DNA的生物合成——復(fù)制

1、清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件1313DNA Biosynthesis Replication DNADNA的生物合成的生物合成復(fù)制復(fù)制目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件生物體生物體DNADNA的合成主要包括三個(gè)方面：的合成主要包括三個(gè)方面： S S期的期的DNADNA復(fù)制（復(fù)制（replication） DNADNA損傷時(shí)的修復(fù)損傷時(shí)的修復(fù) 某些病毒中以某些病毒中以RNARNA為模板合成為模板合成DNADNA以以DNADNA為為模板模板復(fù)制復(fù)制( (replication) ) 是指遺傳物質(zhì)的傳代，以是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈母鏈DNADNA為模板合成子鏈為模板合成子鏈

2、DNADNA的過程。的過程。復(fù)制復(fù)制親代親代DNA子代子代DNA目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件n本專題主要內(nèi)容：本專題主要內(nèi)容： 復(fù)制的基本規(guī)律復(fù)制的基本規(guī)律 參與參與DNADNA復(fù)制的酶類和其他物質(zhì)復(fù)制的酶類和其他物質(zhì) 復(fù)制的過程復(fù)制的過程 反轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式反轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式 DNADNA的損傷與修復(fù)的損傷與修復(fù)目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件13.1 復(fù)制的基本規(guī)律復(fù)制的基本規(guī)律( (Basic Rules of DNA Replication) )復(fù)制的方式復(fù)制的方式 半保留復(fù)制半保留復(fù)制(semi-conservative replication

3、)雙向復(fù)制雙向復(fù)制(bidirectional replication)半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuous replication) 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件1 1、半保留復(fù)制、半保留復(fù)制 DNA生物合成時(shí)，親代雙鏈生物合成時(shí)，親代雙鏈DNA解開為兩解開為兩條單鏈，以拆開后的雙鏈中的每一條鏈分別作條單鏈，以拆開后的雙鏈中的每一條鏈分別作為模板，按堿基配對原則，分別合成與兩條模為模板，按堿基配對原則，分別合成與兩條模板互補(bǔ)的兩條新鏈。每一條新鏈和一條舊鏈構(gòu)板互補(bǔ)的兩條新鏈。每一條新鏈和一條舊鏈構(gòu)成一分子成一分子DNA雙鏈（即子代雙鏈（即子代DN

4、A分子中一條鏈分子中一條鏈來自親代，另一條鏈為新合成的），這樣，就來自親代，另一條鏈為新合成的），這樣，就形成了既彼此全同又和原來形成了既彼此全同又和原來DNA分子相同的兩分子相同的兩個(gè)完整的個(gè)完整的DNA分子。分子。DNA的這種合成方式稱為的這種合成方式稱為半保留復(fù)制半保留復(fù)制。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGAC

5、C+母鏈母鏈DNA復(fù)制過程中形成復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉的復(fù)制叉子代子代DNA目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件nDNADNA復(fù)制理論上有三種形式：復(fù)制理論上有三種形式：目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件n密度梯度實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想密度梯度實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件按 半 保 留 復(fù) 制 方 式 ， 子 代按 半 保 留 復(fù) 制 方 式 ， 子 代DNA與親代與親代DNA的的堿基序列一致堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的息，體現(xiàn)了遺傳的保守性保守性。遺傳的保

6、守性，是物種穩(wěn)定遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對的不是絕對的。n半保留復(fù)制的意義半保留復(fù)制的意義: :目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件2 2、雙向復(fù)制、雙向復(fù)制原核生物復(fù)制時(shí)，原核生物復(fù)制時(shí)，DNA從從起始點(diǎn)起始點(diǎn)(origin)向向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為叉，稱為雙向復(fù)制雙向復(fù)制。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件oriterA BCA. 環(huán)狀雙鏈環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)及復(fù)制起始點(diǎn)B. 復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉C. 復(fù)制接近終止點(diǎn)復(fù)制接近終止點(diǎn)(te

