1、进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热怎么这么热”，于是三，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑五成群，聚在大树下，或站着
2、，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑强子，别跑了，快来我给你扇扇了，快来我给你扇扇”。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你你看热的，跑什么？看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！蒲扇是中国传统工艺品，在我国
3、已有三千年多年的历史。取材的味道！蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过
4、了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅道，袅2概述概述v基因基因(gene)：为生物活性产物编码的为生物活性产物编码的DNA功能片段，这些产物是蛋白质或是各种功能片段，这些产物是蛋白质或是各种RNA。v基因组基因组(genome)：泛指一个生命体、病毒泛指一个生命体、病毒或细胞器的全部遗传物质；在真核生物，或细胞器的全部遗传物质；在真核生物，基因组是指一套染色体（单倍体）基因组是指一套染色体（单倍体）DNA。9第一节第一节 DNA指导的指导的DNA合成合成-DNA复制复制10复制复制(r
5、eplication)是指遗传物质的传代，以母链是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板为模板合成子链合成子链DNA的过程。即的过程。即DNA的生物合成。的生物合成。复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA11l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)l原核与真核生物的原核与真核生物的DNA复制复制12一、半保留复制一、
6、半保留复制vDNA复制最重要的特征是半保留复制复制最重要的特征是半保留复制(semiconservative replication)v概念：复制时，亲代的双链概念：复制时，亲代的双链DNA解开两股单链，各解开两股单链，各自作为模板自作为模板(template)指导子代合成新的互补链。子指导子代合成新的互补链。子代细胞的代细胞的DNA双链，其中一股单链从亲代完整地接双链，其中一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则重新合成。由于碱基互补，受过来，另一股单链则重新合成。由于碱基互补，两个子代细胞的两个子代细胞的DNA双链都和亲代双链都和亲代DNA碱基序列一碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复
7、制。致。这种复制方式称为半保留复制。13AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA 复制过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNA 14vv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15密度梯度实验密度梯度实验 实验结果支持实验结果支持半保留复制半保留复制的设想。的设想。
8、含重氮含重氮-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代梯度离心结果梯度离心结果1957,Meselson and Stahl Experiment 1617半保留复制的意义半保留复制的意义vDNA的半保留复制保证了的半保留复制保证了DNA在代谢上的稳在代谢上的稳定性，体现了定性，体现了DNA遗传过程的相对保守性。遗传过程的相对保守性。v遗传的保守性是相对的，而不是绝对的。自遗传的保守性是相对的，而不是绝对的。自然界普遍存在着遗传的变异性。然界普遍存在着遗传的变异性。18二、半不连续复制二、半不连续复制v复制是酶催化下
