生物化學(xué)課件第12章DNA的生物合成

1、目錄目錄第第9 9章章DNA的生物合成的生物合成DNA Biosynthesis ( Replication )目錄目錄目錄目錄目錄目錄蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)Francis Crick (1916-2004 )DNARNA1958年目錄目錄復(fù)制復(fù)制( (replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以親代是指遺傳物質(zhì)的傳代，以親代DNA為模板合成子代為模板合成子代DNA的過程。的過程。目錄目錄n本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容： 復(fù)制的基本規(guī)律復(fù)制的基本規(guī)律 DNA復(fù)制的反應(yīng)體系復(fù)制的反應(yīng)體系 復(fù)制的過程復(fù)制的過程 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 DNA損傷與修復(fù)損傷與修復(fù)復(fù)制復(fù)制(replication)(replicatio

2、n)DNADNA的復(fù)制的復(fù)制DNA Replication第第 一一 節(jié)節(jié)目錄目錄復(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)半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuous replication)雙向復(fù)制雙向復(fù)制(bidirectional replication)復(fù)制的高保真性復(fù)制的高保真性(high fidelity) 一一. .復(fù)制的基本規(guī)律復(fù)制的基本規(guī)律 目錄目錄1、半保留復(fù)制半保留復(fù)制是是DNA復(fù)制的基本特征復(fù)制的基本特征 DNA生物合成時(shí)，生物合成時(shí)，母鏈母鏈DNADNA解開為兩解開為兩股單鏈，各自作為股

3、單鏈，各自作為模板模板(template)按按堿基配堿基配對(duì)規(guī)律對(duì)規(guī)律，合成與，合成與模板互補(bǔ)的子鏈模板互補(bǔ)的子鏈。子代。子代DNA，一條單鏈從親代完整地接受過來，一條單鏈從親代完整地接受過來，另一條單鏈則完全從新合成。兩個(gè)另一條單鏈則完全從新合成。兩個(gè)子代子代DNA都和都和親代親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為制方式稱為半保留復(fù)制半保留復(fù)制。n半保留復(fù)制的概念半保留復(fù)制的概念: :AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCC

4、ATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+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目錄目錄n子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式: : 全保留式全保留式 半保留式半保留式 混合式混合式 密度梯度離心實(shí)驗(yàn)密度梯度離心實(shí)驗(yàn) 含含15N-DNA的細(xì)菌的細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液培養(yǎng)液(14N) 第一代第一代繼續(xù)培養(yǎng)于繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液普通培養(yǎng)液 第二代第二代 實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制半保留復(fù)制的設(shè)想。的設(shè)想。15N-DNA14N-DNA混合混合目錄目錄按半保留復(fù)制方式，子代按半

5、保留復(fù)制方式，子代DNA與親代與親代DNA A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，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性保守性。n半保留復(fù)制的意義半保留復(fù)制的意義: :目錄目錄2、DNA一股子鏈復(fù)制的方向與解鏈一股子鏈復(fù)制的方向與解鏈方向相反導(dǎo)致方向相反導(dǎo)致半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制5 3 解鏈方向解鏈方向3 5 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈(leading strand)隨從鏈隨從鏈(lagging strand)3 5 3 5 3 5 領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，這就是復(fù)制的半不連續(xù)性這就是復(fù)制的半不連續(xù)性岡崎片段岡

6、崎片段目錄目錄 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) 。 另一子鏈因?yàn)閺?fù)制的方向與解鏈方向相反，不另一子鏈因?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(zhǎng)，這條不連續(xù)復(fù)制的能順著解鏈方向連續(xù)延長(zhǎng)，這條不連續(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

7、。 目錄目錄 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)向兩個(gè)向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉復(fù)制叉，稱為稱為雙向復(fù)制雙向復(fù)制。 3、DNA復(fù)制從起始點(diǎn)向兩個(gè)方向延復(fù)制從起始點(diǎn)向兩個(gè)方向延伸形成伸形成雙向復(fù)制雙向復(fù)制A. 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)(termination, ter)oriterA B C目錄目錄 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)，是多復(fù)制子的復(fù)制。習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間制