7、rmination, ter)目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件真核生物基因組龐大而復(fù)雜，由多個(gè)染色體組成，真核生物基因組龐大而復(fù)雜，由多個(gè)染色體組成，全部染色體均需復(fù)制，每個(gè)染色體又有多個(gè)起始點(diǎn)，全部染色體均需復(fù)制，每個(gè)染色體又有多個(gè)起始點(diǎn)，稱為稱為多點(diǎn)雙向復(fù)制多點(diǎn)雙向復(fù)制。即每個(gè)起始點(diǎn)產(chǎn)生兩個(gè)移動(dòng)方向相反的復(fù)制叉，即每個(gè)起始點(diǎn)產(chǎn)生兩個(gè)移動(dòng)方向相反的復(fù)制叉，復(fù)制完成時(shí)，復(fù)制叉相遇并匯合連接。習(xí)慣上把兩個(gè)復(fù)制完成時(shí)，復(fù)制叉相遇并匯合連接。習(xí)慣上把兩個(gè)相 鄰 起 始 點(diǎn) 之 間 的 一 段相 鄰 起 始 點(diǎn) 之 間 的 一 段 D N A 稱 為 一 個(gè)稱 為 一 個(gè) 復(fù) 制 子復(fù)

8、 制 子（replicon）。）。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件3 3、復(fù)制的半不連續(xù)性、復(fù)制的半不連續(xù)性目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈(leading strand) 。 另一股鏈因?yàn)閺?fù)制的方向與解鏈方向相反，不另一股鏈因?yàn)閺?fù)制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長，這股不連續(xù)復(fù)制的能順著解鏈方向連續(xù)延長，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為鏈稱為隨從鏈隨從鏈(lagging strand) 。復(fù)制中的不連。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為續(xù)片段稱為岡崎

9、片段岡崎片段(okazaki fragment)。 領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的制的半不連續(xù)性半不連續(xù)性。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件13.2 參與參與DNADNA復(fù)制的酶類和其他物質(zhì)復(fù)制的酶類和其他物質(zhì) (Enzyme and Other Substances Involved in DNA Replication) 底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP； 聚合酶聚合酶(polymerase):依賴依賴DNA的的DNA聚合酶，聚合酶，簡寫為簡寫為 DNA-pol； 模板模板

10、(template): 解開成單鏈的解開成單鏈的DNA母鏈；母鏈； 引物引物(primer):提供提供3 -OH末端使末端使dNTP可依次可依次聚合；聚合； 其他的酶和蛋白質(zhì)因子。其他的酶和蛋白質(zhì)因子。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件1、解螺旋酶（、解螺旋酶（helicase）利用利用ATP供能，作用于氫鍵，使供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解雙鏈解 開成為兩條單鏈。開成為兩條單鏈。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件2、單鏈結(jié)合蛋白（、單鏈結(jié)合蛋白（single strand binding protein，SSB）在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)在復(fù)制中維持模板

11、處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。單鏈的完整。4、拓?fù)洚悩?gòu)酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶能夠引起能夠引起DNA的拓?fù)洚悩?gòu)反應(yīng)的一類酶，其的拓?fù)洚悩?gòu)反應(yīng)的一類酶，其特點(diǎn)是既能水解特點(diǎn)是既能水解 、又能連接磷酸二酯鍵。、又能連接磷酸二酯鍵。3、引物酶、引物酶促進(jìn)引物合成的酶。促進(jìn)引物合成的酶。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件108局部解鏈后局部解鏈后拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶n拓?fù)洚悩?gòu)酶分類：拓?fù)洚悩?gòu)酶分類：目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件拓?fù)洚愅負(fù)洚悩?gòu)酶構(gòu)酶切斷切斷DNA雙鏈中雙鏈中一股一股鏈，使鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口

