生物化學(xué)DNA復(fù)制與修復(fù)

1、1 在宿主細(xì)胞中一些在宿主細(xì)胞中一些RNA病毒病毒能以能以 自身的自身的RNA為模板為模板復(fù)制出新的病毒復(fù)制出新的病毒 RNA，還有一些，還有一些RNA病毒能以自身病毒能以自身 RNA為模板為模板逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄合成合成DNA。 遺傳信息遺傳信息以密碼的形式以密碼的形式儲存在儲存在DNA分子分子上，表現(xiàn)為特定的上，表現(xiàn)為特定的 核苷酸排列順序。核苷酸排列順序。 在細(xì)胞分裂過程中，通過在細(xì)胞分裂過程中，通過DNA的復(fù)制把親代細(xì)胞的遺傳信的復(fù)制把親代細(xì)胞的遺傳信 息傳遞給兩個子代細(xì)胞。在子代細(xì)胞的生長發(fā)育過程中，這些息傳遞給兩個子代細(xì)胞。在子代細(xì)胞的生長發(fā)育過程中，這些 遺傳信息通過遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳

2、遞給轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由，再由RNA翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋 白質(zhì)白質(zhì)，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與使后代表現(xiàn)出與 親代相似的遺傳特征。親代相似的遺傳特征。 2 遺傳的中心法則遺傳的中心法則 總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動規(guī)律總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動規(guī)律 揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對細(xì)胞的生長、揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對細(xì)胞的生長、 發(fā)育、遺傳和變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識，而發(fā)育、遺傳和變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識，而 且以此為基礎(chǔ)發(fā)展起來的且以此為基礎(chǔ)發(fā)展起來的基因工程基因工程，給人類的生產(chǎn)和，給人類的生產(chǎn)

3、和 生活帶來了巨大的影響。生活帶來了巨大的影響。 3 1、 半保留復(fù)制半保留復(fù)制 DNA復(fù)制時，以復(fù)制時，以親代親代DNA的兩條鏈的兩條鏈 分別作為模板分別作為模板，在，在DNA聚合酶的催化下，聚合酶的催化下， 按按堿基互補(bǔ)的原則堿基互補(bǔ)的原則合成兩條與模板鏈互合成兩條與模板鏈互 補(bǔ)的新鏈，補(bǔ)的新鏈，組成新的組成新的DNA分子分子。新形成。新形成 的兩個的兩個DNA分子與親代分子與親代DNA分子的堿基分子的堿基 順序完全一樣。由于順序完全一樣。由于子代子代DNA分子中一分子中一 條鏈來自親代，而另一條鏈?zhǔn)切潞铣蓷l鏈來自親代，而另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，的?因此這種復(fù)制方式稱為因此這種復(fù)制方式稱為半

4、保留復(fù)制半保留復(fù)制(semi- conservative replication)。 二、二、DNA復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn) 4 DNA 半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù) 半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù) 1958年年Meselson & stahl，用，用同位素示蹤標(biāo)記同位素示蹤標(biāo)記加加密度梯度離心密度梯度離心 技術(shù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證明了證明了DNA是采取半保留的方式進(jìn)行復(fù)制是采取半保留的方式進(jìn)行復(fù)制 15N培養(yǎng)基 培養(yǎng)基 14N培養(yǎng)基 培養(yǎng)基 14N培養(yǎng)基 培養(yǎng)基 5 A B C 1963年，年，Cairns 用用放射自顯影放射自顯影的方法首次觀察到完整的正的方法首次觀察到完整的正 在復(fù)制的在復(fù)制的大腸桿菌染色體大腸桿菌

5、染色體DNA。 將將3H-胸苷標(biāo)記大腸桿菌胸苷標(biāo)記大腸桿菌DNA近兩代的時間近兩代的時間，使，使3H-胸苷摻胸苷摻 入大腸桿菌入大腸桿菌DNA中。然后用溶菌酶把細(xì)胞壁消化掉，使完整的中。然后用溶菌酶把細(xì)胞壁消化掉，使完整的 大腸桿菌染色體大腸桿菌染色體DNA釋放出來，再通過放射自顯影，得到下圖釋放出來，再通過放射自顯影，得到下圖 。非復(fù)制部分（。非復(fù)制部分（C）銀粒子密度較低，由一股放射性鏈和一股）銀粒子密度較低，由一股放射性鏈和一股 非放射性鏈構(gòu)成。已復(fù)制部分站整個染色體的三分之二，其中非放射性鏈構(gòu)成。已復(fù)制部分站整個染色體的三分之二，其中 一條雙鏈（一條雙鏈（ B ）僅有一股鏈有標(biāo)記，另外

6、一股雙鏈（）僅有一股鏈有標(biāo)記，另外一股雙鏈（ A ）的兩）的兩 股鏈都有標(biāo)記，銀粒子密度為前二者的兩倍。股鏈都有標(biāo)記，銀粒子密度為前二者的兩倍。 復(fù)制中的大腸桿菌染色體放復(fù)制中的大腸桿菌染色體放 射自顯影圖射自顯影圖 (Caims實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)) C A B 6 2、有一定的復(fù)制起點(diǎn)、有一定的復(fù)制起點(diǎn) 基因組能獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的單位，稱為基因組能獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的單位，稱為復(fù)制子（復(fù)制子（replicon）。 每個每個復(fù)制子復(fù)制子都含有控制復(fù)制的都含有控制復(fù)制的起點(diǎn)（起點(diǎn)（origin），），可能還有可能還有復(fù)制終復(fù)制終 點(diǎn)（點(diǎn)（terminus）。）。DNA的復(fù)制是在的復(fù)制是在起始階段起始階段進(jìn)行控制的，

