。生物体的遗传信息就贮存在DNA的四种脱氧核糖核酸的排列顺序中。的四种脱氧核糖核酸的排列顺序中
2、。DNADNA的复制的复制: :指以原来指以原来DNADNA分子为模板合成出相同分子分子为模板合成出相同分子的过程。的过程。DNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子代通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，；通过转录和翻译，将遗传信息传递给蛋白质分子，从而决定生物的表现型。从而决定生物的表现型。 DNADNA复制时每个子代复制时每个子代DNADNA分子的一条链来自亲代分子的一条链来自亲代DNADNA，另一条链是新合成的，这种复制方式称半保留复制。另一条链是新合成的，这种复制方式称半保留复制。 意义：半保留复制说明意义：半保留复制说明DNA在代谢上的稳定性。
3、经过在代谢上的稳定性。经过许多代的复制，许多代的复制，DNA链仍可保持完整，这在生物的遗链仍可保持完整，这在生物的遗传上是十分重要的传上是十分重要的。DNA的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。法则。吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏3DNA dependent DNA polymeraseDDDPDNA dependent RNA polymeraseDDRPRNA dependent RNA polymeraseRDRPRNA dependent DNA polymeraseRDDP 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏4 在R
4、NA病毒中，其遗传信息贮存在RNA分子中。因此，在这些生物体中，遗传信息的流向是RNA通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代，通过反转录将遗传信息传递给DNA，再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质，这种遗传信息的流向就称为反中心法则。吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏5第一节第一节 DNA复制的特点复制的特点一、半保留复制一、半保留复制 DNA在复制时，以亲代DNA的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代DNA，每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链，这种现象称为DNA的半保留复制(semi-conservative replication)。吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏6
5、DNA以半保留方式进行复制，是在1958年由M. Meselson 和 F. Stahl 所完成的实验所证明。该实验首先将大肠杆菌在含15N的培养基中培养约十五代，使其DNA中的碱基氮均转变为15N。将大肠杆菌移至只含14N的培养基中同步培养一代、二代、三代。分别提取DNA，作CsClCsCl密度梯度离心，可得到下列结果： 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏7吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏8 DNADNA在复制时，需在特定的位点起始，这是一些具在复制时，需在特定的位点起始，这是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段，即复制起始点。有特定核苷酸排列顺序的片段，即复制起始点。 细菌的细菌
6、的OriOri C C结构特点：结构特点： 串联重复序列串联重复序列(tandem repeat):A(tandem repeat):A-T-T 回文结构回文结构(palindrome) (palindrome) 二、有一定的复制起始点二、有一定的复制起始点、复制子复制子和方向和方向（1 1）复制起始点）复制起始点( (OriOri C)C)A-TA-GTGTAATAGGT-TDnaA 在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。最早最早研究研究DNA复制起点和方向的是复制起点和方向的是J.Cairns（1963年）。
7、年）。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏9Replication Fork DNA DNA复制时，局部双螺旋解开形成两条单链，这种叉复制时，局部双螺旋解开形成两条单链，这种叉状结构称为状结构称为复制叉复制叉。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏10基因组能独立进行复制的功能单位称为复制子基因组能独立进行复制的功能单位称为复制子(replicon)，每个复制子都含有控制复制起始的起点，每个复制子都含有控制复制起始的起点(origin)，可能还有终止复制的终点，可能还有终止复制的终点(terminus)。每个起。每个起始点产生两个移动方向相反的复制叉，复制完成时，复始点产生两个移动方
8、向相反的复制叉，复制完成时，复制叉相遇并汇合连接制叉相遇并汇合连接。习惯上把两个相邻起始点之间的习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子距离定为一个复制子。（2）复制子）复制子吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏11 DNA复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行复制行复制. 但在低等生物中但在低等生物中,也可进行单向复制（如滚环复制）也可进行单向复制（如滚环复制）. 原核细胞：染色体和质粒原核细胞：染色体和质粒 固定起点固定起点 真核细胞：细胞器真核细胞：细胞器DNA 双向复制，双向复制， 环状环状DNA复制形成复制形成形结构。形结构。.