12、，閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)反應(yīng)不需不需ATP。拓?fù)洚愅負(fù)洚悩?gòu)酶構(gòu)酶切斷切斷DNA分子分子兩股兩股鏈，斷端通過鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用利用ATP供能，連接斷端，供能，連接斷端， DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件5、DNA聚合酶聚合酶 全稱：全稱：依賴依賴DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase) 簡稱：簡稱：DNA-pol 活性：活性：53 的聚合活性的聚合活性35 核酸外切酶活性核酸外切酶活性53 核酸外切酶活性核酸外切酶活

13、性目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 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 ?目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件（1）原核生物）原核生物DNA聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 DNA-pol 是大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)是大腸

14、桿菌中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)DNA聚聚合酶，也稱為合酶，也稱為Kornberg酶。酶?；钚裕夯钚裕?53 聚合活性聚合活性 35 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 53 核酸外切酶活性核酸外切酶活性功能：功能：對復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對復(fù)制和對復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件323個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸小片段小片段5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸DNA聚合酶活性聚合酶活性 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N 端端C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol K

15、lenow片段是實(shí)驗(yàn)室合成片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行分子，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。生物學(xué)研究中常用的工具酶。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 DNA-pol 為多亞基酶，有為多亞基酶，有53聚合活性及聚合活性及35核酸外切酶活性。核酸外切酶活性。在無在無DNA聚合酶聚合酶和和DNA聚合酶聚合酶存在時(shí)起作用，真正的功能尚不清楚。存在時(shí)起作用，真正的功能尚不清楚。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 DNA-pol 是原核生物復(fù)制延長中真正起催化作是原核生物復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。用的酶。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件（2）真核生物

16、的）真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol 起始引發(fā)，有引物酶活性。起始引發(fā)，有引物酶活性。延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。參與低保真度的復(fù)制。參與低保真度的復(fù)制。在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用。缺口的作用。在線粒體在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。復(fù)制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件（3）復(fù)制的保真性）復(fù)制的保真性 復(fù)制按照堿基配對規(guī)律進(jìn)行，是遺傳信息能復(fù)制按照堿基配對規(guī)律進(jìn)

17、行，是遺傳信息能準(zhǔn)確傳代的基本原理。準(zhǔn)確傳代的基本原理。 復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇 此外還需酶學(xué)的機(jī)制來保證復(fù)制的保真性。此外還需酶學(xué)的機(jī)制來保證復(fù)制的保真性。 核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認(rèn)、切除錯(cuò)核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認(rèn)、切除錯(cuò)配堿基并加以校正。配堿基并加以校正。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 DNA聚合酶靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價(jià)聚合酶靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價(jià)（氫鍵）與共價(jià)（磷酸二酯鍵）鍵的有序（氫鍵）與共價(jià)（磷酸二酯鍵）鍵的有序形成。形成。 嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)能形成順式和反式構(gòu)型，嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)能形成順式和反式構(gòu)型，與相應(yīng)的嘧啶形成氫鍵配對

18、，嘌呤應(yīng)處于與相應(yīng)的嘧啶形成氫鍵配對，嘌呤應(yīng)處于反式構(gòu)型。反式構(gòu)型。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件DNA pol 的校讀功能的校讀功能u DNA-pol的外切酶活性切除錯(cuò)配堿基；的外切酶活性切除錯(cuò)配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對的底物。并用其聚合活性摻入正確配對的底物。u 堿基配對正確，堿基配對正確， DNA-pol不表現(xiàn)活性。不表現(xiàn)活性。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律；遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律；聚合酶在復(fù)制延長時(shí)對堿基的選擇功能；聚合酶在復(fù)制延長時(shí)對堿基的選擇功能；復(fù)制出錯(cuò)時(shí)復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-pol的及時(shí)校讀功能。的及時(shí)校讀功能。n

