第十一章核酸的生物合成

1、2021-11-101第第十一十一章章 核酸的生物合成核酸的生物合成 DNA的生物合成的生物合成 RNA的生物合成的生物合成 基因工程簡介基因工程簡介2021-11-102 DNADNA是生物遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，生物機(jī)體的遺傳信是生物遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，生物機(jī)體的遺傳信息以密碼的形式編碼在息以密碼的形式編碼在DNADNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序，并通過排列順序，并通過DNADNA的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長發(fā)育過程中，遺傳信息自的生長發(fā)育過程中，遺傳信息自DNADNA轉(zhuǎn)錄給轉(zhuǎn)錄給RNA,RNA,然后翻譯然后翻譯成特異的蛋

2、白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能，使后代表現(xiàn)出與成特異的蛋白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀。親代相似的遺傳性狀。中中 心心 法法 則則1964-1970 勞氏肉瘤病毒的遺傳方式致癌RNA病毒、植物RNA病毒病毒（復(fù)制）病毒（復(fù)制）復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄DNA RNA 蛋白質(zhì)翻譯逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄1958年，遺傳信息的單向自我復(fù)制自我復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄自我復(fù)制自我復(fù)制翻譯翻譯蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)遺傳信息的傳遞遺傳信息的傳遞2021-11-103 復(fù)制：復(fù)制：親代親代DNADNA或或RNARNA在一系列酶的作用下，生在一系列酶的作用下，生成與親代相同的子代成與親代相同的子代DNADNA或或RNAR

3、NA的過程。的過程。轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄：以以DNADNA為模板，按照堿基配對原則將其所為模板，按照堿基配對原則將其所含的遺傳信息傳給含的遺傳信息傳給RNARNA，形成一條與，形成一條與DNADNA鏈互補(bǔ)鏈互補(bǔ)的的RNARNA的過程。的過程。翻譯：翻譯：亦叫轉(zhuǎn)譯，以亦叫轉(zhuǎn)譯，以mRNAmRNA為模板，將為模板，將mRNAmRNA的密的密碼解讀成蛋白質(zhì)的碼解讀成蛋白質(zhì)的AAAA順序的過程。順序的過程。逆轉(zhuǎn)錄：逆轉(zhuǎn)錄：以以RNARNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，生成生成DNADNA的過程。的過程。Reverse transcription2021-11-104第一節(jié)第一節(jié) DNA

4、的生物合成的生物合成 DNA的復(fù)制（的復(fù)制（DNA指導(dǎo)下的指導(dǎo)下的DNA合成）合成） 逆轉(zhuǎn)錄（逆轉(zhuǎn)錄（RNA指導(dǎo)下的指導(dǎo)下的DNA的合成）的合成） DNA的損傷與修復(fù)的損傷與修復(fù)( (修復(fù)合成修復(fù)合成) )一、一、DNA的復(fù)制的復(fù)制 uDNADNA復(fù)制復(fù)制是半保留的是半保留的uDNADNA復(fù)制的起點和方向復(fù)制的起點和方向u與與DNADNA復(fù)制有關(guān)的酶及蛋白質(zhì)因子復(fù)制有關(guān)的酶及蛋白質(zhì)因子u DNA DNA的半不連續(xù)復(fù)制的半不連續(xù)復(fù)制u E.coliE.coli.DNA.DNA復(fù)制過程復(fù)制過程u 真核生物真核生物DNADNA的復(fù)制的復(fù)制2021-11-106（一一）DNADNA的半保留復(fù)制的半保留

5、復(fù)制1 1、定義定義：由親代由親代DNADNA生成子代生成子代DNADNA時，每個新形成的子時，每個新形成的子代代DNADNA中，一條鏈來自親代中，一條鏈來自親代DNADNA，而另一條鏈則是新合，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式叫成的，這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制。半保留復(fù)制。半保留復(fù)制的實驗證據(jù)半保留復(fù)制的實驗證據(jù): :19581958年年MeselsonMeselson和和StahlStahl用同位素用同位素1515N N標(biāo)記大腸桿菌標(biāo)記大腸桿菌DNA,DNA,首先證明了首先證明了DNADNA的半的半保留復(fù)制。保留復(fù)制。子代子代DNADNA雙螺旋與親代雙螺旋與親代DNADNA的堿基順序完全

6、一樣的堿基順序完全一樣2021-11-107細(xì)胞在細(xì)胞在1515N N標(biāo)記培養(yǎng)基標(biāo)記培養(yǎng)基中（中（NHNH4 4ClCl）連續(xù)培養(yǎng)）連續(xù)培養(yǎng)1515代，使所有代，使所有DNADNA分子分子均標(biāo)記上均標(biāo)記上1515N N，轉(zhuǎn)入，轉(zhuǎn)入1414N N標(biāo)記的培養(yǎng)基標(biāo)記的培養(yǎng)基CsClCsCl密度梯度離心密度梯度離心 浮力密度浮力密度 1515N NDNA 1.742g/mlDNA 1.742g/ml 14 14N NDNA DNA 1.710g/ml1.710g/ml1515N/ N/ 1414NDNA 1.717g/mlNDNA 1.717g/ml2 2、實驗證據(jù)、實驗證據(jù)2021-11-1083

7、3、DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義：nDNADNA的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制保證親代的遺傳信息穩(wěn)保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代。定地傳遞給后代。 DNADNA在代謝上的穩(wěn)定性并非指在代謝上的穩(wěn)定性并非指DNADNA是一種惰性物是一種惰性物質(zhì)質(zhì): :在細(xì)胞內(nèi)外各種物化因子均可導(dǎo)致在細(xì)胞內(nèi)外各種物化因子均可導(dǎo)致DNADNA損傷，損傷，需要修復(fù)；在復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程中需要修復(fù)；在復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程中DNADNA會發(fā)生損耗，會發(fā)生損耗，必須進(jìn)行更新；在發(fā)育和進(jìn)化過程中必須進(jìn)行更新；在發(fā)育和進(jìn)化過程中DNADNA可能進(jìn)可能進(jìn)行修飾、刪除、擴(kuò)增和重排；在進(jìn)化的角度上，行修飾、刪除、擴(kuò)增和

8、重排；在進(jìn)化的角度上，DNADNA更是處在不斷的變異和發(fā)展中。更是處在不斷的變異和發(fā)展中。2021-11-109（二二） 復(fù)制復(fù)制的的起點起點和和方向方向1 1、復(fù)制起點、復(fù)制起點（origin ， ori或或 o ， 復(fù)制原點）復(fù)制原點） 原核生物原核生物染色體染色體DNADNA（或真核生物的細(xì)胞器（或真核生物的細(xì)胞器DNADNA） 單復(fù)制起點，即整個染色體只有單復(fù)制起點，即整個染色體只有一個復(fù)制單位一個復(fù)制單位。 真核生物真核生物染色體染色體DNADNA多復(fù)制起點多復(fù)制起點，一個一個染色體染色體中中 有有多個復(fù)制單位多個復(fù)制單位。復(fù)制起點：復(fù)制起點：復(fù)制開始處復(fù)制開始處DNADNA分子的特