8、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)的距離定為一個(gè)復(fù)制子復(fù)制子(replicon) 。復(fù)制子是。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。 53oriorioriori53復(fù)制子復(fù)制子53oriorioriori5355335533復(fù)制子復(fù)制子已完成復(fù)制的復(fù)制子已完成復(fù)制的復(fù)制子復(fù)復(fù)制制進(jìn)進(jìn)程程目錄目錄目錄目錄2. 酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)對(duì)堿基的選擇功能對(duì)堿基的選擇功能1. 遵守嚴(yán)格的遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律堿基配對(duì)規(guī)律3.復(fù)制出錯(cuò)時(shí)酶的復(fù)制出錯(cuò)時(shí)酶的及時(shí)校讀功能及時(shí)校讀功能DNA復(fù)制的復(fù)制的保真性保真性至少要依賴至少要依賴三種機(jī)制三種機(jī)制 4、復(fù)制的高保真性、

9、復(fù)制的高保真性目錄目錄目錄目錄半保留復(fù)制半保留復(fù)制semi-conservative replication半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制semi-discontinuous replication復(fù)制方向?yàn)殡p向復(fù)制方向?yàn)殡p向bidirectional replication高保真性復(fù)制高保真性復(fù)制high fidelity復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn) 目錄目錄二二. DNA. DNA復(fù)制的反應(yīng)體系復(fù)制的反應(yīng)體系The Enzymology and Topology of DNA Replication目錄目錄n參與參與DNA復(fù)制的物質(zhì)復(fù)制的物質(zhì): 底物底物(substrate): dATP, dGTP,

10、dCTP, dTTP；(dNTP) 聚合酶聚合酶(polymerase): 依賴依賴DNA的的DNA聚合酶，簡(jiǎn)寫為聚合酶，簡(jiǎn)寫為 DNA-pol； 模板模板(template): 解開成單鏈的解開成單鏈的DNA母鏈；母鏈； 引物引物(primer):與模板互補(bǔ)的與模板互補(bǔ)的RNA片段，提供片段，提供3 -OH末末端使端使dNTP可以依次聚合；可以依次聚合； 其他的其他的酶和蛋白質(zhì)因子。酶和蛋白質(zhì)因子。目錄目錄參與DNA復(fù)制的物質(zhì)DNA復(fù)復(fù)制系統(tǒng)制系統(tǒng)底物底物dNTPdNTP聚合酶聚合酶DNA-polDNA-pol模板模板解成單鏈解成單鏈的的DNADNA母鏈母鏈引物引物與模板互補(bǔ)的與模板互補(bǔ)的R

11、NARNA片段片段其它酶其它酶和蛋白質(zhì)因子和蛋白質(zhì)因子底物底物(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(jiǎn)寫簡(jiǎn)寫 為為 DNA-pol模板模板(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可以依次聚合可以依次聚合解螺旋酶解螺旋酶引物酶引物酶單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白DNA連接酶等連接酶等目錄目錄1、核苷酸和核苷酸之間生成、核苷酸和核苷酸之間生成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵是復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng)是復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng)(

12、dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPiHOP PPGPPi5 端端3 端端CGA目錄目錄2、DNA聚合酶催化核苷酸之間聚合聚合酶催化核苷酸之間聚合 全稱：全稱：依賴依賴DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase) 簡(jiǎn)稱：簡(jiǎn)稱：DNA-pol 活性：活性：1. 53 的聚合活性的聚合活性2. 核酸外切酶活性核酸外切酶活性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 3 5 外切酶活性外切酶活性: 5 3 外切

13、酶活性外切酶活性:?能切除突變的能切除突變的 DNA片段或片段或RNA引物。引物。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將堿基錯(cuò)配核苷酸堿基錯(cuò)配核苷酸水解。水解。n核酸外切酶活性核酸外切酶活性: : 目錄目錄（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶分為三型聚合酶分為三型 DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目錄目錄n功能：功能： DNA-pol （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)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)。中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。1、DNA聚合酶活性聚合酶活性 2、 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性3、5 核酸外切酶活性核酸外

