第十章 DNA的合成與修復(fù).

1、2022-5-301主講教師：季祥郵箱： 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容一、一、DNADNA的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制二、二、DNADNA復(fù)制的起點(diǎn)與方向復(fù)制的起點(diǎn)與方向三、三、DNADNA的半不連續(xù)復(fù)制的半不連續(xù)復(fù)制四、與四、與DNA DNA 復(fù)制有關(guān)的蛋白質(zhì)復(fù)制有關(guān)的蛋白質(zhì)五、大腸桿菌五、大腸桿菌DNADNA的復(fù)制過(guò)程的復(fù)制過(guò)程六、復(fù)制起始的時(shí)序控制六、復(fù)制起始的時(shí)序控制七、真核生物七、真核生物DNADNA復(fù)制特點(diǎn)復(fù)制特點(diǎn)八、八、DNADNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù) 1. 掌握遺傳信息傳遞的中心法則。掌握遺傳信息傳遞的中心法則。 2. 掌握掌握DNA復(fù)制的一般規(guī)律：復(fù)制的一般規(guī)律：DNA的半保留復(fù)制、

2、的半保留復(fù)制、 DNA的半不連續(xù)復(fù)制的概念。的半不連續(xù)復(fù)制的概念。 3. 了解三種大腸桿菌了解三種大腸桿菌DNA聚合酶的催化特性及其功聚合酶的催化特性及其功 用；了解原核生物用；了解原核生物DNA的復(fù)制過(guò)程。的復(fù)制過(guò)程。 4. 了解使了解使DNA損傷的因素；損傷的因素；DNA損傷的修復(fù)機(jī)制：損傷的修復(fù)機(jī)制： 錯(cuò)配修復(fù)、堿基切除修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)、直接修錯(cuò)配修復(fù)、堿基切除修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)、直接修 復(fù)、重組修復(fù)及傾向差錯(cuò)的修復(fù)的過(guò)程及過(guò)程所需要復(fù)、重組修復(fù)及傾向差錯(cuò)的修復(fù)的過(guò)程及過(guò)程所需要 的酶類；了解的酶類；了解DNA損傷修復(fù)的意義。損傷修復(fù)的意義。目的要求目的要求1964-1970 19

3、64-1970 發(fā)現(xiàn)勞氏肉瘤病毒的遺傳信息傳遞方式：逆轉(zhuǎn)錄發(fā)現(xiàn)勞氏肉瘤病毒的遺傳信息傳遞方式：逆轉(zhuǎn)錄 19531953年，年，WatsonWatson和和CrickCrick提出中心法則：遺傳信息的單向流動(dòng)。提出中心法則：遺傳信息的單向流動(dòng)。 中心法則：中心法則：病毒（復(fù)制）病毒（復(fù)制）復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DNA RNA 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)翻譯逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄RNARNA的復(fù)制存在于的復(fù)制存在于RNARNA病毒病毒 DNA DNA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碼的形式編碼在DNADNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序，分子上，

4、表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序，并通過(guò)并通過(guò)DNADNA的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，遺傳信息自中，遺傳信息自DNADNA轉(zhuǎn)錄給轉(zhuǎn)錄給RNA,RNA,然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)，以然后翻譯成特異的蛋白質(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。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。 復(fù)制：復(fù)制：以親代以親代DNADNA或或RNARNA為模板，根據(jù)為模板，根據(jù)堿基配對(duì)堿基配對(duì)的原則的原則，在一系列酶的作用下，生成與親代相同，在一系列酶的作用下，生成與親代相同的子代的子代DNADNA或或RNARNA的過(guò)程。的過(guò)程。幾

5、個(gè)基本概念：幾個(gè)基本概念： 逆轉(zhuǎn)錄：逆轉(zhuǎn)錄：以以RNARNA為模板，在為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，的作用下，生成生成DNADNA的過(guò)程。的過(guò)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)的氨基酸順序氨基酸順序的過(guò)程。的過(guò)程。 轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄：以以DNADNA為模板，按照堿基配對(duì)原則合成為模板，按照堿基配對(duì)原則合成RNARNA，即將即將DNADNA所含的遺傳信息傳給所含的遺傳信息傳給RNARNA，形成一形成一條條與與DNADNA鏈互補(bǔ)的鏈互補(bǔ)的RNARNA的過(guò)程。的過(guò)程。Reverse transcript