9、定位置分子的特定位置復(fù)制子復(fù)制子(Replicon)(Replicon)（復(fù)制單位（復(fù)制單位 ）：從一個起點到一個：從一個起點到一個終點所包含的終點所包含的DNADNA區(qū)域，是區(qū)域，是基因組基因組獨立進(jìn)行復(fù)制的單位。獨立進(jìn)行復(fù)制的單位。許多生物的復(fù)制起點都是富含許多生物的復(fù)制起點都是富含A A、T T的區(qū)段的區(qū)段2021-11-10102 2、復(fù)制方向、復(fù)制方向復(fù)制叉（復(fù)制叉（Replication Replication forkfork）：）：DNADNA復(fù)制進(jìn)行時，在眼復(fù)制進(jìn)行時，在眼的兩側(cè)出現(xiàn)兩個叉子狀的生長的兩側(cè)出現(xiàn)兩個叉子狀的生長點點(growth point)(growth po

10、int)，叫，叫復(fù)制叉復(fù)制叉。在復(fù)制叉上分布著各種與復(fù)制在復(fù)制叉上分布著各種與復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白因子，它們構(gòu)有關(guān)的酶和蛋白因子，它們構(gòu)成的復(fù)合物稱為成的復(fù)合物稱為復(fù)制體復(fù)制體（replisomereplisome）大多數(shù)復(fù)制是雙向的，形成兩個復(fù)大多數(shù)復(fù)制是雙向的，形成兩個復(fù)制叉制叉真核染色體真核染色體DNA DNA 線狀雙鏈線狀雙鏈E .coliE .coli染色體DNA 環(huán)狀雙鏈 復(fù)制眼復(fù)制眼（replication eyereplication eye）：電：電子顯微鏡下觀察正在復(fù)制的子顯微鏡下觀察正在復(fù)制的DNADNA，復(fù)，復(fù)制的區(qū)域形如一只眼睛制的區(qū)域形如一只眼睛。SV40（三）與（三

11、）與DNADNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)1 1、DNADNA聚合酶聚合酶2 2、拓?fù)洚悩?gòu)酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶3 3、DNADNA解旋酶解旋酶4 4、單鏈結(jié)合蛋白、單鏈結(jié)合蛋白5 5、引發(fā)酶及引發(fā)體、引發(fā)酶及引發(fā)體6 6、DNADNA連接酶連接酶目前已發(fā)現(xiàn)目前已發(fā)現(xiàn)3030多種酶及蛋白質(zhì)因子參與多種酶及蛋白質(zhì)因子參與DNADNA復(fù)制復(fù)制1 1、 DNA聚合酶聚合酶( (DNA polymetases) )（1 1）反應(yīng)需要有）反應(yīng)需要有模板模板的指導(dǎo)；的指導(dǎo)；（2 2）4 4種種dNTP為底物，需要引物，為底物，需要引物，需要有需要有3 3 -OH-OH存在存在；（3 3）合成方向為）

12、合成方向為5 5 3 3 （4 4）需要）需要MgMg2+2+催化反應(yīng)的特點：催化反應(yīng)的特點：Mg2+2021-11-10132021-11-1014在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)主要有三種在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)主要有三種DNADNA聚合酶，分別為：聚合酶，分別為： DNADNA聚合酶聚合酶 DNA DNA聚合酶聚合酶 DNA DNA聚合酶聚合酶 E.coliE.coli DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶IVIV和和V V：19991999年發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DNADNA嚴(yán)重?fù)p傷嚴(yán)重?fù)p傷 時，時，誘導(dǎo)誘導(dǎo)產(chǎn)生。產(chǎn)生。2021-11-1015 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶 DN

13、A DNA聚合酶聚合酶 亞基數(shù)目亞基數(shù)目 1 1（單體酶）（單體酶） 多亞基酶多亞基酶 多亞基酶多亞基酶5 53 3聚合活性聚合活性 + + 中中 + + 很低很低 + + 很高很高3 3 5 5外切活性外切活性 + + + + + +5 5 3 3外切活性外切活性 + + 主要是對主要是對DNADNA損傷的損傷的修復(fù)；復(fù)制時切除修復(fù)；復(fù)制時切除RNARNA引物并填補(bǔ)其留引物并填補(bǔ)其留下的空隙。下的空隙。修復(fù)紫外光引起的修復(fù)紫外光引起的DNADNA損傷損傷DNA DNA 復(fù)制的主要復(fù)制的主要聚合酶，聚合酶，還具有還具有3 3 -5 -5 外切酶的校對外切酶的校對功能，提高功能，提高DNADNA

14、復(fù)制復(fù)制的保真性的保真性2021-11-1016DNADNA聚合酶聚合酶n是原核生物是原核生物DNADNA復(fù)制的主要聚合酶，復(fù)制的主要聚合酶，該酶由該酶由1010種種亞基組成，其中亞基組成，其中 、 、 形成全酶的形成全酶的核心酶核心酶。具。具有有5 5 3 3 DNA DNA聚合酶活性（聚合酶活性（ 亞基，亞基，速率高）；速率高）； 具有具有3 3 5 5 外切酶（外切酶（ 亞基）亞基）的校對功能，提的校對功能，提高高DNADNA復(fù)制的復(fù)制的保真性保真性。n 亞基象夾子一樣夾住亞基象夾子一樣夾住DNA,DNA,使聚合酶在完成復(fù)制使聚合酶在完成復(fù)制前不會脫離前不會脫離DNADNA分子。分子。1

15、7大腸桿菌大腸桿菌DNA聚合酶聚合酶III的亞基組成和功能分工的亞基組成和功能分工DNA聚合酶聚合酶全酶由全酶由1010種亞基組成，分子量種亞基組成，分子量830Kd ;830Kd ; 夾負(fù)載復(fù)合物夾負(fù)載復(fù)合物, ,在在隨后鏈的每個岡崎隨后鏈的每個岡崎片斷上裝載片斷上裝載亞基亞基拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶：使使DNADNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接一條鏈發(fā)生斷裂和再連接。作用是松解負(fù)作用是松解負(fù)超螺旋超螺旋，反應(yīng)不需要能量。主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，同，反應(yīng)不需要能量。主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，同轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄有有關(guān)。關(guān)。拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶：使使DNADNA兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接。兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接。當(dāng)引入負(fù)當(dāng)