7、一旦復(fù)進(jìn)行控制的，一旦復(fù) 制開始，就延續(xù)到完成復(fù)制為止。制開始，就延續(xù)到完成復(fù)制為止。原核生物中原核生物中的復(fù)制起始點(diǎn)通常的復(fù)制起始點(diǎn)通常 為一個，而為一個，而真核生物真核生物中為多個。中為多個。 大腸桿菌的大腸桿菌的復(fù)制起點(diǎn)（復(fù)制起點(diǎn)（ori C），由），由245bp構(gòu)成構(gòu)成，關(guān)鍵序列在，關(guān)鍵序列在 于于三個三個13bp的序列和的序列和四個四個9bp的序列。的序列。 GATCTNTTNTTT 成串排列的三個成串排列的三個13bp序列序列 共有序列共有序列共有序列共有序列 TTATCCACA DnaA蛋白結(jié)合位點(diǎn)四個蛋白結(jié)合位點(diǎn)四個9bp序列序列 大腸桿菌大腸桿菌DNA復(fù)制起點(diǎn)復(fù)制起點(diǎn)成串排列

8、的重復(fù)序列成串排列的重復(fù)序列 7 3、需要引物、需要引物 DNA聚合酶必須以一段具有聚合酶必須以一段具有3端自由羥基（端自由羥基（3-OH）的的 RNA作為作為引物引物(primer) ，才能開始合成子代，才能開始合成子代DNA鏈。鏈。 RNA引物的大小，在引物的大小，在原核生物中通常為原核生物中通常為50100個核苷個核苷 酸酸，而在，而在真核生物中約為真核生物中約為10個核苷酸個核苷酸。RNA引物的堿基順序，引物的堿基順序， 與其模板與其模板DNA的堿基順序相配對。的堿基順序相配對。 8 4、多為雙向、多為雙向復(fù)制復(fù)制 雙向復(fù)制：雙向復(fù)制：多數(shù)復(fù)制從起始點(diǎn)向多數(shù)復(fù)制從起始點(diǎn)向2個方向進(jìn)行復(fù)

9、制，個方向進(jìn)行復(fù)制， 有有2個復(fù)制叉。個復(fù)制叉。 單向復(fù)制：單向復(fù)制：少數(shù)復(fù)制從起始點(diǎn)向少數(shù)復(fù)制從起始點(diǎn)向1個方向進(jìn)行復(fù)制，個方向進(jìn)行復(fù)制， 只有只有1個復(fù)制叉。個復(fù)制叉。 DNA雙向復(fù)制：雙向復(fù)制：在復(fù)制過程結(jié)束前加入在復(fù)制過程結(jié)束前加入3H，通過放射自顯，通過放射自顯 影觀察標(biāo)記影觀察標(biāo)記（紅色），（紅色），判斷復(fù)制是雙向還是單向。判斷復(fù)制是雙向還是單向。 9 3H標(biāo)記大腸桿菌 標(biāo)記大腸桿菌DNA結(jié)果表明兩條鏈?zhǔn)峭瑫r復(fù)制結(jié)果表明兩條鏈?zhǔn)峭瑫r復(fù)制 的的（紅色表示新合成的鏈），（紅色表示新合成的鏈），電鏡下觀察到的復(fù)制過電鏡下觀察到的復(fù)制過 程，正好與放射自顯影上所顯示的相符。程，正好與放射自

10、顯影上所顯示的相符。 DNA雙向復(fù)制可視圖二：雙向復(fù)制可視圖二： 10 5、半不連續(xù)復(fù)制、半不連續(xù)復(fù)制 由于由于DNA聚合酶只能以聚合酶只能以53方向聚合方向聚合子代子代DNA鏈鏈， 即即模板模板DNA鏈鏈的方向必須為的方向必須為35。因此，分別以兩條。因此，分別以兩條 親代親代DNA鏈作為模板聚合子代鏈作為模板聚合子代DNA鏈時的方式是不同鏈時的方式是不同 的。的。 (leading strand) (lagging strand) 11 以以35方向的親代方向的親代DNA鏈作模板的子鏈，在復(fù)鏈作模板的子鏈，在復(fù) 制時連續(xù)合成，子鏈的聚合方向?yàn)橹茣r連續(xù)合成，子鏈的聚合方向?yàn)?3 ，這一條新，

11、這一條新 合成的子鏈被稱為合成的子鏈被稱為前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈(leading strand)或領(lǐng)頭鏈或領(lǐng)頭鏈。 以以53 方向的親代方向的親代 DNA鏈為模板，合成鏈為模板，合成 子鏈的過程不連續(xù)，子鏈的過程不連續(xù)， 這條鏈被稱為這條鏈被稱為隨從鏈隨從鏈 (lagging strand)或滯或滯 后鏈后鏈。 12 DNA雙鏈在復(fù)制時逐步解開，雙鏈在復(fù)制時逐步解開， 因此因此隨從鏈隨從鏈的合成是一段一段的。的合成是一段一段的。 DNA在復(fù)制時，由隨從鏈所在復(fù)制時，由隨從鏈所 形成的一些子代形成的一些子代DNA短鏈稱為短鏈稱為岡岡 崎片段崎片段(Okazaki fragment)。 岡崎片段長度，在原核

