第章 DNA的生物合成（ X頁）課件

第三篇

生物化學郭子林基因信息的傳遞第三篇生物化學郭子林基因信息的傳遞第三篇《基因信息的傳遞》內(nèi)容：第十章DNA的生物合成第十一章RNA的生物合成第十二章蛋白質(zhì)的生物合成第十三章基因表達調(diào)控第十四章基因重組與基因工程第三篇《基因信息的傳遞》內(nèi)容：本篇內(nèi)容的學習方法建議：掌握基因信息傳遞的基本過程；重點掌握基因信息傳遞、調(diào)控和基因工程的機制、重要酶類和主要物質(zhì)的作用；理清DNA、RNA、蛋白質(zhì)之間信息傳遞關(guān)系；注意基因信息傳遞異常與疾病的關(guān)系。本篇內(nèi)容的學習方法建議：第三篇基因信息的傳遞基因（gene）：生物活性產(chǎn)物編碼的DNA功能片段，以堿基排列順序貯存遺傳信息。由Johannsen于1909年首先提出。中心法則(centraldogma)：1958年F.Crick提出。1970年H.Temin發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，補充中心法則。第三篇基因信息的傳遞DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復制遺傳學中心法則復制DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復制遺傳學中心法第十章DNA的生物合成

DNA的生物合成有DNA復制和逆轉(zhuǎn)錄兩種方式。

DNA復制（DNAreplication）是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板，按照堿基配對原則指導合成子鏈DNA的過程。第十章DNA的生物合成

第一節(jié)

復制的基本規(guī)律

DNA復制的方式為半保留復制(semi-conservativereplication)

DNA復制的形式為雙向復制(bidirectionalreplication)

DNA復制的過程為半不連續(xù)復制(semi-discontinuousreplication)7

7

一、半保留復制（semi-conservativereplication）

DNA復制時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板，按堿基配對規(guī)律合成與模板互補的子鏈，形成子代DNA雙鏈，其中一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則是合成的，故稱半保留復制。

8

一、半保留復制8AGAACTTTCTTGAAAGAACTTTCTTGAAAGAACTTTCTTGAA半保留復制母鏈DNA

子鏈DNAATATAT半保留復制母鏈DNA子鏈DNA半保留復制的實驗依據(jù)1958年，Messelson和stahl用實驗證實。

1.細菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)若干代，密度梯度離心分離出DNA是含15N的重DNA。圖2.把含15N-DNA的細菌放14NH4Cl培養(yǎng)液中培養(yǎng)，子一代DNA是中等密度DNA。圖3.繼續(xù)培養(yǎng)出子二代，其DNA是中等密度DNA與普通DNA各占一半。圖半保留復制的實驗依據(jù)半保留復制的意義按半保留復制方式，子代保留了親代DNA的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳過程的相對保守性。遺傳的保守性是相對的，而不是絕對的。自然界還存在著普遍的變異現(xiàn)象。半保留復制的意義DNA復制時，從復制起始點(origin)向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制叉，稱為雙向復制。圖二、雙向復制(bidirectionalreplication)

DNA復制時，從復制起始點(origin)向兩個方向解鏈，形原核生物是單復制子雙向復制。其環(huán)形DNA為單復制子，只有一個復制起始點。圖真核生物是多復制子雙向復制。其線形DNA有多個復制起始點，形成多個復制子。圖（復制子是獨立完成復制的功能單位，一個復制起始點起始的DNA復制區(qū)域稱為復制子replicon

）。13原核生物是單復制子雙向復制。其環(huán)形DNA為單復制子，只有一個三、半不連續(xù)復制

領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)：復制方向與解鏈方向一致的子鏈。領(lǐng)頭鏈復制是連續(xù)的。圖

隨從鏈(laggingstrand)：復制方向與解鏈方向相反的子鏈。隨從鏈的復制是不連續(xù)的，形成多個岡崎片段。圖

岡崎片段（Okazakifragment）：1968年日本科學家岡崎用電鏡觀察到，原核生物大小在一千至二千核苷酸，真核生物數(shù)百個核苷酸。14三、半不連續(xù)復制14第二節(jié)

DNA復制的酶學和拓撲學變化

參與DNA復制的酶與物質(zhì)：1.底物dNTP（N:A,G,C,T）2.DNA聚合酶（DNApolymerase,DNA-pol)

3.模板(template)4.解螺旋酶（解鏈酶）（helicase)5.拓撲異構(gòu)酶（topoisomerase)6.單鏈DNA結(jié)合蛋白SSB7.引物酶（primase)8.引物（primer)9.DNA連接酶（ligase)10.其他因子第二節(jié)

DNA復制的酶學和拓撲學變化一、

復制的化學反應1、復制的基本化學反應：核苷酸和核苷酸之間，通過3`,5`磷酸二酯鍵的生成而逐一聚合。反應底物是dNTP，加入單鏈的是dNMP。圖1圖22、復制的方向性：新鏈只能從5`-端向3`-端延長（所有新生成的RNA或DNA單鏈其方向都是5`→3`，模板鏈與之反向互補平行）。3`3`5`5`模板鏈新生鏈一、

復制的化學反應3`3`5`5`模板鏈新生鏈

二、DNA聚合酶

（DNApolymerase,DNA-pol)

（一）原核生物的DNA聚合酶

DNA-polIDNA-polII

DNA-polⅢ

1、DNA-polⅢ：

結(jié)構(gòu)：由10種亞基（22個亞基）組成的不對稱二聚體。其中αεθ組成核心酶。圖

功能：①真正的復制酶，α亞基具聚合活性。②ε亞基有3`→5`核酸外切酶活性和堿基選擇功能。圖第章DNA的生物合成（X頁）課件2、DNA-polII

有3`→5`核酸外切酶活性和聚合酶活性，主要參與DNA損傷的應急狀態(tài)修復（sos修復）。3、DNA-polI單一肽鏈的大分子，二級結(jié)構(gòu)以α-螺旋為主，從A至R共18個α-螺旋肽段。I螺旋與O螺旋之間有較大的空隙，可容納DNA鏈。圖小片段：A—F螺旋區(qū)大片段（Klenow片段）：G—R螺旋區(qū)polI2、DNA-polII3、DNA-polI小片段：A—323個氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604個氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是分子生物學常用的工具酶。