9、真核生物：染色体真核生物：染色体DNA，复制时多个起始，复制时多个起始点。点。（3）复制方向）复制方向吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏12吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏13型型吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏14单向复制单向复制i双向复制双向复制观察到的放射观察到的放射自显影图象自显影图象吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏15单链环状DNA主要采用滚环式滚环式复制53535 滚环式滚环式复制是某些低等生物的复制形式复制是某些低等生物的复制形式 在入侵细胞后，病毒在胞内的繁殖方式（复制型）为双链在入侵细胞后，病毒在胞内的繁殖方式（复制型）为双链DNA，环状双链，环
10、状双链DNA受有核受有核酸内切酶活性的酸内切酶活性的A蛋白作用，在复制起始点打开一个缺口，形成有蛋白作用，在复制起始点打开一个缺口，形成有3，OH和和5，-P的开环的开环单链单链 复制不需引物而在开链的复制不需引物而在开链的3，-OH延伸，保持闭环的对应单链为模版，一边滚动一边进延伸，保持闭环的对应单链为模版，一边滚动一边进行连续的复制行连续的复制 滚动的同时，外环滚动的同时，外环5，端逐渐离环向外伸出完成一次复制后，端逐渐离环向外伸出完成一次复制后，A蛋白把母链和子链切蛋白把母链和子链切断，外环母链再重新滚动一次，断，外环母链再重新滚动一次，3，端沿母链延长，最后合成两个子双环端沿母链延长，
11、最后合成两个子双环吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏16 D环复制环复制 D环复制环复制是线粒体是线粒体DNA（mtDNA）的复制形式 复制时需要合成引物 mtDNA为双链，第一个引物以内环为双链，第一个引物以内环模板延伸 至第二个复制起始点时，又合成另一个反向引物，以外环为模板进行反向的延伸复制中呈字母D形状而得名 D环复制的特点：复制起始点不在双链DNA同一位点，内、外环复制时序有差异真核生物的DNA-pol 是线粒体催化DNA复制的DNA聚合酶 mtDNA容易发生突变，损伤后的修复又较困难吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏17吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏18真核生
12、物真核生物DNA的多起点复制的多起点复制吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏19三、需要引物三、需要引物 参与DNA复制的DNA聚合酶，必须以一段具有3端自由羟基（3-OH）的RNA作为引物(primer) ，才能开始聚合子代DNA链。 RNA引物的大小，在原核生物中通常为50100个核苷酸，而在真核生物中约为10个核苷酸。RNA引物的碱基顺序，与其模板DNA的碱基顺序相配对。四、双向复制四、双向复制 DNA复制时，以复制起始点为中心，向两个方向进行复制。但在低等生物中，也可进行单向复制（如滚环复制）。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏20 五、半不连续复制 由于DNA聚合酶只能以
13、53方向聚合子代DNA链，即模板DNA链的方向必须为35。因此，分别以两条亲代DNA链作为模板聚合子代DNA链时的方式是不同的。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏21PPPOH+ OHPPPOHPPPPPPOHOH+PDNA合成方向不可能是合成方向不可能是35的解释的解释吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏225 以以35方向的亲代方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时基本上是连续进链作模板的子代链在复制时基本上是连续进行的，其子代链的聚合方向为行的，其子代链的聚合方向为53，这一条链被称为，这一条链被称为领头链领头链(leading strand)。而以。而以53方向的亲代方向
14、的亲代DNA链为模板的子代链在复制时则是不连链为模板的子代链在复制时则是不连续的，其链的聚合方向也是续的，其链的聚合方向也是53，这条链被称为，这条链被称为随从链随从链(lagging strand)。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏23前导链：在引物的前导链：在引物的3端按端按53方向连续不断地合成的方向连续不断地合成的DNA链。链。随从链：在引物的随从链：在引物的3端按端按53方向不连续合成的方向不连续合成的DNA链。链。冈崎片段：随从链上不连续合成的冈崎片段：随从链上不连续合成的DNA短片段（不包括引物）短片段（不包括引物） 由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的，因此，随从链