16、引入負(fù)超螺旋超螺旋時需要由時需要由ATPATP提供能量，同提供能量，同復(fù)制復(fù)制有關(guān)。有關(guān)。二者共同控制二者共同控制DNADNA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2. 2. 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerasetopoisomerase）通過催化通過催化DNADNA鏈的斷裂、旋轉(zhuǎn)和重新連接而改變鏈的斷裂、旋轉(zhuǎn)和重新連接而改變DNADNA的拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì)。的拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì)。2021-11-10203 3、解螺旋酶、解螺旋酶 （解鏈酶（解鏈酶，nelicasenelicase）：通過水：通過水解解ATPATP將將DNADNA兩條鏈打開。兩條鏈打開。E.coliE.coli中的中的reprep蛋蛋白就是解螺

17、旋酶，還有解螺旋酶白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I I、IIII、IIIIII。每解開一對堿基需要水解每解開一對堿基需要水解2 2個個ATPATP分子。分子。4 4、單鏈結(jié)合蛋白、單鏈結(jié)合蛋白(SSB-single-strand binding (SSB-single-strand binding protein)protein)：穩(wěn)定已被解開的穩(wěn)定已被解開的DNA單鏈阻止復(fù)性單鏈阻止復(fù)性，保護(hù)單鏈不被核酸酶降解。保護(hù)單鏈不被核酸酶降解。2021-11-10215 5、引發(fā)酶及引發(fā)體、引發(fā)酶及引發(fā)體引發(fā)前體引發(fā)前體: :它由多種蛋白質(zhì)它由多種蛋白質(zhì)dnaAdnaA、dnaBdnaB、dnaCdn

18、aC、n n、n n、n n和和i i組成。組成。引發(fā)酶引發(fā)酶( (引物酶，引物酶，primase)primase)：此酶以此酶以DNADNA為模板合成一為模板合成一段段RNA,RNA,這段這段RNARNA作為合成作為合成DNADNA的引物（的引物（Primer)Primer)。實質(zhì)。實質(zhì)是以是以DNADNA為模板的為模板的RNARNA聚合酶聚合酶。引發(fā)前體再與引發(fā)酶結(jié)引發(fā)前體再與引發(fā)酶結(jié)合組裝成合組裝成引發(fā)體。引發(fā)體。 引發(fā)體可以沿模板鏈引發(fā)體可以沿模板鏈5533方向移動方向移動, ,具有識別合具有識別合成起始位點的功能，移動到一定位置上即可引發(fā)成起始位點的功能，移動到一定位置上即可引發(fā)RN

19、ARNA引物的合成。引物的合成。移動和引發(fā)均需要移動和引發(fā)均需要ATP提供能量，引發(fā)體的移動與提供能量，引發(fā)體的移動與復(fù)復(fù)制叉制叉移動的方向相同，與移動的方向相同，與岡崎片段岡崎片段的合成方向相反。的合成方向相反。（三）與（三）與DNADNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)1 1、DNADNA聚合酶聚合酶2 2、拓?fù)洚悩?gòu)酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶3 3、DNADNA解旋酶解旋酶4 4、單鏈結(jié)合蛋白、單鏈結(jié)合蛋白5 5、引發(fā)酶及引發(fā)體、引發(fā)酶及引發(fā)體6 6、DNADNA連接酶連接酶2021-11-1023 DNADNA中一條鏈有切口，切口一端是中一條鏈有切口，切口一端是3 3-OH-OH，另一端是，

20、另一端是5 5- -磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，使磷酸基，連接酶可催化這兩端形成磷酸二酯鍵，使切口切口連接。連接。不能將兩條游離的不能將兩條游離的DNADNA單鏈連接起來。單鏈連接起來。3535OHOH P P6 6、DNADNA連接酶連接酶（ligase）大腸桿菌和其它細(xì)菌的大腸桿菌和其它細(xì)菌的DNADNA連接酶要求連接酶要求NAD+NAD+提供能量，在高提供能量，在高等生物和噬菌體中，則要求等生物和噬菌體中，則要求ATPATP提供能量。提供能量。2021-11-1024v連接酶的反應(yīng)機(jī)制連接酶的反應(yīng)機(jī)制： 酶酶 + NAD + NAD+ +(ATP) (ATP) 酶酶-AMP

21、 + -AMP + 煙酰胺單核苷酸煙酰胺單核苷酸（PPiPPi） 酶酶-AMP + P-5-AMP + P-5-DNA -DNA 酶酶 + AMP + AMP- -P-5P-5-DNA-DNADNA-3DNA-3-OH + AMP-OH + AMP- -P-5-DNA P-5-DNA DNA-3DNA-3-O-P-5-DNA+AMP-O-P-5-DNA+AMPvDNADNA連接酶連接酶在在DNADNA復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過程中起重要作復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過程中起重要作用作用用作用2021-11-1025酶酶-AMPAMP-P-5-DNA 磷酰胺鍵磷酰胺鍵以焦磷酸活化磷原子以焦磷酸活化磷原子

22、2021-11-1026拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引發(fā)體引物酶及引發(fā)體DNA連接酶連接酶引物引物DNA雙鏈雙鏈 5 3 5 3DNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)2021-11-1027拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引發(fā)體引物酶及引發(fā)體DNA連接酶連接酶引物引物拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶與與DNA雙鏈雙鏈結(jié)合，解開結(jié)合，解開超螺旋。超螺旋。 5 3 5 3DNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)2021-11-1028拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白DN

23、A聚合酶聚合酶引物酶及引發(fā)體引物酶及引發(fā)體DNA連接酶連接酶引物引物解鏈酶解開解鏈酶解開DNA雙螺旋雙螺旋 5 3 5 3DNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)2021-11-1029拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引發(fā)體引物酶及引發(fā)體DNA連接酶連接酶引物引物單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白防止復(fù)螺旋防止復(fù)螺旋 5 3 5 3DNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)2021-11-1030拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引發(fā)體引物酶及引發(fā)體DNA連接酶連接酶引物引物引物酶合成引物引物酶合

24、成引物 5 3 5 3DNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)( (四四) ) DNA的半不連續(xù)復(fù)制的半不連續(xù)復(fù)制問題的提出：問題的提出： 5 3 5 3鏈如何作為模板復(fù)制鏈如何作為模板復(fù)制 ? ?19681968年年岡崎岡崎提出提出DNADNA不連續(xù)復(fù)制模型不連續(xù)復(fù)制模型 2021-11-1032 1 1、岡崎片段的發(fā)現(xiàn)（、岡崎片段的發(fā)現(xiàn)（19681968）：）：n 同位素實驗，同位素實驗，3 3HdTHdT 短時間內(nèi)為短時間內(nèi)為DNADNA小片段小片段一段一段時間后時間后檢測到檢測到 DNADNA大片段。當(dāng)用大片段。當(dāng)用DNADNA連接酶的變連接酶的變異株時，檢測到大量異株時，檢測到

