1、第三篇基因信息的传递Central Dogma 描述遗传信息流动的方向19581958年年 F.crickF.crick逆转录酶逆转录酶19701970年年 对中心法则进行了补充对中心法则进行了补充 James Watson(1928)Francis Crick(19162004)1953年发现DNA双螺旋结构 1962年诺贝尔生理学和医学奖。美国癌症学会传染性肿瘤学和细胞生物学教授Howard Howard TeminTemin和加州理工学院的教授David BaltimoreDavid Baltimore于1970年在鸡肉瘤中发现了逆转录酶，发展了中心法则。于1975年获得诺贝尔奖。DNA
2、 replication*RNA transcription*Protein biosynthesis*Regulation of gene expression*Gene recombination and gene engineeringSection 1*General features of DNA replicationSection 2*Enzymes in DNA replication Section 3 Process of DNA replicationSection 4 Reverse transcription and othersSection 5*DNA damag
3、e and repair 复制复制(replication)replication)是指遗传物质的传代，以母链是指遗传物质的传代，以母链DNADNA为模板为模板合成子链合成子链DNADNA的过程。的过程。复制复制亲代亲代DNADNA子代子代DNADNA第一节复制的基本规律Basic Rules of DNA Replication 一、半保留复制的实验依据和意义子链继承母链遗传信息的几种可能方式子链继承母链遗传信息的几种可能方式 全保留式全保留式 半保留式半保留式 混合式混合式 密度梯度实验密度梯度实验 DNA DNA生物合成时，母链生物合成时，母链DNADNA解开为两股解开为两股单链，各自作
4、为模板单链，各自作为模板(template)(template)按碱基配对按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNADNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNADNA都和亲代都和亲代DNADNA碱基序列一致。这种复制方碱基序列一致。这种复制方式称为式称为半保留复制半保留复制。半保留复制的概念半保留复制的概念按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNADNA与亲代与亲代DNADNA的的碱基序列一致碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗
5、传，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的信息，体现了遗传的保守性保守性。半保留复制的意义半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但但不是绝对的不是绝对的。原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。二、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.A.环状双链环状双链DNADNA及复制起始点及复制起始点B.B.复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C.C.复制接近终止点复制接近终止点(termination,ter(termination,ter)orioriter
6、terA B CA B C真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)。复制子是独立完成复制的功能单位。真核生物真核生物53oriorioriori535533553复制子复制子3三、复制的半不连续性3 3 5 5 3 3 5 5 解链方向解链方向3 3 5 5 3 3 3 3 5 5 领头链领头链(leading strand)(leading strand)随从链随从链(lagging strand)(lagging strand)顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股
7、链称为这股链称为领头链领头链。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为为随从链随从链。复制中的不连续片段称为。复制中的不连续片段称为岡崎片段岡崎片段(okazaki(okazaki fragment)fragment)。领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的的半不连续性半不连续性。DNA复制的酶学复制的酶学The Enzymology of DNA Replication第二节第二节参与参与DNADNA复制的物质复制的
8、物质 底物底物(substrate):(substrate):dNTPdNTP聚合酶聚合酶(polymerase):(polymerase):依赖依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶，聚合酶，简写为简写为 DNA-polDNA-pol模板模板(template):(template):解开成单链的解开成单链的DNADNA母链母链(ssDNA(ssDNA）引物引物(primer):(primer):提供提供3 3-OH-OH末端使末端使dNTPdNTP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一、复制的化学反应一、复制的化学反应 (dNMP)n+dNTP (dNMP)n
