第10章 DNA的生物合成課件

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

第10章DNA的生物合成1核酸（nucleicacid）是含有磷酸基團的重要生物大分子，因最初從細胞核分離獲得，又具有酸性，故稱為核酸。什么是核酸？核酸（nucleicacid）是含有磷酸基團的重要生物大分2核酸的種類、分布及功能90%以上分布于細胞核功能：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各過程核酸的種類、分布及功能90%以上分布于細胞核分布于胞核3OswaldAvery（1877-1955）R型細菌：無毒型肺炎球菌S型細菌：有毒型肺炎球菌肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗DNA是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)OswaldAvery（1877-1955）R型細菌：無4核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位P戊糖含氮堿基核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位P戊糖含氮堿基5嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)堿基（bases）嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌6嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)7腺嘌呤(A)鳥嘌呤(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)鳥嘌呤(G)胞嘧啶(C)腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)DNA尿嘧8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。戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)95′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵10DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點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。⑵磷酸基和脫氧核糖在外側(cè)，形成DNA的骨架。⑶雙螺旋直徑2nm，順軸方向每隔0.34nm有一個核苷酸，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10對堿基。

⑷兩條鏈由堿基間的氫鍵相連。A＝T，G≡CDNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點⑴DNA分子由兩條相互平行但走向相反的11染色體染色纖維核小體組蛋白DNA染色體染色纖維核小體組蛋白DNA12中心法則

(TheCentralDogma)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制中心法則(TheCentralDogma)轉(zhuǎn)錄13第10章DNA的生物合成課件14第10章DNA的生物合成課件15本章主要內(nèi)容復(fù)制的基本規(guī)律DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓撲學(xué)變化復(fù)制的過程逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式DNA損傷（突變）與修復(fù)本章主要內(nèi)容復(fù)制的基本規(guī)律16本章目的要求掌握:遺傳信息傳遞的中心法則、復(fù)制的基本過程、復(fù)制的基本規(guī)律、半保留復(fù)制、半不連續(xù)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：端粒酶的概念與功能、DNA損傷的類型及其修復(fù)方式。本章目的要求掌握:遺傳信息傳遞的中心法則、復(fù)制的基本過程、復(fù)17復(fù)制親代DNA子代DNA以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。復(fù)制(replication)的概念復(fù)制親代DNA子代DNA以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過18第一節(jié)復(fù)制的基本規(guī)律BasicRulesofDNAReplication一、半保留復(fù)制(semi-conservative)二、雙向復(fù)制(bidirectional)三、半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuous)第一節(jié)復(fù)制的基本規(guī)律一、半保留復(fù)制(semi-con19DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全從新合成。這種復(fù)制方式稱為半保留復(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DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(20ParentalDNA

AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+ReplicationProgenyDNA

5’3’5’5’5’5’3’3’3’3’5’3’3’3’3’3’5’5’5’5’Semi-conservativeReplicqationParentalDNAATCGATTAATAT+Repl21DNA復(fù)制①解旋：在解旋酶作用下，把兩條螺旋雙鏈解開。

②形成子鏈：以解開的每段鏈為模板，按照堿基互補配對原則，合成與母鏈互補的子鏈。③螺旋化：在酶的作用下，重新生成兩個雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA分子。DNA復(fù)制①解旋：在解旋酶作用下，把兩條螺旋雙鏈解開。222、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2、子鏈繼承母鏈遺傳信息的可能方式全保留式23重帶(下部)15N//15N中帶(中間)15N//14N輕帶(上部)14N//14N中帶(中間)15N//14N如果DNA是以半保留的方式復(fù)制的，那么離心后應(yīng)該出現(xiàn)三種DNA帶：科學(xué)家推測：重帶(下部)15N//15N中帶(中間)15N//14N輕帶243、密度梯度實驗——實驗結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。含重氮-DNA的細菌培養(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3、密度梯度實驗——實驗結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。含重氮-25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)，但不是絕對的。4、半保留復(fù)制的意義按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子26原核生物復(fù)制時，DNA從起始點(origin)向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。二、DNA復(fù)制從起始點向兩個方向延伸形成雙向復(fù)制復(fù)制中的放射自顯影圖象原核生物復(fù)制時，DNA從起始點(origin)向兩個方向解鏈27A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點B.復(fù)制中的兩個復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(termination,ter)oriterABCA.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點oriterA285’3’oriorioriori5’3’真核生物每個染色體有多個起始點，是多復(fù)制子的復(fù)制。習(xí)慣上把兩個相鄰起始點之間的距離定為一個復(fù)制子(replicon)。復(fù)制子是獨立完成復(fù)制的功能單位。5’3’oriorioriori5’3’真核生物每個染色體有295’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制子replicon3’5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’30人Hela細胞DNA復(fù)制電鏡照片人Hela細胞DNA復(fù)制電鏡照片31三、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3