19、DNA復(fù)制的保真性至少要依賴三復(fù)制的保真性至少要依賴三種機(jī)制：種機(jī)制：目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件（6）DNA連接酶連接酶連接連接DNA雙鏈中的單鏈缺口。雙鏈中的單鏈缺口。連接連接DNA鏈鏈3 -OH末端和相鄰末端和相鄰DNA鏈鏈5 -P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。鏈連接成一條完整的鏈。n作用方式：作用方式：目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件nDNA連接酶的作用：連接酶的作用：對單獨(dú)存在的對單獨(dú)存在的DNA單鏈沒有連接作用。單鏈沒有連接作用。在在DNA不連續(xù)合成、重組及損傷

20、修復(fù)中不連續(xù)合成、重組及損傷修復(fù)中DNA連接酶有重要作用。連接酶有重要作用。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件13.3 DNA復(fù)制的基本過程和機(jī)制復(fù)制的基本過程和機(jī)制 (The Process of DNA Replication)1、原核生物、原核生物DNA的復(fù)制的復(fù)制（1）復(fù)制起始）復(fù)制起始DNA解開成單鏈，提供模板。解開成單鏈，提供模板。形成引發(fā)體，合成引物，提供形成引發(fā)體，合成引物，提供3 -OH末端。末端。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件E.coli復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn) oriC的辨認(rèn)的辨認(rèn)目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 Dna A D

21、na B、 Dna CDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 引發(fā)體引發(fā)體含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件3 5 3 5 引物引物3 HO5引物引物酶酶引物是由引物酶催化合成的短鏈引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。分子。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件（2）復(fù)制的延長）復(fù)制的延長領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制。領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制。在在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的

22、的方式逐個(gè)加入引物或延長中的子鏈上，其方式逐個(gè)加入引物或延長中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件n領(lǐng)頭鏈的合成：領(lǐng)頭鏈的合成：領(lǐng)頭鏈的子鏈沿著領(lǐng)頭鏈的子鏈沿著5 3 方向可以連續(xù)地延長。方向可以連續(xù)地延長。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件n隨從鏈的合成隨從鏈的合成目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件n同一復(fù)制叉上領(lǐng)頭鏈和隨從鏈由相同一復(fù)制叉上領(lǐng)頭鏈和隨從鏈由相同的同的DNA-pol催化延長催化延長 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件（3）復(fù)制的終止）復(fù)制的終止復(fù)制

23、的終止包括引物復(fù)制的終止包括引物RNA的切除、空缺的切除、空缺部位的填補(bǔ)及最后由連接酶連接切口。部位的填補(bǔ)及最后由連接酶連接切口。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件復(fù)復(fù)制制過過程程簡簡圖圖目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件2、真核生物、真核生物DNA的復(fù)制的復(fù)制真核染色體復(fù)制只在真核染色體復(fù)制只在S期發(fā)生一次。期發(fā)生一次。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件（1）復(fù)制的起始）復(fù)制的起始分兩步進(jìn)行：分兩步進(jìn)行：即復(fù)制基因的選擇和復(fù)制起點(diǎn)的激活。即復(fù)制基因的選擇和復(fù)制起點(diǎn)的激活。 真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多

24、復(fù)制子復(fù)制。制子復(fù)制。復(fù)制有時(shí)序性，即復(fù)制子以分組復(fù)制有時(shí)序性，即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步起動(dòng)。方式激活而不是同步起動(dòng)。 復(fù)制的起始需要復(fù)制的起始需要DNA-pol （引物酶活性）（引物酶活性）和和pol （解螺旋酶活性）（解螺旋酶活性）參與。還需參與。還需拓?fù)涿竿負(fù)涿负秃蛷?fù)制因子復(fù)制因子(replication factor, RF)。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件前復(fù)制復(fù)合物及復(fù)制叉的形成前復(fù)制復(fù)合物及復(fù)制叉的形成 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件（2）復(fù)制的延長）復(fù)制的延長DNA-pol 和和pol 分別具有解螺旋酶和引分別具有解螺旋酶和引物酶活