12、生物岡崎片段長度，在原核生物 中約為中約為10002000個核苷酸，而真?zhèn)€核苷酸，而真 核生物中約為核生物中約為100200個核苷酸。個核苷酸。 13 1、半保留復(fù)制、半保留復(fù)制 2、有一定的復(fù)制起點(diǎn)有一定的復(fù)制起點(diǎn) 3、引物、引物 4、雙向雙向復(fù)制復(fù)制 5、半不連續(xù)復(fù)制、半不連續(xù)復(fù)制 DNA 復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn) 14 三、三、DNA復(fù)制的條件復(fù)制的條件 1、底物、底物 以以四種脫氧核糖核酸四種脫氧核糖核酸(deoxynucleotide triphosphate) 為底物，即為底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。 (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 2

13、、模板、模板(template) DNA復(fù)制是復(fù)制是模板依賴性模板依賴性的，必須以親代的，必須以親代DNA鏈作為模板。鏈作為模板。 親代親代DNA的兩股鏈解開后，可分別作為模板進(jìn)行復(fù)制。的兩股鏈解開后，可分別作為模板進(jìn)行復(fù)制。 15 16 3、拓?fù)洚悩?gòu)酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶 除連環(huán)數(shù)不同外其他性質(zhì)均相同的除連環(huán)數(shù)不同外其他性質(zhì)均相同的DNA分子稱為分子稱為拓?fù)洚悩?gòu)體拓?fù)洚悩?gòu)體 （topological isomers），），引起拓?fù)洚悩?gòu)反應(yīng)的酶稱為引起拓?fù)洚悩?gòu)反應(yīng)的酶稱為拓?fù)洚悩?gòu)拓?fù)洚悩?gòu) 酶（酶（topo isomerase）。）。 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶：能使能使DNA的的一條鏈一條鏈發(fā)生斷裂和再連接

14、，反應(yīng)無發(fā)生斷裂和再連接，反應(yīng)無 需供給能量。需供給能量。 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶：能使能使DNA的的兩條鏈兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接，引入超發(fā)生斷裂和再連接，引入超 螺旋時需要螺旋時需要ATP供給能量。供給能量。 原核生物原核生物的的拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶引入引入 負(fù)超螺旋，而負(fù)超螺旋，而拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶可可 減少負(fù)超螺旋。減少負(fù)超螺旋。真核生物真核生物略有略有 不同，但均在協(xié)同作用下控制不同，但均在協(xié)同作用下控制 著著DNA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 17 4、解鏈酶和單鏈、解鏈酶和單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 2. 單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（single-strand binding p

15、rotein, SSB）: 是一些能夠與單鏈?zhǔn)且恍┠軌蚺c單鏈DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)因子。結(jié)合的蛋白質(zhì)因子。 作用：作用： 穩(wěn)定單鏈穩(wěn)定單鏈DNA，阻止，阻止 DNA復(fù)性，避免被核復(fù)性，避免被核 酸酶降解，便于復(fù)制酸酶降解，便于復(fù)制 子代子代DNA 。 1. 解鏈酶（解鏈酶（helicase，解螺旋酶）：，解螺旋酶）：斷裂互補(bǔ)堿基間的氫鍵，斷裂互補(bǔ)堿基間的氫鍵， 使使DNA雙鏈分離形成雙鏈分離形成“復(fù)制叉復(fù)制叉”。 18 5、引發(fā)體和、引發(fā)體和RNA引物引物 引發(fā)體（引發(fā)體（primosome）：）：由由引發(fā)前體引發(fā)前體與與引物酶（引物酶（primase） 組裝而成（解螺旋酶、引物和引物酶）。組裝而

16、成（解螺旋酶、引物和引物酶）。 引發(fā)前體引發(fā)前體：由若干蛋白因子聚合而成的復(fù)合體。在原核生：由若干蛋白因子聚合而成的復(fù)合體。在原核生 物中，引發(fā)前體至少由六種蛋白因子構(gòu)成。物中，引發(fā)前體至少由六種蛋白因子構(gòu)成。 引物酶：引物酶：是一種是一種依賴依賴DNA的的 RNA聚合酶（聚合酶（DDRP），），該該 酶以酶以DNA為模板，聚合一段為模板，聚合一段 RNA短鏈引物（短鏈引物（primer），）， 以提供自由的以提供自由的3-OH，使子，使子 代代DNA鏈能夠開始聚合。鏈能夠開始聚合。 19 6、DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶種類：聚合酶種類： 原核生物中，原核生物中，DNA聚合酶至少有五種，

17、分別命聚合酶至少有五種，分別命 名為名為DNA聚合酶聚合酶、 DNA聚合酶聚合酶、 DNA聚合酶聚合酶 、 DNA聚合酶聚合酶、 DNA聚合酶聚合酶。 真核生物中，真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有五種，聚合酶有五種， 分別命名為分別命名為DNA聚合酶聚合酶、DNA聚合酶聚合酶、DNA聚合聚合 酶酶、DNA聚合酶聚合酶、DNA聚合酶聚合酶。 20 DNA聚合酶聚合酶（pol ）：）： 是由單一肽鏈組成的大分子是由單一肽鏈組成的大分子 蛋白質(zhì)，可被特異的蛋白酶蛋白質(zhì)，可被特異的蛋白酶 水解為兩個片段，其中的大水解為兩個片段，其中的大 片段稱為片段稱為Klenow fragment，