9、的核苷酸聚合过程，需要多复制是酶催化下的核苷酸聚合过程，需要多种物质的共同参与：种物质的共同参与：v底物：底物：dNTPv(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)vDNA聚合酶：即依赖聚合酶：即依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 19v模板：解开成单链的模板：解开成单链的DNA母链母链v引物：引物：RNA，提供，提供 3-OH末端末端v其它酶和蛋白质因子：解螺旋酶、拓朴其它酶和蛋白质因子：解螺旋酶、拓朴异构酶、引物酶、异构酶、引物酶、DNA连接酶、单链结连接酶、单链结合蛋白合蛋白等等2021（dNMP）n +dNTP （dNMP）n+1 +PPi3，5-磷酸二酯键磷酸二酯键22（一）（一）DN
10、A合成的方向性合成的方向性(5 3)23v顺着解链方向而生成的子链，复制是连续进行的，顺着解链方向而生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为这股链称为领头链领头链(leading strand)。另一条子链。另一条子链复制的方向与解链方向相反，复制是不连续的，复制的方向与解链方向相反，复制是不连续的，称为称为随从链随从链(lagging strand)。这种复制方式称为。这种复制方式称为半不连续复制半不连续复制。v随从链上不连续复制的随从链上不连续复制的DNA片段称为片段称为岡崎岡崎片段片段(Okazaki fragment)。每一个岡崎片段。每一个岡崎片段5-端都带端都带有一个有一个RNA引
11、物。（引物。（1968年，岡崎发现）年，岡崎发现）24（二）复制的半不连续性（二）复制的半不连续性3 5 3 5 解链方向解链方向3 5 3 3 5 领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)5 25DNA Replication 126原核生物复制时，原核生物复制时，DNA从一个起始点从一个起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。向相反的复制叉，称为双向复制。三、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27oriterA B CA.环状双链环状双链DNA及复制起始
12、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)双向复制双向复制28真核生物每个染色体有多个起始点，真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子定为一个复制子(replicon)。复制子是独立。复制子是独立完成复制的功能单位。完成复制的功能单位。2953oriorioriori535533553复制子复制子330第二节第二节 DNA复制的酶学复制的酶学vDNA复制过程需众多酶和蛋白因子参与才能完成复制过程需众多酶和蛋白因子
13、参与才能完成v包括：解螺旋酶包括：解螺旋酶(helicase)、DNA拓朴异构酶拓朴异构酶(DNA topoisomerase)、单链、单链DNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA binding protein，SSB)、引物酶、引物酶(primase)、依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶(DNA-directed DNA polymerase,DDDP or DNA-pol)、DNA连接连接酶酶(DNA ligase)等等31一、解螺旋酶一、解螺旋酶v解螺旋酶通过水解解螺旋酶通过水解ATP供能，解开双链供能，解开双链DNAv解螺旋酶可沿模板随复制叉的伸展而移动解螺旋
14、酶可沿模板随复制叉的伸展而移动vE.coli基因组和基因组和dna、DnavDnaB是解螺旋酶。是解螺旋酶。DnaA蛋白辨认复制起始蛋白辨认复制起始点，引起解链，在此基础上，点，引起解链，在此基础上，DnaC蛋白辅蛋白辅助解螺旋酶结合于初步打开的双链，并用其助解螺旋酶结合于初步打开的双链，并用其解螺旋酶活性打开双链。解螺旋酶活性打开双链。3233二、二、DNA拓扑异构酶拓扑异构酶（、）v在复制过程中，在复制过程中，DNA每复制每复制10bp，复制叉前方的，复制叉前方的模板模板DNA 双螺旋就要绕其长轴旋转一周，产生正双螺旋就要绕其长轴旋转一周，产生正超螺旋。超螺旋。3435363738v拓扑异
