第10章 DNA的生物合成

第10章DNA的生物合成DNABiosynthesis(Replication)

核酸的結(jié)構(gòu)與功能

（structureandfunctionofNucleicacid）核酸（nucleicacid）是含有磷酸基團(tuán)的重要生物大分子，因最初從細(xì)胞核分離獲得，又具有酸性，故稱(chēng)為核酸。什么是核酸？核酸的種類(lèi)、分布及功能90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于核外如線(xiàn)粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。功能：遺傳信息的貯存和攜帶者分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid)(ribonucleicacid)脫氧核糖核酸：DNA核糖核酸：RNA參與遺傳信息的表達(dá)的各過(guò)程。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。OswaldAvery（1877-1955）R型細(xì)菌：無(wú)毒型肺炎球菌S型細(xì)菌：有毒型肺炎球菌肺炎球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)DNA是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位P戊糖含氮堿基腺嘌呤(A)鳥(niǎo)嘌呤(G)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)DNA尿嘧啶(U)RNA構(gòu)成DNA的堿基：構(gòu)成RNA的堿基：腺嘌呤(A)鳥(niǎo)嘌呤(G)胞嘧啶(C)戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)構(gòu)成核苷酸的戊糖有兩種，DNA分子中含有β-D-2脫氧核糖，RNA分子中的戊糖為β-D-核糖。5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)（Watson、Crick，1953）⑴DNA分子由兩條相互平行但走向相反的脫氧多核苷酸鏈組成，兩鏈以-脫氧核糖-磷酸-為骨架，以右手螺旋方式繞同一公共軸盤(pán)旋成右手螺旋，形成大溝及小溝相間。⑵磷酸基和脫氧核糖在外側(cè)，彼此之間通過(guò)磷酸二酯鍵連接，形成DNA的骨架。堿基連接在糖環(huán)的內(nèi)側(cè)。⑶雙螺旋直徑2nm，順軸方向每隔0.34nm有一個(gè)核苷酸，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10對(duì)堿基。

⑷兩條鏈由堿基間的氫鍵相連。

A＝T，G≡C

⑸由于堿基的方向性，使得堿基對(duì)占據(jù)的空間不對(duì)稱(chēng)，DNA雙螺旋表面形成大溝和小溝。也是DNA與蛋白質(zhì)識(shí)別的部位。維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)的素，有三種作用力：①橫向穩(wěn)定為氫鍵②縱向穩(wěn)定為堿基間的堆積力③DNA分子中磷酸基的負(fù)電荷與介質(zhì)中的正電荷之間形成離子鍵。染色體染色纖維核小體組蛋白DNA中心法則

(TheCentralDogma)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制本章主要內(nèi)容復(fù)制的基本規(guī)律

DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化復(fù)制的過(guò)程逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式

DNA損傷（突變）與修復(fù)本章目的要求掌握:遺傳信息傳遞的中心法則、復(fù)制的基本過(guò)程、半保留復(fù)制、反轉(zhuǎn)錄、參與復(fù)制的酶及其功能、DNA聚合酶的三種活性。熟悉：DNA的半不連續(xù)復(fù)制、端粒酶的概念與功能、DNA損傷的類(lèi)型及其修復(fù)方式。復(fù)制親代DNA子代DNA以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過(guò)程。復(fù)制(replication)的概念第一節(jié)復(fù)制的基本規(guī)律BasicRulesofDNAReplication半保留復(fù)制(semi-conservativereplication)雙向復(fù)制(bidirectionalreplication)半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuousreplication)

DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解開(kāi)為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過(guò)來(lái)，另一股單鏈則完全從新合成。這種復(fù)制方式稱(chēng)為半保留復(fù)制。1.半保留復(fù)制的概念:一、半保留復(fù)制是DNA復(fù)制的基本特征ParentalDNA

AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+ReplicationProgenyDNA

5’3’5’5’5’5’3’3’3’3’5’3’3’3’3’3’5’5’5’5’Semi-conservativeReplicqation2.子鏈繼承母鏈遺傳信息的可能方式:全保留式半保留式混合式3.密度梯度實(shí)驗(yàn)