6、ion中心法則圖示中心法則圖示一、一、DNADNA的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制2.2.半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù): :1.1.定義定義： 19581958年年MeselsonMeselson和和StahlStahl用同位素用同位素1515N N標(biāo)記標(biāo)記大大腸桿菌腸桿菌DNADNA, ,首先證明了首先證明了DNADNA的半保留復(fù)制。的半保留復(fù)制。 以以親代親代DNADNA雙鏈雙鏈為模板以為模板以堿基互補(bǔ)堿基互補(bǔ)方式合方式合成子成子代代DNADNA，這樣這樣新形成的子代新形成的子代DNADNA中，一條鏈來(lái)自親中，一條鏈來(lái)自親代代DNADNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方而另一條鏈則

7、是新合成的，這種復(fù)制方式叫式叫半保留復(fù)制半保留復(fù)制。DNADNA復(fù)復(fù)制的可制的可能方式能方式全保留與全保留與全新復(fù)制全新復(fù)制分散復(fù)制分散復(fù)制半保留半保留復(fù)制復(fù)制DNADNA半保留復(fù)制圖示：半保留復(fù)制圖示： 半保留復(fù)制的證明：半保留復(fù)制的證明： MeselsonMeselson 和和StahlStahl將同位素將同位素1515N N標(biāo)記的標(biāo)記的1515NHNH4 4ClCl加入大腸桿菌的培養(yǎng)基中培養(yǎng)加入大腸桿菌的培養(yǎng)基中培養(yǎng)1212代，代，使大腸桿菌的使大腸桿菌的DNADNA都帶上都帶上1515N N的標(biāo)記，然后的標(biāo)記，然后將該大腸桿菌轉(zhuǎn)入將該大腸桿菌轉(zhuǎn)入1414N N的普通培養(yǎng)基中培養(yǎng)的普通培

8、養(yǎng)基中培養(yǎng)后，分離子一代、子二代、子三代、子四后，分離子一代、子二代、子三代、子四代代DNADNA，進(jìn)行進(jìn)行氯化銫氯化銫密度梯度離心，實(shí)驗(yàn)密度梯度離心，實(shí)驗(yàn)證明了證明了DNADNA的半保留復(fù)制。的半保留復(fù)制。1515N-DNAN-DNA的密度大于的密度大于1414N-DNAN-DNA的密度的密度親代親代DNADNA（1515N N1515N N）子一代子一代DNADNA（1515N N1414N N）子二代子二代DNA (DNA (1515N N1414N N，1414N N1414N 1:1)N 1:1)子三代子三代DNA (DNA (1515N N1414N N，1414N N1414N

9、1N 1: :3)3)子四代子四代DNA (DNA (1515N N1414N N，1414N N1414N 1N 1:7 :7 ) )親代親代DNADNA與子二代與子二代DNADNA的混合物的混合物親代親代DNADNA與子四代與子四代DNADNA的混合物的混合物復(fù)制中的大腸桿菌染色復(fù)制中的大腸桿菌染色體放射自顯影圖體放射自顯影圖DNADNA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： 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是一種惰性物質(zhì)是一種惰性物質(zhì)。 DNADNA的半保留復(fù)制表明的半保留復(fù)制表明DNADNA在代謝上在代謝上的的穩(wěn)定性穩(wěn)定性，是是保證親代

10、的遺傳信息穩(wěn)保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代必要措施。定地傳遞給后代必要措施。雙向復(fù)制雙向復(fù)制單向復(fù)制單向復(fù)制二、二、DNADNA復(fù)復(fù)制制的的起起點(diǎn)點(diǎn)與與方方向向復(fù)制中的DNA 復(fù)制原點(diǎn)復(fù)制原點(diǎn)復(fù)制叉復(fù)制叉DNADNA復(fù)制的主要方式復(fù)制的主要方式 大腸桿菌雙鏈大腸桿菌雙鏈環(huán)狀環(huán)狀DNADNA的復(fù)制（的復(fù)制（一個(gè)一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，復(fù)制起點(diǎn)，雙向復(fù)制）雙向復(fù)制）3 不同位置不同位置D-D-環(huán)式環(huán)式復(fù)制方式（線粒體雙鏈環(huán)狀復(fù)制方式（線粒體雙鏈環(huán)狀DNADNA：兩條鏈的兩條鏈的復(fù)制起點(diǎn)復(fù)制起點(diǎn)不同位置，且復(fù)制不同步）不同位置，且復(fù)制不同步） 真核細(xì)胞真核細(xì)胞線狀染色體線狀染色體DNADNA的復(fù)制方式（的