15、的合成是一段一段的。DNA在复制时，由随从链所形成的一些子代DNA短链称为冈崎片段(Okazaki fragment)。 冈崎片段的大小，在原核生物中约为10002000个核苷酸，而在真核生物中约为100个核苷酸。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏24第二节第二节 DNA复制的条件复制的条件一、底物 以 四 种 脱 氧 核 糖 核 酸 ( d e o x y n u c l e o t i d e triphosphate)为底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。 二、模板(template) DNA复制是模板依赖性的，必须要以亲代DNA链作为模板。亲代DNA的两股链解开后，
16、可分别作为模板进行复制。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏25三、引物酶、引物酶(primase)、引发体引发体( (primosome) )、引引 发前体发前体和RNA引物 DNA聚合酶只能在引物的聚合酶只能在引物的3- -末端起始末端起始DNA链合成，合成链合成，合成这些引物的酶统称为引物酶。这些引物的酶统称为引物酶。 引发体引发体(primosomeprimosome):): 引发体由引物酶（primase）与引发前体组装而成的复合的复合物，催化引物物，催化引物RNA的合成的合成。由由引发前体六种蛋白（六种蛋白（dnaB, dnaC, I, n, n, n”）组成。）组成。吾生也
17、有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏26l引物酶引物酶本质：本质：DDRPDDRP Ecoli Ecoli：60kD60kD，DnaGDnaG 编码）编码）l引发体引发体(primosome) 引物酶引物酶 引发前体引发前体 i、n、n”、dnaC n、dnaB 5 5 RNA primer5 3 5 3 DnaA5 33 5 primaseDnaCDnaCprimosomeHelicase(DnaB)吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏27 引发前体是由若干蛋白因子聚合而成的复合体。在原核生物引发前体是由若干蛋白因子聚合而成的复合体。在原核生物中，引发前体至少由六种蛋白因子构成。中，引发前
18、体至少由六种蛋白因子构成。蛋白蛋白i(DnaT)、蛋白、蛋白n(PriA)、蛋白蛋白n”(PriC”(PriC) )、蛋白蛋白dnaC与引物预合成有关，与引物预合成有关，蛋蛋白白n (PriB(PriB) )与与蛋白蛋白dnaB与识别复制起始点有关，并具有与识别复制起始点有关，并具有ATPase活性。活性。 引物酶本质上是一种依赖引物酶本质上是一种依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶( (DDRP)，该，该酶以酶以DNA为模板，聚合一段为模板，聚合一段RNA短链引物短链引物(primer)，以提供，以提供自由的自由的3-OH，使子代，使子代DNA链能够开始聚合。链能够开始聚合。 吾生也有涯,而知也
19、无涯 持续更新欢迎收藏28吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏29四、DNA聚合酶 (DDDP)( (一一) )共同性质共同性质 以以dNTPdNTP为前体催化合成为前体催化合成DNADNA 需要模板和引物的存在需要模板和引物的存在 不能起始合成新的不能起始合成新的DNADNA链链 催化催化dNTPdNTP加到生长中的加到生长中的DNADNA链的链的3-OH3-OH末末端端 催化催化DNADNA合成的方向是合成的方向是5353吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏30 （二）种类和生理功能1.原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶 在原核生物中，目前发现的DNA聚合酶有三种，分别命名为D
20、NA聚合酶(pol)，DNA聚合酶(pol)，DNA聚合酶(pol )，这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。参与DNA复制的主要是pol和pol 。 pol为单一肽链的大分子蛋白质，可被特异的蛋白酶水解为两个片段，其中的大片段称为Klenow fragment，具有53聚合酶活性和35外切酶的活性。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏31吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏32 100100个酶分子个酶分子/ /每个细胞每个细胞 单链多肽（单链多肽（109kD109kD） 大小二个片段大小二个片段 （枯草杆菌蛋白酶处理）（枯草杆菌蛋白酶处理） 34kD76kD吾生也有涯,而知也无