5

3

5

解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈隨從鏈復(fù)制叉的形成三、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332順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為領(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，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈(laggingstrand)。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(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。順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈(33第二節(jié)DNA復(fù)制酶學(xué)和拓撲學(xué)TheEnzymologyandTopologyofDNAReplication第二節(jié)DNA復(fù)制酶學(xué)和拓撲學(xué)TheEnzymolo34參與DNA復(fù)制的物質(zhì)底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP；聚合酶(polymerase):依賴DNA的DNA聚合酶，簡寫為DNA-pol；模板(template):解開成單鏈的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。參與DNA復(fù)制的物質(zhì)底物(substrate):dATP,35一、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)(d36聚合反應(yīng)的特點:DNA新鏈生成需引物和模板；新鏈的延長只可沿5→3

方向進行。聚合反應(yīng)的特點:DNA新鏈生成需引物和模板；37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、5

3

的聚合活性;2、3

5

核酸外切酶活性;3、5

3

核酸外切酶活性;全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)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385′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′3

5

外切酶活性:5

3

外切酶活性:切除引物。?能辨認錯配的堿基對，并將其水解。具即時校對功能（instantproofreading）核酸外切酶活性5′AGCTTCAG39DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ（一）原核生物DNA聚合酶分為三型DNA-polⅠ（一）原核生物DNA聚合酶分為三型40（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無有→核酸外切酶活性20？400分子數(shù)/細胞多亞基不對稱二聚體？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無有5’3’20？400分子數(shù)/細胞多亞基不對稱二聚體？單肽鏈組成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polDNA-pol（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41DNA-polⅠ（109kD）功能：對復(fù)制中的錯誤進行校讀，對復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進行填補。DNA-polⅠ（109kD）功能：對復(fù)制中的錯誤進行42323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-polⅠ常用工具酶323個氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Kl43DNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)生突變，細菌依然存活。DNA-polII對模板的特異性不高，即使在已發(fā)生損傷的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此認為，它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。DNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)44DNA-polⅢ(250kD)是原核生物復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。DNA-polⅢ(250kD)是原核生物復(fù)制延長中45（二）常見的真核細胞DNA聚合酶DNA-pol

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)和填補缺口的作用。在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