——實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。含重氮-DNA的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第二代梯度離心結(jié)果按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對(duì)的。4.半保留復(fù)制的意義原核生物復(fù)制時(shí)，DNA從起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱(chēng)為雙向復(fù)制。二、DNA復(fù)制從起始點(diǎn)向兩個(gè)方向延伸形成雙向復(fù)制復(fù)制中的放射自顯影圖象A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)B.復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(diǎn)(termination,ter)oriterABC5’3’oriorioriori5’3’真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子的復(fù)制。習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間的距離定為一個(gè)復(fù)制子(replicon)

。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制子replicon3’人Hela細(xì)胞DNA復(fù)制電鏡照片三、DNA一股子鏈復(fù)制的方向與解鏈方向相反導(dǎo)致半不連續(xù)復(fù)制3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈隨從鏈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(chēng)為領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)

。復(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(zhǎng)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱(chēng)為隨從鏈(laggingstrand)

。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱(chēng)為岡崎片段(okazakifragment)。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)制的半不連續(xù)性。DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化第二節(jié)TheEnzymologyandTopologyofDNAReplication參與DNA復(fù)制的物質(zhì)底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP；聚合酶(polymerase):

依賴(lài)DNA的DNA聚合酶，簡(jiǎn)寫(xiě)為DNA-pol；模板(template):

解開(kāi)成單鏈的DNA母鏈；引物(primer):

提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合；其他的酶和蛋白質(zhì)因子。一、核苷酸和核苷酸之間生成磷酸二酯鍵是復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng)(dNMP)n

+

dNTP→(dNMP)n+1

+

PPi聚合反應(yīng)的特點(diǎn):DNA新鏈生成需引物和模板；新鏈的延長(zhǎng)只可沿5→3方向進(jìn)行。是多功能酶，具三種酶活性：二、DNA聚合酶催化核苷酸之間聚合1.53

的聚合活性;2.35核酸外切酶活性;3.53核酸外切酶活性;全稱(chēng)：依賴(lài)DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)

簡(jiǎn)稱(chēng)：DNA-pol5′

AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性:53外切酶活性:?切除引物。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。具即時(shí)校對(duì)功能（instantproofreading）核酸外切酶活性DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ（一）原核生物DNA聚合酶分為三型(1)原核生物的DNA聚合酶可能不可能可能基因突變后的致死性無(wú)無(wú)有5￠→3￠核酸外切酶活性20？400分子數(shù)/細(xì)胞多亞基不對(duì)稱(chēng)二聚體？單肽鏈組成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI可能不可能可能基因突變后的致死性無(wú)無(wú)有5￠→3￠核酸外切酶活性20？400分子數(shù)/細(xì)胞多亞基不對(duì)稱(chēng)二聚體？單肽鏈組成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI功能：DNA-polⅠ（109kD）對(duì)復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對(duì)復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。323個(gè)氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow

片段604個(gè)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-polⅠ常用工具酶DNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然存活。DNA-polⅡ?qū)δ０宓奶禺愋圆桓?，即使在已發(fā)生損傷的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此認(rèn)為，它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。DNA-polⅢ(250kD)是原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶。（二）常見(jiàn)的真核細(xì)胞DNA聚合酶DNA-pol

起始引發(fā)，有引物酶活性。延長(zhǎng)子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性參與低保真度的復(fù)制。在復(fù)制過(guò)程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用。在線(xiàn)粒體DNA復(fù)制中起催化作用DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

三、核酸外切酶的校讀活性和堿基選擇功能是復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)復(fù)制按照堿基配對(duì)規(guī)律進(jìn)行，是遺傳信息能準(zhǔn)確傳代的基本原理。此外還需酶學(xué)的機(jī)制來(lái)保證復(fù)制的保真性。（一）核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認(rèn)切除錯(cuò)配堿基并加以校正核酸外切酶(exonuclease)是指能從核酸鏈的末端把核苷酸依次水解出來(lái)的酶，外切酶是有方向性的。A：DNA-pol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(duì)的底物。B：堿基配對(duì)正確，DNA-pol不表現(xiàn)活性。DNApolⅠ的校讀功能（二）復(fù)制的保真性依賴(lài)正確的堿基選擇DNA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）鍵的有序形成。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(duì)，嘌呤應(yīng)處于反式構(gòu)型。遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)對(duì)堿基的選擇功能；復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-pol的及時(shí)校讀功能。DNA復(fù)制保真性至少依賴(lài)三種機(jī)制四、復(fù)制中的分子解鏈伴有DNA分子拓?fù)鋵W(xué)變化DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)理順DNA鏈拓?fù)洚悩?gòu)酶(gyrA,B)穩(wěn)定已解開(kāi)的單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白SSB催化RNA引物生成引物酶DnaG(dnaG)運(yùn)送和協(xié)同DnaBDnaC(dnaC)解開(kāi)DNA雙鏈解螺旋酶DnaB(dnaB)辨認(rèn)起始點(diǎn)DnaA(dnaA)蛋白質(zhì)（基因）通用名功能原核生物復(fù)制起始的相關(guān)蛋白質(zhì)E.Coli基因圖解螺旋酶(helicase)——利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開(kāi)成為兩條單鏈。引物酶(primase)——復(fù)制起始時(shí)催化生成RNA引物的酶。單鏈DNA結(jié)合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。