15、构酶拓扑异构酶I：切断切断DNA双链中一条链，使双链中一条链，使DNA解旋时不致解旋时不致打结，适当时再把切口封闭，反应不耗能打结，适当时再把切口封闭，反应不耗能v拓扑异构酶拓扑异构酶II：无无ATP时时，切断处于超螺旋状态的，切断处于超螺旋状态的DNA分子分子双链某一部位，断端通过切口使超螺旋松弛双链某一部位，断端通过切口使超螺旋松弛 利用利用ATP时时，断端在拓扑酶催化下恢复连接，断端在拓扑酶催化下恢复连接松弛状态的松弛状态的DNA又进入负超螺旋状态又进入负超螺旋状态3940三、单链三、单链DNA结合蛋白结合蛋白（SSB）vSSB的作用是在复制中维持模板处于单链状的作用是在复制中维持模板处
16、于单链状态并保护单链的完整态并保护单链的完整vSSB与与DNA的的结合具有协同效应结合具有协同效应vE.Coli中，中，SSB为为177个氨基酸残基组成的同个氨基酸残基组成的同源四聚体，结合单链源四聚体，结合单链DNA的跨度约的跨度约32个核个核苷酸单位。苷酸单位。41四、引物酶四、引物酶（primase）v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v不同于不同于RNA-pol，对利福平不敏感，对利福平不敏感v由由dnaG基因编码基因编码v催化形成的引物是催化形成的引物是DNA生物合成必需的生物合成必需的42 引发体引发体v复制过程需要引物，引物是由引物酶催化合成的复制过程需要
17、引物，引物是由引物酶催化合成的短链短链RNA分子。分子。v在解链的基础上，形成了在解链的基础上，形成了DnaB、DnaG蛋白与蛋白与DNA的起始复制区域相结合的复合体，此复合的起始复制区域相结合的复合体，此复合体再与引物酶结合成的复合体结构称为引发体。体再与引物酶结合成的复合体结构称为引发体。43五、五、DNADNA聚合酶聚合酶v1958年年Kornberg发现发现vDNA聚合酶聚合酶(DNA polymerase，DNA-pol)v又称为又称为DNA依赖的依赖的DNA聚合酶聚合酶(DNA-dependent DNA polymerase，DDDP)v原核生物的原核生物的DNA聚合酶：聚合酶：
18、I、II、III3种种v真核生物的真核生物的DNA聚合酶：聚合酶：a a、b b、g g、d d、e e5种种44（一）（一）DNA聚合酶的三种酶活性聚合酶的三种酶活性和复制的保真性和复制的保真性DNADNA聚合酶有三种酶活性聚合酶有三种酶活性 5 3聚合酶活性聚合酶活性核酸外切酶核酸外切酶(exonuclease)5 3外切酶活性外切酶活性 3 5外切酶活性外切酶活性451、53的聚合活性的聚合活性和对碱基选择和对碱基选择v聚合活性有方向性，即聚合活性有方向性，即53的聚合活性的聚合活性vDNA聚合酶对模板的依赖性，氢键的形成聚合酶对模板的依赖性，氢键的形成v原核生物原核生物DNA聚合酶聚合
19、酶III时复制延长中主要时复制延长中主要作用的酶。该酶对不同核苷酸与模板对应作用的酶。该酶对不同核苷酸与模板对应碱基的识别并聚合有选择的功能，由碱基的识别并聚合有选择的功能，由e e亚基亚基执行此功能。执行此功能。v错配几率：错配几率：dG/dAdA/dAdC/dA462、53和和35外切酶活性及校读功能外切酶活性及校读功能vDNA-pol I具有两种方向性的外切酶活性，具有两种方向性的外切酶活性，DNA-pol II只有只有53外切酶活性，外切酶活性，DNA-pol III只有只有35 外切酶活性。外切酶活性。v即时校读即时校读(proofread)：DNA-pol I的的35外外切酶活性较
20、强，在复制过程中辨认错配的碱切酶活性较强，在复制过程中辨认错配的碱基并加以切除，再利用基并加以切除，再利用53聚合酶活性补聚合酶活性补回正确的碱基，保证复制继续进行。回正确的碱基，保证复制继续进行。473、复制的保真性、复制的保真性（fidelity）DNA复制的保真性至少依赖三种机制：复制的保真性至少依赖三种机制：v遵守严格的碱基配对规律：遵守严格的碱基配对规律：A与与T、G与与CvDNA-pol III 在复制延长中对碱基的选择功能在复制延长中对碱基的选择功能v复制出错时复制出错时DNA-pol I 有即时的校读功能有即时的校读功能48（二）原核生物的（二）原核生物的DNADNA聚合酶聚合