18、具有具有53聚合酶聚合酶活性和活性和 35外切酶外切酶活性?；钚?。 DNA聚合酶生理功能：聚合酶生理功能： 原核生物原核生物 21 DNA聚合酶聚合酶 （pol ）：）： 多個亞基組成，其中多個亞基組成，其中亞基具有亞基具有 53 聚合酶活性聚合酶活性，因而具有復(fù)制因而具有復(fù)制DNA 的功能；而的功能；而亞基具有亞基具有35外切酶的活外切酶的活 性，性，因此它與因此它與DNA復(fù)制的校對功能有關(guān)。復(fù)制的校對功能有關(guān)。 亞基為依賴亞基為依賴DNA的的ATP酶酶 DNA聚合酶聚合酶（pol ）：）： 為多亞基酶，其聚合酶亞基有一條多肽鏈組成，酶活為多亞基酶，其聚合酶亞基有一條多肽鏈組成，酶活 力比力

19、比DNA聚合酶聚合酶高。除高。除53 聚合酶活性聚合酶活性外，還具有外，還具有 35 外切酶活性外切酶活性，但無，但無53 外切酶活性。外切酶活性。DNA聚合酶聚合酶 不是復(fù)制酶，而是不是復(fù)制酶，而是修復(fù)酶修復(fù)酶。 22 DNA聚合酶聚合酶和和： 1999年才被發(fā)現(xiàn)，涉及年才被發(fā)現(xiàn)，涉及DNA的錯誤傾向修復(fù)的錯誤傾向修復(fù) （errorprone repair）。）。 當(dāng)當(dāng)DNA受到較受到較嚴(yán)重?fù)p傷嚴(yán)重?fù)p傷時，即可誘導(dǎo)產(chǎn)生這兩種酶時，即可誘導(dǎo)產(chǎn)生這兩種酶 進(jìn)行修復(fù)，但進(jìn)行修復(fù)，但修復(fù)缺乏準(zhǔn)確性修復(fù)缺乏準(zhǔn)確性，因而出現(xiàn)，因而出現(xiàn)高突變率高突變率。 高突變率雖然會殺死許多細(xì)胞，但至少可以克服復(fù)高突變

20、率雖然會殺死許多細(xì)胞，但至少可以克服復(fù) 制障礙，使少數(shù)突變的細(xì)胞得以生存。制障礙，使少數(shù)突變的細(xì)胞得以生存。 23 真核生物真核生物 DNA聚合酶聚合酶（pol ）：）： 參與染色體參與染色體DNA復(fù)制復(fù)制（延長隨從鏈）（延長隨從鏈） DNA聚合酶聚合酶（pol ）：）： 在其他聚合酶無活性時才發(fā)揮作用在其他聚合酶無活性時才發(fā)揮作用 DNA聚合酶聚合酶（pol ）：）： 參與線粒體參與線粒體DNA復(fù)制復(fù)制 DNA聚合酶聚合酶（pol ）：）： 參與染色體參與染色體DNA復(fù)制復(fù)制（延長前導(dǎo)鏈）（延長前導(dǎo)鏈） DNA聚合酶聚合酶（pol ）：）： 與與DNA損傷修復(fù)、校正和填補(bǔ)缺口有關(guān)損傷修復(fù)、校

21、正和填補(bǔ)缺口有關(guān) 24 原核生物中三種原核生物中三種DNA聚合酶的性質(zhì)比較聚合酶的性質(zhì)比較 25 真核生物中真核生物中DNA聚合酶的性質(zhì)比較聚合酶的性質(zhì)比較 26 DNA復(fù)制的復(fù)制的： DNA復(fù)制過程是一個高度精確的過程，據(jù)估計，大腸桿菌復(fù)制過程是一個高度精確的過程，據(jù)估計，大腸桿菌 DNA復(fù)制復(fù)制1091010個堿基才出現(xiàn)一個誤差（體外的錯配率個堿基才出現(xiàn)一個誤差（體外的錯配率 1/104105）。對有）。對有4.6 106個堿基對的大腸桿菌染色體來說，這個堿基對的大腸桿菌染色體來說，這 意味著每進(jìn)行意味著每進(jìn)行100010000次復(fù)制才出現(xiàn)一次錯誤。次復(fù)制才出現(xiàn)一次錯誤。 保證復(fù)制忠實(shí)性的

22、原因保證復(fù)制忠實(shí)性的原因主要有以下三點(diǎn)主要有以下三點(diǎn): 1DNA聚合酶的高度專一性：聚合酶的高度專一性： 嚴(yán)格遵循堿基配對原則（錯配率為嚴(yán)格遵循堿基配對原則（錯配率為7 10-6 ） 2DNA聚合酶的校對功能：聚合酶的校對功能： 錯配堿基被錯配堿基被DNA聚合酶的聚合酶的35外切酶活力切除外切酶活力切除 3. 起始時以起始時以RNA作為引物作為引物 27 為什么為什么RNA作為引物作為引物，能夠保，能夠保 證證DNA聚合過程的聚合過程的高度精確高度精確？ 28 DNA 聚合酶具有聚合酶具有35 外切酶功能，以校正復(fù)制過程外切酶功能，以校正復(fù)制過程 中的核苷酸中的核苷酸，也就是說聚合酶在開始形成