（二）常見的真核細胞DNA聚合酶DNA-pol起始引發(fā)，46三、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)制按照堿基配對規(guī)律進行，是遺傳信息能準確傳代的基本原理。此外還需酶學(xué)的機制來保證復(fù)制的保真性。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)47（一）核酸外切酶辨認切除錯配堿基核酸外切酶(exonuclease)是指能從核酸鏈的末端把核苷酸依次水解出來的酶，外切酶是有方向性的。（一）核酸外切酶辨認切除錯配堿基核酸外切酶(exonucle48A：DNA-pol的外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對的底物。B：堿基配對正確，DNA-pol不表現(xiàn)活性。DNApolⅠ的校讀功能A：DNA-pol的外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合活性摻49（二）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇DNA聚合酶靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價（氫鍵）與共價（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，嘌呤應(yīng)處于反式構(gòu)型。（二）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇DNA聚合酶靠其大分子結(jié)50遵守嚴格的堿基配對規(guī)律；聚合酶在復(fù)制延長時對堿基的選擇功能；復(fù)制出錯時DNA-pol的及時校讀功能。DNA復(fù)制保真性至少依賴三種機制遵守嚴格的堿基配對規(guī)律；DNA復(fù)制保真性至少依賴三種機制51四、復(fù)制中DNA分子拓撲學(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。四、復(fù)制中DNA分子拓撲學(xué)變化DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)52（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)理順DNA鏈拓撲異構(gòu)酶(gyrA,B)穩(wěn)定已解開的單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白SSB催化RNA引物生成引物酶DnaG(dnaG)運送和協(xié)同DnaBDnaC(dnaC)解開DNA雙鏈解螺旋酶DnaB(dnaB)辨認起始點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)解螺旋酶（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)理順DNA鏈拓撲異構(gòu)53E.Coli基因圖E.Coli基因圖54解螺旋酶(helicase)——利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈。引物酶(primase)——復(fù)制起始時催化生成RNA引物的酶，不同于催化轉(zhuǎn)錄的RNA-pol。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)并保護單鏈的完整。解螺旋酶(helicase)——利用ATP供能，作用于氫鍵，55108局部解鏈后（二）DNA拓撲異構(gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài)復(fù)制過程正超螺旋的形成：108局部解鏈后（二）DNA拓撲異構(gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài)復(fù)56解鏈過程中正超螺旋的形成解鏈過程中正超螺旋的形成57既能水解、又能連接磷酸二酯鍵。拓撲異構(gòu)酶Ⅰ拓撲異構(gòu)酶Ⅱ拓撲異構(gòu)酶分類：拓撲異構(gòu)酶作用特點：既能水解、又能連接磷酸二酯鍵。拓撲異構(gòu)酶Ⅰ拓撲異構(gòu)酶分類58拓撲異構(gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當時候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。拓撲異構(gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進入負超螺旋狀態(tài)。作用機制拓撲異構(gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)59拓撲酶的作用方式DNA解鏈過程需要的酶拓撲酶的作用方式DNA解鏈過程需要的酶60五、DNA連接酶連接DNA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：五、DNA連接酶連接DNA單鏈缺口連接DNA鏈3-OH末端61DNA連接酶的作用HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP5’3’5’3’POO-O-OPOO-O-ODNA連接酶的作用HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPAD62提供核糖3

-OH提供5

-P結(jié)果DNA聚合酶引物或延長中的新鏈游離dNTP去PPi(dNMP)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)鏈拓撲酶切斷、整理后的兩鏈改變拓撲狀態(tài)DNA聚合酶，拓撲酶和連接酶催化3

,5

-磷酸二酯鍵生成的比較提供核糖3-OH提供5-P結(jié)果DNA聚合酶引物或延長中的63起始initiation延伸elongation終止termination第三節(jié)DNA生物合成過程TheProcessofDNAReplication起始initiation第三節(jié)DNA生物合成過程64（一）復(fù)制起始：DNA解鏈形成引發(fā)體需要解決兩個問題：1.DNA解開成單鏈，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（一）復(fù)制起始：DNA解鏈形成引發(fā)體需要解決兩個問題：1.65E.coli復(fù)制起始點oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···113172932···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237串聯(lián)重復(fù)序列反向重復(fù)序列5

3

5

3

1、DNA解鏈E.coli復(fù)制起始點oriCGATTNTTTATTT66復(fù)制起點的結(jié)構(gòu)特征:DNA在復(fù)制時，需在特定的位點起始，這是一些具有特定核苷酸排列順序的片段，即復(fù)制起始點（復(fù)制子）。復(fù)制起點的結(jié)構(gòu)特征:67DnaADnaB、DnaCDNA拓撲異構(gòu)酶引物酶SSB3

5

3

5

2、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)稱為引發(fā)體。DnaADnaB、DnaCDNA68RNA引物的大小，通常為1－10個核苷酸。RNA引物的堿基順序，與其模板DNA的堿基順序相配對。RNA引物的大小，通常為1－10個核苷酸。RNA引物的堿基順693