21、酶v大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶 I、II 和和 III的性质比较的性质比较 聚合酶聚合酶 I 聚合酶聚合酶II 聚合酶聚合酶III 5 3聚合酶活性聚合酶活性 +3 5外切酶活性外切酶活性 +-+5 3外切酶活性外切酶活性 +-新生链合成新生链合成 -+-+相对分子量（相对分子量（10103 3）103 88 791.5 细胞内分子数细胞内分子数 400 40 20 生物学活性生物学活性 1 0.05 15 基因突变后的致死性基因突变后的致死性 可能可能 不可能不可能 可能可能49DNA聚合酶聚合酶I：校读、修复校读、修复Klenow 片段片段特异的蛋白酶特异的蛋白酶DNA聚合酶
22、聚合酶III：新链延长新链延长核心酶核心酶50（三）真核生物的（三）真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶vDNA聚合酶聚合酶 a a：能催化：能催化RNA链合成，具引物酶活链合成，具引物酶活性，可延长约性，可延长约100个核苷酸。个核苷酸。vDNA聚合酶聚合酶 d d：复制延长中主要起作用的酶：复制延长中主要起作用的酶 相当于原核生物的相当于原核生物的DNA-pol IIIvDNA聚合酶聚合酶 b b：相当于原核生物相当于原核生物DNA-pol IIvDNA聚合酶聚合酶 g g：位于线粒体内：位于线粒体内vDNA聚合酶聚合酶 e e：起校读、修复、填补缺口的作用，：起校读、修复、填补缺口的作用，
23、相当于原核生物相当于原核生物DNA-pol I51六、六、DNA 连接酶连接酶（DNA ligase）52 提供核糖提供核糖3-OH 提供提供5-P 结果结果DNA聚合酶聚合酶 引物或引物或 游离游离dNTP去去PPi （dNMP）n+1 延长中的新链延长中的新链连接酶连接酶 复制中不连续的复制中不连续的 不连续不连续连续链连续链 两条单链两条单链 连接双链连接双链DNA的单链缺口的单链缺口拓扑酶拓扑酶 切断、整理后切断、整理后 改变拓扑状态改变拓扑状态 的两链的两链三种酶催化生成磷酸二酯键的比较三种酶催化生成磷酸二酯键的比较53v复制过程中各酶和蛋白质因子的作用复制过程中各酶和蛋白质因子的作
24、用拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA连接酶引物领头链随从链冈崎片段553354第三节第三节 DNADNA复制的过程复制的过程 一、原核生物的一、原核生物的DNA复制过程复制过程DNADNA复制分为三个阶段复制分为三个阶段v（一）复制的（一）复制的起始起始v（二）复制的（二）复制的延长延长v（三）复制的（三）复制的终止终止55（一）复制的起始（一）复制的起始复制复制 双向复制双向复制起点起点起点56v复制是从复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这分子上的特定部位开始的，这一部位叫做复制起始点一部位叫做复制起始点(origin of replication)常用常用or
25、i或或o表示。表示。vDnaA、B、C三种蛋白质共同参与三种蛋白质共同参与v复制时双链打开成两股单链，新链沿着张开复制时双链打开成两股单链，新链沿着张开的模板生成，复制中形成的这种的模板生成，复制中形成的这种Y字形结构字形结构称为复制叉称为复制叉(replication fork)57复制叉复制叉5835593.DnaB在在DnaC的辅助下结合于初步打开的双链，并用其解螺旋酶活性开链的辅助下结合于初步打开的双链，并用其解螺旋酶活性开链复制起始，复制起始，DNA双链的解开双链的解开1.DnaA蛋白四聚体结合于蛋白四聚体结合于oriC的重复序列上的重复序列上2.DnaA蛋白与蛋白与DNA形成复合物
26、，引起解链形成复合物，引起解链60v引物长度约为十数个至数十个核苷酸。引物长度约为十数个至数十个核苷酸。在在DNA-pol催化下，靠酶的催化下，靠酶的b b亚基亚基辨认辨认引物，第一个新链的引物，第一个新链的dNTP与引物与引物3-OH末端生成磷酸二酯键末端生成磷酸二酯键。vtopoisomerase的作用的作用。61引发体的生成（上）和引发体的生成（上）和DNA解成复制叉（下）解成复制叉（下）62参与复制起始的各种蛋白质参与复制起始的各种蛋白质63（二）复制的延长（二）复制的延长v新链延伸方向：新链延伸方向：5 3vdNTP按碱基互补配对原则逐个加入而延长按碱基互补配对原则逐个加入而延长DN