21、涯 持续更新欢迎收藏335-35-3聚合酶活性聚合酶活性 模板模板 引物引物-3-3-OHOH吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏34DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能聚合酶聚合酶错配硷基错配硷基复制方向复制方向正确正确核苷酸核苷酸5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 3 3 切除错配切除错配核苷酸核苷酸3-5 3-5 外切酶活性外切酶活性吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏355353外切酶活性外切酶活性吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏36 从从5-P5-P端依次切除，可连续切除端依次切除，可连续切除 只切配对的只切配对的5-P5-P末端核苷酸末端核苷酸 既可切除脱氧核
22、苷酸也可切除核苷酸既可切除脱氧核苷酸也可切除核苷酸吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏37(2)(2)大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶(DNA pol(DNA pol) MWMW为为120KD120KD 100100个酶分子个酶分子/ /每个细胞每个细胞 聚合作用聚合作用: :只有只有DNA polDNA pol的的5%5% 3535外切酶活性外切酶活性 无无5353外切酶活性。外切酶活性。 对作用底物的选择性较强，对作用底物的选择性较强， 不是复制的主要聚合酶不是复制的主要聚合酶吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏38(3)pol : (3)pol : 由十种共由十种共222
23、2个亚基组成个亚基组成 亚基具有亚基具有5353聚合聚合DNADNA的酶活性的酶活性 亚基具有亚基具有3535外切酶的活性外切酶的活性 亚基具有促进亚基具有促进亚基外切酶的活性亚基外切酶的活性吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏39大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶特性比较聚合酶特性比较DNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计数每个细胞的分子统计数5-3 聚合酶作用聚合酶作用3-5核酸外切酶作用核酸外切酶作用5-3核酸外切酶作用核酸外切酶作用转化率转化率生理功能生理功能DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶（复合物）（复合物）109，000400+1去除引物去除引物填补缺口填补缺口
24、修复损伤修复损伤校正错误校正错误120，000100+-0 .05未知未知400，00010-20+50DNA复制复制校正错误校正错误比较项目比较项目吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏402. 2. 真核细胞的真核细胞的DNADNA聚合酶聚合酶吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏41 真核细胞几种主要真核细胞几种主要DNA聚合酶的性质聚合酶的性质DNA聚合酶聚合酶 蛋白质分子量（蛋白质分子量（KD） 250 36-38 160-300 170 256细胞定位细胞定位 核核 核核 线粒体线粒体 核核 核核5 3聚合聚合酶酶 有有 有有 有有 有有 有有3 5外切酶外切酶 无无 无无 有
25、有 有有 有有引物酶引物酶 有有 无无 无无 无无 无无吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏42DNA连接酶连接酶五、DNA连接酶 DNA连接酶(DNA ligase)可催化两段DNA片段之间磷酸二酯键的形成，而使两段DNA连接起来。吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏43DNA连接酶催化的条件是： 需一段DNA片段具有3-OH，而另一段DNA片段具有5-Pi基； 未封闭的缺口位于位于双链DNA中，即其中有一条链是完整的； 需要消耗能量，在原核生物原核生物中由NAD+供能，在真核生物真核生物中由 ATP供能。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏44六、解螺旋酶 (unwindin
26、g enzyme/ helicase/ rep蛋白蛋白） 解螺旋酶（unwinding enzyme），又称DNA解链酶(DNA helicase)或rep蛋白，是用于解开DNA双链的酶蛋白。通过水解通过水解ATP获得能量，来打开获得能量，来打开DNA双链，双链，DNA双螺旋解开形成单链，暴露出碱基，便于复制，双螺旋解开形成单链，暴露出碱基，便于复制，每解开一对碱基，需消耗两分子ATP。 目前发现存在至少存在两种解螺旋酶。吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏45七、单链DNA结合蛋白单链DNA结合蛋白（single strand binding protein, SSB）又称螺旋反稳蛋白（