323個氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/KlDNA-polI作用：切除引物和突變片段；（5`→3`核酸外切酶活性）圖復制和修復中的空隙填補；（DNA聚合酶活性）復制中的錯誤校讀。（3→5`核酸外切酶活性）圖第章DNA的生物合成（X頁）課件

（二）真核生物的DNA聚合酶DNA聚合酶主要有5種。

DNA-polα：具引物酶活性(合成含RNA+DNA

的引物)

DNA-polβ：似DNA-polⅡ

DNA-polγ：線粒體DNA復制酶

DNA-polδ：真正的復制酶，似DNA-polⅢ，并有解螺旋酶活性

DNA-polε：似DNA-polⅠ（二）真核生物的DNA聚合酶

（一）核酸外切酶活性和校讀3`→5`外切酶活性是復制進行中校讀辨認錯配的堿基并加以切除。5`→3`外切酶活性，是切除引物和突變片段。圖DNA-polI具有3`→5`和5`→3`外切酶活性，DNA-polⅢ、II只有3`→5`外切酶活性。三、復制保真性的酶學依據(jù)（一）核酸外切酶活性和校讀三、復制保真性的酶學依據(jù)DNA-polⅢ的ε亞基有3`→5`外切酶活性和堿基選擇功能。

DNA復制的保真性，依賴三種機制：①

遵守嚴格的堿基配對規(guī)律;②

聚合酶在復制延長中對堿基的選擇功能;③

復制出錯時有即時的校讀功能。（二）復制的保真性和堿基選擇DNA-polⅢ的ε亞基有3`→5`外切酶活性和

四、DNA解鏈和分子拓撲學變化

(一）參與解鏈的酶與因子

主要有解螺旋酶、引物酶和單鏈DNA結(jié)合蛋白

1、解螺旋酶（helicase）

又稱解鏈酶,復制蛋白rep(replication),DnaB。

其作用是利用ATP供能來解開DNA雙鏈。四、DNA解鏈和分子拓撲學變化

復制起始時DnaA辨認E.coli上復制起始點oriC（originC），DnaC輔助DnaB(解螺旋酶)結(jié)合起始點并打開雙鏈。（DnaADnaBDnaC分別是dnaAdnaBdnaC基因產(chǎn)物)。E.coli基因圖復制起始時DnaA辨認E.coli上復制起始點又稱DnaG（dnaG基因產(chǎn)物）。作用是催化形成短片段的RNA引物，在其3`-OH端開始復制。圖

引物(primer)：由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。約十數(shù)個至數(shù)十個核苷酸。

2、引物酶（primase）27又稱DnaG（dnaG基因產(chǎn)物）。2、

3、單鏈DNA結(jié)合蛋白

（singlestrandedDNAbindingprotein，SSB）由177個氨基酸殘基組成的相同四聚體，結(jié)合單鏈DNA的跨度約32個核苷酸。復制過程中不斷與單鏈DNA結(jié)合和脫離。圖

作用是在復制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護單鏈的完整。第章DNA的生物合成（X頁）課件

(二)DNA拓撲異構(gòu)酶（DNAtopoisomerase）

拓撲：指物體或圖像作彈性移位而又保持物體不變的性質(zhì)。復制解鏈中的DNA分子繞雙螺旋軸高速解鏈旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)100次/秒），會造成解鏈前方的DNA分子纏繞打結(jié)。拓撲異構(gòu)酶改變DNA分子拓撲構(gòu)象，解除DNA分子纏繞打結(jié)。見圖

(二)DNA拓撲異構(gòu)酶（DNAtopoisomer拓撲酶I1.切斷DNA雙鏈中一股，切口處的斷端繞螺旋軸按照松弛螺旋的方向轉(zhuǎn)動，解除解鏈旋轉(zhuǎn)中的纏繞打結(jié)。2.適當時候又把切口封閉。催化反應不需ATP。拓撲酶I1.切斷DNA分子雙鏈某一部位，通過切口使超螺旋松馳，解除解鏈過程中的纏繞打結(jié)。2.在利用ATP供能情況下，斷端在拓撲酶催化下恢復連接。拓撲酶II1.切斷DNA分子雙鏈某一部位，通過切口使超螺旋松馳

五、DNA連接酶（DNAligase）其作用是連接兩段相鄰的DNA單鏈片段，使二者生成3`,5`-磷酸二酯鍵。需ATP。圖第章DNA的生物合成（X頁）課件

一、原核生物的DNA生物合成

（一）復制的起始復制起始點結(jié)構(gòu)：E.coli固定的復制起始點OriC跨度為245bp，包含有3組串連重復序列和2對反向重復序列。圖

第三節(jié)DNA生物合成過程

第三節(jié)DNA生物合成過程復制起始過程：DnaA辨認結(jié)合于OriC重復序列，DnaC輔助DnaB結(jié)合于OriC附近，解開局部雙鏈

，置換出DnaA，DnaG（引物酶）進入，形成引發(fā)體（圖）。繼續(xù)解鏈，SSB結(jié)合保護解開的單鏈，拓撲異構(gòu)酶發(fā)揮作用，引物酶催化生成RNA引物，復制起始完成。圖

復制起始過程：

在DNA-polⅢ催化下以dNTP為原料，以dNMP方式逐個加入到引物或延長中的新鏈3`-OH上，逐個形成3`,5`-磷酸二酯鍵。復制方向5`→3`，復制特點是半不連續(xù)性復制。圖1圖2DNA復制速度相當快，E.coli20分鐘可繁殖一代，每秒可參入2500個核苷酸。（二）復制的延長

在DNA-polⅢ催化下以dNTP為原料，以dNMP原核生物環(huán)狀DNA采取單復制子雙向復制。領(lǐng)頭鏈和隨從鏈上的RNA引物被RNA酶（或DNA-polI）水解，空隙由DNA-polI來催化填補，DNA連接酶將各片段連接成完整的環(huán)狀新鏈，形成兩個完整的環(huán)狀DNA。

圖1

圖2（三）復制的終止原核生物環(huán)狀DNA采取單復制子雙向復制。（三細胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成

細胞周期可分為：S期（Syntheticphase,DNA合成期）G2期（GapⅡ,DNA合成后期）M期（mitoticphase,有絲分裂期）G1期（GapⅠ,DNA合成前期）細胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成1.