14、切酶活性目錄目錄B B：如果堿基配對(duì)正確，：如果堿基配對(duì)正確，DNA-polIDNA-polI則不表現(xiàn)外切酶活性；只表則不表現(xiàn)外切酶活性；只表現(xiàn)聚合酶活性?，F(xiàn)聚合酶活性。DNA-pol I外切活性外切活性聚合活性聚合活性dCTPC3A A：堿基配對(duì)錯(cuò)誤，：堿基配對(duì)錯(cuò)誤，DNA-DNA-polIpolI表現(xiàn)外切酶活性，切表現(xiàn)外切酶活性，切除錯(cuò)配堿基；并用其聚合除錯(cuò)配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對(duì)的底物活性摻入正確配對(duì)的底物模板鏈模板鏈新合成鏈新合成鏈模板鏈模板鏈C新合成鏈新合成鏈目錄目錄n功能：功能： DNA-pol (250kD)是原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶。是原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真

15、正起催化作用的酶。1、DNA聚合酶活性聚合酶活性 2、 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 - -復(fù)合物復(fù)合物目錄目錄nPolIIIPolIII全酶全酶（二聚體）（二聚體）每一個(gè)單體都具有催化每一個(gè)單體都具有催化活性，一個(gè)作用于領(lǐng)頭鏈，另一個(gè)作用于隨從活性，一個(gè)作用于領(lǐng)頭鏈，另一個(gè)作用于隨從鏈，使兩股鏈在鏈，使兩股鏈在同一地方同一時(shí)間進(jìn)行合成同一地方同一時(shí)間進(jìn)行合成。n隨從鏈母鏈環(huán)繞隨從鏈母鏈環(huán)繞360360度度，形成局部片斷與領(lǐng)頭鏈，形成局部片斷與領(lǐng)頭鏈靠近，沿靠近，沿同一方向同一方向進(jìn)行合成。進(jìn)行合成。（ 亞基）亞基）（核心酶）（核心酶）目錄目錄（二）常見的真核細(xì)胞（二）常見的真核細(xì)胞DNA

16、聚合酶有五種聚合酶有五種DNA-pol 引物合成，隨從鏈的部分合成。引物合成，隨從鏈的部分合成。延長(zhǎng)子鏈的主要酶。延長(zhǎng)子鏈的主要酶。參與低保真度的復(fù)制，參與損傷修復(fù)參與低保真度的復(fù)制，參與損傷修復(fù)。在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用?？诘淖饔?。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 目錄目錄真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶填補(bǔ)引物填補(bǔ)引物空隙，切空隙，切除修復(fù)，除修復(fù)，重組重組延長(zhǎng)子延長(zhǎng)子鏈的主鏈的主要酶，要酶，解螺旋解螺旋酶活性酶活性線粒體線粒體DNA復(fù)復(fù)制制參與損參

17、與損傷修復(fù)傷修復(fù)引物酶引物酶作用作用功能功能+-3 5 外切酶外切酶高高高高高高？中中5 3 聚合酶聚合酶25.512.514.04.016.5分子量（分子量（ kDDNA-pol填補(bǔ)引物填補(bǔ)引物空隙，切空隙，切除修復(fù)，除修復(fù)，重組重組延長(zhǎng)子延長(zhǎng)子鏈的主鏈的主要酶要酶，解螺旋解螺旋酶活性酶活性線粒體線粒體DNA復(fù)復(fù)制制功能功能+-3 5 高高高高高高低低中中5 3 25.512.514.04.016.5分子量（分子量（DNA-pol目錄目錄理順理順DNA鏈鏈拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 (,)穩(wěn)定已解開的單鏈穩(wěn)定已解開的單鏈單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白SSB催化催化RNA引物生成引物生成引物酶引物酶