27、HDP）。这是一些能够与单链DNA结合的蛋白质因子。其作用为： 使解开双螺旋后的DNA单链能够稳定存在，即稳定单链DNA，便于以其为模板复制子代DNA； 保护单链DNA，避免核酸酶的降解。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏46八、拓扑异构酶(topoisomerase) 拓扑异构酶可使DNA双链中的一条链切断，松开双螺旋后再将DNA链连接起来，从而避免出现链的缠绕。 拓扑异构酶可切断DNA双链，使DNA的超螺旋松解后，再将其连接起来。 大肠杆菌拓朴异构酶的结构 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏47基本步骤：基本步骤：1、双链的解开（起始）、双链的解开（起始）2、引发：、引发：R
28、NA引物的合成引物的合成3、 DNA链的延长链的延长4、切除、切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段片段5、切除和修复掺入、切除和修复掺入DNA链的链的dUMP和错配碱基。和错配碱基。第三节第三节 DNA生物合成过程生物合成过程吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏48一、复制的起始一、复制的起始 复制复制起点上四个9bp重复序列为DnaA蛋白的结合位点，大约20-40个DnaA蛋白各带一个ATP结合在起点位点上，并聚集在一起，DNA缠绕其上，形成起始复合物Hu蛋白是细胞的类组蛋白质，可与DNA结合，使双链DNA弯曲受其影响，邻近三个成串富含AT的13bp序
29、列被变性，成为开链复合物，所需能量由ATP提供DnaB六聚体随即在DnaC帮助下结合于解链区DnaB借助水解ATP产生的能量，沿DNA链5-3方向移动，解开DNA双链，此时称为前引发复合物 DNA双链的解开还需要DNA旋转酶（拓扑异构酶拓扑异构酶）和SSB.至此，即可由引物合至此，即可由引物合成酶成酶(DnaG)合成合成RNA引物并开始引物并开始DNA的复制的复制吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏49 复制的起始，要求复制的起始，要求DNA呈负超螺旋，并且起点附近的基因呈负超螺旋，并且起点附近的基因处于转录状态处于转录状态 RNA聚合酶对复制起始的作用，可能是因为其在起始点附聚合酶对复制
30、起始的作用，可能是因为其在起始点附近合成一段近合成一段RNA，形成，形成RNA突环，影响起点的结构，因而有利突环，影响起点的结构，因而有利于于DnaA的作用的作用 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏50吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏51结合结合Ori区，具区，具ATP酶活性酶活性促进促进DnaB形成起始复合物形成起始复合物 DNA螺旋酶螺旋酶运输运输DnaBDNA引发酶引发酶促进起始促进起始复合物形成复合物形成吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏52二、复制的延长（一）聚合子代DNA 由DNA聚合酶催化，以35方向的亲代DNA链为模板，从53方向聚合子代DNA链。 在原核生
31、物中，参与DNA复制延长的是DNA聚合酶；而在真核生物中，是DNA聚合酶(延长随从链)和(延长领头链)。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏53（二）引发体移动 引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成新的复制叉，随从链重新合成RNA引物，继续进行链的延长。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏54TopoisomeraseOkazaki fragments复制过程中的复制叉复制过程中的复制叉吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏55三、复制的终止吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏56OriginTerminusDaughterDNA structure(一) 去除引物，填补
32、缺口 在原核生物中，由DNA聚合酶来水解去除RNA引物，并由该酶催化延长引物缺口处的DNA，直到剩下最后一个磷酸酯键的缺口。而在真核生物中，RNA引物的去除，由一种特殊的核酸酶来水解，而冈崎片段仍由DNA聚合酶来延长。 (二) 连接冈崎片段 在DNA连接酶的催化下，形成最后一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整的DNA长链。吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏57 去除引物去除引物 填补缺口填补缺口 连接冈崎片段连接冈崎片段 链的分离链的分离endstartDNA pol IDNA pol Iligaseligation of leading strandRNA primerDNA p