5

3

5

引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。引物3'HO5'引物酶3535引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。引物70

DNA雙螺旋的解旋單鏈解螺旋酶（）DNA雙螺旋的解旋單鏈解螺旋酶（71（二）復(fù)制的延長過程：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制復(fù)制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個加入引物后或延長中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。

（二）復(fù)制的延長過程：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制復(fù)制的725'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTP73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。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。74隨從鏈的合成隨從鏈的合成75復(fù)制過程簡圖復(fù)制過程簡圖76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(ter)處匯合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）復(fù)制終止：切除引物、填補空缺、連接切口原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(775

5

5

RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

PATPADP+Pi5

5

DNA連接酶隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接：555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP578第10章DNA的生物合成課件79哺乳動物的細胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成S期：DNA復(fù)制G1，G2期：RNA和蛋白質(zhì)合成M期：分裂期哺乳動物的細胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DN80?真核生物每個染色體有多個起始點，是多復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制有時序性，即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步起動。?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。還需拓撲酶和復(fù)制因子(replicationfactor,RF)。（一）復(fù)制的起始?真核生物每個染色體有多個起始點，是多復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制有時81?增殖細胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen,PCNA)在復(fù)制起始和延長中起關(guān)鍵作用。（類似DNApolⅢβ）細胞能否分裂，決定于進入S期及M期。G1→S及G2→M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。相關(guān)激酶具有調(diào)節(jié)亞基和催化亞基（屬于酶的哪種調(diào)節(jié)方式？）蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復(fù)制因子而實施調(diào)控作用。（屬于酶的哪種調(diào)節(jié)方式？）復(fù)制起始的調(diào)節(jié)?增殖細胞核抗原(proliferationcelln823

5

5

3

領(lǐng)頭鏈3

5

3

5

親代DNA隨從鏈引物核小體（二）復(fù)制的延長3553領(lǐng)頭鏈3535親代DNA隨從鏈引物核83染色體DNA呈線狀，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？染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。（三）復(fù)制的終止？845

3

3

55

3

3

5+5

3

3

3

3

5

5

53355335+533335585DNA纏繞成的染色體末端，有稱做端粒（telomere）的區(qū)域?？刂浦毎姆至汛螖?shù)，端粒隨著細胞分裂每次變短，短到某個程度，細胞將不再分裂。人的一生中，細胞大約能分裂50～60次。因此端粒是控制生理壽命的生物鐘，而端粒長短就成為表示細胞“年齡”的指標。如果加入一種“端粒酶”阻止它縮短，就可使細胞保持年輕，人就像吃了“唐僧肉”一樣實現(xiàn)長生不老的夢想。端粒(telomere)指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。DNA纏繞成的染色體末端，有稱做端粒（telomere）的86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、T堿基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…端粒的功能：維持染色體的穩(wěn)定性端粒的結(jié)構(gòu)特點由末端單鏈DNA87DNA聚合酶復(fù)制子鏈進一步加工DNA聚合酶復(fù)制子鏈進一步加工88端粒酶催化作用的爬行模型端粒酶催化作用的爬行模型89第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式ReverseTranscription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，采用特殊的方式進行復(fù)制。第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式雙鏈DNA是大多數(shù)生物的遺傳90

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91逆轉(zhuǎn)錄病毒細胞內(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DNA逆轉(zhuǎn)錄病毒細胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象:RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-R92RNA病毒在細胞內(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，并可在細胞內(nèi)獨立繁殖。在某些情況下，前病毒基因組通過基因重組(recombination)，參加到細胞基因組內(nèi)，并隨宿主基因一起復(fù)制和表達。這種重組方式稱為整合(integration)。前病毒獨立繁殖或整合，都可成為致病的原因。RNA病毒在細胞內(nèi)復(fù)制成雙鏈DNA的前病毒(provirus93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堿基序列互補的DNA鏈。試管內(nèi)合成cDNAcDNAcomplementaryDNA