真核生物DNA復制是多復制子雙向復制，有多個起始點；2.復制有時序性，復制子以分組方式激活而不是同步起動；（一）復制的起始真核生物復制起始與原核生物基本相似，有以下特點：1.真核生物DNA復制是多復制子雙向復制，有多個起始點；（3.復制起始點序列較原核oriC短。酵母復制起始點含11bp的自主復制序列：A(T)TTTATA(G)TTTA(T)。4.

DNA-polα具引物酶活性，生成引物（RNA+小段DNA）；DNA-polδ具解螺旋酶活性。5.

增殖細胞核抗原(PCNA)參與復制起始。其作用與原核DNA-polⅢ的β亞基相似，形成鉗卡DNA的夾子。3.復制起始點序列較原核oriC短。（二）復制的延長真核生物復制延長與原核生物基本相似，有以下特點：1.DNA-polα生成引物后，DNA-polδ在增殖細胞核抗原PCNA協(xié)助下置換DNA-polα。2.DNA-polδ在PCNA協(xié)助下合成DNA子鏈。3.引物和岡崎片段較原核生物短，單個復制子復制速度慢，但總體速度不慢。（二）復制的延長真核生物復制延長與原核生物基本相似，有以下特（三）復制終止和端粒酶

1、真核生物復制終止真核生物復制終止與原核生物基本相似。不同點：DNA為線形，復制結(jié)束時兩條新生子鏈的5`端的引物切下后形成的空隙需端粒酶修補并形成端粒。圖（三）復制終止和端粒酶

2、端粒（telomere）是真核生物染色體線性DNA分子末端的膨大的粒狀結(jié)構(gòu)，由DNA和結(jié)合蛋白形成。在維持染色體的穩(wěn)定性和DNA復制的完整性有重要作用。

端粒DNA序列共同特點是富含T、G短序列的重復序列(TnGn)x2、端粒（telomere）3、端粒酶(telomerase)是一種RNA-蛋白質(zhì)復合物。

端粒酶RNA

(AnCn)x

端粒酶協(xié)同蛋白端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶端粒酶以其RNA為模板，在其協(xié)同蛋白參與下，其逆轉(zhuǎn)錄酶催化生成DNA單鏈。3、端粒酶(telomerase)端粒酶端粒酶端粒酶借助其RNA與DNA單鏈有互補鹼基序列而辨認結(jié)合。圖以RNA為模板的逆轉(zhuǎn)錄，進行母鏈DNA的延長。圖延長以后的單鏈反折，DNA-polε以其3`-OH末端復制DNA單鏈，填補引物切除后的缺失，DNA連接酶完成連接。圖

端粒酶借助其RNA與DNA單鏈有互補鹼基序列而辨認結(jié)合。第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄和其他復制方式

一、逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription)逆轉(zhuǎn)錄:以RNA為模板指導合成DNA的過程，因與轉(zhuǎn)錄方向相反故稱逆轉(zhuǎn)錄（反轉(zhuǎn)錄）。1970年，H.Temin和D.Baltimore分別從RNA病毒中發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)。此類RNA病毒稱逆轉(zhuǎn)錄病毒(retrovirus)。

第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄和其他復制方式

一、逆轉(zhuǎn)錄(revers逆轉(zhuǎn)錄酶有3種酶活性1.以RNA為模板的DNA聚合酶活性。

2.RNase活性，水解雜化鏈上的RNA。3.以DNA為模板的DNA聚合酶活性。逆轉(zhuǎn)錄酶有3種酶活性細胞中的病毒逆轉(zhuǎn)錄

逆轉(zhuǎn)錄病毒在宿主細胞中逆轉(zhuǎn)錄生成雙鏈DNA，此又稱前病毒。圖前病毒可在細胞內(nèi)獨立繁殖，利用宿主RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄生成病毒RNA，并翻譯病毒蛋白質(zhì)，組裝成大量新病毒。前病毒DNA也可整合到宿主細胞基因組中，隨宿主基因復制和表達。細胞中的病毒逆轉(zhuǎn)錄二、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義

逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學研究中的重大發(fā)現(xiàn)，發(fā)展了中心法則。

逆轉(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功能。對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了病毒致癌理論和病毒性疾病的研究（艾滋?。?。逆轉(zhuǎn)錄應用于基因工程中（試管內(nèi)合成cDNA）圖。

二、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學研究1、滾環(huán)復制(rollingcirclereplication)是某些低等生物環(huán)狀DNA的特殊復制形式，如M13噬菌體等。

A蛋白在復制起始點將DNA外環(huán)打開缺口，5`端外伸，在3`端以內(nèi)環(huán)為模板完成第一次滾動復制。

A蛋白切下母鏈外環(huán)，并以此為模板再次滾動復制，最后形成兩個環(huán)狀DNA分子。復制不需RNA引物。圖

三、滾環(huán)復制和D環(huán)復制1、滾環(huán)復制(rollingcirclereplicat2、D環(huán)復制(D-loopreplication)

是線粒體DNA的復制形式。因復制中呈字母D形狀得名。

線粒體DNA復制起始點不在雙鏈同一位點，內(nèi)外環(huán)復制有時序差，復制需引物。先在內(nèi)環(huán)復制起始點以內(nèi)環(huán)為模板復制，至外環(huán)復制起始點，以外環(huán)為模板反向復制，形成兩個子代環(huán)狀DNA。圖2、D環(huán)復制(D-loopreplication)是DNA損傷(DNAdamage)或突變(mutation)是指一個堿基或片段DNA在構(gòu)成、復制或表型功能的異常變化。第五節(jié)DNA損傷（突變）與修復DNA損傷(DNAdamage)或突變(mutat

（一）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)

自發(fā)突變(spontaneousnutation)