23、一個，也就是說聚合酶在開始形成一個新的磷酸二新的磷酸二 酯鍵前，總是檢查前一個堿基是否正確酯鍵前，總是檢查前一個堿基是否正確，這也決定了，這也決定了DNA 復(fù)制復(fù)制不能從頭開始合成不能從頭開始合成。因此，先合成一條低忠實(shí)性的多。因此，先合成一條低忠實(shí)性的多 核苷酸來開始核苷酸來開始DNA的合成，并以核糖核苷酸來表示是的合成，并以核糖核苷酸來表示是“暫暫 時時”的，當(dāng)?shù)?，?dāng)DNA開始聚合以后再利用開始聚合以后再利用53 外切酶外切酶的功能的功能 進(jìn)行切除，確保復(fù)制的忠實(shí)性。進(jìn)行切除，確保復(fù)制的忠實(shí)性。 29 7、DNA連接酶連接酶 催化雙鏈催化雙鏈DNA切口處切口處 的的5-磷酸基和磷酸基和3-

24、羥基生成羥基生成 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵，使兩段，使兩段DNA 連接起來。連接起來。 DNA連接酶（連接酶（DNA ligase）：）： 30 作用順序作用順序 DNA復(fù)制酶系復(fù)制酶系 四、四、DNA復(fù)制的過程復(fù)制的過程 31 大腸桿菌的大腸桿菌的DNA復(fù)制復(fù)制 1. 復(fù)制的起始復(fù)制的起始 DNA復(fù)制起始位點(diǎn)：復(fù)制起始位點(diǎn)：大腸桿菌的復(fù)制起點(diǎn)由大腸桿菌的復(fù)制起點(diǎn)由245bp構(gòu)成，其構(gòu)成，其 中有中有3個個13bp和和4個個9bp的關(guān)鍵序列的關(guān)鍵序列 GATCTNTTNTTT 成串排列的三個成串排列的三個13bp序列序列 共有序列共有序列共有序列共有序列 TTATCCACA DnaA蛋白結(jié)合位點(diǎn)四

25、個蛋白結(jié)合位點(diǎn)四個9bp序列序列 DnaA蛋白蛋白 （20-40） ATP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn) DnaB (解螺旋酶解螺旋酶) SSB 大腸桿菌大腸桿菌DNA復(fù)制起點(diǎn)起始階段的結(jié)構(gòu)模型復(fù)制起點(diǎn)起始階段的結(jié)構(gòu)模型 DNA DnaA識別起始序列，解開雙鏈識別起始序列，解開雙鏈 DnaB解開解開DNA雙鏈雙鏈 DnaC幫助幫助DnaB結(jié)合于起點(diǎn)處結(jié)合于起點(diǎn)處 HU類組蛋白類組蛋白使使DNA彎曲，刺激復(fù)制的引發(fā)彎曲，刺激復(fù)制的引發(fā) SSB結(jié)合單鏈結(jié)合單鏈DNA RNA 聚合酶聚合酶促進(jìn)促進(jìn)DnaA活性活性 Top II消除解鏈過程產(chǎn)生的扭曲張力消除解鏈過程產(chǎn)生的扭曲張力 32 解旋解鏈，形成復(fù)制叉：解旋解

26、鏈，形成復(fù)制叉： 由由拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶和和解鏈酶解鏈酶作用，使作用，使DNA的的超螺旋及雙螺旋結(jié)超螺旋及雙螺旋結(jié) 構(gòu)構(gòu)解開，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈解開，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。單鏈。單鏈DNA 結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在兩條單鏈）結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成上，形成復(fù)制叉復(fù)制叉。 33 組裝引發(fā)體：組裝引發(fā)體：由蛋白因子（如由蛋白因子（如dnaB等）識別復(fù)制起始點(diǎn)，等）識別復(fù)制起始點(diǎn)， 并與其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成并與其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成引發(fā)體引發(fā)體（解螺（解螺 旋酶、引物和引物酶）。旋酶、引物和引物酶）。 引發(fā)：引發(fā)：在引物酶（在引物酶（

27、RNA聚合酶）的催化下，以聚合酶）的催化下，以DNA為模為模 板，合成一段短的板，合成一段短的RNA片段，從而獲得片段，從而獲得3端自由羥基（端自由羥基（3- OH）。）。 34 2. 復(fù)制的延長復(fù)制的延長 DNA聚合酶，以聚合酶，以35 方向的親代方向的親代DNA鏈為模板，從鏈為模板，從 53 方向聚合子代方向聚合子代DNA鏈。在鏈。在原核生物原核生物中，參與中，參與DNA復(fù)制復(fù)制 延長的是延長的是DNA聚合酶聚合酶；而在；而在真核生物真核生物中，是中，是DNA聚合酶聚合酶 （延長隨從鏈）和（延長隨從鏈）和（延長領(lǐng)頭鏈）。（延長領(lǐng)頭鏈）。 35 引發(fā)體引發(fā)體向前移動，解開新的局部雙螺旋，形成

28、新的向前移動，解開新的局部雙螺旋，形成新的復(fù)制復(fù)制 叉叉，隨從鏈重新合成，隨從鏈重新合成RNA引物，繼續(xù)進(jìn)行鏈的延長。引物，繼續(xù)進(jìn)行鏈的延長。 36 oric 復(fù)制叉復(fù)制叉2 復(fù)制叉復(fù)制叉1 終止復(fù)制叉終止復(fù)制叉2終止復(fù)制叉終止復(fù)制叉1 復(fù)制叉復(fù)制叉1 復(fù)制叉復(fù)制叉2 完成復(fù)制完成復(fù)制 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶IV 連鎖染色體連鎖染色體 3. 復(fù)制的最后兩個復(fù)制叉在終止區(qū)域相遇，這個區(qū)域有復(fù)制的最后兩個復(fù)制叉在終止區(qū)域相遇，這個區(qū)域有20個個 堿基對序列組成，叫堿基對序列組成，叫Ter序列序列(terminus) 。Ter序列的功能是結(jié)合序列的功能是結(jié)合 一種叫一種叫Tus的蛋白質(zhì)。而的蛋白