25、大量DNADNA片段的積累片段的積累 證明證明DNADNA復(fù)制中有小片段合成。復(fù)制中有小片段合成。n由由U U替代替代dTdT，被尿嘧啶，被尿嘧啶-DNA-DNA-糖苷酶切除。糖苷酶切除。測定測定DNADNA小片段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于合成小片段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于合成DNADNA的一半。的一半。n在缺少尿嘧啶在缺少尿嘧啶-N-N-糖基酶的突變株中，糖基酶的突變株中，檢測到一半檢測到一半3 3H H標(biāo)記出現(xiàn)在小片段（岡崎片段）中。標(biāo)記出現(xiàn)在小片段（岡崎片段）中。后兩個實驗表明：在后兩個實驗表明：在DNA復(fù)制時只有一條鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)的！復(fù)制時只有一條鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)的！2021-11-1033領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈在在DNADNA復(fù)制時

26、，合成方向與復(fù)制叉移動的方復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向一致并連續(xù)合成的鏈（向一致并連續(xù)合成的鏈（前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈）。）。隨后鏈隨后鏈在在DNADNA復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方復(fù)制時，合成方向與復(fù)制叉移動的方向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完向相反，形成許多不連續(xù)的片段，最后再連成一條完整的整的DNADNA鏈（鏈（滯后鏈滯后鏈）。這些）。這些不連續(xù)的片斷，稱為不連續(xù)的片斷，稱為岡岡崎片斷崎片斷。每個岡崎片段的合成也都需要引物。每個岡崎片段的合成也都需要引物。岡崎片段岡崎片段：真核生物中真核生物中100-200100-200個核苷酸（核小體的個核苷酸（核小體的DNADNA單位）

27、。單位）。原核生物中原核生物中1000-20001000-2000個核苷酸。個核苷酸。 335533552 2、半不連續(xù)復(fù)制、半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制（semidiscontinuous replication）在在DNA復(fù)制時，復(fù)制時，領(lǐng)頭鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的領(lǐng)頭鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的,而隨后鏈的合成是不連續(xù)的，這種復(fù)制方而隨后鏈的合成是不連續(xù)的，這種復(fù)制方式稱為半不連續(xù)復(fù)制。式稱為半不連續(xù)復(fù)制。2021-11-1035岡崎片段合成后由岡崎片段合成后由DNA聚合酶聚合酶切除切除RNA引物引物并催化合成一段并催化合成一段DNA填填補(bǔ)留下的空隙。補(bǔ)留下的空隙。再由再由DNA連接酶連接酶把他們把他們

28、連成一條完整的子代鏈，連成一條完整的子代鏈，稱為滯后鏈。稱為滯后鏈。2021-11-1036( (五五) ) E.coli. .染色體染色體DNADNA復(fù)制過程復(fù)制過程 起 始 延 伸 終 止2021-11-1037解鏈引發(fā)延長復(fù)制復(fù)制起點起點RNARNA前體前體1 1、復(fù)制的起始、復(fù)制的起始 (initiation)2021-11-1038n大腸桿菌大腸桿菌復(fù)制的起點復(fù)制的起點由由245245個個bpbp構(gòu)成，其序列構(gòu)成，其序列 很保守，很保守，有兩組短的重復(fù)：有兩組短的重復(fù)： 3 3個個13 bp13 bp的序列和的序列和4 4個個9 bp9 bp的序列的序列2021-11-1039u20

29、個個DnaA結(jié)合在四組結(jié)合在四組9bp重復(fù)區(qū)，形成起始復(fù)合物，重復(fù)區(qū)，形成起始復(fù)合物，DNA環(huán)繞此復(fù)合物。環(huán)繞此復(fù)合物。u三組三組13bp重復(fù)區(qū)依次變性，重復(fù)區(qū)依次變性，產(chǎn)生開放型復(fù)合物。產(chǎn)生開放型復(fù)合物。uDnaB（解螺旋酶）解螺旋酶）在在DnaC協(xié)助下與開放復(fù)合物協(xié)助下與開放復(fù)合物結(jié)合，進(jìn)一步解鏈。結(jié)合，進(jìn)一步解鏈。u解鏈時帶來的扭曲張力還解鏈時帶來的扭曲張力還需需DNA旋轉(zhuǎn)酶（屬旋轉(zhuǎn)酶（屬DNA拓拓?fù)洚悩?gòu)酶撲異構(gòu)酶）引入）引入正正超螺旋超螺旋消除。消除。起起 始始 過過 程程2021-11-1040u單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白( ( SSB）結(jié)結(jié)合在單鏈區(qū)，阻止復(fù)性和保合在單鏈區(qū)，阻止復(fù)性

30、和保護(hù)單鏈護(hù)單鏈DNADNA不被核酸酶降解不被核酸酶降解u引發(fā)體引發(fā)體：引物合成酶與各：引物合成酶與各種蛋白質(zhì)因子構(gòu)成的復(fù)合體種蛋白質(zhì)因子構(gòu)成的復(fù)合體（引發(fā)體引發(fā)體），以以DNA為模板為模板合成合成RNA引物（引物（ 6-106-10個堿個堿基）基）引發(fā)引發(fā)2021-11-1041復(fù)制叉拓?fù)洚悩?gòu)酶解螺旋酶引物引物單鏈結(jié)合蛋白（SSB)引物合成酶引物引物在在DNADNA的復(fù)制原點，的復(fù)制原點，雙股雙股螺旋解開螺旋解開，成單鏈狀態(tài)，成單鏈狀態(tài)，分別作為模板，合成其互分別作為模板，合成其互補(bǔ)單鏈。補(bǔ)單鏈。解鏈引發(fā)體在復(fù)制叉上移動，識引發(fā)體在復(fù)制叉上移動，識別合成的起始位點，別合成的起始位點， 引發(fā)引

31、發(fā)RNARNA引物的合成。引物的合成。領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈先引先引發(fā)開始合成，以原來一條發(fā)開始合成，以原來一條DNADNA單鏈為模板（單鏈為模板（3 3 5), 5),按按5 5 3 3的方向合成一的方向合成一段段RNARNA引物鏈。領(lǐng)頭鏈開始合引物鏈。領(lǐng)頭鏈開始合成后，隨后鏈也開始合成其成后，隨后鏈也開始合成其引物。在引物的引物。在引物的33端為游離端為游離的羥基。的羥基。復(fù)制叉拓?fù)洚悩?gòu)酶解螺旋酶引物引物單鏈結(jié)合蛋白（SSB)引物合成酶引物引物RNA引物合成引物合成大腸桿菌復(fù)制原點起始復(fù)制所需蛋白質(zhì)大腸桿菌復(fù)制原點起始復(fù)制所需蛋白質(zhì)SSB解鏈酶解鏈酶引物引物引物酶引物酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶打開打開D