33、ol IDNA pol IDNA ligaseLigation of laging strand吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏58（三）真核生物端粒的形成 端粒(telomere)是指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。其共同的结构特征是由一些富含G、C的短重复序列构成可重复数十次至数百次。 线性DNA在复制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下，进行延长反应。 端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体，它可以其RNA为模板，通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏59 端
34、粒（端粒（telomeretelomere） 染色体线性染色体线性DNADNA分子末端分子末端 通常膨大成粒状通常膨大成粒状 共同的结构特征共同的结构特征: : 富含富含TGTG 短重复序列短重复序列 维持染色体稳定维持染色体稳定 端粒酶（端粒酶（telomerasetelomerase） RNA-RNA-蛋白质复合体蛋白质复合体 逆转录酶逆转录酶 延长末端延长末端DNADNA链进行链进行吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏60各种生物端粒酶各种生物端粒酶RNARNA组分序列和长度组分序列和长度 四膜虫四膜虫 TTGGGG CAACCCCAA 150Euplotes TTTTGGGG CA
35、AAACCCCAAAACC 190Oxytricha TTTTGGGG CAAAACCCCAAAACC 190 人人 TTAGGG CAAUCCC 450 小鼠小鼠 TTAGGG CAAUCCC 450啤酒酵母啤酒酵母 TG(1-3) CACCACACCCACACAC 130 生物体生物体 端粒端粒 端粒酶端粒酶 RNA大小大小 DNA序列序列 RNA序列序列 （nt） 5 3 3 5 TxGy吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏61DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶DNA核酸酶核酸酶吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏62第四节第四节 DNA的损伤与修复的损伤与修复一、DNA的损伤
36、（突变） 由自发的或环境的因素引起DNA一级结构的任何异常的改变称为DNA的损伤，也称为突变（mutation）。常见的DNA的损伤包括碱基脱落、碱基修饰、交联，链的断裂，重组等。（一）引起突变的因素1自发因素自发因素(1) 自发脱碱基：由于N-糖苷键的自发断裂，引起嘌呤或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。(2) 自发脱氨基：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶，腺嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到几百个核苷酸残基。(3) 复制错配：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，发生频率较低。吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏632物理因素物理因素 由紫外线、电离辐射、X射线等引起的DNA
37、损伤。其中，X射线和电离辐射常常引起DNA链的断裂，而紫外线常常引起嘧啶二聚体的形成，如TT，TC，CC等二聚体。这些嘧啶二聚体由于形成了共价键连接的环丁烷结构，因而会引起复制障碍。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏64吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏653化学因素化学因素(1) 脱氨剂：如亚硝酸与亚硝酸盐，可加速C脱氨基生成U，A脱氨基生成I。(2) 烷基化剂：这是一类带有活性烷基的化合物，可提供甲基或其他烷基，引起碱基或磷酸基的烷基化，甚至可引起邻近碱基的交联。(3) DNA加合剂：如苯并芘，在体内代谢后生成四羟苯并芘，与嘌呤共价结合引起损伤。(4) 碱基类似物：如5-FU