9、+1+PPi 聚合反应的特点DNA 新链生成需引物和模板；新链的延长只可沿5 3方向进行。二、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependent DNA polymerase,DDDP)简称：DNA-pol活性：活性：1.1.5 53 3 的聚合活性的聚合活性2.2.核酸外切酶活性核酸外切酶活性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 A G C G A C 5 3 3 5 5 外切酶活性外切酶活性 5 5 3 3 外切酶活性外切酶活性?能切除突变的能切除突变的 DNADNA片段。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解
10、。能辨认错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性核酸外切酶活性 （一）原核生物的（一）原核生物的DNADNA聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol 美 国 科 学 家,Kornberg 1955年从E.Cole 中发现了DNA 聚合酶，为DNA的复制打下了基础。为此，Kornberg 1959年获得诺贝尔奖。Arthur Kornberg可能可能不可能不可能可能可能基因突变后的致死性基因突变后的致死性无无无无有有5 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性20？400分子数分子数/细胞细胞多亚基不对称多亚基不对称二聚体二聚体？单肽链单肽链组成组成250120109分子量分子量(kD
11、)DNA-pol IIIDNA-pol IIDNA-pol I可能可能不可能不可能可能可能基因突变后的致死性基因突变后的致死性无无无无有有5 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性20？400分子数分子数/细胞细胞多亚基不对称多亚基不对称二聚体二聚体？单肽链单肽链组成组成250120109分子量分子量(kD)DNA-pol IIIDNA-pol IIDNA-pol I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）复制产生短片断的复制产生短片断的DNADNA323323个氨基酸个氨基酸小片段小
12、片段5 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow/Klenow 片段片段 604604个氨基酸个氨基酸DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 5 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N N 端端C C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-polDNA-pol KlenowKlenow片段片段是实验室合成是实验室合成DNADNA，进行分子生，进行分子生物学研究中常用的工具酶。物学研究中常用的工具酶。DNA-polDNA-pol （120kD120kD）DNA-pol DNA-pol II 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DNADNA损伤的应急状态修
13、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-polDNA-pol (250kD)(250kD)复制产生长片断的复制产生长片断的DNADNA（二）真核生物的（二）真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶DNA-polDNA-pol 起始引发，有起始引发，有引物酶引物酶活性。活性。延长子链的主要酶延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。，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 。在复制过程中起在复制过程中起校读、修复和填补校读、修复和填补缺缺口的作用。口的作用。在在线粒体线粒体DNADNA复制中起催化作用。复制中起催化作
14、用。DNA-polDNA-pol DNA-polDNA-pol DNA-polDNA-pol DNA-polDNA-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，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
15、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三、复制保真性的酶学依据三、复制保真性的酶学依据复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本原理。确传代的基本原理。复制保真性的酶学机制：复制保真性的酶学机制：（一）（一）DNA-polDNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读的核酸外切酶活性和及时校读 （二）复制的保真性和碱基选
16、择（二）复制的保真性和碱基选择（一）（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读的核酸外切酶活性和及时校读A A：DNA-polDNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。其聚合活性掺入正确配对的底物。B B：碱基配对正确，：碱基配对正确，DNA-polDNA-pol不表现活性。不表现活性。（二）复制的保真性和碱基选择（二）复制的保真性和碱基选择 DNADNA聚合酶靠其大分子结构协调聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。酯键）键的有序形成。嘌呤的化学结构能形成顺式和反嘌呤