11、復(fù)制方式（多個(gè)多個(gè)復(fù)制起復(fù)制起點(diǎn)，雙向復(fù)制）點(diǎn)，雙向復(fù)制） 單向單向滾環(huán)式滾環(huán)式復(fù)制（噬菌體復(fù)制（噬菌體 X174DNAX174DNA單鏈環(huán)狀）單鏈環(huán)狀）三、三、DNADNA復(fù)制的半不連續(xù)性復(fù)制的半不連續(xù)性前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈滯后鏈滯后鏈岡崎片段岡崎片段前導(dǎo)鏈：前導(dǎo)鏈：以以3 5 方向的方向的親代鏈為模板連續(xù)合成的子代鏈。親代鏈為模板連續(xù)合成的子代鏈。滯后鏈：滯后鏈：以以5 3方向方向的親代鏈為模板的子代鏈先逆的親代鏈為模板的子代鏈先逆復(fù)制叉移動(dòng)方向合成岡崎片段，復(fù)制叉移動(dòng)方向合成岡崎片段，再連接成滯后鏈。再連接成滯后鏈。半不連續(xù)復(fù)制的發(fā)現(xiàn)半不連續(xù)復(fù)制的發(fā)現(xiàn) 同位素實(shí)驗(yàn)，用含同位素實(shí)驗(yàn)，用含3 3H

12、H的的dTdT標(biāo)記用標(biāo)記用T T4 4噬菌體感染的大腸噬菌體感染的大腸桿菌桿菌 短時(shí)間內(nèi)分離的短時(shí)間內(nèi)分離的DNADNA均為均為DNADNA小片段小片段一段時(shí)間一段時(shí)間后后檢測(cè)到檢測(cè)到 DNADNA大片段。當(dāng)用大片段。當(dāng)用DNADNA連接酶的缺失的變異連接酶的缺失的變異株時(shí)，檢測(cè)到大量株時(shí)，檢測(cè)到大量DNADNA片段的積累。片段的積累。證明證明DNADNA復(fù)制中有復(fù)制中有小片段合成。小片段合成。 測(cè)定測(cè)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。似乎兩條的一半。似乎兩條鏈都是不連續(xù)合成的，后發(fā)現(xiàn)是由于鏈都是不連續(xù)合成的，后發(fā)現(xiàn)是由于U U替代替代dTdT滲入滲入D

13、NADNA中，中，而被尿嘧啶而被尿嘧啶- -N-N-糖基酶切除所致。糖基酶切除所致。 在缺少尿嘧啶在缺少尿嘧啶- -N-N-糖基酶的突變植株中，糖基酶的突變植株中，DNADNA的的U U不再不再被切除，則被切除，則檢測(cè)到一半檢測(cè)到一半3 3H H標(biāo)記出現(xiàn)在小片段（岡崎片段）標(biāo)記出現(xiàn)在小片段（岡崎片段）中。中。 1968 1968日本學(xué)者岡崎：日本學(xué)者岡崎：四、與四、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)n原料：原料：四種脫氧核苷三磷酸四種脫氧核苷三磷酸dATPdATP、dGTPdGTP dCTPdCTP dTTPdTTP) )n需要需要模板：模板：以以DNADNA為模板鏈，合成

14、子代為模板鏈，合成子代DNADNA，模板可以模板可以是雙鏈，也可以是單鏈?zhǔn)请p鏈，也可以是單鏈DNADNA。合成產(chǎn)物與模板互補(bǔ)。合成產(chǎn)物與模板互補(bǔ)。n 需要需要引物：引物：一小段一小段RNA(RNA(或或DNADNA）為引物，在大腸桿為引物，在大腸桿 菌中，菌中，DNADNA的合成需要一段的合成需要一段RNARNA鏈作為引物鏈作為引物，引物含，引物含3 3 - -OHOH. . n合成方向：合成方向：5 5 3 3 ( (一一) ) DNADNA聚合酶：聚合酶：19561956年年KornbergKornberg等在大腸桿菌中等在大腸桿菌中首先發(fā)現(xiàn)首先發(fā)現(xiàn)DNADNA聚合酶，其后發(fā)現(xiàn)該酶在許多生