27、A新链，其化学本质是生成新链，其化学本质是生成3,5-磷酸二磷酸二酯键。催化此反应的酶，在酯键。催化此反应的酶，在原核生物为原核生物为DNA-pol III。64（三）复制的终止（三）复制的终止v原核生物的环状原核生物的环状DNA多采用多采用双向复制双向复制的方式。复制的方式。复制的终止是双向复制的两子链在复制终止点的汇合。的终止是双向复制的两子链在复制终止点的汇合。v复制中的不连续片段需连接成连续的子链。这一过复制中的不连续片段需连接成连续的子链。这一过程需先由程需先由RNA酶酶水解引物，引物留下的空隙由水解引物，引物留下的空隙由DNA聚合酶聚合酶I催化催化dNTP逐一自逐一自5 3端聚合而
28、填补。最端聚合而填补。最后，两不连续片段相邻的后，两不连续片段相邻的5-P和和3-OH还有一个缺还有一个缺口，则由口，则由DNA连接酶连接酶加以连接。加以连接。65335533553355polDNA连接酶33555335RNA酶酶66滚环复制和滚环复制和D环复制环复制v滚环复制滚环复制(rolling circle replication)是某些低等是某些低等生物的复制形式，如生物的复制形式，如X174、M13噬菌体。噬菌体。vD环复制环复制(D-loop replication)是线粒体是线粒体DNA(mtDNA,mitochondrial DNA)的复制形式，复的复制形式，复制时需合成引
29、物。制时需合成引物。D环复制的特点：复制起始环复制的特点：复制起始点不在同一位点，内、外环复制有时序差别。点不在同一位点，内、外环复制有时序差别。67 滚环复制滚环复制v某些低等生物或染色体以外的某些低等生物或染色体以外的DNA的复制形的复制形式式(如噬菌体如噬菌体)。环状。环状DNA外环打开，伸出环外环打开，伸出环外作母链复制，内环不打开，一边滚动一边外作母链复制，内环不打开，一边滚动一边复制。最后一个双链环滚动复制成两个双链复制。最后一个双链环滚动复制成两个双链环。环。6835535领头链随从链5353z滚环复制滚环复制69D D环复制环复制(D-loop replication)(D-l
30、oop replication)70二、真核生物的二、真核生物的DNADNA复制过程复制过程细胞周期细胞周期71（一）复制的起始（一）复制的起始v复制起始点比复制起始点比E.coli的的ori C短短v复制的起始需要复制的起始需要DNA-pol和和参与，前者有引物酶参与，前者有引物酶活性，后者有解螺旋酶活性活性，后者有解螺旋酶活性v还需拓扑酶和复制因子还需拓扑酶和复制因子v增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原（proliferation cell nuclear antigen,PCNA）是复制起始和延长中起关键作用的。是复制起始和延长中起关键作用的。v详细机制未完全明了详细机制未完全明了72哺乳类动
31、物的哺乳类动物的cyclincyclin和和CDKCDKv细胞周期关键点的调节与蛋白激酶活性有关细胞周期关键点的调节与蛋白激酶活性有关vcyclin：细胞周期相关的蛋白激酶的调节亚基，：细胞周期相关的蛋白激酶的调节亚基，即细胞周期蛋白即细胞周期蛋白vCDK：细胞周期相关的蛋白激酶的催化亚基，即：细胞周期相关的蛋白激酶的催化亚基，即细胞周期蛋白依赖激酶细胞周期蛋白依赖激酶（cyclin dependent kinase,CDK）vcyclin和和CDK各有多种，可交叉配伍，实现对各有多种，可交叉配伍，实现对DNA复制的多样化和精确的调节复制的多样化和精确的调节73哺乳类动物的周期蛋白和哺乳类动物
32、的周期蛋白和CDKCDK CDK 相匹配的周期蛋白相匹配的周期蛋白 作用点作用点 CDK2 cyclin D1,D2,D3 G1期期 cyclin E G1 S期期 cyclin A S期期 CDK3和和CDK4 cyclin D1,D2,D3 G2期期 CDK1(CDC2)cyclin A,B G2 M期期74（二）复制的延长（二）复制的延长v复制叉及引物生成后，复制叉及引物生成后，DNA-pol通过通过PCNA的协的协同作用，逐步取代同作用，逐步取代pol，在，在RNA引物基础上继续引物基础上继续合成领头链。合成领头链。v随从链引物也由随从链引物也由pol催化合成，然后由催化合成，然后由P