32、NA超螺鏈超螺鏈合成合成防止復(fù)螺旋防止復(fù)螺旋打開雙螺旋打開雙螺旋2021-11-1044復(fù)制叉拓?fù)洚悩?gòu)酶解螺旋酶引物引物單鏈結(jié)合蛋白（SSB)引物合成酶引引物物在在DNA聚合酶聚合酶的催化的催化下，以脫氧核糖核苷酸下，以脫氧核糖核苷酸為底物，在為底物，在RNA引物的引物的3端端加上脫氧核糖核苷酸。加上脫氧核糖核苷酸。2 2、DNA鏈的延伸鏈的延伸2021-11-1045DNADNA鏈的延伸鏈的延伸前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈的合成由的合成由DNA pol.將將dNTP加到引物上，與復(fù)制叉前進(jìn)加到引物上，與復(fù)制叉前進(jìn)方向一致，連續(xù)合成。方向一致，連續(xù)合成。隨后鏈隨后鏈的合成以崗崎片斷的形式的合成以崗崎片斷的形式

33、進(jìn)行。每個岡崎片段都需要一個進(jìn)行。每個岡崎片段都需要一個RNA引物，鏈的延長反應(yīng)由引物，鏈的延長反應(yīng)由DNA pol.催化。催化。前導(dǎo)鏈與隨后鏈合成之間的協(xié)調(diào)：前導(dǎo)鏈與隨后鏈合成之間的協(xié)調(diào)：由同一由同一DNA pol.催化。催化。 DNA聚合酶聚合酶：合成主力酶：合成主力酶 DNA聚合酶聚合酶：在復(fù)制完成后切除在復(fù)制完成后切除RNARNA引物引物并填補(bǔ)并填補(bǔ) DNA連接酶連接酶 ( (DNA ligase) )： 通過生成通過生成35-35-磷酸二磷酸二酯鍵連接兩條酯鍵連接兩條DNADNA鏈。鏈。2021-11-1046延 伸前導(dǎo)鏈只需要一個前導(dǎo)鏈只需要一個RNARNA引物，隨后鏈的每一個岡崎

34、引物，隨后鏈的每一個岡崎片段都需要一個片段都需要一個RNARNA引物。引物。鏈的延長反應(yīng)由鏈的延長反應(yīng)由DNA pol.DNA pol.催化。催化。復(fù)制體復(fù)制體：在：在DNADNA合成的生長點（既復(fù)制叉上）分布合成的生長點（既復(fù)制叉上）分布著許多與復(fù)制有關(guān)的酶和輔助因子，它們在著許多與復(fù)制有關(guān)的酶和輔助因子，它們在DNADNA的的模板鏈形成離散的復(fù)合物，彼此配合進(jìn)行高度精確模板鏈形成離散的復(fù)合物，彼此配合進(jìn)行高度精確的復(fù)制。的復(fù)制。2021-11-1047復(fù)制體沿著復(fù)制叉復(fù)制體沿著復(fù)制叉方向前進(jìn)，同時進(jìn)行方向前進(jìn)，同時進(jìn)行前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成。成。一分子的一分子的 DNA p

35、ol III. 協(xié)同合成前導(dǎo)鏈協(xié)同合成前導(dǎo)鏈和滯后鏈，因此滯后和滯后鏈，因此滯后鏈必須繞成一個突環(huán)。鏈必須繞成一個突環(huán)。55333355、和和三種亞基組成核心酶三種亞基組成核心酶, ,核心酶形成二聚體核心酶形成二聚體- -亞基猶如一個夾子夾住亞基猶如一個夾子夾住DNA分分子，并向前滑動，使子，并向前滑動，使DNA聚合酶聚合酶在完成復(fù)制前不再脫離在完成復(fù)制前不再脫離DNA48大腸桿菌大腸桿菌DNA復(fù)制的延伸復(fù)制的延伸 2021-11-10493 3、DNADNA合成的終止合成的終止E nE.coli 有兩個終止區(qū)域，分別結(jié)合專一性的終有兩個終止區(qū)域，分別結(jié)合專一性的終 止蛋白止蛋白 tus 序列

36、一：序列一：terE terD terAterE terD terA 序列二：序列二：terF terB terCterF terB terC共共6 6個終止位點。個終止位點。每個區(qū)域只對一個方向的復(fù)制叉起作用TusTus蛋白蛋白-ter-ter復(fù)合物阻止一個方復(fù)合物阻止一個方向的復(fù)制叉前移向的復(fù)制叉前移( (通過抑制DNA解旋酶而發(fā)揮終止作用)2021-11-1051終終 止止兩個復(fù)制叉向前移動，最后在終止區(qū)相遇并停止兩個復(fù)制叉向前移動，最后在終止區(qū)相遇并停止復(fù)制，由復(fù)制，由DNADNA聚合酶聚合酶填補(bǔ)空隙，最后由連接酶填補(bǔ)空隙，最后由連接酶封口。結(jié)果形成兩個封口。結(jié)果形成兩個DNADNA雙

37、股螺旋分子。雙股螺旋分子。2021-11-1052原核細(xì)胞DNA的半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制過程復(fù)制叉的復(fù)制叉的移動方向移動方向拓?fù)洚悩?gòu)拓?fù)洚悩?gòu)酶酶DNA聚合聚合酶酶III解鏈酶解鏈酶RNA引物引物引物體引物體DNA聚聚合酶合酶ISSB3 3 5 前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈隨后鏈隨后鏈3 5 復(fù)制的起始DNA鏈的合成與延長DNA鏈合成的終止5 RNA引物引物3 3 DNA連連接酶接酶2021-11-1053( (六六) ) 確保確保DNADNA復(fù)制忠實性的機(jī)制復(fù)制忠實性的機(jī)制1、采用DNA聚合酶催化聚合反應(yīng)2、依賴DNA聚合酶核酸外切酶活性3、使用RNA引物4、依賴核苷酸代謝庫調(diào)節(jié)系統(tǒng)(保證dNTP的正常水平),多種

38、修復(fù)系統(tǒng)2021-11-1054（七）真核生物染色體（七）真核生物染色體DNA的復(fù)制的復(fù)制 1 1、真核和原核、真核和原核DNADNA復(fù)制比較復(fù)制比較、 、 、 、 負(fù)責(zé)核負(fù)責(zé)核DNADNA的復(fù)制的復(fù)制負(fù)責(zé)線粒體負(fù)責(zé)線粒體DNA的復(fù)制的復(fù)制較慢較慢較快較快2021-11-1055 在真核細(xì)胞內(nèi)有五種在真核細(xì)胞內(nèi)有五種DNADNA聚合酶聚合酶 （與細(xì)菌（與細(xì)菌DNADNA聚合酶的聚合酶的性質(zhì)基本相同：底物、模板、引物、方向）性質(zhì)基本相同：底物、模板、引物、方向） 定位定位 細(xì)胞核細(xì)胞核 細(xì)胞核細(xì)胞核 線粒體線粒體 細(xì)胞核細(xì)胞核 細(xì)胞核細(xì)胞核3 3 -5-5 外切外切 - - + + + - -