18、DnaG (dnaG)運(yùn)送和協(xié)同運(yùn)送和協(xié)同DnaBDnaC (dnaC)解開解開DNA雙鏈雙鏈解螺旋酶解螺旋酶DnaB (dnaB)識(shí)別并結(jié)合起始點(diǎn)識(shí)別并結(jié)合起始點(diǎn)DnaA (dnaA)蛋白質(zhì)（基因）蛋白質(zhì)（基因）通用名通用名功能功能原核生物與復(fù)制相關(guān)蛋白質(zhì)原核生物與復(fù)制相關(guān)蛋白質(zhì)3 3、與復(fù)制相關(guān)的其他酶、與復(fù)制相關(guān)的其他酶目錄目錄解螺旋酶解螺旋酶(helicase)利用利用ATP供能，作用于供能，作用于氫鍵，使氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈。雙鏈解開成為兩條單鏈。引物酶引物酶(primase) 復(fù)制起始時(shí)催化生成復(fù)制起始時(shí)催化生成RNA引物的酶。引物的酶。單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白

19、(single stranded DNA binding protein, SSB) 在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。 DnaBDnaG目錄目錄 DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix 或或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。 正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盤繞方向與盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同，即延雙螺旋方同相同，即延右手右手方向方向扭曲。扭曲。負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋(negative supercoil

20、)盤繞方向與盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反雙螺旋方向相反即延即延左手左手方向方向扭曲。扭曲。原核生物原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物原核生物DNA多為環(huán)狀，以負(fù)超螺旋的形多為環(huán)狀，以負(fù)超螺旋的形式存在式存在，平均每平均每200200堿基就有一個(gè)超螺旋形成。堿基就有一個(gè)超螺旋形成。目錄目錄目錄目錄108超螺旋局部解開超螺旋局部解開 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶改變改變DNA超螺旋狀態(tài)、超螺旋狀態(tài)、 理順理順DNA鏈鏈目錄目錄DNA復(fù)制解螺旋時(shí)延同一軸反向旋轉(zhuǎn)，復(fù)制解螺旋時(shí)延同一軸反向旋轉(zhuǎn)，DNA分子分子打結(jié)，纏繞。在復(fù)制叉前產(chǎn)生正超螺旋。打結(jié)，纏繞。在復(fù)制叉前產(chǎn)生正超螺旋。目

21、錄目錄拓?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解解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，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)。n作用機(jī)制：作用機(jī)制：目錄目錄放大放大超超螺旋螺旋放大放大雙雙螺旋螺旋OH3P-5拓拓?fù)鋼涿该窱拓?fù)涿竿負(fù)涿窱 切斷切斷DNA雙鏈中的一股，使兩個(gè)雙鏈中的一股，使兩個(gè)螺旋變?yōu)橐粋€(gè)

22、，適當(dāng)時(shí)候再封閉缺口螺旋變?yōu)橐粋€(gè)，適當(dāng)時(shí)候再封閉缺口DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)目錄目錄拓?fù)涿竿負(fù)涿傅淖饔梅绞剑旱淖饔梅绞剑耗夸浤夸?、DNA連接酶連接連接酶連接DNA雙鏈中的雙鏈中的單鏈缺口單鏈缺口連接連接DNA鏈鏈3 -OH末端末端和相鄰和相鄰DNA鏈鏈5 -P末端末端，使二者生成，使二者生成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵，從而把兩段相，從而把兩段相鄰的鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。鏈連接成一條完整的鏈。n DNA連接酶連接酶(DNA ligase)作用方式：作用方式：POO-O-OHO5POO-O-O335DNA連接酶連接酶ATPADP5353nDNA連接酶的作用：連接酶的作用：目錄目

23、錄 DNA連接酶在連接酶在復(fù)制中復(fù)制中起最后封閉缺口的作用。起最后封閉缺口的作用。 在在DNA修復(fù)、重組修復(fù)、重組中也起封閉缺口作用。中也起封閉缺口作用。 也是基因工程的重要工具酶之一。也是基因工程的重要工具酶之一。n功能：功能：目錄目錄（一）復(fù)制起始：（一）復(fù)制起始：DNA解鏈形成引發(fā)體解鏈形成引發(fā)體需要解決兩個(gè)問題：需要解決兩個(gè)問題：1. DNA解開成解開成單鏈單鏈，提供模板。，提供模板。2. 形成形成引發(fā)體引發(fā)體，合成引物，提供，合成引物，提供3 -OH末端。末端。三、原核生物的三、原核生物的DNA復(fù)制過程復(fù)制過程E.coli復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn) oriC-特殊的序列約特殊的序列約245