15、物中廣聚合酶，其后發(fā)現(xiàn)該酶在許多生物中廣泛存在。泛存在。該酶的催化性質(zhì)如下：該酶的催化性質(zhì)如下：（二）大腸桿菌（二）大腸桿菌DNADNA聚合酶聚合酶（1 1）5 5 3 3 聚合酶聚合酶功能（功能（但持續(xù)合成但持續(xù)合成DNADNA的能力差的能力差）；）； （2 2）3 3 5 5外切酶外切酶活性活性（對(duì)雙鏈無(wú)作用，在正常聚合對(duì)雙鏈無(wú)作用，在正常聚合條件下，此活性不能作用于生長(zhǎng)鏈條件下，此活性不能作用于生長(zhǎng)鏈，只作用于生長(zhǎng)中不配，只作用于生長(zhǎng)中不配對(duì)的單鏈，對(duì)的單鏈，校對(duì)功能。）校對(duì)功能。）；（3 3）還具有）還具有5 5 33外切酶外切酶活性（雙鏈有效活性（雙鏈有效）；）；1 1、DNADNA

16、聚合酶聚合酶:19561956年年KornbergKornberg首先從首先從大腸桿菌大腸桿菌中分中分離。該酶為離。該酶為單體酶單體酶, ,含一個(gè)鋅原子含一個(gè)鋅原子。為多功能酶，。為多功能酶，具有具有: : 該酶缺失時(shí)大腸桿菌仍具有該酶缺失時(shí)大腸桿菌仍具有DNADNA合成酶活性，只是對(duì)合成酶活性，只是對(duì)DNADNA損傷的修復(fù)能力損傷的修復(fù)能力下降，容易導(dǎo)致變異和死亡。推測(cè)該下降，容易導(dǎo)致變異和死亡。推測(cè)該酶酶主要是對(duì)主要是對(duì)DNADNA損傷的修復(fù)，以及損傷的修復(fù)，以及在在DNADNA復(fù)制時(shí)復(fù)制時(shí)RNARNA引物切引物切除及其除及其缺口缺口的填補(bǔ)的填補(bǔ)。DNADNA聚合酶催化的反應(yīng)：聚合酶催化的

17、反應(yīng)：DNADNA聚合酶聚合酶的功能的功能Arthur Arthur KornbergKornberg 1918 Stanford University Stanford University Stanford, CA, USAStanford, CA, USA The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1959for their discovery of the mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid2 2、DNADNA聚

18、合酶聚合酶： 多亞基酶，聚合作用，聚合活力比多亞基酶，聚合作用，聚合活力比DNADNA聚聚合酶合酶高；持續(xù)合成高；持續(xù)合成DNADNA的能力差。該酶缺的能力差。該酶缺失時(shí)大腸桿菌仍具有失時(shí)大腸桿菌仍具有DNADNA合成能力，推測(cè)該合成能力，推測(cè)該酶仍然不是真正的酶仍然不是真正的DNADNA聚合酶。該酶聚合酶。該酶具有具有33 5 5外切酶活性外切酶活性。其功能可能在其功能可能在修復(fù)修復(fù)紫外光引起的紫外光引起的DNADNA損傷損傷中起作用。中起作用。3 3、DNADNA聚合酶聚合酶 多亞基酶，含多亞基酶，含十種亞基十種亞基: :（），其中（其中（）稱稱為為核心酶核心酶，2 2稱為夾子，（稱為夾子

19、，（2 2）組成組成復(fù)合物復(fù)合物，其主要功能是幫助，其主要功能是幫助亞基夾住亞基夾住DNADNA，故故稱為稱為夾子裝配器夾子裝配器，該酶，該酶DNADNA合成的合成的持續(xù)能力強(qiáng)持續(xù)能力強(qiáng)，主，主要與該結(jié)構(gòu)有關(guān)。另外，該酶合成要與該結(jié)構(gòu)有關(guān)。另外，該酶合成速度大，活性高，速度大，活性高，缺失時(shí)大腸桿菌因缺失時(shí)大腸桿菌因DNADNA復(fù)制抑制而致死。因此認(rèn)為復(fù)制抑制而致死。因此認(rèn)為該酶該酶DNADNA的真正復(fù)制酶的真正復(fù)制酶。DNADNA聚合酶聚合酶全酶的亞基組成全酶的亞基組成亞基亞基 相對(duì)分相對(duì)分子量子量亞基亞基數(shù)目數(shù)目基因基因亞基功能亞基功能132000270001000071000520003