25、性。在復(fù)制叉及引物生成后，物酶活性。在復(fù)制叉及引物生成后，DNA-pol 通過通過PCNA的協(xié)同作用，逐步取代的協(xié)同作用，逐步取代pol ，在在RNA引物的引物的3 -OH基礎(chǔ)上連續(xù)合成領(lǐng)頭鏈?；A(chǔ)上連續(xù)合成領(lǐng)頭鏈。隨從鏈引物也由隨從鏈引物也由pol 催化合成，然后由催化合成，然后由PCNA協(xié)同，協(xié)同，pol 置換置換pol ，繼續(xù)合成，繼續(xù)合成DNA子鏈。子鏈。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件3 5 5 3 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈3 5 3 5 親代親代DNA隨從鏈隨從鏈引物引物核小體核小體n真核生物復(fù)制叉的延長：真核生物復(fù)制叉的延長： 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件

26、（3）復(fù)制的終止和端粒酶）復(fù)制的終止和端粒酶染色體染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。呈線狀，復(fù)制在末端停止。染色體兩端染色體兩端DNA子鏈上最后復(fù)制的子鏈上最后復(fù)制的RNA引物，去除后留下空隙。引物，去除后留下空隙。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件5 3 3 5 5 3 3 5 +5 3 3 3 3 5 5 5 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件線性線性DNA復(fù)制的末端復(fù)制的末端 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件端粒端粒(telomere) 指真核生物染色體線性指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。分子末端的結(jié)構(gòu)。n端粒的功能：端粒的功能：維

27、持染色體的穩(wěn)定性維持染色體的穩(wěn)定性維持維持DNA復(fù)制的完整性復(fù)制的完整性n端粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：端粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由末端單鏈由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。末端末端DNA序列是多次重復(fù)的富含序列是多次重復(fù)的富含G、C堿基堿基的短序列。的短序列。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件端粒酶端粒酶(telomerase)：由由RNA和蛋白質(zhì)組成的一種核糖核蛋和蛋白質(zhì)組成的一種核糖核蛋白，能識(shí)別和結(jié)合端粒序列。白，能識(shí)別和結(jié)合端粒序列。端粒酶催化作用的爬行模型端粒酶催化作用的爬行模型 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件13.4 反轉(zhuǎn)錄和其它復(fù)制方式反轉(zhuǎn)錄和其它復(fù)制

28、方式 (Reverse Transcription & Other DNA Replication Ways)高等生物的遺傳物質(zhì)大多數(shù)是雙鏈高等生物的遺傳物質(zhì)大多數(shù)是雙鏈DNA，通，通常采用半保留方式復(fù)制。而某些病毒的基因組常采用半保留方式復(fù)制。而某些病毒的基因組是是RNA。少數(shù)低等生物，如感染型。少數(shù)低等生物，如感染型M13噬菌體噬菌體只含單鏈只含單鏈DNA。另外，原核生物的質(zhì)粒，真核。另外，原核生物的質(zhì)粒，真核生物的線粒體生物的線粒體DNA，都是染色體以外存在的，都是染色體以外存在的DNA。這些非染色體基因組，采用特殊的方式。這些非染色體基因組，采用特殊的方式進(jìn)行復(fù)制。進(jìn)行復(fù)制。

29、目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件1、RNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA合成合成反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄反反轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase) 反反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(reverse transcription) 反反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄酶酶目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件RNA病毒在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制成雙鏈病毒在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制成雙鏈DNA的的前病前病毒毒(provirus)。前病毒保留了前病毒保留了RNA病毒全部遺病毒全部遺傳信息，并可在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立繁殖。在某些情況傳信息，并可在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立繁殖。在某些情況下 ， 前 病 毒 基 因 組 通 過下 ， 前 病 毒 基 因 組 通 過 基 因 重 組