39、+ + +酶活性酶活性功能功能引物引物 合成合成修復(fù)修復(fù)作用作用線粒體線粒體DNADNA的復(fù)制的復(fù)制核核DNADNA的復(fù)制的復(fù)制修復(fù)修復(fù)作用作用2021-11-10562 2、真核生物中、真核生物中DNADNA的復(fù)制特點的復(fù)制特點 1 1、真核生物染色體有多個復(fù)制起點，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，、真核生物染色體有多個復(fù)制起點，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)制子。多復(fù)制子。2 2、岡崎片段長約、岡崎片段長約200bp.200bp.3 3、真核生物、真核生物DNADNA復(fù)制速度比原核慢。復(fù)制速度比原核慢。4 4、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點不再重新開始復(fù)制；、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點不再重

40、新開始復(fù)制；而在快速生長的原核中，起點可以連續(xù)發(fā)動復(fù)制。真核生物而在快速生長的原核中，起點可以連續(xù)發(fā)動復(fù)制。真核生物快速生長時，往往采用更多的復(fù)制起點?？焖偕L時，往往采用更多的復(fù)制起點。5 5、真核生物有多種、真核生物有多種DNADNA聚合酶。聚合酶。6 6、真核生物線性染色體兩端有、真核生物線性染色體兩端有端粒端粒結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端連接。由連接。由端粒酶端粒酶負(fù)責(zé)新合成鏈負(fù)責(zé)新合成鏈5 5 端端RNARNA引物切除后的填補(bǔ)，引物切除后的填補(bǔ)，以保持以保持端粒端粒的一定長度的一定長度。2021-11-1057真核生物染色體DNA復(fù)制過程中 組蛋白的裝配v 核小體

41、的結(jié)構(gòu)（核小體的結(jié)構(gòu)（200bp200bp左右）左右）v 在真核生物的復(fù)制子上，親代染色體的核小體被逐個打在真核生物的復(fù)制子上，親代染色體的核小體被逐個打開，組蛋白以完整的八聚體形式直接轉(zhuǎn)移到子代開，組蛋白以完整的八聚體形式直接轉(zhuǎn)移到子代DNADNA的的前導(dǎo)鏈上，新合成的組蛋白與后隨鏈組裝成核小體。因前導(dǎo)鏈上，新合成的組蛋白與后隨鏈組裝成核小體。因此，此，DNADNA的復(fù)制是半保留的，而組蛋白則是全保留的。的復(fù)制是半保留的，而組蛋白則是全保留的。3、真核生物染色體、真核生物染色體DNA末端復(fù)制的問題末端復(fù)制的問題真核生物線狀染色體在復(fù)制最后，真核生物線狀染色體在復(fù)制最后，5 5末端末端RNAR

42、NA引物被切除后，無法向原核那樣填補(bǔ)空引物被切除后，無法向原核那樣填補(bǔ)空缺，如果沒有特殊的機(jī)制合成末端序列，將缺，如果沒有特殊的機(jī)制合成末端序列，將造成造成5 5末端序列縮短，染色體就會在細(xì)胞傳末端序列縮短，染色體就會在細(xì)胞傳代中變得越來越短。代中變得越來越短。通過通過端粒酶端粒酶催化形成端粒結(jié)構(gòu)來解決催化形成端粒結(jié)構(gòu)來解決2021-11-1059復(fù)制叉復(fù)制叉復(fù)制叉復(fù)制叉終止區(qū)終止區(qū) 端粒結(jié)構(gòu)端粒結(jié)構(gòu)3 3 5 5 3 3 5 5 端粒結(jié)構(gòu)端粒結(jié)構(gòu)端粒酶是含端粒酶是含RNARNA的逆轉(zhuǎn)錄酶的逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶與細(xì)胞老化有關(guān)端粒酶與細(xì)胞老化有關(guān)端粒（端粒（telomerestelomeres） ：是

43、真核細(xì)胞染色體末：是真核細(xì)胞染色體末端所特有的結(jié)構(gòu)，有許多串（端所特有的結(jié)構(gòu)，有許多串（10001000串或更多）串或更多）短的重復(fù)序列組成，通常短的重復(fù)序列組成，通常3 3末端鏈?zhǔn)歉缓┒随準(zhǔn)歉缓珿 G的的短序列。短序列。端粒酶端粒酶: :含有含有RNARNA和蛋白質(zhì)（起和蛋白質(zhì)（起DNADNA聚合酶的聚合酶的作用）兩種組分，作用）兩種組分，RNARNA分子約分子約150b150b，含有與重，含有與重復(fù)端粒結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的一個片斷，可作為端粒鏈合復(fù)端粒結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的一個片斷，可作為端粒鏈合成的模板。成的模板。60端聚酶的作用機(jī)理端聚酶的作用機(jī)理 2021-11-1061端粒酶:含有RNA和蛋白質(zhì)（起D

44、NA聚合酶的作用）兩種組分，RNA分子約150b，含有于重復(fù)端粒結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的一個片斷，可作為端粒鏈合成的模板。2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎Elizabeth BlackburnCarol Greider美國加利福尼亞舊金山大學(xué)美國巴爾的摩約翰霍普金斯醫(yī)學(xué)院美國哈佛醫(yī)學(xué)院Jack Szostak發(fā)現(xiàn)了端粒和端粒酶保護(hù)染色體的機(jī)理 （八）（八）DNADNA復(fù)制的其它方式復(fù)制的其它方式n大腸桿菌雙鏈環(huán)狀大腸桿菌雙鏈環(huán)狀DNADNA的復(fù)制的復(fù)制（一個復(fù)制起點，（一個復(fù)制起點，雙向復(fù)制）雙向復(fù)制）n真核細(xì)胞線狀染色體真核細(xì)胞線狀染色體DNADNA的復(fù)制方式的復(fù)制方式（多個復(fù)（多個復(fù)制起點，雙向復(fù)制）制起

45、點，雙向復(fù)制）n單向滾環(huán)式復(fù)制單向滾環(huán)式復(fù)制（噬菌體（噬菌體 X174DNAX174DNA單鏈環(huán)狀）單鏈環(huán)狀）3 D-D-環(huán)式復(fù)制方式環(huán)式復(fù)制方式（線粒體雙鏈環(huán)狀（線粒體雙鏈環(huán)狀DNADNA：兩條鏈的復(fù)制起：兩條鏈的復(fù)制起點不同位置，且復(fù)制不同步；或同步為點不同位置，且復(fù)制不同步；或同步為2-D2-D環(huán)）環(huán)）切開正鏈，以負(fù)鏈切開正鏈，以負(fù)鏈為模板開始復(fù)制為模板開始復(fù)制64滾環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制 65D環(huán)復(fù)制環(huán)復(fù)制 二、二、RNARNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNADNA合成合成（逆轉(zhuǎn)錄）（逆轉(zhuǎn)錄）逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄（reverse transcription）：以以RNA為為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作