（二）突變形成DNA的多態(tài)性

多態(tài)性(polymorphism)用來描述同物種個體之間的基因型差別現(xiàn)象。只有基因型改變而沒有表型改變的突變形成了DNA的多態(tài)性，如簡并密碼子上第三位堿基的改變等。一、突變的意義

（一）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)

一、突變的意義(三）致死性的突變可致死亡突變發(fā)生在對生命過程至關(guān)重要的基因上，可導致個體、細胞的死亡。(四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)

包括遺傳?。ㄑ巡?、地中海貧血等）；有遺傳傾向的疾病（高血壓病、糖尿病等）。(三）致死性的突變可致死亡物理因素：紫外線和各種輻射?；瘜W因素：化學誘變劑大多數(shù)是致癌物。（見書表）生物因素：動物致瘤性病毒等。二、引發(fā)突變的因素物理因素：紫外線和各種輻射。二、引發(fā)突變的因素三、突變的分子改變類型錯配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)框移突變(frame-shift)

三、突變的分子改變類型錯配(mismatch)框移突變

（一）錯配又稱點突變(pointmutation)，DNA上某一堿基的置換。圖

(二)缺失，插入和框移突變

缺失、插入都可導致框移突變。框移突變是三聯(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。

圖

（三）重排(rearrangement)

DNA分子內(nèi)發(fā)生較大片段的交換。圖（一）錯配

（一）直接修復（光修復）

通過光修復酶(photolyase)催化完成。僅需300-600nm波長照射，使嘧啶二聚體分解為原來的非聚合狀態(tài)。普遍存在于各種生物。圖

四、DNA損傷的修復

（一）直接修復（光修復）

四、DNA損（二）切除修復是細胞最重要和有效的修復方式。以原核生物DNA紫外線損傷修復為例：當DNA紫外線損傷時（較大），與修復有關(guān)的基因產(chǎn)生UvrA、UvrB、UvrC

(uvr=ultra-voiletresistant)。UvrA、UvrB辨認結(jié)合DNA損傷部位，UvrC有切除作用，修復過程有DNA-polI及連接酶參加。圖

（二）切除修復

(三)重組修復當DNA分子的損傷面較大，未及修復就進行復制時，損傷部位因無模板指引，復制出的子鏈會出現(xiàn)缺口。

重組蛋白RecA將另一股健康的母鏈與缺口部分進行交換，以填補缺口。

經(jīng)多次復制后，損傷鏈所占比例越來越小，把損傷鏈“稀釋”掉。圖(三)重組修復

（四）SOS修復是DNA損傷廣泛而誘發(fā)的一系列復雜的修復反應。

SOS修復系統(tǒng)包括切除修復基因uvr類產(chǎn)物、重組修復基因rec類產(chǎn)物、調(diào)控蛋白LexA等。該系統(tǒng)的反應特異性低，對堿基的識別、選擇能力差。

SOS修復的結(jié)果是DNA保留的錯誤較多，引起較廣泛、長期的突變。（四）SOS修復

DNA半保留復制的實驗證據(jù)含N15-DNA的細菌培養(yǎng)于14NH4Cl培養(yǎng)液

第一代

第二代梯度離心結(jié)果培養(yǎng)于14NH4Cl培養(yǎng)液重DNA普通DNA中等密度DNADNA返回61DNA半保留復制的實驗證據(jù)含N15-DNA的細菌培養(yǎng)于14DNA雙向復制返回62DNA雙向復制返回62A.環(huán)狀雙鏈DNA及復制起始點B.復制中的兩個復制叉C.復制接近終止點(termination,ter)oriterABC返回A.環(huán)狀雙鏈DNA及復制起始點oriterA5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’返回5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’返回3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)返回岡崎片段3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈隨從鏈返回復制的化學反應

返回66復制的化學反應返回663`,5`磷酸二酯鍵的生成35返回673`,5`磷酸二酯鍵的生成35返回675′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性53外切酶活性?切除引物和突變的DNA片段。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性

返回685′AGCTTCAGA:

DNA聚合酶Ⅲ

B:

DNA聚合酶ⅠAB返回69A:DNA聚合酶ⅢB:DNAA:

DNA聚合酶Ⅲ

B:

DNA聚合酶ⅠAB返回70A:DNA聚合酶ⅢB:DNA5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性53外切酶活性?切除引物和突變的DNA片段。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性

返回715′AGCTTCAG返回72返回72E.Coli基因圖返回E.Coli基因圖返回解鏈過程中DNA分子的纏繞打結(jié)返回解鏈過程中DNA分子的纏繞打結(jié)返回HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP＋Pi5’3’5’3’返回75HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP＋Pi5’3’5E.coli復制起始點oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245串聯(lián)重復序列反向重復序列5353返回76E.coli復制起始點oriCGATTNTTTATTT35DnaCDnaBDnaG35oriCDnaB,DnaC,DnaG與OriC共同形成引發(fā)體返回7735DnaCDnaBDnaG35ori3535引物3'HO5'SSBDnaCDnaB引物酶3'HO引物酶5'復制起始完成返回拓撲異構(gòu)酶783535引物3'HO5'SSBDnaCDnaB3535引物3'HO5'SSBDnaCDnaB引物酶3'HO引物酶5'返回拓撲異構(gòu)酶793535引物3'HO5'SSBDnaCDnaB3535引物3'HO5'SSBDnaCDnaB引物酶3'HO引物酶5'返回拓撲異構(gòu)酶803535引物3'HO5'SSBDnaCDnaB3535引物5'SSBDnaB引物酶5'復制延長返回拓撲異構(gòu)酶5'聚合酶813535引物5'SSBDnaB引物酶5'復制延長返復制延長過程返回82復制延長過程返回82555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATP

ADP+Pi55DNA連接酶子鏈上不連續(xù)性片段的連接返回555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP5ori5`3`原核生物復制終止返回terterori3`3`5`5`5`3`3`5`3`5`ori5`3`原核生物復制終止返回terterori53355335+5333355返回553355335+53333555`3`端粒酶RNA5`3`3`OH5`3`逆轉(zhuǎn)錄反折5`DNA-polε，連接酶返回TTTTGGGGTTTTGG-OH3`CCAAAACCCCAAAACCTTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGG-OH3`端粒酶RNACCAAAACCCCAAAACC865`3`端粒酶RNA5`3`3`OH5`3`逆轉(zhuǎn)錄反折5`逆轉(zhuǎn)錄病毒細胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA雜化雙鏈逆轉(zhuǎn)錄酶細胞RNA酶單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈DNA返回逆轉(zhuǎn)錄病毒細胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA逆轉(zhuǎn)錄酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶Klenow片段堿水解

TTTT以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成雙鏈cDNA

(complementaryDNA。是基因工程獲取目的基因的一種方法（cDNA法）。

試管內(nèi)合成cDNA返回逆轉(zhuǎn)錄酶AAAATTTTAAAASI核酸酶K3-OH5-P5'滾環(huán)復制5'A蛋白A蛋白返回3-OH5-P5'滾環(huán)復制5'A蛋白A蛋白返回dNTPDNA-polγ

D環(huán)復制oriori返回dNTPDNA-polγD環(huán)復制oriori返回鐮形紅細胞貧血病人Hbβ肽鏈N-val

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C肽鏈CACGTG基因正常成人Hbβ肽鏈N-val

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C肽鏈CTCGAG基因66返回谷氨酸密碼子GAG纈氨酸密碼子GUG鐮形紅細胞貧血病人Hbβ肽鏈N-val·his·

谷酪蛋絲5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙纈組纈正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突變返回谷酪蛋絲5’……GCA由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型Hbβ鏈和δ鏈基因重排返回由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型Hbβ鏈和δ鏈基因重排光修復光修復酶(photolyase)

UV返回光修復光修復酶(photolyase)UV返回UvrAUvrBOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA連接酶E.coli的切除修復機制UvrCUvrB返回UvrAUvrBOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA連接酶E.cRecA返回RecA返回97979898第章DNA的生物合成（X頁）課件第章DNA的生物合成（X頁）課件第章DNA的生物合成（X頁）課件第三篇

生物化學郭子林基因信息的傳遞第三篇生物化學郭子林基因信息的傳遞第三篇《基因信息的傳遞》內(nèi)容：第十章DNA的生物合成第十一章RNA的生物合成第十二章蛋白質(zhì)的生物合成第十三章基因表達調(diào)控第十四章基因重組與基因工程第三篇《基因信息的傳遞》內(nèi)容：本篇內(nèi)容的學習方法建議：掌握基因信息傳遞的基本過程；重點掌握基因信息傳遞、調(diào)控和基因工程的機制、重要酶類和主要物質(zhì)的作用；理清DNA、RNA、蛋白質(zhì)之間信息傳遞關(guān)系；注意基因信息傳遞異常與疾病的關(guān)系。本篇內(nèi)容的學習方法建議：第三篇基因信息的傳遞基因（gene）：生物活性產(chǎn)物編碼的DNA功能片段，以堿基排列順序貯存遺傳信息。由Johannsen于1909年首先提出。中心法則(centraldogma)：1958年F.Crick提出。1970年H.Temin發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，補充中心法則。第三篇基因信息的傳遞DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復制遺傳學中心法則復制DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復制遺傳學中心法第十章DNA的生物合成

DNA的生物合成有DNA復制和逆轉(zhuǎn)錄兩種方式。

DNA復制（DNAreplication）是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板，按照堿基配對原則指導合成子鏈DNA的過程。第十章DNA的生物合成

第一節(jié)

復制的基本規(guī)律

DNA復制的方式為半保留復制(semi-conservativereplication)

DNA復制的形式為雙向復制(bidirectionalreplication)

DNA復制的過程為半不連續(xù)復制(semi-discontinuousreplication)108

7

一、半保留復制（semi-conservativereplication）

DNA復制時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板，按堿基配對規(guī)律合成與模板互補的子鏈，形成子代DNA雙鏈，其中一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則是合成的，故稱半保留復制。

109

一、半保留復制8AGAACTTTCTTGAAAGAACTTTCTTGAAAGAACTTTCTTGAA半保留復制母鏈DNA

子鏈DNAATATAT半保留復制母鏈DNA子鏈DNA半保留復制的實驗依據(jù)1958年，Messelson和stahl用實驗證實。

1.細菌在含15NH4Cl的培養(yǎng)液中培養(yǎng)若干代，密度梯度離心分離出DNA是含15N的重DNA。圖2.把含15N-DNA的細菌放14NH4Cl培養(yǎng)液中培養(yǎng)，子一代DNA是中等密度DNA。圖3.繼續(xù)培養(yǎng)出子二代，其DNA是中等密度DNA與普通DNA各占一半。圖半保留復制的實驗依據(jù)半保留復制的意義按半保留復制方式，子代保留了親代DNA的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳過程的相對保守性。遺傳的保守性是相對的，而不是絕對的。自然界還存在著普遍的變異現(xiàn)象。半保留復制的意義DNA復制時，從復制起始點(origin)向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制叉，稱為雙向復制。圖二、雙向復制(bidirectionalreplication)

DNA復制時，從復制起始點(origin)向兩個方向解鏈，形原核生物是單復制子雙向復制。其環(huán)形DNA為單復制子，只有一個復制起始點。圖真核生物是多復制子雙向復制。其線形DNA有多個復制起始點，形成多個復制子。圖（復制子是獨立完成復制的功能單位，一個復制起始點起始的DNA復制區(qū)域稱為復制子replicon

）。114原核生物是單復制子雙向復制。其環(huán)形DNA為單復制子，只有一個三、半不連續(xù)復制

領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)：復制方向與解鏈方向一致的子鏈。領(lǐng)頭鏈復制是連續(xù)的。圖

隨從鏈(laggingstrand)：復制方向與解鏈方向相反的子鏈。隨從鏈的復制是不連續(xù)的，形成多個岡崎片段。圖

岡崎片段（Okazakifragment）：1968年日本科學家岡崎用電鏡觀察到，原核生物大小在一千至二千核苷酸，真核生物數(shù)百個核苷酸。115三、半不連續(xù)復制14第二節(jié)

DNA復制的酶學和拓撲學變化

參與DNA復制的酶與物質(zhì)：1.底物dNTP（N:A,G,C,T）2.DNA聚合酶（DNApolymerase,DNA-pol)