38、等，可掺入到DNA分子中引起损伤或突变。(5) 断链剂：如过氧化物，含巯基化合物等，可引起DNA链的断裂。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏66（二）DNA突变的类型 碱基的转换 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏67（三）DNA突变的效应1同义突变：基因突变导致mRNA暗码子第三位碱基的改变但不引起暗码子意义的改变，其翻译产物中的氨基酸残基顺序不变，但有时可引起翻译效率降低。 2误义突变：基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换，其意义发生改变，翻译产物中的氨基酸残基顺序发生改变。3无义突变：基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换而改变成终止暗码子，引起多肽链合成的终止。4移码突变：
39、基因突变导致mRNA暗码子碱基被置换，引起突变点之后的氨基酸残基顺序全部发生改变。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏68二、二、DNA损伤的修复损伤的修复 DNA损伤的修复方式可分为直接修复直接修复和取代修复取代修复两大类。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏69 hvhv UV TT 光光复活酶复活酶 修复修复 TT（一）直接修复1光复活（light repairing） 这是一种广泛存在的修复作用。光复活能够修复任何嘧啶二聚体的损伤。其修复过程为： 光复活酶（photo-lyase)识别嘧啶二聚体并与之结合形成复合物在300600nm可见光照射下，酶获得能量，将嘧啶二聚体的丁
40、酰环打开，使之完全修复光复活酶从DNA上解离。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏702转甲基作用转甲基作用 在转甲基酶转甲基酶的催化下，将DNA上的被修饰的甲基去除被修饰的甲基去除。此时，转甲基酶自身被甲基化而失活。3直接连接直接连接 DNA断裂形成的缺口，可以在DNA连接酶连接酶的催化下，直接进行连接而封闭缺口。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏71（二）取代修复（二）取代修复1切除修复(excision repairing) 这也是一种广泛存在的修复机制，可适用于多种这也是一种广泛存在的修复机制，可适用于多种DNA损伤的损伤的修复。该修复机制可以分别由两种不同的酶来发动，一
41、种是核酸内修复。该修复机制可以分别由两种不同的酶来发动，一种是核酸内切酶，另一种是切酶，另一种是DNA糖苷酶。糖苷酶。 l可修复可修复TTTT，电离辐射，某些化学诱变剂造成的，电离辐射，某些化学诱变剂造成的DNA结构的破坏结构的破坏 参加的参加的酶有：酶有：特异的核酸内切酶；外切酶；聚合酶；连接酶特异的核酸内切酶；外切酶；聚合酶；连接酶。吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏72吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏73吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏74吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏752重组修复(recombination repairing) 这是DNA的复制过程中
42、所采用的一种有差错的修复方式。() 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏76吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏773SOS修复 由由DNA损伤或抑制复制的处理所引起的一系列复杂的诱导效损伤或抑制复制的处理所引起的一系列复杂的诱导效应，称为应急反应（应，称为应急反应（SOS）。这是一种在DNA分子受到较大范围损伤并且使复制受到抑制时出现的修复机制，以SOS借喻细胞处于危急状态。 DNA分子受到长片段长片段高密度高密度损伤损伤，使DNA复制过程在损伤部位受到抑制。损伤诱导一种特异性较低的新的一种特异性较低的新的DNA聚合酶，以及聚合酶，以及重重组酶等的产生组酶等的产生。由这些特异性较低的
43、酶继续催化损伤部位DNA的复制，复制完成后，保留许多错误的碱基，从而造成突变。 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏78SOS反应诱导的二种修复作用反应诱导的二种修复作用 1) 避免差错修复避免差错修复 诱导切除修复和重组修复中，某些酶和诱导切除修复和重组修复中，某些酶和protein产生，产生，含量增加，从而加强修复功能，且修复过程不引入错配含量增加，从而加强修复功能，且修复过程不引入错配碱基。碱基。 2) 倾向差错修复倾向差错修复 诱导出缺乏校对功能的诱导出缺乏校对功能的DNA聚合酶，能在聚合酶，能在DNA损伤部损伤部位进行复制而避免了死亡，却带来高的变异率。位进行复制而避免了死亡，却