108局部解鏈后（二）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài)、理順DNA鏈復(fù)制過(guò)程正超螺旋的形成：解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成既能水解、又能連接磷酸二酯鍵。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ拓?fù)洚悩?gòu)酶分類(lèi)：拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)：拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。作用機(jī)制：拓?fù)涿傅淖饔梅绞剑何?、DNA連接酶連接DNA雙鏈中的單鏈缺口連接DNA鏈3-OH末端和相鄰DNA鏈5-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。

DNA連接酶(DNAligase)作用方式：DNA連接酶的作用：HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP5’3’5’3’POO-O-OPOO-O-ODNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能：提供核糖3-OH提供5-P結(jié)果DNA聚合酶引物或延長(zhǎng)中的新鏈游離dNTP去PPi(dNTP)n+1連接酶復(fù)制中不連續(xù)的兩條單鏈不連續(xù)→連續(xù)鏈拓?fù)涿盖袛?、整理后的兩鏈改變拓?fù)錉顟B(tài)DNA聚合酶，拓?fù)涿负瓦B接酶催化3,5-磷酸二酯鍵生成的比較

DNA合成的基本過(guò)程：起始initiation延伸elongation終止termination第三節(jié)DNA生物合成過(guò)程TheProcessofDNAReplication（一）復(fù)制起始：DNA解鏈形成引發(fā)體需要解決兩個(gè)問(wèn)題：1.DNA解開(kāi)成單鏈，提供模板。2.形成引發(fā)體，合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成E.coli復(fù)制起始點(diǎn)oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···

113172932···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245串聯(lián)重復(fù)序列反向重復(fù)序列53531.DNA解鏈

DnaA

DnaB、DnaCDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶引物酶SSB35352.引發(fā)體和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱(chēng)為引發(fā)體。3535引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。引物3'HO5'引物酶（二）復(fù)制的延長(zhǎng)過(guò)程：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制復(fù)制的延長(zhǎng)指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長(zhǎng)中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。

5'

3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol領(lǐng)頭鏈的合成：領(lǐng)頭鏈的子鏈沿著5→3方向可以連續(xù)地延長(zhǎng)。隨從鏈的合成同一復(fù)制叉上領(lǐng)頭鏈和隨從鏈由相同的DNA-pol催化延長(zhǎng)復(fù)制過(guò)程簡(jiǎn)圖原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)(ter)處匯合。oriter

E.coli8232

ori

terSV40500（三）復(fù)制的終止過(guò)程：切除引物、填補(bǔ)空缺、連接切口555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATP

ADP+Pi55DNA連接酶隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接：哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成細(xì)胞能否分裂，決定于進(jìn)入S期及M期這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。G1→S及G2→M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。蛋白激酶通過(guò)磷酸化激活或抑制各種復(fù)制因子而實(shí)施調(diào)控作用。?真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子復(fù)制。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)。?復(fù)制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）參與。還需拓?fù)涿负蛷?fù)制因子(replicationfactor,RF)。?增殖細(xì)胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen,PCNA)在復(fù)制起始和延長(zhǎng)中起關(guān)鍵作用。（一）復(fù)制的起始3553領(lǐng)頭鏈3535親代DNA隨從鏈引物核小體（二）復(fù)制的延長(zhǎng)染色體DNA呈線(xiàn)狀，復(fù)制在末端停止。復(fù)制中岡崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。染色體兩端DNA子鏈上最后復(fù)制的RNA引物，去除后留下空隙。（三）復(fù)制的終止？53355335+5333355