3.模板(template)4.解螺旋酶（解鏈酶）（helicase)5.拓撲異構(gòu)酶（topoisomerase)6.單鏈DNA結(jié)合蛋白SSB7.引物酶（primase)8.引物（primer)9.DNA連接酶（ligase)10.其他因子第二節(jié)

DNA復制的酶學和拓撲學變化一、

復制的化學反應1、復制的基本化學反應：核苷酸和核苷酸之間，通過3`,5`磷酸二酯鍵的生成而逐一聚合。反應底物是dNTP，加入單鏈的是dNMP。圖1圖22、復制的方向性：新鏈只能從5`-端向3`-端延長（所有新生成的RNA或DNA單鏈其方向都是5`→3`，模板鏈與之反向互補平行）。3`3`5`5`模板鏈新生鏈一、

復制的化學反應3`3`5`5`模板鏈新生鏈

二、DNA聚合酶

（DNApolymerase,DNA-pol)

（一）原核生物的DNA聚合酶

DNA-polIDNA-polII

DNA-polⅢ

1、DNA-polⅢ：

結(jié)構(gòu)：由10種亞基（22個亞基）組成的不對稱二聚體。其中αεθ組成核心酶。圖

功能：①真正的復制酶，α亞基具聚合活性。②ε亞基有3`→5`核酸外切酶活性和堿基選擇功能。圖第章DNA的生物合成（X頁）課件2、DNA-polII

有3`→5`核酸外切酶活性和聚合酶活性，主要參與DNA損傷的應急狀態(tài)修復（sos修復）。3、DNA-polI單一肽鏈的大分子，二級結(jié)構(gòu)以α-螺旋為主，從A至R共18個α-螺旋肽段。I螺旋與O螺旋之間有較大的空隙，可容納DNA鏈。圖小片段：A—F螺旋區(qū)大片段（Klenow片段）：G—R螺旋區(qū)polI2、DNA-polII3、DNA-polI小片段：A—323個氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604個氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是分子生物學常用的工具酶。

323個氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/KlDNA-polI作用：切除引物和突變片段；（5`→3`核酸外切酶活性）圖復制和修復中的空隙填補；（DNA聚合酶活性）復制中的錯誤校讀。（3→5`核酸外切酶活性）圖第章DNA的生物合成（X頁）課件

（二）真核生物的DNA聚合酶DNA聚合酶主要有5種。

DNA-polα：具引物酶活性(合成含RNA+DNA

的引物)

DNA-polβ：似DNA-polⅡ

DNA-polγ：線粒體DNA復制酶

DNA-polδ：真正的復制酶，似DNA-polⅢ，并有解螺旋酶活性

DNA-polε：似DNA-polⅠ（二）真核生物的DNA聚合酶

（一）核酸外切酶活性和校讀3`→5`外切酶活性是復制進行中校讀辨認錯配的堿基并加以切除。5`→3`外切酶活性，是切除引物和突變片段。圖DNA-polI具有3`→5`和5`→3`外切酶活性，DNA-polⅢ、II只有3`→5`外切酶活性。三、復制保真性的酶學依據(jù)（一）核酸外切酶活性和校讀三、復制保真性的酶學依據(jù)DNA-polⅢ的ε亞基有3`→5`外切酶活性和堿基選擇功能。

DNA復制的保真性，依賴三種機制：①

遵守嚴格的堿基配對規(guī)律;②

聚合酶在復制延長中對堿基的選擇功能;③

復制出錯時有即時的校讀功能。（二）復制的保真性和堿基選擇DNA-polⅢ的ε亞基有3`→5`外切酶活性和

四、DNA解鏈和分子拓撲學變化

(一）參與解鏈的酶與因子

主要有解螺旋酶、引物酶和單鏈DNA結(jié)合蛋白

1、解螺旋酶（helicase）

又稱解鏈酶,復制蛋白rep(replication),DnaB。

其作用是利用ATP供能來解開DNA雙鏈。四、DNA解鏈和分子拓撲學變化

復制起始時DnaA辨認E.coli上復制起始點oriC（originC），DnaC輔助DnaB(解螺旋酶)結(jié)合起始點并打開雙鏈。（DnaADnaBDnaC分別是dnaAdnaBdnaC基因產(chǎn)物)。E.coli基因圖復制起始時DnaA辨認E.coli上復制起始點又稱DnaG（dnaG基因產(chǎn)物）。作用是催化形成短片段的RNA引物，在其3`-OH端開始復制。圖

引物(primer)：由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。約十數(shù)個至數(shù)十個核苷酸。

2、引物酶（primase）128又稱DnaG（dnaG基因產(chǎn)物）。2、

3、單鏈DNA結(jié)合蛋白

（singlestrandedDNAbindingprotein，SSB）由177個氨基酸殘基組成的相同四聚體，結(jié)合單鏈DNA的跨度約32個核苷酸。復制過程中不斷與單鏈DNA結(jié)合和脫離。圖

作用是在復制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護單鏈的完整。第章DNA的生物合成（X頁）課件

(二)DNA拓撲異構(gòu)酶（DNAtopoisomerase）

拓撲：指物體或圖像作彈性移位而又保持物體不變的性質(zhì)。復制解鏈中的DNA分子繞雙螺旋軸高速解鏈旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)100次/秒），會造成解鏈前方的DNA分子纏繞打結(jié)。拓撲異構(gòu)酶改變DNA分子拓撲構(gòu)象，解除DNA分子纏繞打結(jié)。見圖

(二)DNA拓撲異構(gòu)酶（DNAtopoisomer拓撲酶I1.切斷DNA雙鏈中一股，切口處的斷端繞螺旋軸按照松弛螺旋的方向轉(zhuǎn)動，解除解鏈旋轉(zhuǎn)中的纏繞打結(jié)。2.適當時候又把切口封閉。催化反應不需ATP。拓撲酶I1.切斷DNA分子雙鏈某一部位，通過切口使超螺旋松馳，解除解鏈過程中的纏繞打結(jié)。2.在利用ATP供能情況下，斷端在拓撲酶催化下恢復連接。拓撲酶II1.切斷DNA分子雙鏈某一部位，通過切口使超螺旋松馳