29、質(zhì)。而Ter-Tus復(fù)合體復(fù)合體能抑制前進(jìn)的復(fù)制叉，使能抑制前進(jìn)的復(fù)制叉，使 復(fù)制停止。復(fù)制停止。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶IV使復(fù)制的使復(fù)制的DNA 分開。分開。 37 去除引物，填補(bǔ)缺口：去除引物，填補(bǔ)缺口： 原核生物原核生物，由，由DNA聚聚 合酶合酶來水解去除來水解去除RNA引引 物，并由該酶催化延長引物，并由該酶催化延長引 物缺口處的物缺口處的DNA，直到剩，直到剩 下最后一個磷酸酯鍵的缺下最后一個磷酸酯鍵的缺 口。而口。而真核生物真核生物的的RNA引引 物，由一種特殊的核酸酶物，由一種特殊的核酸酶 來水解，岡崎片段仍由來水解，岡崎片段仍由 DNA聚合酶來延長。聚合酶來延長。 38

30、連接岡崎片段：連接岡崎片段： 在在DNA連接酶連接酶的的 催化下，形成最后一催化下，形成最后一 個磷酸酯鍵，將個磷酸酯鍵，將岡崎岡崎 片段片段連接起來，形成連接起來，形成 完整的完整的DNA長鏈。長鏈。 39 4. 真核生物端粒的形成：真核生物端粒的形成： 端粒（端粒（telomere）：指真核生物：指真核生物 染色體染色體線性線性DNA分子分子末端的結(jié)構(gòu)部末端的結(jié)構(gòu)部 分，通常膨大成粒狀。其共同的結(jié)構(gòu)分，通常膨大成粒狀。其共同的結(jié)構(gòu) 特征是由一些富含特征是由一些富含G、C的短重復(fù)序的短重復(fù)序 列構(gòu)成，可重復(fù)數(shù)十次至數(shù)百次。人列構(gòu)成，可重復(fù)數(shù)十次至數(shù)百次。人 端粒端粒DNA由由53 方向的（方

31、向的（TTAGGG） n 反復(fù)串聯(lián)組成，長約 反復(fù)串聯(lián)組成，長約515kb，是非，是非 結(jié)構(gòu)基因，不具編碼蛋白質(zhì)的功能結(jié)構(gòu)基因，不具編碼蛋白質(zhì)的功能 。 40 端粒酶（端粒酶（telomerase）：）： 端粒酶是一種端粒酶是一種RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合蛋白質(zhì)復(fù)合 體，它以自身體，它以自身RNA為模板，通過逆轉(zhuǎn)錄過程對末端為模板，通過逆轉(zhuǎn)錄過程對末端DNA鏈鏈 進(jìn)行延長。進(jìn)行延長。 線性線性DNA在復(fù)制完成后，其末端由于引物在復(fù)制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可的水解而可 能出現(xiàn)縮短。故需要在能出現(xiàn)縮短。故需要在端粒酶端粒酶的催化下，進(jìn)行延長反應(yīng)。的催化下，進(jìn)行延長反應(yīng)。 41 五、五、 1、

32、DNA的損傷（突變）的損傷（突變） DNA在復(fù)制過程和復(fù)制結(jié)束后都能引起在復(fù)制過程和復(fù)制結(jié)束后都能引起DNA的損傷。的損傷。 自發(fā)的或環(huán)境的因素引起自發(fā)的或環(huán)境的因素引起DNA一級結(jié)構(gòu)的任何異常改變一級結(jié)構(gòu)的任何異常改變 稱為稱為DNA的損傷的損傷，也稱為，也稱為突變（突變（mutation） 常見的常見的DNA的損傷包括的損傷包括堿基脫落、堿基修飾、交聯(lián)，堿基脫落、堿基修飾、交聯(lián)， 鏈的斷裂和重組鏈的斷裂和重組等。等。 原因：生物因素，物理因素，化學(xué)因素原因：生物因素，物理因素，化學(xué)因素 來源：細(xì)胞內(nèi)部，細(xì)胞外部來源：細(xì)胞內(nèi)部，細(xì)胞外部 部位：部位：DNA的堿基，糖，磷酸二酯鍵的堿基，糖，磷

33、酸二酯鍵 42 （一）引起突變的因素：（一）引起突變的因素： 1自發(fā)因素：自發(fā)因素： (1)自發(fā)脫堿基：自發(fā)脫堿基：由于由于N-糖苷鍵的自發(fā)斷裂，引起嘌呤糖苷鍵的自發(fā)斷裂，引起嘌呤 或嘧啶堿基的脫落。每日可達(dá)近萬個核苷酸殘基?；蜞奏A基的脫落。每日可達(dá)近萬個核苷酸殘基。 (2)自發(fā)脫氨基：自發(fā)脫氨基：胞嘧啶自發(fā)脫氨基可生成尿嘧啶胞嘧啶自發(fā)脫氨基可生成尿嘧啶 （CA），腺嘌呤自發(fā)脫氨基可生成次黃嘌呤，腺嘌呤自發(fā)脫氨基可生成次黃嘌呤（A I）。）。每日可達(dá)幾十到幾百個核苷酸殘基。每日可達(dá)幾十到幾百個核苷酸殘基。 (3)復(fù)制錯配：復(fù)制錯配：由于復(fù)制時堿基配對錯誤引起的損傷，由于復(fù)制時堿基配對錯誤引起