TTTT逆轉(zhuǎn)錄酶AAAAAAAASI核酸酶DNA聚合酶Ⅰ堿水解TTTT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94二、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20世紀初已注意到的病毒致癌理論。

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95三、噬菌體DNA和線粒體DNA復(fù)制噬菌體DNA復(fù)制按滾環(huán)方式進行復(fù)制(rollingcirclereplication)線粒體DNA復(fù)制按D環(huán)方式進行復(fù)制(D-loopreplication)三、噬菌體DNA和線粒體DNA復(fù)制噬菌體DNA復(fù)制按滾環(huán)方式963

-OH5

-P5

5

5

3

3

3

3

5'5'

5

3

3

5

1、滾環(huán)復(fù)制(rollingcirclereplication)3-OH5-P55533335'5'597dNTPDNA-polγ2、D環(huán)復(fù)制(D-loopreplication)是線粒體DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的復(fù)制形式。

dNTPDNA-polγ2、D環(huán)復(fù)制(D-loopre98D-環(huán)復(fù)制時需合成引物。mtDNA為雙鏈，第一個引物以內(nèi)環(huán)為模板延伸。至第二個復(fù)制起始點時，又合成另一個反向引物，以外環(huán)為模板進行反向的延伸。最后完成兩個雙鏈環(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)制的特點是復(fù)制起始點不在雙鏈DNA同一位點，內(nèi)、外環(huán)復(fù)制有時序差別。D-環(huán)復(fù)制時需合成引物。mtDNA為雙鏈，第一個引物以內(nèi)環(huán)為99線粒體DNA的復(fù)制過程線粒體DNA的復(fù)制過程100DNA突變具體指個別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DNA損傷(DNAdamage)。從分子水平來看，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)&RepairDNA突變具體指個別dNMP殘基以至片段DNA在構(gòu)成、復(fù)制或101基因突變GeneMutation基因突變GeneMutation102從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基發(fā)生可遺傳的永久性的改變。突變的概念從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基發(fā)生可遺傳的永久性的103一、突變在生物界普遍存在（一）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)從長遠的生物史看，進化過程是突變的不斷發(fā)生所造成的。大量的突變都是屬于這種類型，只是目前還未能認識其發(fā)生的真正原因，因而名為自發(fā)突變或自然突變(spontaneousmutation)。一、突變在生物界普遍存在（一）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)從長104(二)只有基因型改變的突變形成DNA多態(tài)性這種突變沒有可察覺的表型改變，例如在簡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)象也相當普遍。多態(tài)性(polymorphism)一詞用來描述個體之間的基因型差別現(xiàn)象。(二)只有基因型改變的突變形成DNA多態(tài)性這種突變沒有可察覺105（三）致死性的突變可導(dǎo)致個體、細胞的死亡（三）致死性的突變可導(dǎo)致個體、1061、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延長為172個氨基酸，這種突變基因轉(zhuǎn)形成的mRNA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)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1072、苯丙酮尿癥I型病因：肝臟合成的苯丙氨酸羥化酶（PhenylalaninaHydrozylase,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，改善腦的發(fā)育AT→GC,AUG(met)→GUG(val)肽鏈不能合成。408個密碼子CG→TA，CGG（arg）→UGG(tyr)2、苯丙酮尿癥I型病因：肝臟合成的苯丙氨酸羥化酶（Phen108

白化病是一種常見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。患者虹膜、皮膚、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?；驗锳，當一對夫婦均為攜帶者時，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體，在表型正常的個體中，2/3為白化病基因攜帶者。