33、CNA协协同，同，pol置换置换pol，继续合成，继续合成DNA子链。子链。75v引物的除去不但需要核内的引物的除去不但需要核内的RNA酶，还需要核酸酶，还需要核酸外切酶。外切酶。可见真核生物的引物除可见真核生物的引物除RNA外还有外还有DNA片段作为组成成分片段作为组成成分。v真核生物是以复制子为单位各自进行复制的，所真核生物是以复制子为单位各自进行复制的，所以引物和随从链的岗崎片段都比原核生物的短；以引物和随从链的岗崎片段都比原核生物的短；真核的岗崎片段长度大致真核的岗崎片段长度大致与一个核小体所含与一个核小体所含DNA的量（的量（135bp）或者其若干倍相等。或者其若干倍相等。v核小体核
34、小体DNA与组蛋白的组装。与组蛋白的组装。76 （三）复制终止与端粒酶（三）复制终止与端粒酶v端粒端粒(telomere)：真核生物染色体线性：真核生物染色体线性DNA分子分子末端末端的结构，富含的结构，富含(TnGn)x的的正向重复序列正向重复序列。端粒。端粒DNA受特殊蛋白质保护，不被核酸酶水解。受特殊蛋白质保护，不被核酸酶水解。v端粒酶端粒酶(telomerase)：保护端粒的特殊蛋白质，由端：保护端粒的特殊蛋白质，由端粒酶粒酶RNA(hTR)、端粒酶协同蛋白、端粒酶协同蛋白(hTP1)和端粒酶和端粒酶逆转录酶逆转录酶(hTRT)构成，该酶兼有提供构成，该酶兼有提供RNA模板和催模板和催
35、化逆转录的功能。化逆转录的功能。77v端粒酶通过爬行模型端粒酶通过爬行模型(inchworn model)的机制维持的机制维持染色体的完整。其作用是靠染色体的完整。其作用是靠hTR(AnCn)x辨认及结辨认及结合母链合母链DNA并移至其断裂的并移至其断裂的3端，开始以端，开始以逆转录逆转录的方式复制。复制一段以后，的方式复制。复制一段以后，母链可以反折而利母链可以反折而利于下游复制延伸于下游复制延伸。延伸至足够长度后，端粒酶脱。延伸至足够长度后，端粒酶脱离母链，代之以离母链，代之以DNA-pol。此时。此时母链以其母链以其3-OH反反折折，同时起引物和模板的作用，在，同时起引物和模板的作用，在
36、DNA-pol催化催化下完成末端双链的复制。下完成末端双链的复制。78模板模板798081复制过程中核小体的结构复制过程中核小体的结构82838485868788899091929394959697第四节第四节 DNADNA损伤的修复损伤的修复v突变的突变的意义意义v引发突变的引发突变的因素因素v突变的分子改变突变的分子改变类型类型vDNA损伤的损伤的修复修复98突变的意义突变的意义v是进化、分化的分子基础是进化、分化的分子基础v有些是只有基因型改变的突变有些是只有基因型改变的突变v致死性的突变致死性的突变v是某些疾病的发病基础是某些疾病的发病基础99一、基因突变的诱发因素及其作用一、基因突变
37、的诱发因素及其作用v（一）物理因素（一）物理因素：紫外线和各种辐射：紫外线和各种辐射v（二）化学因素：（二）化学因素：EB、羟胺类、亚硝酸盐、烷化剂、羟胺类、亚硝酸盐、烷化剂v（三）生物因素：黄曲霉素、抗生素类（三）生物因素：黄曲霉素、抗生素类100二、基因突变的类型二、基因突变的类型v碱基替换碱基替换(base substitution)、移码突变、移码突变(frame-shift mutation)、重排、重排(rearrangement)和动态突变和动态突变(dynamic mutation)等等v错配错配（mismatch)v缺失缺失（deletion）、插入、插入（insertion
38、）和框移和框移（frame-shift）v重排重排（rearrangement）101（一）碱基替换（一）碱基替换v点突变点突变(point mutation)v转换转换(transition)和颠换和颠换(transversion)v颠换比转换导致的遗传后果严重颠换比转换导致的遗传后果严重102v镰刀形细胞贫血病人的镰刀形细胞贫血病人的Hb为为Hbs,与正常成人与正常成人Hb(HbA)比较，比较，只是只是链上链上第第6号氨基酸号氨基酸的变异，基因上的改变仅是为第的变异，基因上的改变仅是为第6号号氨基酸编码的密码子上的一个点突变。氨基酸编码的密码子上的一个点突变。103碱基替换发生在编码序列中