46、用下，生成下，生成DNA的過程。的過程。1970年年，Temin 和和Baltimore分別從勞氏肉瘤病毒和分別從勞氏肉瘤病毒和鼠白血病病毒鼠白血病病毒(致癌致癌RNA病毒病毒)中發(fā)現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶。所有已知的致癌所有已知的致癌RNA病毒都含有逆轉(zhuǎn)錄酶，因此被病毒都含有逆轉(zhuǎn)錄酶，因此被稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒（稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus）逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶催化催化RNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA的合成需要：的合成需要：模板：模板：RNA引物：引物：RNA或或DNA底物：底物：dNTP二價陽離子：二價陽離子：Mg2+或或Mn2+ 沿沿5 3方向合成方向合成DNA（一）逆轉(zhuǎn)錄酶（一）逆轉(zhuǎn)錄酶 202

47、1-11-1068 用特異抑制物（放線菌素用特異抑制物（放線菌素D D）能抑制致癌）能抑制致癌RNARNA病毒的復(fù)制，而對一般病毒的復(fù)制，而對一般RNARNA病毒的復(fù)制無影響。病毒的復(fù)制無影響。已知已知放線菌素放線菌素D D專門抑制以專門抑制以DNADNA為模板的反應(yīng)為模板的反應(yīng)，可見致癌可見致癌RNARNA病毒的復(fù)制過程必然涉及到病毒的復(fù)制過程必然涉及到DNADNA。所以所以TeminTemin于于19641964年提出前病毒的假說。年提出前病毒的假說。 19751975年兩人獲得諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎年兩人獲得諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)：的發(fā)現(xiàn)：依賴依賴RNA的的DNA聚合酶

48、聚合酶RNase H依賴依賴DNA的的DNA聚合酶聚合酶（二）逆轉(zhuǎn)錄過程（二）逆轉(zhuǎn)錄過程以病毒（+）RNA為模板，合成互補(bǔ)的（-）DNA。 切除RNADNA雜種分子中的RNA 以（-）DNA鏈為模板，合成（+）DNA鏈 具有三種酶活力具有三種酶活力（1）依賴依賴RNA的的DNA聚合酶活力。聚合酶活力。（2）RNase H酶活力，水解酶活力，水解RNADNA雜種分子中的雜種分子中的RNA，可沿，可沿35和和53兩個方向起外切酶作用。兩個方向起外切酶作用。（3）依賴依賴DNA的的DNA聚合酶活力。聚合酶活力。RNA衣殼被膜逆轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻翻譯譯整合入宿主細(xì)胞染色體DNA進(jìn)入細(xì)胞丟失被膜丟失衣殼逆

49、轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄RNARNAcDNA衣殼蛋白被膜蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶( (三三) )逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期當(dāng)致癌當(dāng)致癌RNARNA病毒侵染宿主病毒侵染宿主細(xì)胞時，病毒細(xì)胞時，病毒RNARNA及逆轉(zhuǎn)及逆轉(zhuǎn)錄酶一起進(jìn)入宿主細(xì)胞，錄酶一起進(jìn)入宿主細(xì)胞，病毒自身帶入的逆轉(zhuǎn)錄病毒自身帶入的逆轉(zhuǎn)錄酶使酶使RNARNA逆轉(zhuǎn)錄成雙鏈逆轉(zhuǎn)錄成雙鏈DNADNA。2021-11-1071原核細(xì)胞DNA的半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制過程復(fù)制叉的復(fù)制叉的移動方向移動方向解旋酶解旋酶DNA聚合聚合酶酶III解鏈酶解鏈酶RNA引物引物引物體引物體DNA聚聚合酶合酶ISSB3 3 5 前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈隨后鏈隨后鏈3 5 復(fù)制的起始DNA

50、鏈的合成與延長DNA鏈合成的終止5 RNA引物引物3 3 DNA連連接酶接酶復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)2021-11-1072（1）病毒粒子侵染宿主細(xì)胞，病毒RNA和逆轉(zhuǎn)錄酶一起進(jìn)入細(xì)胞。（2)RNA被逆轉(zhuǎn)錄成雙鏈DNA （cDNA），進(jìn)入細(xì)胞核。( RNA5端帶有1分子的宿主tRNA，作為逆轉(zhuǎn)錄時的引物。（3）逆轉(zhuǎn)錄病毒的DNA整合到宿主染色體DNA中（前病毒） 。（4）前病毒DNA隨宿主染色體DNA進(jìn)行復(fù)制，轉(zhuǎn)錄,產(chǎn)生基因組RNA(mRNA)，翻譯出病毒蛋白（病毒RNA 無翻譯活性）。（5） 基因組RNA和病毒蛋白在胞質(zhì)中組裝成新病毒粒子，轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜，通過出芽方式釋放新病毒粒子。(三) 逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期

51、2021-11-1073逆轉(zhuǎn)錄酶發(fā)現(xiàn)的理論和實踐意義：逆轉(zhuǎn)錄酶發(fā)現(xiàn)的理論和實踐意義：不能把不能把“中心法則中心法則”絕對化，遺傳信息也可以從絕對化，遺傳信息也可以從RNA傳遞到傳遞到DNA。促進(jìn)了分子生物學(xué)、生物化學(xué)和。促進(jìn)了分子生物學(xué)、生物化學(xué)和病毒學(xué)的研究，為腫瘤的防治提供了新的線索。目病毒學(xué)的研究，為腫瘤的防治提供了新的線索。目前逆轉(zhuǎn)錄酶已經(jīng)成為研究這些學(xué)科的工具。前逆轉(zhuǎn)錄酶已經(jīng)成為研究這些學(xué)科的工具。19831983年，發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒（年，發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒（human immune deficience human immune deficience virus,HIVvir

52、us,HIV）, ,是一類逆轉(zhuǎn)錄病毒，感染是一類逆轉(zhuǎn)錄病毒，感染T T淋巴細(xì)胞后即淋巴細(xì)胞后即殺死殺死細(xì)胞，細(xì)胞，造成宿主機(jī)體免疫系統(tǒng)損傷，引起艾滋?。ㄔ斐伤拗鳈C(jī)體免疫系統(tǒng)損傷，引起艾滋?。?acquired acquired immunodeficiency syndrome,AIDSimmunodeficiency syndrome,AIDS獲得性免疫缺陷綜合癥獲得性免疫缺陷綜合癥）指指DNA結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生的改變結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生的改變：nDNA復(fù)制中的錯誤（復(fù)制中的錯誤（ 錯配率約在錯配率約在10-10左右）左右） nDNA的自發(fā)性化學(xué)變化的自發(fā)性化學(xué)變化 （堿基的脫氨基作用，（堿基的脫氨基