24、bp GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245 串聯(lián)重復(fù)序列串聯(lián)重復(fù)序列 反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列5 3 5 3 1. DNA解鏈解鏈目錄目錄nDnaA、B、C三種蛋白參與DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaCDnaADnaA蛋白蛋白四個(gè)相同亞基組成四個(gè)相同亞基組成目錄目錄3 5 DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)?/p>

25、異構(gòu)酶 Dna A含有含有DnaB（解螺旋酶）、（解螺旋酶）、DnaC蛋白、蛋白、引物酶引物酶（DnaG）和）和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。引發(fā)體。 Dna A3 5 Dna B、 Dna CSSB引物引物酶酶2.2.引發(fā)體的形成引發(fā)體的形成目錄目錄3 5 3 5 引物引物3 HO5引物引物酶酶3. 引物的形成引物的形成引物引物酶酶引物是由引物酶催化合成的引物是由引物酶催化合成的短鏈短鏈RNA。目錄目錄（二）復(fù)制的延長(zhǎng)過程：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，（二）復(fù)制的延長(zhǎng)過程：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制隨從鏈不連續(xù)復(fù)制復(fù)制的延長(zhǎng)指在復(fù)制的延長(zhǎng)指在DNA-pol催化下

26、，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長(zhǎng)中的子鏈上，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)是其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵的不斷生成。的不斷生成。 目錄目錄n領(lǐng)頭鏈的合成：領(lǐng)頭鏈的合成：領(lǐng)頭鏈沿著領(lǐng)頭鏈沿著5 5 33 方向可以連續(xù)地延長(zhǎng)。方向可以連續(xù)地延長(zhǎng)。n隨從鏈的合成隨從鏈的合成目錄目錄同一復(fù)制叉上領(lǐng)頭鏈和隨從鏈由相同的同一復(fù)制叉上領(lǐng)頭鏈和隨從鏈由相同的DNA-DNA-polpol催化延長(zhǎng)催化延長(zhǎng) 目錄目錄nPolIIIPolIII全酶全酶（二聚體）（二聚體）每一個(gè)單體都具有催化每一個(gè)單體都具有催化活性，一個(gè)作用于領(lǐng)頭鏈，另一個(gè)作用于隨從活性，一個(gè)作用于領(lǐng)頭鏈，另

27、一個(gè)作用于隨從鏈，使兩股鏈在鏈，使兩股鏈在同一地方同一時(shí)間進(jìn)行合成同一地方同一時(shí)間進(jìn)行合成。n隨從鏈母鏈環(huán)繞隨從鏈母鏈環(huán)繞360360度度，形成局部片斷與領(lǐng)頭鏈，形成局部片斷與領(lǐng)頭鏈靠近，沿靠近，沿同一方向同一方向進(jìn)行合成。進(jìn)行合成。（ 亞基）亞基）（核心酶）（核心酶）目錄目錄 原核生物基因是環(huán)狀原核生物基因是環(huán)狀DNA，兩個(gè)復(fù)制叉在復(fù)制的，兩個(gè)復(fù)制叉在復(fù)制的終止點(diǎn)終止點(diǎn)(ter)處匯合。處匯合。（三）復(fù)制的終止過程：切除引物、填補(bǔ)（三）復(fù)制的終止過程：切除引物、填補(bǔ)空缺、連接切口空缺、連接切口目錄目錄5 5 5 DNA-polDNA-pol5-3外切酶外切酶OHP5 DNA-polDNA-p

28、ol5-3聚合酶聚合酶dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA連接酶連接酶n 隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接：隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接：目錄目錄目錄目錄復(fù)復(fù) 制制 過過 程程 動(dòng)動(dòng) 畫畫M13噬菌體）目錄目錄滾環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制目錄目錄四、真核生物四、真核生物DNA復(fù)制復(fù)制目錄目錄1 1真核生物每個(gè)染色體有很多個(gè)起始點(diǎn)，是真核生物每個(gè)染色體有很多個(gè)起始點(diǎn)，是 多復(fù)制子多復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制。 真核生物復(fù)制與原核基本相似真核生物復(fù)制與原核基本相似真核生物復(fù)制速度不如原核生物，整體復(fù)制真核生物復(fù)制速度不如原核生物，整體復(fù)制速度并不慢。速度并不慢。目錄目錄2 2真核生物真核生物隨從鏈隨從鏈的岡崎片