30、基 因 重 組(recombination)，參加到細(xì)胞基因組內(nèi)，并隨，參加到細(xì)胞基因組內(nèi)，并隨宿主基因一起復(fù)制和表達(dá)。這種重組方式稱為宿主基因一起復(fù)制和表達(dá)。這種重組方式稱為整合整合(integration)。前病毒獨(dú)立繁殖或整合，。前病毒獨(dú)立繁殖或整合，都可成為致病的原因。都可成為致病的原因。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件反轉(zhuǎn)錄病毒反轉(zhuǎn)錄病毒RNA轉(zhuǎn)變?yōu)殡p鏈轉(zhuǎn)變?yōu)殡p鏈cDNA的過程的過程 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件n反轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義：反轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義：反轉(zhuǎn)錄酶和反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研反轉(zhuǎn)錄酶和反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)。究中的

31、重大發(fā)現(xiàn)。 反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。對反轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了對反轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了20世紀(jì)初已世紀(jì)初已注意到的病毒致癌理論。注意到的病毒致癌理論。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件2、其他復(fù)制方式、其他復(fù)制方式噬菌體噬菌體DNA按滾環(huán)方式復(fù)制按滾環(huán)方式復(fù)制線粒體線粒體DNA按按D環(huán)方式復(fù)制環(huán)方式復(fù)制目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件滾環(huán)復(fù)制示意圖滾環(huán)復(fù)制示意圖3 -OH5 -P5 5 5 3 3 3 3 55 5 3 3 5 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)

32、生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件dNTPDNA-pol D環(huán)復(fù)制示意圖環(huán)復(fù)制示意圖目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 D-環(huán)復(fù)制時(shí)需合成引物。線粒體環(huán)復(fù)制時(shí)需合成引物。線粒體DNA為雙為雙鏈，第一個(gè)引物以內(nèi)環(huán)為模板延伸。至第二鏈，第一個(gè)引物以內(nèi)環(huán)為模板延伸。至第二個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)時(shí)，又合成另一個(gè)反向引物，個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)時(shí)，又合成另一個(gè)反向引物，以外環(huán)為模板進(jìn)行反向的延伸。最后完成兩以外環(huán)為模板進(jìn)行反向的延伸。最后完成兩個(gè)雙鏈環(huán)狀個(gè)雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制。復(fù)制中呈字母的復(fù)制。復(fù)制中呈字母D形形狀而得名。狀而得名。 D環(huán)復(fù)制的特點(diǎn)是復(fù)制起始點(diǎn)不在雙鏈環(huán)復(fù)制的特點(diǎn)是復(fù)制起始點(diǎn)不在雙鏈DNA同一位點(diǎn)，內(nèi)

33、、外環(huán)復(fù)制有時(shí)序差別。同一位點(diǎn)，內(nèi)、外環(huán)復(fù)制有時(shí)序差別。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件13.5 DNA的損傷與修復(fù)（的損傷與修復(fù)（DNA Damage & Repair）DNA損傷（也稱突變）：具體指個(gè)別損傷（也稱突變）：具體指個(gè)別dNMP殘基以至片段殘基以至片段DNA在構(gòu)成、復(fù)制或在構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化。從分子水平來看，表型功能的異常變化。從分子水平來看，突變就是突變就是DNA分子上堿基的改變。分子上堿基的改變。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件1、DNA損傷的類型損傷的類型自發(fā)性損傷：自發(fā)性損傷： DNA分子的自發(fā)性損傷可能是分子的自發(fā)性

34、損傷可能是DNA復(fù)制本復(fù)制本身的特性所致，也可能是身的特性所致，也可能是DNA分子自身構(gòu)型分子自身構(gòu)型的變化或化學(xué)變化影響了復(fù)制時(shí)堿基的正確的變化或化學(xué)變化影響了復(fù)制時(shí)堿基的正確配對。配對。 盡管復(fù)制盡管復(fù)制DNA的酶促系統(tǒng)試圖通過校正讀的酶促系統(tǒng)試圖通過校正讀碼的機(jī)制來糾正不正確核苷酸的錯(cuò)誤插入，碼的機(jī)制來糾正不正確核苷酸的錯(cuò)誤插入，但是仍有些錯(cuò)誤逃避校正，發(fā)生頻率大約在但是仍有些錯(cuò)誤逃避校正，發(fā)生頻率大約在10-10左右。左右。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 物理損傷：物理損傷： 物理損傷主要是指紫外線和各種輻射，其物理損傷主要是指紫外線和各種輻射，其中又以紫外線照射研究