DNA纏繞成的染色體末端，有稱(chēng)做端粒（telomere）的區(qū)域?？刂浦?xì)胞的分裂次數(shù)，端粒隨著細(xì)胞分裂每次變短，短到某個(gè)程度，細(xì)胞將不再分裂。人的一生中，細(xì)胞大約能分裂50～60次。因此端粒是控制生理壽命的生物鐘，而端粒長(zhǎng)短就成為表示細(xì)胞“年齡”的指標(biāo)。如果加入一種“端粒酶”阻止它縮短，就可使細(xì)胞保持年輕，人就像吃了“唐僧肉”一樣實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)生不老的夢(mèng)想。端粒(telomere)指真核生物染色體線(xiàn)性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。端粒的功能：維持染色體的穩(wěn)定性維持DNA復(fù)制的完整性端粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。多次重復(fù)的富含G、C堿基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…DNA聚合酶復(fù)制子鏈進(jìn)一步加工端粒酶催化作用的爬行模型第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式ReverseTranscription&OtherDNAReplicationWays雙鏈DNA是大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)。某些病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。少數(shù)低等生物如M13噬菌體，它的感染型只含單鏈DNA。原核生物的質(zhì)粒，真核生物的線(xiàn)粒體DNA，都是染色體外存在的DNA。這些非染色體基因組，采用特殊的方式進(jìn)行復(fù)制。

逆轉(zhuǎn)錄酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組是RNA，其復(fù)制方式是逆轉(zhuǎn)錄RNADNA逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription);逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)。逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象:RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA雜化雙鏈RNA酶單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈DNARNA病毒在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制成雙鏈DNA的前病毒(provirus)。前病毒保留了RNA病毒全部遺傳信息，并可在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立繁殖。在某些情況下，前病毒基因組通過(guò)基因重組(recombination)，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(chēng)為整合(integration)。前病毒獨(dú)立繁殖或整合，都可成為致病的原因。分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此法稱(chēng)為cDNA法。

以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與mRNA堿基序列互補(bǔ)的DNA鏈。

試管內(nèi)合成cDNA:cDNA

complementaryDNA

TTTT逆轉(zhuǎn)錄酶AAAAAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ堿水解TTTT二、逆轉(zhuǎn)錄的發(fā)現(xiàn)發(fā)展了中心法則逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)。

逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說(shuō)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。對(duì)逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了20世紀(jì)初已注意到的病毒致癌理論。

三、噬菌體DNA按滾環(huán)方式復(fù)制和線(xiàn)粒體DNA按D環(huán)方式復(fù)制3-OH5-P55533335'5'5335

1.滾環(huán)復(fù)制(rollingcirclereplication)dNTPDNA-polγ

2.D環(huán)復(fù)制(D-loopreplication)是線(xiàn)粒體DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的復(fù)制形式。

D-環(huán)復(fù)制時(shí)需合成引物。mtDNA為雙鏈，第一個(gè)引物以?xún)?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，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DNA的復(fù)制。復(fù)制中呈字母D形狀而得名。D環(huán)復(fù)制的特點(diǎn)是復(fù)制起始點(diǎn)不在雙鏈DNA同一位點(diǎn)，內(nèi)、外環(huán)復(fù)制有時(shí)序差別。線(xiàn)粒體DNA的復(fù)制過(guò)程DNA突變具體指?jìng)€(gè)別dNMP殘基以至片段DNA在構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化，也稱(chēng)DNA損傷(DNAdamage)。從分子水平來(lái)看，突變就是DNA上堿基的改變。第五節(jié)DNA損傷（突變）與修復(fù)DNADamage(Mutation)&Repair基因突變GeneMutation從分子水平來(lái)看，突變就是DNA分子上堿基發(fā)生可遺傳的永久性的改變。突變的概念一、突變?cè)谏锝缙毡榇嬖冢ㄒ唬┩蛔兪沁M(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)從長(zhǎng)遠(yuǎn)的生物史看，進(jìn)化過(guò)程是突變的不斷發(fā)生所造成的。大量的突變都是屬于這種類(lèi)型，只是目前還未能認(rèn)識(shí)其發(fā)生的真正原因，因而名為自發(fā)突變或自然突變(spontaneousmutation)。(二)只有基因型改變的突變形成DNA多態(tài)性這種突變沒(méi)有可察覺(jué)的表型改變，例如在簡(jiǎn)并密碼子上第三位堿基的改變，蛋白質(zhì)非功能區(qū)段上編碼序列的改變等。這些現(xiàn)象也相當(dāng)普遍。多態(tài)性(polymorphism)一詞用來(lái)描述個(gè)體之間的基因型差別現(xiàn)象。（三）致死性的突變可導(dǎo)致個(gè)體、細(xì)胞的死亡1.α地中海貧血是終止密碼子突變是由于α珠蛋白基因第142位終止密碼子TAA（mtRNA為UAA）突變?yōu)镃AA（谷氨酰胺），結(jié)果α延長(zhǎng)為172個(gè)氨基酸，這種突變基因轉(zhuǎn)形成的mRNAI不穩(wěn)定，所以導(dǎo)致α鏈合成減少，表現(xiàn)為α＋地中海貧血。（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)2.苯丙酮尿癥I型病因：肝臟合成的苯丙氨酸羥化酶（Phenylalanina