39、出现的碱基替换发生在编码序列中出现的结果结果v1.同义突变同义突变(same sense mutation)v2.错义突变错义突变(missense mutation)v3.无义突变无义突变(nonsense mutation)v4.通读突变通读突变(read through mutation)104（二）移码突变（二）移码突变v移码突变：是由于一个或一段核苷酸的缺失或插移码突变：是由于一个或一段核苷酸的缺失或插入引起的突变。这样引起三联密码的阅读方式改入引起的突变。这样引起三联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，其后变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变，其后果是翻译出一级结
40、构完全不同的另一种蛋白质。果是翻译出一级结构完全不同的另一种蛋白质。缺失引起框移突变缺失引起框移突变105（三）重排（三）重排vDNA分子内发生较大的交换。移位的分子内发生较大的交换。移位的DNA可以在可以在新位点上颠倒方向反置（倒位），也可以在染色新位点上颠倒方向反置（倒位），也可以在染色体之间发生交换重组。体之间发生交换重组。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106（四）动态突变（四）动态突变v又称为三核苷酸重复扩散又称为三核苷酸重复扩散(trinucleotide repeat expansion)v其显著特点是具有遗传不稳定性其显著特点是具有遗传不
41、稳定性v可能与姐妹染色单体的不等交换和重复可能与姐妹染色单体的不等交换和重复序列的断裂错位有关。序列的断裂错位有关。107三、基因突变的后果三、基因突变的后果v（一）生物进化的分子基础（一）生物进化的分子基础v（二）仅改变基因型，不改变表现型（二）仅改变基因型，不改变表现型v（三）产生蛋白质分子的多态性（三）产生蛋白质分子的多态性v（四）发生遗传及其相关性疾病（四）发生遗传及其相关性疾病v（五）致死性突变（五）致死性突变(lethal mutation)108四、四、DNADNA损伤的修复损伤的修复（一）直接修复（一）直接修复（二）切除修复（二）切除修复（三）重组修复（三）重组修复（四）（四）
42、SOS修复修复109（一）直接修复一）直接修复v1.裂口的修复裂口的修复v2.光复活光复活(photoreactivation)v3.烷基的转移烷基的转移NNCH3OORHPHROOCH3NNNNCH3OORHHNNCH3OORPUVTT光修复酶110（二）切除修复（二）切除修复v参与的酶有核酸内切酶，参与的酶有核酸内切酶，pol，DNA连接酶连接酶特异核酸内切酶pol DNA连接酶111（三）重组修复（三）重组修复v重组蛋白重组蛋白RecA，pol，连接酶参与，损伤，连接酶参与，损伤会保留下去会保留下去112（四）（四）SOS修复修复vDNA损伤面太大，复制难以继续。损伤面太大，复制难以继续
43、。v复制，修复的酶，重组蛋白复制，修复的酶，重组蛋白RecA，调控蛋，调控蛋白白LexA等组成一个庞大的调控网络。等组成一个庞大的调控网络。v特异性很低，特异性很低，对对DNA的碱基识别能力差。的碱基识别能力差。v着色性干皮病：患者缺乏特异的核酸内切着色性干皮病：患者缺乏特异的核酸内切酶，紫外光照射后易患皮肤癌。酶，紫外光照射后易患皮肤癌。v倾向差错的合成。倾向差错的合成。113114第五节第五节 RNA指导的指导的DNA合成合成v大多数生物的遗传物质是双链大多数生物的遗传物质是双链DNAv某些病毒的遗传物质是某些病毒的遗传物质是RNAv少数低等生物如少数低等生物如M13噬菌体的感染型只含单链
44、噬菌体的感染型只含单链DNAv原核生物的质粒、真核生物的线粒体原核生物的质粒、真核生物的线粒体DNA都是染都是染色体外存在的色体外存在的DNA，这些非染色体基因组，采用，这些非染色体基因组，采用特殊方式进行复制特殊方式进行复制115逆转录病毒和逆转录酶逆转录病毒和逆转录酶vRNA病毒也称为逆转录病毒病毒也称为逆转录病毒(retrovirus)v逆转录逆转录(reverse transcription,也称为反转录也称为反转录)是以是以RNA为模板为模板，依照，依照RNA中核苷酸序列，中核苷酸序列，以以dNTPs为原料为原料合成合成DNA。因与通常转录中。因与通常转录中DNARNA相反，故称为逆