29、段較短，的岡崎片段較短，100-200100-200 個(gè)核苷酸。原核生物為個(gè)核苷酸。原核生物為1000-20001000-2000個(gè)核苷酸。個(gè)核苷酸。3 3復(fù)制的起始過程復(fù)雜，起始需要復(fù)制的起始過程復(fù)雜，起始需要DNA-pol （引引 物酶活性物酶活性）和）和pol （解螺旋酶活性解螺旋酶活性），還需拓?fù)涿福?，還需拓?fù)涿?和復(fù)制因子和復(fù)制因子(增殖細(xì)胞核抗原增殖細(xì)胞核抗原 （PCNA）在起始和延長(zhǎng)中都起關(guān)鍵作用。）在起始和延長(zhǎng)中都起關(guān)鍵作用。目錄目錄4 4真核生物真核生物DNADNA復(fù)制與核小體組裝同步進(jìn)行，復(fù)制與核小體組裝同步進(jìn)行， 復(fù)制完成后隨即組裝成染色體。復(fù)制完成后隨即組裝成染色體。真

30、核生物染色體真核生物染色體DNA呈線狀呈線狀，在，在DNA復(fù)制過程中復(fù)制過程中子代子代DNA5末端的末端的RNA引物引物被去除后，留下空隙。被去除后，留下空隙。5. 5. 端粒酶參與解決染色體末端復(fù)制問題端粒酶參與解決染色體末端復(fù)制問題目錄目錄5 3 3 5 5 3 3 5 +5 3 3 3 3 5 5 目錄目錄目錄目錄功能功能 維持染色體的穩(wěn)定性維持染色體的穩(wěn)定性 保證保證DNA復(fù)制的完整性復(fù)制的完整性端粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)端粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 由由3末端末端單鏈單鏈DNA序列序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。和蛋白質(zhì)構(gòu)成。 3末端末端DNA序列是序列是多次重復(fù)多次重復(fù)的富含的富含G、T堿堿基的基的短序列短序列。TTTT

31、GGGGTTTTGGGG目錄目錄端粒酶端粒酶(telomerase)端粒酶端粒酶是一種是一種RNA-蛋蛋白質(zhì)復(fù)合體白質(zhì)復(fù)合體，以其，以其RNA為模板，通過為模板，通過逆轉(zhuǎn)錄過逆轉(zhuǎn)錄過程程對(duì)染色體末端對(duì)染色體末端DNA鏈鏈進(jìn)行延長(zhǎng)。進(jìn)行延長(zhǎng)。端粒酶的分子結(jié)構(gòu)端粒酶的分子結(jié)構(gòu)目錄目錄 端粒酶端粒酶RNA (hTR) 端粒酶協(xié)同蛋白端粒酶協(xié)同蛋白(hTP1) 端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶 (hTRT) 端粒酶的組成端粒酶的組成功能功能提供提供RNARNA模板模板、催化、催化逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄、通過通過爬行模型爬行模型的機(jī)的機(jī)制維持染色體的完整。制維持染色體的完整。5端粒酶的端粒酶的RNAACUAAACCC

32、AAAACAAACCGAC353GTTTTGGGTTTTGG3OH端粒端粒DNA末端末端TGGTTTG3OH1 1、端粒酶靠、端粒酶靠hTRhTR（AnCnAnCn）x x與與端粒端粒DNA DNA 3 3末端末端GT重復(fù)序列結(jié)合重復(fù)序列結(jié)合內(nèi)在模板內(nèi)在模板RNA2 2、以端粒酶、以端粒酶RNARNA為模板，為模板，逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄，延長(zhǎng)，延長(zhǎng)端粒端粒DNA DNA 3 3末端末端3 3、端粒酶移位、空出、端粒酶移位、空出RNARNA模板，再次延長(zhǎng)模板，再次延長(zhǎng)端粒端粒DNA DNA 3 3末端，末端， 同時(shí)同時(shí)DNADNA母鏈反摺利于下游復(fù)制延伸。母鏈反摺利于下游復(fù)制延伸。TGGTTTGG5端粒