20、5000330001500012000370002222211114dnaEdnaQholEdnaXdadXholAholBholCholDdnaN聚合作用聚合作用3 5外切酶的校對(duì)功能外切酶的校對(duì)功能組建核心酶組建核心酶使核心酶二聚化使核心酶二聚化依賴依賴DNADNA的的ATPATP酶，形成酶，形成復(fù)合物復(fù)合物與與亞基結(jié)合，形成亞基結(jié)合，形成復(fù)合物復(fù)合物形成形成復(fù)合物復(fù)合物形成形成復(fù)合物復(fù)合物形成形成復(fù)合物復(fù)合物兩個(gè)兩個(gè)亞基形成滑動(dòng)夾子，以提高酶亞基形成滑動(dòng)夾子，以提高酶的持續(xù)合成能力。的持續(xù)合成能力。DNA聚合酶聚合酶的異二聚體的異二聚體前導(dǎo)鏈的合成前導(dǎo)鏈的合成滯后鏈的合成滯后鏈的合成 D

21、NA DNA聚合酶聚合酶的的- -鉗子鉗子俯視圖俯視圖DNA雙螺旋雙螺旋DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因不同種類的亞基不同種類的亞基數(shù)目數(shù)目相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)分子質(zhì)量35外切酶外切酶53外切酶外切酶聚合速度（核苷聚合速度（核苷酸酸/分）分）持續(xù)合成能力持續(xù)合成能力功能功能Pol A1103,0001,000-1,2003-200切除引物，修復(fù)Pol B788,0002,4001,500修復(fù)Pol C10830,00015,000-60,000500,000復(fù)制大腸桿菌三種大腸桿菌三種DNA聚合酶比較聚合酶比較( (三）三）DNADNA連接酶：連接連接酶：連接

22、DNADNA雙鏈中的單鏈切口雙鏈中的單鏈切口作用特點(diǎn)：作用特點(diǎn)： 大腸桿菌和其它細(xì)菌的大腸桿菌和其它細(xì)菌的DNADNA連接酶連接酶要求要求NADNAD+ +提供能量提供能量；在高等生物和噬菌體中，在高等生物和噬菌體中，則要求則要求ATPATP提供能量。提供能量。T T4 4噬菌體的噬菌體的DNADNA連接連接酶不僅能連接酶不僅能連接雙鏈雙鏈DNADNA上上的的粘性粘性切口，而切口，而且能連接無(wú)粘性末端的平頭雙鏈且能連接無(wú)粘性末端的平頭雙鏈DNADNA。 DNA DNA連接酶連接酶在在DNADNA復(fù)制、損傷修復(fù)、重復(fù)制、損傷修復(fù)、重組組等過(guò)程中起重要作用。等過(guò)程中起重要作用。DNADNA連接酶作

23、用機(jī)理連接酶作用機(jī)理( (四四) )與與DNADNA合成有關(guān)的其它蛋白因子合成有關(guān)的其它蛋白因子( (大腸桿菌中大腸桿菌中) )蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)功能功能相對(duì)分子量相對(duì)分子量（10103 3）分子分子/ /細(xì)胞細(xì)胞DNADNA旋轉(zhuǎn)酶（或拓旋轉(zhuǎn)酶（或拓?fù)洚悩?gòu)酶）撲異構(gòu)酶）DNADNA解鏈酶解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白引物合成酶引物合成酶DNADNA聚合酶聚合酶引入或松開(kāi)引入或松開(kāi)超螺旋超螺旋使雙鏈?zhǔn)闺p鏈DNADNA解鏈解鏈穩(wěn)定單鏈區(qū)穩(wěn)定單鏈區(qū)合成合成RNARNA引物引物除去引物并除去引物并填滿缺口填滿缺口40040065657474606010910950503003001001003003001、