3、白化病

白化病是一種常見的常染色體隱性遺傳病。3、白化109二、多種化學(xué)或物理因素可誘發(fā)突變突變自發(fā)突變誘發(fā)突變﹛物理因素化學(xué)因素﹛二、多種化學(xué)或物理因素可誘發(fā)突變突變自發(fā)突變誘發(fā)突變﹛物理因110大量的突變屬于自發(fā)突變，發(fā)生頻率只不過在10-9左右。但由于生物基因組龐大，細胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。實驗室用來誘發(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。大量的突變屬于自發(fā)突變，發(fā)生頻率只不過在10-9左右。但由于111DNA復(fù)制錯誤堿基的異構(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）DNA復(fù)制錯誤（一）自發(fā)突變（spontaneousm1121、DNA復(fù)制錯誤高等動植物10-5～10-8，細菌10-4～10-101、DNA復(fù)制錯誤高等動植物10-5～10-8，細菌11133.自發(fā)的化學(xué)變化（1）脫嘌呤作用3.自發(fā)的化學(xué)變化（1）脫嘌呤作用114

脫氨基作用（2）脫氨（基）(deamination)作用脫氨基作用（2）脫氨（基）(deamination)1151、物理因素

UV:紫外線(UV)、各種輻射（二）誘發(fā)突變（inducedmutations）嘧啶二聚體(T=T)1、物理因素UV:紫外線(UV)、各種輻射（二）誘發(fā)突變1162、化學(xué)因素常見的化學(xué)誘變劑化合物類別作用點分子改變堿基類似物如：5-BUA?5-BU?G-A--T--G--C-羥胺類（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，NitrominsG?mGG?mGDNA缺失G2、化學(xué)因素常見的化學(xué)誘變劑化合物類別作用點分子改變堿基類似117（1）堿基類似物（Baseanalog）2-氨基嘌呤2-Aminopurine5-溴尿嘧啶5-BromineUracilOOBrNH2（1）堿基類似物（Baseanalog）2-氨基嘌呤5-1185-溴尿嘧啶和T很相似，僅在第5個碳元子上由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配對結(jié)合5-溴尿嘧啶和T很相似，僅在第5個碳元子上由Br取代了甲基1195-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·T

G·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·C

A·T轉(zhuǎn)變5-BrU:G:A烯醇式enolBrOHHOBr1202-氨基嘌呤(2-AP)也是堿基的類似物，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配對結(jié)合。當2-AP摻入到DNA復(fù)制中時，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2-氨基嘌呤(2-AP)也是堿基的類似物，有正常狀態(tài)和稀有狀121A被其脫去氨基后可變成次黃嘌呤（H），H不能再與T配對，而變?yōu)榕cC配對，經(jīng)DNA復(fù)制后，可形成T-A→C-G的轉(zhuǎn)換（3）堿基修飾物：亞硝酸引起堿基對改變A被其脫去氨基后可變成次黃嘌呤（H），H不能再與T122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，導(dǎo)致G∶C對轉(zhuǎn)換成A∶T對；T∶A對轉(zhuǎn)換成C∶G（4）烷化劑引起堿基對的改變烷化劑如甲基黃酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基黃酸甲脂（123三、引起突變的分子改變類型有多種錯配(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：三、引起突變的分子改變類型有多種錯配(mismatch)框124（一）錯配可導(dǎo)致編碼氨基酸的改變DNA堿基錯配稱點突變(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。點突變在編碼區(qū)，可導(dǎo)致氨基酸改變。（一）錯配可導(dǎo)致編碼氨基酸的改變DNA堿基錯配稱點突變(po125DNA堿基的改變稱點突變(pointmutation)DNA堿基的改變稱點突變(pointmutation)126鐮形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

·

his

·

leu

·

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·

pro·val

·

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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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·

C肽鏈CTCGAG基因血紅蛋白β亞基因點突變鐮形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val·h127正常的紅細胞鐮刀型紅細胞正常的紅細胞鐮刀型紅細胞128正常細胞H-ras基因堿基序列:ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGGCGGTGTG腫瘤H-ras堿基序列:ATGACGGAATATAAGCTGGTGGTGGTGGGCGCCGTCGGTGTG正常細胞p21蛋白的氨基酸序列:MetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAlaGlyAlaVal腫瘤H-ras編碼p21蛋白氨基酸序列:MetThrGluTyrLysLeuValValValGlyAla