17、的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于配对，嘌呤应处于反式构型反式构型。1.1.遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；2.2.聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；3.3.复制出错时复制出错时DNA-polDNA-pol的及时校读功能。的及时校读功能。DNADNA复制的保真性至少要依赖三种机制复制的保真性至少要依赖三种机制 四、复制中的分子解链及四、复制中的分子解链及DNA DNA 分子分子拓扑学变化拓扑学变化 DNADNA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
18、DNA解成解成单链单链，它才能起模板作用。，它才能起模板作用。（一）解螺旋酶和单链（一）解螺旋酶和单链DNADNA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
19、(helicase)利用利用ATPATP供能，作用于氢键，使供能，作用于氢键，使DNADNA双链解双链解开成为两条单链开成为两条单链 引物酶引物酶(primase(primase)复制起始时催化生成复制起始时催化生成RNARNA引物的酶引物的酶单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA(single stranded DNA binding protein,SSB)binding protein,SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整单链的完整10108 8 局部解链局部解链（二）（二）DNADNA拓扑异构酶拓扑
20、异构酶(DNA topoisomerase(DNA topoisomerase)解链过程中解链过程中正超螺旋的形成正超螺旋的形成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DNADNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNADNA解解链旋转不致打结；适当时候封闭链旋转不致打结；适当时候封闭切口，切口，DNADNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATPATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA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。
21、切口旋转使超螺旋松弛。利用利用ATPATP供能，连接断端，供能，连接断端，DNADNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态。五、五、DNADNA连接酶连接酶连接连接DNADNA链链3 3-OH-OH末端和相邻末端和相邻DNADNA链链5 5-P-P末端，末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNADNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。DNA DNA连接酶连接酶(DNA ligase(DNA ligase)作用方式作用方式POO-O-OHO5POO-O-O335DNA连接酶连接酶ATPADP5353DNADNA连接酶在复制中起最后接合
22、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修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。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（一）复制的起始（一）复制的起始需要解决两个问题：需要解决两个问题：1.1.DNADNA解开成单链，提供模板。解开成单链，提供模板。2.2.合成引物，提供合成引物，提供3 3-OH-OH末端。末端。一、原核生物的一、原核生物的DNADNA生物合成生物合成 E.coli复制起始点复制起始点 oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 113 17
23、29 32 44 113 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245 串联重复序列串联重复序列 反向重复序列反向重复序列5 3 5 3 1.DNA解链解链1）复制起始点的识别）复制起始点的识别2）解螺旋酶解开双链）解螺旋酶解开双链4）SSB参与维持参与维持DNA的单链结构的稳定的单链结构的稳定3）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(可能主要是可能主要是II型酶的作型酶的作用用)，在将要打结或已打结处作切口。，在将要打结或已打结处
24、作切口。Dna A Dna B、Dna CDNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶SSB3 5 3 5 Dna A Dna B、Dna CDNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 2.2.引发体的形成引发体的形成含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaCDnaC蛋白、蛋白、引物酶引物酶和和DNADNA复复制起始区域的复合结构称为引发体。制起始区域的复合结构称为引发体。引物酶 复制是在一段RNA引物的基础上进行的，催化引物合成的是一种RNA聚合酶，它不同于催化转录过程的RNA聚合酶，因此称为引物酶。DDRP DNA dependent RNA polymerase 由于DDDP不可以催
25、化两个单dNTP之间的反应，DDRP可以催化两个NTP起始合成小的RNA片断 引物酶合成的小的RNA片断称为“引物”，为DNA的合成提供 3OH3 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短链引物是由引物酶催化合成的短链RNARNA分子。分子。引物引物3 HO5引物引物酶酶 复制开始后由于复制开始后由于DNADNA双链解开，在两股单双链解开，在两股单链上进行复制，在电子显微镜下均看到伸展成链上进行复制，在电子显微镜下均看到伸展成叉状的复制现象，称为叉状的复制现象，称为复制叉复制叉。在在DNADNA聚合酶聚合酶IIIIII的作用下，的作用下，新链第一个新链第一个脱氧核苷酸就加到引物的脱氧核苷酸就加到