33、酶的端粒酶的RNAACUAAACCCAAAACAAACCGAC353TTTT3OHTGGTTTGGGGGGGGGTTTTGGTTTT4 4、延伸足夠長(zhǎng)度后端粒酶脫離母鏈，代之以、延伸足夠長(zhǎng)度后端粒酶脫離母鏈，代之以DNA-PolDNA-Pol。此時(shí)。此時(shí) 母鏈母鏈3 OHOH反折，同時(shí)作為引物和模板，完成末端雙鏈復(fù)制。反折，同時(shí)作為引物和模板，完成末端雙鏈復(fù)制。5端粒酶的端粒酶的RNAACUAAACCCAAAACAAACCGAC33OH53TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGn3HO53TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGnnCCCCAA

34、AACCCCAAAAAAAADNA-Pol目錄目錄n D環(huán)復(fù)制環(huán)復(fù)制(D-loop replication) 是線粒體是線粒體DNA (mitochondrial DNA，mtDNA)的復(fù)制形式。的復(fù)制形式。 五、線粒體五、線粒體DNA復(fù)制復(fù)制dNTPDNA-pol 目錄目錄特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.1.兩條鏈兩條鏈復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn)不在同一位置不在同一位置. . 2. 2.兩條鏈兩條鏈不是同時(shí)合成的不是同時(shí)合成的. . 3. 3.兩條鏈合成的方向相反兩條鏈合成的方向相反. . 4. 4.兩條鏈都是兩條鏈都是連續(xù)合成的連續(xù)合成的. .隨從鏈起始點(diǎn)隨從鏈起始點(diǎn)領(lǐng)頭鏈起始點(diǎn)領(lǐng)頭鏈起始點(diǎn)隨從鏈繼續(xù)隨從鏈繼續(xù)

35、替代鏈領(lǐng)頭領(lǐng)頭鏈完成鏈完成目錄目錄逆轉(zhuǎn)錄和逆轉(zhuǎn)錄和逆轉(zhuǎn)錄病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒Reverse Transcription & Reverse Transcription第二節(jié)第二節(jié)目錄目錄逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase) 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄(reverse transcription) 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄酶酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組是一、逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組是RNA，其復(fù)制方式是逆轉(zhuǎn)錄其復(fù)制方式是逆轉(zhuǎn)錄目錄目錄逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄酶）酶）目錄目錄n逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象:RNA 模板模板逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA雜化雙鏈雜化雙鏈RNA酶酶單鏈單鏈DNADNA

36、DNA聚合酶聚合酶雙鏈雙鏈DNA目錄目錄逆轉(zhuǎn)錄酶發(fā)現(xiàn)的理論和實(shí)踐意義：逆轉(zhuǎn)錄酶發(fā)現(xiàn)的理論和實(shí)踐意義：1. 1. 完善了完善了“中心法則中心法則”，遺傳信息也可以從，遺傳信息也可以從RNARNA傳遞傳遞 到到DNADNA。2. 2. 促進(jìn)了促進(jìn)了分子生物學(xué)分子生物學(xué)、生物化學(xué)生物化學(xué)和和病毒學(xué)病毒學(xué)的研究，的研究， 為為腫瘤腫瘤的防治提供了新的線索。的防治提供了新的線索。3. 3. 逆轉(zhuǎn)錄酶已經(jīng)成為分子生物學(xué)研究的逆轉(zhuǎn)錄酶已經(jīng)成為分子生物學(xué)研究的重要工具酶重要工具酶。DNA損傷（突變）與修復(fù)損傷（突變）與修復(fù)DNA Damage (Mutation) & Repair第三節(jié)第三節(jié)目錄目錄 DNA