Hydrozylase,PAH）缺乏。主征：智力低下，尿有霉味治療：新生兒診斷明確后，即用低苯丙氨酸飲食控制血中苯丙氨酸濃度，改善腦子的發(fā)育，而“危險(xiǎn)期”一過(guò)，病嬰后來(lái)就基本正常。AT→GC,AUG(met)→GUG(val)肽鏈不能合成。408個(gè)密碼子CG→TA，CGG（arg）→UGG(tyr)

白化病是一種常見(jiàn)的常染色體隱性遺傳病。

由于患者體內(nèi)編碼酪氨酸酶的基因發(fā)生突變，使患者體內(nèi)酪氨酸酶缺乏而導(dǎo)致黑色素的合成發(fā)生障礙，從而引起白化癥狀?；颊吆缒ぁ⑵つw、毛發(fā)缺乏黑色素，羞明?，F(xiàn)以a表示該病的致病基因，與其等位的正?；?yàn)锳，當(dāng)一對(duì)夫婦均為攜帶者時(shí)，他們的后代將有1/4的幾率是白化病患兒，3/4的幾率為表型正常的個(gè)體，在表型正常的個(gè)體中，2/3為白化病基因攜帶者。

3.白化病二、多種化學(xué)或物理因素可誘發(fā)突變大量的突變屬于自發(fā)突變，發(fā)生頻率只不過(guò)在10-9左右。但由于生物基因組龐大，細(xì)胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。實(shí)驗(yàn)室用來(lái)誘發(fā)突變，也是生活環(huán)境中導(dǎo)致突變的因素，主要有物理和化學(xué)因素。DNA復(fù)制錯(cuò)誤堿基的異構(gòu)式3.自發(fā)的化學(xué)變化(1)脫嘌呤（depurination）(2)脫氨（基）(deamination)作用(一)自發(fā)突變（spontaneousmutations）1.DNA復(fù)制錯(cuò)誤高等動(dòng)植物10-5～10-8，細(xì)菌10-4～10-102.堿基異構(gòu)式引起DNA復(fù)制的錯(cuò)配G(k)C(a)正確配對(duì)A(a)

T(k)

錯(cuò)誤配對(duì)G(k)T(e)A(a)

C(i)A(i,anti)A(a,syn)A(i,anti)G(k,syn)

G(e,i,anti)G(k,syn)G(e,i,anti)A(a,syn)A(i)

C(a)

G(e)

T(k)

3.自發(fā)的化學(xué)變化（1）脫嘌呤作用

脫氨基作用(2)脫氨（基）(deamination)作用1.物理因素

UV:紫外線(xiàn)(UV)、各種輻射(二)誘發(fā)突變（inducedmutations）2.化學(xué)因素常見(jiàn)的化學(xué)誘變劑化合物類(lèi)別作用點(diǎn)分子改變堿基類(lèi)似物如：5-BUA?5-BU?G-A--T--G--C-羥胺類(lèi)（NH2OH）T?C-T--A--C--G-亞硝酸鹽（NO2）C?U-G--C--A--T-烷化劑如：氮芥類(lèi)，NitrominsG?mGG?mGDNA缺失G（1）堿基類(lèi)似物（Baseanalog）2-氨基嘌呤2-Aminopurine5-溴尿嘧啶5-BromineUracil