26、引物的3 3-OH-OH末端上，形成末端上，形成磷酸二酯键。复制开始。磷酸二酯键。复制开始。（二）复制的延长（二）复制的延长复制的延长指在复制的延长指在DNA-polDNA-pol催化下，催化下，dNTPdNTP以以dNMPdNMP的方式的方式逐个加入引物或延长中的子链上，逐个加入引物或延长中的子链上，其其化学本质化学本质是是磷酸二酯键磷酸二酯键的不断生成。的不断生成。5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol 领头链的合成：领头链的合成：DDDPDDDP沿着模板沿着模板3355滑动，滑动，第一个进入配对的第一个进入配对的d
27、NTPdNTP与与RNARNA引物上的引物上的33OHOH形形成成3,53,5磷酸二酯键，留下磷酸二酯键，留下33OHOH继续合成继续合成随从链的合成随从链的合成岡崎片段岡崎片段的形成的形成 两条链是在同一个两条链是在同一个DNA-polDNA-pol的催化下进行的催化下进行延长的过程延长的过程阶段一阶段一阶段二阶段二阶段三阶段三阶段四阶段四 原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNADNA，双向复制的复制片，双向复制的复制片段在复制的终止点段在复制的终止点(ter(ter)处汇合。处汇合。orioriterterE.coliE.coli82823232oriori terterSV40SV4
28、050500 0（三）复制的终止（三）复制的终止5 5 5 RNA酶酶OHP5 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上不连续性片段的连接复复制制过过程程简简图图哺乳动物的哺乳动物的细胞周期细胞周期DNADNA合成期合成期G G1 1G G2 2S SM M二、真核生物的二、真核生物的DNADNA生物合成生物合成 细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1S及G2M的调节，与蛋白激酶活性有关。蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，
29、即复制子以分组方式激活而不是同步起动。复制的起始需要DNA-pol（引物酶活性）和pol（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子(replication factor,RF)。增殖细胞核抗原(proliferation cell nuclear antigen,PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。（一）复制的起始（一）复制的起始3 5 5 3 领头链领头链3 5 3 5 亲代亲代DNA随从链随从链引物引物核小体核小体（二）复制的延长（二）复制的延长 染色体染色体DNADNA呈线状，复制在末端停止。呈线状，复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。复制中岡崎片段的连接，复制子
30、之间的连接。染色体两端染色体两端DNADNA子链上最后复制的子链上最后复制的RNARNA引物，去引物，去除后留下空隙。除后留下空隙。（三）复制的终止（三）复制的终止5 3 3 5 5 3 3 5+5 3 3 3 3 5 5 端粒端粒(telomere)(telomere)是指真核生物染色体线性是指真核生物染色体线性DNADNA分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。结构特点结构特点 由末端单链由末端单链DNADNA序列和蛋白质构成。序列和蛋白质构成。末端末端DNADNA序列是多次重复的富含序列是多次重复的富含G G、T T碱基碱基的短序列。的短序列。TTTTTT
31、TTGGGGGGGGTTTTTTTTGGGGGGGG功能功能 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 维持维持DNADNA复制的完整性复制的完整性端粒酶端粒酶(telomerase)(telomerase)端粒酶端粒酶RNARNA(human telomerase RNA,hTR(human telomerase RNA,hTR)端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白(human telomerase(human telomerase associated protein 1,hTP1)associated protein 1,hTP1)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(human telomerase re
32、verse(human telomerase reverse transcriptase,hTRTtranscriptase,hTRT)组成组成端粒酶的催端粒酶的催化延长作用化延长作用爬爬行行模模型型DNADNA聚合酶复制子链聚合酶复制子链进一步加工进一步加工 端粒维持着染色体的稳定。端粒因细胞分裂端粒维持着染色体的稳定。端粒因细胞分裂而变短到一定程度时，细胞就会死亡。而变短到一定程度时，细胞就会死亡。端粒破损会导致端粒破损会导致DNADNA变得脆弱、容易发生变变得脆弱、容易发生变异，可能导致一些与衰老有关的疾病，如动脉硬异，可能导致一些与衰老有关的疾病，如动脉硬化和某些癌症。化和某些癌症。逆
33、转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways第四节第四节逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase)(reverse transcriptase)逆转录逆转录(reverse transcription)(reverse transcription)逆转录逆转录酶酶一、逆转录病毒和逆转录酶一、逆转录病毒和逆转录酶 逆转录病毒细胞内的逆转录现象逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶 DNA DNA-RNA RNA 杂化双链杂化双链RNARNA酶酶单链单