45、转录。相反，故称为逆转录。116v逆转录由逆转录由逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase,RDDP)催化。逆转录酶有三种活性：催化。逆转录酶有三种活性：RNA作作模板的模板的DNA聚合活性、聚合活性、Rnase H活性、活性、DNA作模板的作模板的DNA聚合活性。聚合活性。v病毒自身的病毒自身的tRNA可用作复制引物。可用作复制引物。v前病毒前病毒(provirus)和整合和整合(integration)。117逆转录酶催化的逆转录酶催化的cDNA合成合成A.逆转录病毒细胞内复制逆转录病毒细胞内复制B.试管内合成试管内合成cDNA A B第一步第一步第二步第二步第三步第三
46、步118逆转录研究的意义逆转录研究的意义v中心法则：中心法则：DNA处于生命活动的中心处于生命活动的中心v逆转录：逆转录：RNA同样兼有遗传信息传代与表同样兼有遗传信息传代与表达功能达功能v核酶核酶(ribozyme)v癌基因和癌基因和HIV(human immuno-deficiency virus)vcDNA(complementary DNA)和基因工程和基因工程119本章总结本章总结1、掌握生物学中心法则。、掌握生物学中心法则。2、掌握、掌握DNA聚合酶催化的反应，复制保真性依赖聚合酶催化的反应，复制保真性依赖的机理。的机理。3、掌握、掌握DNA点突变、缺失、插入、重组等的概念、点突变
47、、缺失、插入、重组等的概念、损伤的修复方式。损伤的修复方式。4、掌握半保留复制，不连续复制的概念。、掌握半保留复制，不连续复制的概念。5、熟悉解螺旋酶，拓扑异构酶、熟悉解螺旋酶，拓扑异构酶，引物酶及，引物酶及DNA 连接酶催化的反应。连接酶催化的反应。1202、教学内容、教学内容 v（1）半保留复制的概念及实验依据；）半保留复制的概念及实验依据；DNA复制的复制的特点。特点。v（2）参与）参与DNA复制的酶类及其作用；复制过程中复制的酶类及其作用；复制过程中高度保真的机理；原核生物、真核生物高度保真的机理；原核生物、真核生物DNA复制复制的基本过程及其区别点；端粒和端粒酶的概念及的基本过程及其
48、区别点；端粒和端粒酶的概念及其在真核生物复制终止过程中的作用机制。其在真核生物复制终止过程中的作用机制。v（3）逆转录的概念、过程及意义。）逆转录的概念、过程及意义。v（4）突变的概念及其意义；引发突变的因素及突）突变的概念及其意义；引发突变的因素及突变的类型；变的类型；DNA损伤修复的类型及相关机制。损伤修复的类型及相关机制。1213、考核知识和考核要求、考核知识和考核要求v（1）识记：复制、半保留复制）识记：复制、半保留复制、半不连续复制、半不连续复制、领头链和随后链、冈崎片段、端粒、端粒酶和逆领头链和随后链、冈崎片段、端粒、端粒酶和逆转录的基本概念；参与复制各类酶的名称及基本转录的基本概
49、念；参与复制各类酶的名称及基本作用；突变的常见类型及生物学意义；作用；突变的常见类型及生物学意义；DNA损伤损伤类型及切除修复机制。类型及切除修复机制。v（2）领会：复制过程中的高保真性机理。逆转）领会：复制过程中的高保真性机理。逆转录的生物学意义。录的生物学意义。v（3）简单运用：）简单运用：DNA的生物合成过程是分子生的生物合成过程是分子生物学技术物学技术-PCR技术的基础。技术的基础。122本章复习题本章复习题v1、DNA复制时不需要下列哪种酶？复制时不需要下列哪种酶？A DNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶 B RNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶 C DNA指导的指导的RNA聚合酶聚
50、合酶 D 连接酶连接酶 E 拓扑异构酶拓扑异构酶123v2、下列过程中不需要、下列过程中不需要DNA连接酶参与的是连接酶参与的是 A DNA 复制复制 B DNA重组重组 C DNA 修复修复 D DNA修饰修饰124v3、DNA复制时，如模板链为复制时，如模板链为5-TAGA-3 将会合成哪种互补结构？将会合成哪种互补结构？A 5-TCTA-3 B 5-ATCT-3 C 5-UCUA-3 D 5-AUCU-31254 4、名词解释、名词解释v半保留复制，半不连续合成，领头链，随从链，半保留复制，半不连续合成，领头链，随从链，冈崎片段，端粒，端粒酶，逆转录。冈崎片段，端粒，端粒酶，逆转录。5