OOBrNH25-溴尿嘧啶和T很相似，僅在第5個(gè)碳元子上由Br取代了甲基5-BU有，酮式，烯醇式兩種異構(gòu)體，可分別與A及G配對(duì)結(jié)合5-BrU:G:A烯醇式enolBrOHHOBr酮式KetoHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT酮式5-BrU的滲入AGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT第二輪復(fù)制A·TG·C

轉(zhuǎn)變AGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT第一輪復(fù)制酮式到稀醇式的轉(zhuǎn)變烯醇式滲入為G·CA·T轉(zhuǎn)變2-氨基嘌呤(2-AP)也是堿基的類(lèi)似物，有正常狀態(tài)和稀有狀態(tài)兩種異構(gòu)體，可分別與T和C配對(duì)結(jié)合。當(dāng)2-AP摻入到DNA復(fù)制中時(shí)，由于其異構(gòu)體的變換而導(dǎo)致A∶T到G∶C的轉(zhuǎn)變。（2）2-氨基嘌呤

A被其脫去氨基后可變成次黃嘌呤（H），H不能再與T配對(duì)，而變?yōu)榕cC配對(duì)，經(jīng)DNA復(fù)制后，可形成T-A→C-G的轉(zhuǎn)換（3）堿基修飾物：亞硝酸引起堿基對(duì)改變烷化劑如甲基黃酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基黃酸甲脂（MMS）,亞硝基胍（NG）等，它們的作用是使堿基烷基化，EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷化，結(jié)果產(chǎn)生的O-6-E-G和O-4-E-T分別和T、G配對(duì)，導(dǎo)致G∶C對(duì)轉(zhuǎn)換成A∶T對(duì)；T∶A對(duì)轉(zhuǎn)換成C∶G（4）烷化劑引起堿基對(duì)的改變?nèi)?、引起突變的分子改變?lèi)型有多種錯(cuò)配

(mismatch)缺失

(deletion)插入

(insertion)重排

(rearrangement)

框移突變(frame-shiftmutation)

從化學(xué)本質(zhì)看，突變的DNA分子改變可分為：（一）錯(cuò)配可導(dǎo)致編碼氨基酸的改變DNA上堿基錯(cuò)配稱(chēng)點(diǎn)突變(pointmutation)。自發(fā)突變和不少化學(xué)誘變都能引起DNA上某一堿基的置換。點(diǎn)突變?cè)诨蚓幋a區(qū)，可導(dǎo)致氨基酸改變。DNA堿基的改變稱(chēng)點(diǎn)突變(pointmutation)鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

·

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·

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·

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·

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·

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·

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·

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·

·

C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

·

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·

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·

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·

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·

glu

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·

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·

·

C肽鏈CTCGAG基因血紅蛋白β亞基因點(diǎn)突變正常的紅細(xì)胞鐮刀型紅細(xì)胞正常細(xì)胞H-ras基因堿基序列:ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTG

GTGGGCGCCGGCGGTGTG腫瘤H-ras堿基序列:ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTG

GTGGGCGCCGTCGGTGTG正常細(xì)胞p21蛋白的氨基酸序列:MetThr

GluTyrLysLeuValVal

Val

GlyAlaGlyAlaVal腫瘤H-ras編碼p21蛋白氨基酸序列:MetThr

GluTyrLysLeuValVal

Val

GlyAla

ValAlaVal

H-ras基因的點(diǎn)突變(二)缺失、插入和框移突變?cè)斐傻鞍踪|(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變?nèi)笔В阂粋€(gè)或幾個(gè)堿基從DNA上消失。插入：原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)或幾個(gè)堿基插入到DNA大分子中間。缺失或插入都可導(dǎo)致框移突變?？蛞仆蛔儯喝?lián)體密碼的閱讀方式改變，造成編碼的氨基酸發(fā)生改變。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?cè)０彐?’CTTCTTCTT

CTT

CTTCTT5’mRNA的序列5’GAAGAAGAA

GAA

GAAGAA3’氨基酸順序glu

glu

glu

glu

glu

glu開(kāi)始處插入一個(gè)C3’CCTTCTTCT

TCT

TCT

TCTT5’mRNA的序列為5