34、链DNADNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNADNA逆转录酶逆转录酶有三种酶的活有三种酶的活性：性：RNARNA或或DNADNA作模板的作模板的dNTPdNTP聚合酶活性和聚合酶活性和RNaseRNase活性活性 逆转录酶逆转录酶 A A A AA A A A T T T TT T T T AAAAAAAASISI核酸酶核酸酶 DNADNA聚合酶聚合酶碱水解碱水解 T T T TT T T T分子生物学研究可应用逆分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法的基因的重要方法之一，此法称为称为cDNAcDNA法。法。以以mRNAmRNA为模板
35、，经逆转录为模板，经逆转录合成的与合成的与mRNAmRNA碱基序列互补的碱基序列互补的DNADNA链。链。试管内合成试管内合成cDNAcDNAcDNAcDNA complementary DNAcomplementary DNA RNA RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶 DNA DNA-RNA RNA 杂化双链杂化双链RNARNA酶酶单链单链DNADNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNADNA整合整合宿主宿主DNADNAnRNARNA病毒在细胞内复制成病毒在细胞内复制成双链的双链的DNADNA，称为前病毒，称为前病毒，前病毒可以独立繁殖前病毒可以独立繁殖n在某些条件下，前病毒的在某些条件下，前病毒
36、的基因组通过基因重组，参基因组通过基因重组，参加到细胞基因组内，并且加到细胞基因组内，并且随着宿主的基因一起复制随着宿主的基因一起复制和表达和表达整合整合n前病毒独立繁殖或者整合，前病毒独立繁殖或者整合，都可成为致病的原因都可成为致病的原因反转录病毒细胞内的复制反转录病毒细胞内的复制二、逆转录研究的意义二、逆转录研究的意义 逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。的重大发现。逆转录现象说明：至少在某些生物，逆转录现象说明：至少在某些生物，RNARNA同样同样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。对逆转录病毒的研究，拓宽了对逆
37、转录病毒的研究，拓宽了2020世纪初已注意世纪初已注意到的病毒致癌理论。到的病毒致癌理论。滚环复制滚环复制(rolling circle replication)(rolling circle replication)三、滚环复制和三、滚环复制和D D环复制环复制 是某些低等生物的复制形式，如是某些低等生物的复制形式，如 X X174174和和M13M13噬菌体等。噬菌体等。3-OH5-P5 5 5 3 3 3 3 5滚环复制滚环复制5 5 3 3 5 dNTPdNTPDNA-polDNA-pol D D环复制环复制(D-loop replication)(D-loop replication
38、)是线粒体是线粒体DNA(mitochondrial DNADNA(mitochondrial DNA，mtDNAmtDNA)的复制形式。的复制形式。DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage(Mutation)and Repair第五节第五节遗传物质的结构改变而引起的遗传信息遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为改变，均可称为突变。突变。在复制过程中发生的在复制过程中发生的DNADNA突变称为突变称为DNADNA损伤损伤(DNA damage)(DNA damage)。从分子水平来看，突变就是从分子水平来看，突变就是DNADNA分子上碱分子上碱基的改变。基的改变
39、。一、突变的意义一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（一）突变是进化、分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（二）突变导致基因型改变（三）突变导致死亡（三）突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础（四）突变是某些疾病的发病基础 二、引发突变的因素二、引发突变的因素物理因素物理因素:紫外线紫外线(ultra violet,UV)(ultra violet,UV)、各种辐射、各种辐射 UV紫外线照射可引起核酸链上相邻的两个胸腺紫外线照射可引起核酸链上相邻的两个胸腺嘧啶形成二聚体嘧啶形成二聚体TTTT（胸腺二聚体）。（胸腺二聚体）。化学因素化学因素常见的化学诱变剂常见的化学诱变剂化合物类
40、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 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、突变的分子改变类型三、突变的分子改变类型错配错配 (mismatch)(mismatch)缺失缺失 (deletion)(deletion)插入插入 (insertion)(insertion)重排重排 (rearrangement)(rearrangement)框移框移(frame-shi
41、ft)(frame-shift)DNADNA分子上的碱基错配称分子上的碱基错配称点突变点突变(point mutation)(point mutation)。发生在同型碱基之间，即嘌呤代替发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。1.1.转换转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。啶或嘧啶变嘌呤。2.2.颠换颠换（一）错配（一）错配镰形红细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(Hb