34、的損傷， 發(fā)生頻率較低。發(fā)生頻率較低。 43 2物理因素：物理因素： 由紫外線、電離輻射、由紫外線、電離輻射、X射線等引起的射線等引起的DNA損傷。損傷。 其中，其中，X射線和電離輻射射線和電離輻射常常引起常常引起DNA鏈的斷裂鏈的斷裂，而，而 紫外線紫外線常常引起常常引起嘧啶二聚體嘧啶二聚體的形成，如的形成，如TT，TC，CC 等二聚體。這些嘧啶二聚體由于形成了共價鍵連接的等二聚體。這些嘧啶二聚體由于形成了共價鍵連接的 環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)，因而會引起復(fù)制障礙。環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)，因而會引起復(fù)制障礙。 44 3化學(xué)因素：化學(xué)因素： (1)脫氨劑：脫氨劑：如如亞硝酸與亞硝酸鹽亞硝酸與亞硝酸鹽，可加速，可加速C脫

35、氨基生成脫氨基生成U，A脫脫 氨基生成氨基生成I。 (2)烷基化劑：烷基化劑：這是一類帶有活性烷基的化合物，可提供甲基或這是一類帶有活性烷基的化合物，可提供甲基或 其他烷基，引起堿基或磷酸基的烷基化，甚至可引起鄰近堿基其他烷基，引起堿基或磷酸基的烷基化，甚至可引起鄰近堿基 的交聯(lián)。的交聯(lián)。 (3)DNA加合劑：加合劑：如苯并芘，在體內(nèi)代謝后生成四羥苯并芘，與如苯并芘，在體內(nèi)代謝后生成四羥苯并芘，與 嘌呤共價結(jié)合引起損傷。嘌呤共價結(jié)合引起損傷。 (4)堿基類似物：堿基類似物：如如5-FU，5-BU等，可摻入到等，可摻入到DNA分子中引起分子中引起 損傷或突變。損傷或突變。 (5)斷鏈劑：斷鏈劑：

36、如過氧化物，如過氧化物， 含巰基化合物等，可引含巰基化合物等，可引 起起DNA鏈的斷裂。鏈的斷裂。 45 46 （三）（三）DNA突變的效應(yīng)：突變的效應(yīng)： 1同義突變：同義突變：基因突變導(dǎo)致基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子第三位堿基的密碼子第三位堿基的 改變，但不引起密碼子意義的改變，其翻譯產(chǎn)物中的改變，但不引起密碼子意義的改變，其翻譯產(chǎn)物中的氨基氨基 酸殘基順序不變酸殘基順序不變，但有時可引起翻譯效率降低。，但有時可引起翻譯效率降低。 2誤義突變：誤義突變：基因突變導(dǎo)致基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子密碼子堿基被置換堿基被置換， 翻譯產(chǎn)物中的氨基酸殘基順序發(fā)生改變。翻譯產(chǎn)物中的氨基酸殘基順序發(fā)生改變。

37、3無義突變：無義突變：基因突變導(dǎo)致基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子堿基被置換而密碼子堿基被置換而 改變成改變成終止密碼子終止密碼子，引起多肽鏈合成的終止。，引起多肽鏈合成的終止。 4移碼突變：移碼突變：基因突變導(dǎo)致基因突變導(dǎo)致mRNA密碼子堿基被置換，密碼子堿基被置換， 引起突變點(diǎn)之后的引起突變點(diǎn)之后的氨基酸殘基順序全部發(fā)生改變氨基酸殘基順序全部發(fā)生改變。 47 2、DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù) DNA損傷的修復(fù)：損傷的修復(fù)：可分為直接修復(fù)和取代修復(fù)可分為直接修復(fù)和取代修復(fù) 兩大類。兩大類。 48 （一）直接修復(fù)：（一）直接修復(fù)： 1光復(fù)活（光復(fù)活（light repairing）：）： 這是一種廣泛

38、存在的修復(fù)作用。光復(fù)活這是一種廣泛存在的修復(fù)作用。光復(fù)活 能夠修復(fù)任何嘧啶二聚體的損傷。能夠修復(fù)任何嘧啶二聚體的損傷。 其修復(fù)過程：其修復(fù)過程：光復(fù)活酶（光復(fù)活酶（photo-lyase） 識別嘧啶二聚體并與之結(jié)合形成復(fù)合物識別嘧啶二聚體并與之結(jié)合形成復(fù)合物 在在300600nm可見光照射下，酶獲得可見光照射下，酶獲得 能量，將嘧啶二聚體的丁酰環(huán)打開，使能量，將嘧啶二聚體的丁酰環(huán)打開，使 之完全修復(fù)之完全修復(fù)光復(fù)活酶從光復(fù)活酶從DNA上解離。上解離。 49 50 2轉(zhuǎn)甲基作用：轉(zhuǎn)甲基作用： 在在轉(zhuǎn)甲基酶轉(zhuǎn)甲基酶的催化下，將的催化下，將DNA上被修飾的甲基上被修飾的甲基 去除。此時，轉(zhuǎn)甲基酶自身