35、較多。紫外線的高能中又以紫外線照射研究較多。紫外線的高能量可以使相鄰嘧啶之間雙鏈打開形成嘧啶二量可以使相鄰嘧啶之間雙鏈打開形成嘧啶二聚體。電離輻射（如聚體。電離輻射（如射線、射線、射線等）的作射線等）的作用比較復(fù)雜，除射線的直接效應(yīng)外，還可以用比較復(fù)雜，除射線的直接效應(yīng)外，還可以通過水在電離時(shí)所形成的自由基起作用，使通過水在電離時(shí)所形成的自由基起作用，使DNA出現(xiàn)雙鏈斷裂或單鏈斷裂，大劑量照射出現(xiàn)雙鏈斷裂或單鏈斷裂，大劑量照射時(shí)還可造成堿基的破壞。時(shí)還可造成堿基的破壞。目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 化學(xué)損傷：化學(xué)損傷： 化學(xué)因素導(dǎo)致化學(xué)因素導(dǎo)致DNA的損傷可以是化學(xué)物的損傷

36、可以是化學(xué)物質(zhì)直接與質(zhì)直接與DNA發(fā)生作用引起的，也可以通發(fā)生作用引起的，也可以通過間接方式引起。過間接方式引起。 烷化劑是化學(xué)因素引起烷化劑是化學(xué)因素引起DNA損傷的典型損傷的典型代表。代表。 一些與一些與DNA正常堿基結(jié)構(gòu)類似的化合物正常堿基結(jié)構(gòu)類似的化合物能在能在DNA復(fù)制時(shí)取代正常堿基摻入并與互復(fù)制時(shí)取代正常堿基摻入并與互補(bǔ)鏈上的堿基配對。補(bǔ)鏈上的堿基配對。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件2、DNA突變的類型突變的類型點(diǎn)突變點(diǎn)突變(point mutation)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement) 框移

37、框移(frame-shift) 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 點(diǎn)突變點(diǎn)突變 即即DNA分子上的堿基錯(cuò)配。分子上的堿基錯(cuò)配。 分兩類：分兩類： 轉(zhuǎn)換：兩種嘧啶或兩種嘌呤間的互換；轉(zhuǎn)換：兩種嘧啶或兩種嘌呤間的互換； 顛換：嘌呤與嘧啶或嘧啶與嘌呤間的互換。顛換：嘌呤與嘧啶或嘧啶與嘌呤間的互換。 點(diǎn)突變可導(dǎo)致編碼氨基酸的改變點(diǎn)突變可導(dǎo)致編碼氨基酸的改變目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件缺失：缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA上消失。上消失。插入：插入：原來沒有的一個(gè)堿基或一段核苷酸原來沒有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到鏈插入到DNA大分子中間

38、。大分子中間。缺失或插入都可導(dǎo)致缺失或插入都可導(dǎo)致框移突變框移突變 。框移突變框移突變指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件 DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組重組或或重排重排。 移位的移位的DNA可以在新位點(diǎn)上顛倒方向反可以在新位點(diǎn)上顛倒方向反置，也可以在染色體之間發(fā)生交換重組置，也可以在染色體之間發(fā)生交換重組。 目目 錄錄清華版教材醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)課件3、DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù) DNA聚合酶的校對功能聚合酶的校對功能 光修復(fù)光修復(fù)(light repairing) 錯(cuò)配修復(fù)錯(cuò)配修復(fù)(mismatch repair) 切除修復(fù)切除修復(fù)(excision repairing) 重組修復(fù)重組修復(fù)(recombination repairing) SOS修復(fù)修復(fù)n修復(fù)的主要類型：修復(fù)的