42、A)亚基亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因（二）缺失（二）缺失、插入插入和框移和框移缺失：缺失：一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNADNA大分子上大分子上消失。消失。插入：插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到到DNADNA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
43、C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突变缺失引起框移突变（三）重排（三）重排DNADNA分子内较大片段的交换，称为分子内较大片段的交换，称为重组或重排。重组或重排。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四、四、DNADNA损伤的修复损伤的修复 修复修复(repairing(repairing)是对已发生分子改变的补偿措施，使其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。回复为原有的天然状态。光修复光修复(light repairing)(li
44、ght repairing)切除修复切除修复(excision repairing)(excision repairing)重组修复重组修复(recombination(recombination repairing)repairing)SOSSOS修复修复 修复的主要类型修复的主要类型（一）光修复（一）光修复光修复酶光修复酶(photolyase(photolyase)UVUV 光修复过程是通过光修复酶催化而完成的，需光修复过程是通过光修复酶催化而完成的，需300300600nm600nm波长照射激活波长照射激活UvrAUvrAUvrBUvrBUvrCUvrCOHOHP PDNADNA聚合酶
45、聚合酶OHOHP P （二）切除修复（二）切除修复是细胞内最重要和是细胞内最重要和有效的修复机制，主要有效的修复机制，主要由由DNA-polDNA-pol和连接酶完和连接酶完成。成。DNADNA连接酶连接酶ATPATPE.coliE.coli的切的切除修复机制除修复机制（三）重组修复（三）重组修复 这是这是DNADNA的复制过程中的复制过程中所采用的一种有差错的修复所采用的一种有差错的修复方式。方式。(recombination repairing)(recombination repairing)lDNADNA分子受到较大范围损伤分子受到较大范围损伤,使复制受到抑制时这使复制受到抑制时这种修
46、复机制用种修复机制用SOSSOS借喻细胞处于危急状态借喻细胞处于危急状态。l 损伤诱导一种特异性较低的新的损伤诱导一种特异性较低的新的DNADNA聚合酶，以聚合酶，以及重组酶等的产生。继续催化损伤部位及重组酶等的产生。继续催化损伤部位DNADNA的复制。的复制。l 通过通过SOSSOS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DNADNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。变。（四）（四）SOSSOS修复修复选择题练习选择题练习DNA 复制复制1、DNA复制时，下列哪一种酶是不需要的？复制时，下列哪一种酶是不需要的？
47、A DNA指导下的指导下的DNA聚合酶聚合酶 B DNA连接酶连接酶 C 拓扑异构酶拓扑异构酶 D 解链酶解链酶 E 限制性内切酶限制性内切酶2、合成合成DNA的原料是的原料是 A dNMA B dNDP C dNTP D NTP E NMP3、真核细胞进行、真核细胞进行DNA复制的部位是复制的部位是 A 细胞膜细胞膜 B 细胞浆细胞浆 C 细胞核细胞核 D 核蛋白体核蛋白体 E 微粒体微粒体 原核细胞进行原核细胞进行DNA复制的部位是其拟核区复制的部位是其拟核区 A 由由DNA为模板合成的为模板合成的DNA片段片段 B 由由DNA为模板合成的为模板合成的RNA片段片段 C 由由RNA为模板合
48、成的为模板合成的DNA片段片段 D 由由RNA为模板合成的为模板合成的RNA片段片段 4、DNA复制中的引物是复制中的引物是 A 5-TCTA-3 B 5-ATCT-3 C 5-UCUA-3 D 5-GCGA-3 E 3-TCTA-5 5、DNA复制时，模板序列复制时，模板序列 5-TAGA-3 将合成哪种互补序列？将合成哪种互补序列？6、关于、关于DNA复制中复制中DNA聚合酶的错误说法是聚合酶的错误说法是 A 底物是底物是dNTP B 必须有必须有DNA模板模板 C 合成方向是合成方向是53 D 需要需要Mg2+参与参与 E 需要需要ATP参与参与7、下列关于大肠杆菌、下列关于大肠杆菌DN
49、A聚合酶聚合酶 的叙述哪一项是正确的的叙述哪一项是正确的 A 具有具有3 5外切酶活性外切酶活性 B 不需要引物不需要引物 C 需要四种不同的三磷酸核苷需要四种不同的三磷酸核苷 D dUTP是它的一种作用底物是它的一种作用底物 E 可以将两个可以将两个DNA片段连接起来片段连接起来 8、DNA连接酶：连接酶：A 使使DNA形成超螺旋形成超螺旋 B 使使DNA链链 上切口的两个末端连接起来上切口的两个末端连接起来 C 合成引物合成引物 D 将双螺旋解链将双螺旋解链 E 去除引物，填补空缺去除引物，填补空缺 9、DNA复制需要复制需要(1)helicase，(2)primase，(3)DNA po
50、lymerase，(4)DNA topoisomerase，(5)DNA ligase。其作用顺序是：。其作用顺序是：A (1)(5)(2)(4)(3)B (1)(2)(3)(4)(5)C (1)(2)(4)(3)(5)D (2)(1)(3)(4)(5)E (3)(1)(4)(5)(2)F (4)(1)(2)(3)(5)10、Okazaki 片段是片段是 A DNA模板上的模板上的DNA片段片段B 引物酶催化合成的引物酶催化合成的RNA片段片段C 随从链上合成的随从链上合成的DNA片段片段D 领头链上合成的领头链上合成的DNA片段片段11、DNA复制时，子链的合成方向是复制时，子链的合成方向是