39、被甲基化而失活。去除。此時，轉(zhuǎn)甲基酶自身被甲基化而失活。 3直接連接：直接連接： DNA斷裂形成的缺口，可以在斷裂形成的缺口，可以在DNA連接酶連接酶的催的催 化下，直接進(jìn)行連接而封閉缺口?；?，直接進(jìn)行連接而封閉缺口。 51 （二）取代修復(fù)：（二）取代修復(fù)： 1切除修復(fù)切除修復(fù)(excision repairing)： 這也是一種廣泛存在的修復(fù)機(jī)制，可適用于多種這也是一種廣泛存在的修復(fù)機(jī)制，可適用于多種DNA 損傷的修復(fù)。該修復(fù)機(jī)制可以分別由兩種不同的酶來損傷的修復(fù)。該修復(fù)機(jī)制可以分別由兩種不同的酶來 發(fā)動，一種是發(fā)動，一種是核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶，另一種是，另一種是DNA糖苷酶糖苷酶。 52

40、 復(fù)制中出現(xiàn)損傷復(fù)制中出現(xiàn)損傷 重組修復(fù)重組修復(fù) DNA聚合酶合成聚合酶合成 DNA 損傷損傷切除修復(fù)切除修復(fù)復(fù)制復(fù)制 復(fù)制（損傷部位與鏈中斷，形成缺口）復(fù)制（損傷部位與鏈中斷，形成缺口） 從同源從同源DNA 母鏈交換片段做模板母鏈交換片段做模板 填補(bǔ)缺口填補(bǔ)缺口 重組修復(fù)的重組修復(fù)的2種結(jié)果種結(jié)果 1.損傷部位被切除，損傷部位被切除，DNA 修復(fù)正常修復(fù)正常 2.損傷部位未被切除，隨著不斷復(fù)制損傷部位未被切除，隨著不斷復(fù)制 而被而被“沖淡沖淡” 2重組修復(fù)重組修復(fù)(recombination repairing)： 是是DNA的復(fù)制過程中所采用的一種有的復(fù)制過程中所采用的一種有差錯的修復(fù)差錯

41、的修復(fù)方式。方式。 53 3SOS修復(fù)：修復(fù)： 是一種在是一種在DNA分子受到分子受到較大范圍損傷較大范圍損傷并且使復(fù)制受到抑并且使復(fù)制受到抑 制時出現(xiàn)的修復(fù)機(jī)制，以制時出現(xiàn)的修復(fù)機(jī)制，以SOS比喻細(xì)胞處于危急狀態(tài)。比喻細(xì)胞處于危急狀態(tài)。 DNA分子受到長片段高密度損傷，使分子受到長片段高密度損傷，使DNA復(fù)制過程在復(fù)制過程在 損傷部位受到抑制。損傷部位受到抑制。 損傷誘導(dǎo)產(chǎn)生一種特異性較低的損傷誘導(dǎo)產(chǎn)生一種特異性較低的DNA聚合酶（聚合酶（ 和和V ） 和重組酶等。和重組酶等。 由這些特異性較低的酶繼續(xù)催化損傷部位由這些特異性較低的酶繼續(xù)催化損傷部位DNA的復(fù)制，的復(fù)制， 復(fù)制完成后，保留著

42、許多錯誤的堿基，從而造成突變。復(fù)制完成后，保留著許多錯誤的堿基，從而造成突變。 54 DNA 聚合酶聚合酶和和V （SOS修復(fù)酶）修復(fù)酶） 無校對功能，會無校對功能，會 形成錯配堿基形成錯配堿基 增加存活機(jī)會增加存活機(jī)會 突變率增加突變率增加 癌變率增加癌變率增加 內(nèi)切酶內(nèi)切酶 內(nèi)切酶內(nèi)切酶缺口缺口 內(nèi)切酶內(nèi)切酶 內(nèi)切酶內(nèi)切酶 錯誤修復(fù)錯誤修復(fù) SOS修復(fù)酶修復(fù)酶 連接酶連接酶 缺口不能修復(fù)缺口不能修復(fù) 外切酶擴(kuò)大缺口外切酶擴(kuò)大缺口 復(fù)制錯誤處復(fù)制錯誤處 出現(xiàn)缺口出現(xiàn)缺口 SOS修復(fù)酶修復(fù)酶 連接酶連接酶 錯誤修復(fù)錯誤修復(fù) 錯誤修復(fù)錯誤修復(fù) 錯誤修復(fù)錯誤修復(fù) 55 DNA雙鏈在復(fù)制時逐步解開，

43、雙鏈在復(fù)制時逐步解開， 因此因此隨從鏈隨從鏈的合成是一段一段的。的合成是一段一段的。 DNA在復(fù)制時，由隨從鏈所在復(fù)制時，由隨從鏈所 形成的一些子代形成的一些子代DNA短鏈稱為短鏈稱為岡岡 崎片段崎片段(Okazaki fragment)。 岡崎片段長度，在原核生物岡崎片段長度，在原核生物 中約為中約為10002000個核苷酸，而真?zhèn)€核苷酸，而真 核生物中約為核生物中約為100200個核苷酸。個核苷酸。 56 3、拓?fù)洚悩?gòu)酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶 除連環(huán)數(shù)不同外其他性質(zhì)均相同的除連環(huán)數(shù)不同外其他性質(zhì)均相同的DNA分子稱為分子稱為拓?fù)洚悩?gòu)體拓?fù)洚悩?gòu)體 （topological isomers），），引起拓?fù)洚悩?gòu)反應(yīng)的酶稱為引起拓?fù)洚悩?gòu)反應(yīng)的酶稱為拓?fù)洚悩?gòu)拓?fù)洚悩?gòu)