ValAlaVal

H-ras基因的點突變正常細胞H-ras基因堿基序列:H-ras基因的點突變129第10章DNA的生物合成課件130(二)缺失、插入和框移突變造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變?nèi)笔В阂粋€或幾個堿基從DNA上消失。插入：原來沒有的一個或幾個堿基插入到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。(二)缺失、插入和框移突變造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變?nèi)?31谷酪蛋絲5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙纈組纈正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突變谷酪蛋132原模板鏈3’CTTCTTCTTCTTCTTCTT5’mRNA的序列5’GAAGAAGAAGAAGAAGAA3’氨基酸順序gluglugluglugluglu開始處插入一個C3’CCTTCTTCTTCTTCTTCTT5’mRNA的序列為5’GGAAGAAGAAGAAGAAGAA3氨基酸順序glyargargargargarg改變了蛋白質(zhì)中所有氨基酸的組成插入引起框移突變原模板鏈3’CTTCTTCTT133(三)重組或重排常可引起遺傳、腫瘤等疾病DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排。移位的DNA可以在新位點上顛倒方向反置（倒位），也可以在染色體之間發(fā)生交換重組。(三)重組或重排常可引起遺傳、腫瘤等疾病DNA分子內(nèi)較大片段134DNA損傷（突變）可能造成兩種結(jié)果：其一是導(dǎo)致復(fù)制或轉(zhuǎn)錄障礙（如胸腺嘧啶二聚體，DNA骨架中產(chǎn)生切口或斷裂）；其二是導(dǎo)致復(fù)制后基因突變（如胞嘧啶自發(fā)脫氨基轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜞奏ぃ?，使DNA序列發(fā)生永久性改變。所以，必須通過進化使細胞擁有靈敏的機制，以識別和修復(fù)這些損傷，否則細胞無法維持正常代謝。DNA損傷（突變）可能造成兩種結(jié)果：其一是導(dǎo)致復(fù)制或轉(zhuǎn)錄障礙135四、DNA損傷的修復(fù)有多種類型直接修復(fù)(directrepair)切除修復(fù)(excisionrepairing)重組修復(fù)(recombinationrepairing)SOS修復(fù)（SOSrepair）

修復(fù)的主要類型：修復(fù)(repairing)是對已發(fā)生分子改變的補償措施，使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。四、DNA損傷的修復(fù)有多種類型直接修復(fù)(directrep136（一）直接修復(fù)系統(tǒng)簡單地逆轉(zhuǎn)DNA損傷光修復(fù)酶(photolyase)

UV（一）直接修復(fù)系統(tǒng)簡單地逆轉(zhuǎn)DNA損傷光修復(fù)酶(photol137（二）切除修復(fù)系統(tǒng)識別DNA雙螺旋變形這是細胞內(nèi)最重要和有效的修復(fù)方式。包括去除損傷的DNA，填補空隙和連接。主要由DNA-polⅠ和連接酶完成。（二）切除修復(fù)系統(tǒng)識別DNA雙螺旋變形這是細胞內(nèi)最重要和有效138UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA連接酶ATPE.coli的切除修復(fù)機制UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA連接139對光敏感，皮膚、眼、舌易受損；皮膚上皮鱗狀細胞或基底細胞皮膚癌；伴性發(fā)育不良、生長遲緩、神經(jīng)系統(tǒng)異常而學(xué)習(xí)能力差著色性干皮病(XP,xerodermapigmentosum)位于1p的隱性基因控制，干性皮膚伴隨神經(jīng)系統(tǒng)疾病，由切除二聚體能力缺損造成。對光敏感，皮膚、眼、舌易受損；皮膚上皮鱗狀細胞或基底細胞皮膚140核苷酸切除修復(fù)不僅能夠修復(fù)整個基因組中的損傷，而且能拯救因轉(zhuǎn)錄模板鏈損傷而暫停轉(zhuǎn)錄的RNA聚合酶，即參與轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)修復(fù)(transcription-c