53、作用，C U）n物理因素物理因素（紫外線紫外線、電離輻射、電離輻射 )：如堿基交聯(lián)：如堿基交聯(lián)n化學(xué)因素化學(xué)因素(烷化劑，亞硝酸，嵌入劑烷化劑，亞硝酸，嵌入劑)：堿基修飾：堿基修飾三、三、DNA的損傷與修復(fù)的損傷與修復(fù)1、DNA的損傷的損傷2021-11-1075在一定條件下，生物體能使在一定條件下，生物體能使DNADNA的損的損傷得到修復(fù)傷得到修復(fù): :暗修復(fù)暗修復(fù)（1）光裂合酶修復(fù)（2）切除修復(fù)（3）重組修復(fù) （4）誘導(dǎo)修復(fù)（SOS修復(fù)）（5）錯配修復(fù)2021-11-1076光復(fù)合酶光復(fù)合酶特異地和嘧啶二聚體結(jié)合特異地和嘧啶二聚體結(jié)合DNADNA被被紫外線損傷的光裂合酶修復(fù)紫外線損傷的光裂

54、合酶修復(fù)（光復(fù)活作用（光復(fù)活作用直接修復(fù)）直接修復(fù)）酶被可見光激活酶被可見光激活解聚解聚二聚體二聚體后酶被釋放后酶被釋放2021-11-1077切除修復(fù)切除修復(fù)一般DNA的兩條鏈只有一條受損傷，在一系列酶的作用下可將損傷部分切除，根據(jù)互補(bǔ)鏈的序列對其進(jìn)行修復(fù)。2021-11-1078 DNA的重組修復(fù)的重組修復(fù)是復(fù)制后的修復(fù)DNA鏈的損傷并未除去一直只存在母鏈上！若干代后相當(dāng)于被稀釋。胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚體二聚體2021-11-1079SOS修復(fù)為DNA的損傷所誘導(dǎo)，產(chǎn)生缺乏校對功能的DNA聚合酶，它能在DNA損傷部位進(jìn)行復(fù)制而避免了死亡，可是卻帶來了高的突變率（所以會有所以會有2 2種結(jié)果：

55、修復(fù)或種結(jié)果：修復(fù)或變異（進(jìn)化）變異（進(jìn)化） ，這屬于傾向差錯的修復(fù)。2021-11-1080 錯錯 配配 修修 復(fù)復(fù)DNA在復(fù)制中發(fā)生錯配，如果新合成的鏈被校對，基因編碼信息可得到恢復(fù)；但如果模板鏈被校對，突變就被固定。生物體內(nèi)存在錯配修復(fù)系統(tǒng)：能夠識生物體內(nèi)存在錯配修復(fù)系統(tǒng)：能夠識別別“新新” “” “舊舊”鏈！鏈！( (依據(jù)甲基化依據(jù)甲基化) )2021-11-1081在一定條件下，生物體能使DNA的損傷得到修復(fù):暗修復(fù)暗修復(fù)（1）光裂合酶修復(fù)（2）切除修復(fù)（3）重組修復(fù) （4）誘導(dǎo)修復(fù)（SOS修復(fù)）（5）錯配修復(fù)2021-11-1082 概念概念： DNA DNA分子中的核苷酸序列發(fā)生

56、永久性的改分子中的核苷酸序列發(fā)生永久性的改變，從而導(dǎo)致變，從而導(dǎo)致DNADNA的復(fù)制以及后來的轉(zhuǎn)錄和翻譯產(chǎn)物的復(fù)制以及后來的轉(zhuǎn)錄和翻譯產(chǎn)物隨之發(fā)生變化，表現(xiàn)出異常的遺傳特性，稱為隨之發(fā)生變化，表現(xiàn)出異常的遺傳特性，稱為DNADNA的的突變突變。 產(chǎn)生：產(chǎn)生：DNADNA在復(fù)制中可能產(chǎn)生錯配，但在復(fù)制中可能產(chǎn)生錯配，但自然條件下發(fā)生的突自然條件下發(fā)生的突變率非常低變率非常低某些物理化學(xué)因素，如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘某些物理化學(xué)因素，如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑（烷化劑、堿基類似物、嵌入染料）等變劑（烷化劑、堿基類似物、嵌入染料）等突變的類型突變的類型 堿基對的置換堿基對的置換(substit

57、ution)轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換：兩種嘌呤或兩種嘧啶之間互換（常見）兩種嘌呤或兩種嘧啶之間互換（常見）顛換：顛換：嘌呤與嘧啶或嘧啶與嘌呤之間互換嘌呤與嘧啶或嘧啶與嘌呤之間互換 移碼突變移碼突變(framesshift mutation)2021-11-1084轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換野生型基因野生型基因 -T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-顛換顛換堿基對的置換堿基對的置換(substitution) -T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C- -T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-C-G

58、-A-C-A-T-G-C-點突變點突變（HNOHNO2 2、NHNH2 2OHOH、烷化劑等）、烷化劑等）插入或缺失插入或缺失1-21-2個堿基個堿基 -T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C- 插入插入A -T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失缺失T移碼突變移碼突變(framesshift mutation)2021-11-1085移碼突變移碼突變n由插入或缺失單個或由插入或缺失單個或2 2個堿基而改變整個基因序個堿基而改變整個基因序列、閱讀框架的突變，稱為列、閱讀框架的突變，稱為

59、移碼突變。移碼突變。2021-11-1086 沉默突變沉默突變 錯義突變錯義突變 無義突變無義突變2021-11-1087DNADNA的合成的合成：nDNADNA的復(fù)制的復(fù)制：以：以DNADNA為模板合成為模板合成DNADNA。n逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄：以：以RNARNA為模板合成為模板合成DNADNA。n修復(fù)合成修復(fù)合成（DNADNA聚合酶聚合酶I I、連接酶、連接酶、修復(fù)修復(fù)酶系統(tǒng)酶系統(tǒng)等）等）2021-11-1088第二節(jié)第二節(jié) RNARNA的生物合成的生物合成一、轉(zhuǎn)錄一、轉(zhuǎn)錄（一）概念（一）概念n轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄（transcriptiontranscription）：）：以以DNADNA的一條鏈為模

60、板在的一條鏈為模板在RNARNA聚合酶催化下，按照堿基配對原則，合成一條聚合酶催化下，按照堿基配對原則，合成一條與與DNADNA鏈的一定區(qū)段互補(bǔ)的鏈的一定區(qū)段互補(bǔ)的RNARNA鏈的過程稱為轉(zhuǎn)錄。鏈的過程稱為轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄的不對稱性轉(zhuǎn)錄的不對稱性( (asymmetricasymmetric transcriptiontranscription) )：在：在RNARNA的合成中，的合成中，DNADNA的兩條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)的兩條鏈中僅有一條鏈可作為轉(zhuǎn)錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對稱性。錄的模板，稱為轉(zhuǎn)錄的不對稱性。n反義鏈反義鏈（無意義鏈，負(fù)鏈）：在（無意義鏈，負(fù)鏈）：在RNARNA的轉(zhuǎn)錄中，用的轉(zhuǎn)