五、DNA連接酶（DNAligase）其作用是連接兩段相鄰的DNA單鏈片段，使二者生成3`,5`-磷酸二酯鍵。需ATP。圖第章DNA的生物合成（X頁）課件

一、原核生物的DNA生物合成

（一）復制的起始復制起始點結(jié)構(gòu)：E.coli固定的復制起始點OriC跨度為245bp，包含有3組串連重復序列和2對反向重復序列。圖

第三節(jié)DNA生物合成過程

第三節(jié)DNA生物合成過程復制起始過程：DnaA辨認結(jié)合于OriC重復序列，DnaC輔助DnaB結(jié)合于OriC附近，解開局部雙鏈

，置換出DnaA，DnaG（引物酶）進入，形成引發(fā)體（圖）。繼續(xù)解鏈，SSB結(jié)合保護解開的單鏈，拓撲異構(gòu)酶發(fā)揮作用，引物酶催化生成RNA引物，復制起始完成。圖

復制起始過程：

在DNA-polⅢ催化下以dNTP為原料，以dNMP方式逐個加入到引物或延長中的新鏈3`-OH上，逐個形成3`,5`-磷酸二酯鍵。復制方向5`→3`，復制特點是半不連續(xù)性復制。圖1圖2DNA復制速度相當快，E.coli20分鐘可繁殖一代，每秒可參入2500個核苷酸。（二）復制的延長

在DNA-polⅢ催化下以dNTP為原料，以dNMP原核生物環(huán)狀DNA采取單復制子雙向復制。領(lǐng)頭鏈和隨從鏈上的RNA引物被RNA酶（或DNA-polI）水解，空隙由DNA-polI來催化填補，DNA連接酶將各片段連接成完整的環(huán)狀新鏈，形成兩個完整的環(huán)狀DNA。

圖1

圖2（三）復制的終止原核生物環(huán)狀DNA采取單復制子雙向復制。（三細胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成

細胞周期可分為：S期（Syntheticphase,DNA合成期）G2期（GapⅡ,DNA合成后期）M期（mitoticphase,有絲分裂期）G1期（GapⅠ,DNA合成前期）細胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成1.

真核生物DNA復制是多復制子雙向復制，有多個起始點；2.復制有時序性，復制子以分組方式激活而不是同步起動；（一）復制的起始真核生物復制起始與原核生物基本相似，有以下特點：1.真核生物DNA復制是多復制子雙向復制，有多個起始點；（3.復制起始點序列較原核oriC短。酵母復制起始點含11bp的自主復制序列：A(T)TTTATA(G)TTTA(T)。4.

DNA-polα具引物酶活性，生成引物（RNA+小段DNA）；DNA-polδ具解螺旋酶活性。5.

增殖細胞核抗原(PCNA)參與復制起始。其作用與原核DNA-polⅢ的β亞基相似，形成鉗卡DNA的夾子。3.復制起始點序列較原核oriC短。（二）復制的延長真核生物復制延長與原核生物基本相似，有以下特點：1.DNA-polα生成引物后，DNA-polδ在增殖細胞核抗原PCNA協(xié)助下置換DNA-polα。2.DNA-polδ在PCNA協(xié)助下合成DNA子鏈。3.引物和岡崎片段較原核生物短，單個復制子復制速度慢，但總體速度不慢。（二）復制的延長真核生物復制延長與原核生物基本相似，有以下特（三）復制終止和端粒酶

1、真核生物復制終止真核生物復制終止與原核生物基本相似。不同點：DNA為線形，復制結(jié)束時兩條新生子鏈的5`端的引物切下后形成的空隙需端粒酶修補并形成端粒。圖（三）復制終止和端粒酶

2、端粒（telomere）是真核生物染色體線性DNA分子末端的膨大的粒狀結(jié)構(gòu)，由DNA和結(jié)合蛋白形成。在維持染色體的穩(wěn)定性和DNA復制的完整性有重要作用。

端粒DNA序列共同特點是富含T、G短序列的重復序列(TnGn)x2、端粒（telomere）3、端粒酶(telomerase)是一種RNA-蛋白質(zhì)復合物。

端粒酶RNA

(AnCn)x

端粒酶協(xié)同蛋白端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶端粒酶以其RNA為模板，在其協(xié)同蛋白參與下，其逆轉(zhuǎn)錄酶催化生成DNA單鏈。3、端粒酶(telomerase)端粒酶端粒酶端粒酶借助其RNA與DNA單鏈有互補鹼基序列而辨認結(jié)合。圖以RNA為模板的逆轉(zhuǎn)錄，進行母鏈DNA的延長。圖延長以后的單鏈反折，DNA-polε以其3`-OH末端復制DNA單鏈，填補引物切除后的缺失，DNA連接酶完成連接。圖

端粒酶借助其RNA與DNA單鏈有互補鹼基序列而辨認結(jié)合。第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄和其他復制方式

一、逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription)逆轉(zhuǎn)錄:以RNA為模板指導合成DNA的過程，因與轉(zhuǎn)錄方向相反故稱逆轉(zhuǎn)錄（反轉(zhuǎn)錄）。1970年，H.Temin和D.Baltimore分別從RNA病毒中發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)。此類RNA病毒稱逆轉(zhuǎn)錄病毒(retrovirus)。

第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄和其他復制方式

一、逆轉(zhuǎn)錄(revers逆轉(zhuǎn)錄酶有3種酶活性1.以RNA為模板的DNA聚合酶活性。

2.RNase活性，水解雜化鏈上的RNA。3.以DNA為模板的DNA聚合酶活性。逆轉(zhuǎn)錄酶有3種酶活性細胞中的病毒逆轉(zhuǎn)錄

逆轉(zhuǎn)錄病毒在宿主細胞中逆轉(zhuǎn)錄生成雙鏈DNA，此又稱前病毒。圖前病毒可在細胞內(nèi)獨立繁殖，利用宿主RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄生成病毒RNA，并翻譯病毒蛋白質(zhì)，組裝成大量新病毒。前病毒DNA也可整合到宿主細胞基因組中，隨宿主基因復制和表達。細胞中的病毒逆轉(zhuǎn)錄二、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義

逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學研究中的重大發(fā)現(xiàn)，發(fā)展了中心法則。

逆轉(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功能。對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了病毒致癌理論和病毒性疾病的研究（艾滋?。?。逆轉(zhuǎn)錄應用于基因工程中（試管內(nèi)合成cDNA）圖。

二、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學研究1、滾環(huán)復制(rollingcirclereplication)是某些低等生物環(huán)狀DNA的特殊復制形式，如M13噬菌體等。

A蛋白在復制起始點將DNA外環(huán)打開缺口，5`端外伸，在3`端以內(nèi)環(huán)為模板完成第一次滾動復制。

A蛋白切下母鏈外環(huán)，并以此為模板再次滾動復制，最后形成兩個環(huán)狀DNA分子。復制不需RNA引物。圖

三、滾環(huán)復制和D環(huán)復制1、滾環(huán)復制(rollingcirclereplicat2、D環(huán)復制(D-loopreplication)

是線粒體DNA的復制形式。因復制中呈字母D形狀得名。

線粒體DNA復制起始點不在雙鏈同一位點，內(nèi)外環(huán)復制有時序差，復制需引物。先在內(nèi)環(huán)復制起始點以內(nèi)環(huán)為模板復制，至外環(huán)復制起始點，以外環(huán)為模板反向復制，形成兩個子代環(huán)狀DNA。圖2、D環(huán)復制(D-loopreplication)是DNA損傷(DNAdamage)或突變(mutation)是指一個堿基或片段DNA在構(gòu)成、復制或表型功能的異常變化。第五節(jié)DNA損傷（突變）與修復DNA損傷(DNAdamage)或突變(mutat

（一）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)

自發(fā)突變(spontaneousnutation)

（二）突變形成DNA的多態(tài)性

多態(tài)性(polymorphism)用來描述同物種個體之間的基因型差別現(xiàn)象。只有基因型改變而沒有表型改變的突變形成了DNA的多態(tài)性，如簡并密碼子上第三位堿基的改變等。一、突變的意義

（一）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)

一、突變的意義(三）致死性的突變可致死亡突變發(fā)生在對生命過程至關(guān)重要的基因上，可導致個體、細胞的死亡。(四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)

包括遺傳?。ㄑ巡?、地中海貧血等）；有遺傳傾向的疾?。ǜ哐獕翰　⑻悄虿〉龋?。(三）致死性的突變可致死亡物理因素：紫外線和各種輻射?；瘜W因素：化學誘變劑大多數(shù)是致癌物。（見書表）生物因素：動物致瘤性病毒等。二、引發(fā)突變的因素物理因素：紫外線和各種輻射。二、引發(fā)突變的因素三、突變的分子改變類型錯配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)框移突變(frame-shift)

三、突變的分子改變類型錯配(mismatch)框移突變

（一）錯配又稱點突變(pointmutation)，DNA上某一堿基的置換。圖

(二)缺失，插入和框移突變

缺失、插入都可導致框移突變?？蛞仆蛔兪侨?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。

圖

（三）重排(rearrangement)

DNA分子內(nèi)發(fā)生較大片段的交換。圖（一）錯配

（一）直接修復（光修復）

通過光修復酶(photolyase)催化完成。僅需300-600nm波長照射，使嘧啶二聚體分解為原來的非聚合狀態(tài)。普遍存在于各種生物。圖

四、DNA損傷的修復

（一）直接修復（光修復）

四、DNA損（二）切除修復是細胞最重要和有效的修復方式。以原核生物DNA紫外線損傷修復為例：當DNA紫外線損傷時（較大），與修復有關(guān)的基因產(chǎn)生UvrA、UvrB、UvrC

(uvr=ultra-voiletresistant)。UvrA、UvrB辨認結(jié)合DNA損傷部位，UvrC有切除作用，修復過程有DNA-polI及連接酶參加。圖

（二）切除修復

(三)重組修復當DNA分子的損傷面較大，未及修復就進行復制時，損傷部位因無模板指引，復制出的子鏈會出現(xiàn)缺口。

重組蛋白RecA將另一股健康的母鏈與缺口部分進行交換，以填補缺口。

經(jīng)多次復制后，損傷鏈所占比例越來越小，把損傷鏈“稀釋”掉。圖(三)重組修復

（四）SOS修復是DNA損傷廣泛而誘發(fā)的一系列復雜的修復反應。

SOS修復系統(tǒng)包括切除修復基因uvr類產(chǎn)物、重組修復基因rec類產(chǎn)物、調(diào)控蛋白LexA等。該系統(tǒng)的反應特異性低，對堿基的識別、選擇能力差。

SOS修復的結(jié)果是DNA保留的錯誤較多，引起較廣泛、長期的突變。（四）SOS修復

DNA半保留復制的實驗證據(jù)含N15-DNA的細菌培養(yǎng)于14NH4Cl培養(yǎng)液

第一代

第二代梯度離心結(jié)果培養(yǎng)于14NH4Cl培養(yǎng)液重DNA普通DNA中等密度DNADNA返回162DNA半保留復制的實驗證據(jù)含N15-DNA的細菌培養(yǎng)于14DNA雙向復制返回163DNA雙向復制返回62A.環(huán)狀雙鏈DNA及復制起始點B.復制中的兩個復制叉C.復制接近終止點(termination,ter)oriterABC返回A.環(huán)狀雙鏈DNA及復制起始點oriterA5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’返回5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’返回3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)返回岡崎片段3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈隨從鏈返回復制的化學反應

返回167復制的化學反應返回663`,5`磷酸二酯鍵的生成35返回1683`,5`磷酸二酯鍵的生成35返回675′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性53外切酶活性?切除引物和突變的DNA片段。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性

返回1695′AGCTTCAGA:

DNA聚合酶Ⅲ

B:

DNA聚合酶ⅠAB返回170A:DNA聚合酶ⅢB:DNAA:

DNA聚合酶Ⅲ

B:

DNA聚合酶ⅠAB返回171A:DNA聚合酶ⅢB:DNA5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性53外切酶活性?切除引物和突變的DNA片段。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性

返回1725′AGCT