44、带来高的变异率。吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏79吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏80DNADNA复制的保真性：复制的保真性： 遵守严格的碱基配对规律遵守严格的碱基配对规律 DNADNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择聚合酶在复制时对碱基的正确选择 DNADNA聚合酶本身具有校对作用聚合酶本身具有校对作用 DNADNA合成起始时及冈崎片段合成开始时都有合成起始时及冈崎片段合成开始时都有RNARNA引物引物 DNADNA自我修复机制（自我修复机制（DNADNA直接修复、碱基切除直接修复、碱基切除修复、核苷酸切除修复、错配修复等）修复、核苷酸切除修复、错配修复等）吾生也有涯,而知也
45、无涯 持续更新欢迎收藏81一一. .概念概念 以以RNARNA为模板、按照为模板、按照RNARNA中的核苷酸顺序合成中的核苷酸顺序合成DNADNA，与通，与通常转录过程中遗传信息流常转录过程中遗传信息流从从DNADNA到到RNARNA的方向相反的方向相反，故称为，故称为反转录反转录(reverse transcription)(reverse transcription)，即即在在RNA指导下指导下DNA的合成的合成。第五节第五节 反转录作用反转录作用吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏82二二. 反转录酶（反转录酶（reverse transcription） 1、发现、发现 1970年
46、年, Temin、Mizufani、Baltimore分别从致分别从致癌癌RNA病毒中发现。病毒中发现。 1964年，年， Temin提出前病毒学说：提出前病毒学说：单链单链RNA病毒病毒 双链双链DNA病毒病毒 宿主细胞宿主细胞 （前病毒）（前病毒） 恶性转化恶性转化吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏832、性质：、性质： 致癌致癌RNA病毒反转录酶，一个病毒反转录酶，一个亚基，一个亚基，一个亚亚基，含基，含Zn2+反应特点：反应特点：1） 要求引物，与模板互补，具有游离要求引物，与模板互补，具有游离3OH2 2）模板）模板（自身（自身RNARNA病毒，带有适当引物的其他病毒，带有适当
47、引物的其他RNARNA）3 3） dNTPdNTP底物，底物，MgMg2+2+和和MnMn2+2+，还原剂，还原剂4 4） DNA DNA链的延长方向链的延长方向5 5，3 3，吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏843 3、多功能酶、多功能酶1 1）RNAcDNARNAcDNA，形成，形成RNARNADNADNA杂交分子（杂交分子（RNARNA指导的指导的DNADNA聚合酶）聚合酶）2 2）水解杂种分子中的）水解杂种分子中的RNARNA，5 533或或3 355核酸外切酶作用核酸外切酶作用3 3）以新合成）以新合成DNADNA模板，合成互补模板，合成互补DNADNA双链双链DNADNA（
48、前病毒）（前病毒）（DNADNA指指导的导的DNADNA聚合酶）聚合酶）吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏85三三. 逆转录病毒的生活周期逆转录病毒的生活周期四四. 反转录酶发现的意义反转录酶发现的意义1、对中心法则的补充和修正；、对中心法则的补充和修正；2、逆转录酶：、逆转录酶：RNA cDNA ； 3、导致了、导致了“癌基因癌基因” 发现，并使致癌的分子机制研究有了重大进发现，并使致癌的分子机制研究有了重大进展。展。吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏86附真核生物DNA的复制 1、拓扑异构酶代替解旋酶、拓扑异构酶代替解旋酶;2、RNA引物短（引物短（10b）;3、冈崎片段也短（
49、、冈崎片段也短（400b），（原核），（原核1000-2000）;4、复制速度慢：、复制速度慢：2600 b/min，与组蛋白存在有关，与组蛋白存在有关;5、多起点复制、多起点复制;6、DNA聚合酶聚合酶及线粒体及线粒体DNA聚合酶，仅有聚合而聚合酶，仅有聚合而无外切作用无外切作用;7、连接酶靠连接酶靠ATP而不是而不是NAD. 吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏871、复制是半保留的、复制是半保留的;2、细菌、病毒起始于特定位点，真核生物有多个、细菌、病毒起始于特定位点，真核生物有多个起始位点起始位点;3、可以单向复制，也可以双向复制，后者更常见、可以单向复制，也可以双向复制，后者更常见;4、两条新合成的、两条新合成的DNA链延伸方向均为链延伸方向均为5，3，;5、复制是半不连续的、复制是半不连续的;6、DNA的复制是需要引物的的复制是需要引物的.吾生也有涯,而知也无涯 持续更新欢迎收藏88结合结合OriOri区，具区，具ATPATP酶活性酶活性促进促进DnaBDnaB形成起始复合物形成起始复合物运输运输DnaB