37、突變突變具體指具體指?jìng)€(gè)別脫氧核苷酸殘基個(gè)別脫氧核苷酸殘基至至DNA片段片段在構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化，在構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化，也稱為也稱為DNA損傷損傷(DNA damage)。 從分子水平來看，突變就是從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基分子上堿基的改變。的改變。 目錄目錄一、引發(fā)一、引發(fā)DNA突變的因素突變的因素（一）自發(fā)突變（一）自發(fā)突變目錄目錄 （二）（二）多種化學(xué)或物理因素可誘發(fā)突變多種化學(xué)或物理因素可誘發(fā)突變實(shí)驗(yàn)室用來誘發(fā)突變，也是生活環(huán)境中導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室用來誘發(fā)突變，也是生活環(huán)境中導(dǎo)致突變的因素，主要有致突變的因素，主要有物理和化學(xué)物理和化學(xué)因素。因素。 目錄目錄n

38、物理因素：物理因素：紫外線紫外線(ultra violet, UV)、各種輻射、各種輻射 UVn化學(xué)因素：化學(xué)因素：常見的化學(xué)誘變劑常見的化學(xué)誘變劑化合物類別化合物類別作作 用用 點(diǎn)點(diǎn)分子改變分子改變堿基類似物堿基類似物如：如：5-BUA - - 5-BU - - G- A - T - G - C -羥胺類羥胺類（NH2OH）C - -A- C - G - A - T -亞硝酸鹽亞硝酸鹽（NO2）C U- G - C - A - T -烷化劑烷化劑如：氮芥類，如：氮芥類，NitrominsG 烷基化烷基化GG GDNA缺失缺失G目錄目錄二、引起突變的分子改變類型有多種二、引起突變的分子改變類型

39、有多種錯(cuò)配錯(cuò)配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement) 框移框移(frame-shift) 目錄目錄DNA分子上的單一堿基的變異又稱分子上的單一堿基的變異又稱點(diǎn)突變點(diǎn)突變。（一）錯(cuò)配可導(dǎo)致編碼氨基酸的改變（一）錯(cuò)配可導(dǎo)致編碼氨基酸的改變發(fā)生在發(fā)生在同型堿基同型堿基之間，即嘌呤代替另之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 1. 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換發(fā)生在發(fā)生在異型堿基異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤?；蜞奏ぷ冟堰?。 2. 顛換顛換鐮形紅細(xì)胞貧血病人鐮形紅細(xì)胞貧血病人

40、Hb (HbS) 亞基亞基N-val his leu thr pro val glu C 肽鏈肽鏈CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA)亞基亞基N-val his leu thr pro glu glu C 肽鏈肽鏈CTC GAG基因基因n鐮形紅細(xì)胞貧血病人鐮形紅細(xì)胞貧血病人目錄目錄正常紅細(xì)胞正常紅細(xì)胞鐮形紅細(xì)胞貧血病人的紅細(xì)胞鐮形紅細(xì)胞貧血病人的紅細(xì)胞目錄目錄（二）缺失、插入和框移突變?cè)斐傻鞍踪|(zhì)氨基酸（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)生改變排列順序發(fā)生改變 缺失：缺失：一個(gè)或一段核苷酸鏈從一個(gè)或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。大分子上消失。 插入：插入：原

41、來沒有的一個(gè)或一段核苷酸鏈插入到原來沒有的一個(gè)或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。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 。 框移突變框移突變是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋是指三聯(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。白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。 目錄目錄n缺失引起框移突變：缺失引起框移突變：目錄目錄（三）重組或重排?？梢疬z傳、腫瘤等疾?。ㄈ┲亟M或重排?？梢疬z傳、腫瘤等疾病DNADNA分子內(nèi)較大片段從一個(gè)位置轉(zhuǎn)到另一分子內(nèi)較大片段從一個(gè)位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)位置，或不同個(gè)位置，或不同DNADNA分子間較大片段的重分子間較大片段的重新組合，稱為新組合，稱為重排或重組重排或重組。目錄目錄n由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型：由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型：目錄目錄DNA損傷（突變）可能造成兩種結(jié)果：損傷（突變）可能造成兩種結(jié)果：其一是導(dǎo)致其一是導(dǎo)致復(fù)