24、拓?fù)洚悩?gòu)酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶 拓?fù)洚悩?gòu)酶：拓?fù)洚悩?gòu)酶：催化催化DNADNA的拓?fù)溥B環(huán)數(shù)發(fā)的拓?fù)溥B環(huán)數(shù)發(fā)生變化的酶，在生變化的酶，在DNADNA重組修復(fù)和其重組修復(fù)和其它它轉(zhuǎn)變方轉(zhuǎn)變方面起重要作用。面起重要作用。 除連環(huán)數(shù)不同外其它性質(zhì)均相同的除連環(huán)數(shù)不同外其它性質(zhì)均相同的DNADNA分子稱為分子稱為拓?fù)洚悩?gòu)體拓?fù)洚悩?gòu)體，引起拓?fù)洚悩?gòu)體反，引起拓?fù)洚悩?gòu)體反應(yīng)的酶稱為應(yīng)的酶稱為拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶。 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶：使使DNADNA一條鏈發(fā)生斷裂和再一條鏈發(fā)生斷裂和再連接。作用是松解負(fù)超螺旋，反應(yīng)不需要能連接。作用是松解負(fù)超螺旋，反應(yīng)不需要能量。主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū)，同轉(zhuǎn)錄有關(guān)。量。主要集中在活性

25、轉(zhuǎn)錄區(qū)，同轉(zhuǎn)錄有關(guān)。 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶：使使DNADNA兩條鏈發(fā)生斷裂和再兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接。當(dāng)引入負(fù)超螺旋時(shí)需要由連接。當(dāng)引入負(fù)超螺旋時(shí)需要由ATPATP提供能量，提供能量，同復(fù)制有關(guān)。同復(fù)制有關(guān)。兩類拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)兩類拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn): : 二者共同控制二者共同控制DNADNA的的拓?fù)渫負(fù)浣Y(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。2 2、解螺旋酶解螺旋酶 （解鏈酶）（解鏈酶） 通過(guò)水解通過(guò)水解ATPATP將將DNADNA兩條鏈打開(kāi)。兩條鏈打開(kāi)。E.coliE.coli中的中的reprep蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶蛋白就是解螺旋酶，還有解螺旋酶I I、IIII、IIIIII。每解開(kāi)一對(duì)堿基需要水解每解開(kāi)

26、一對(duì)堿基需要水解2 2個(gè)個(gè)ATPATP分子。分子。 引發(fā)體可以沿模板鏈引發(fā)體可以沿模板鏈5 5 3 3方向移動(dòng)方向移動(dòng), ,具有具有識(shí)識(shí)別合成起始位點(diǎn)別合成起始位點(diǎn)的功能，移動(dòng)到一定位置上即可引的功能，移動(dòng)到一定位置上即可引發(fā)發(fā)RNARNA引物的合成。移動(dòng)和引發(fā)均需要引物的合成。移動(dòng)和引發(fā)均需要ATPATP提供能量，提供能量， nn蛋白具有蛋白具有ATPATP酶的活力。引發(fā)體的移動(dòng)與復(fù)制叉酶的活力。引發(fā)體的移動(dòng)與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相同，與移動(dòng)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。3 3、引物合成酶與引發(fā)前體、引物合成酶與引發(fā)前體 引物合成酶：引物合成酶：催化引物催化引物R

27、NARNA的生成的生成 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、dnaCdnaC、n n、nn、n n和和i i組成。引發(fā)前體再與引發(fā)酶結(jié)組成。引發(fā)前體再與引發(fā)酶結(jié)合組裝成引發(fā)體。合組裝成引發(fā)體。 穩(wěn)定穩(wěn)定DNADNA解開(kāi)的單鏈，防止復(fù)性和保護(hù)單解開(kāi)的單鏈，防止復(fù)性和保護(hù)單鏈部分不被核酸酶水解。鏈部分不被核酸酶水解。4 4、單鏈結(jié)合蛋白：、單鏈結(jié)合蛋白：（五）、參（五）、參與與DNA復(fù)制復(fù)制的酶與蛋白的酶與蛋白因子總覽圖因子總覽圖五、五、 DNADNA的復(fù)制過(guò)程的復(fù)制過(guò)程：（以大腸桿菌（以大腸桿菌為例）為例） 復(fù)制的終止復(fù)制的終止： 復(fù)制的起始復(fù)制

28、的起始1 1、起始復(fù)合物的形成：稱為引發(fā)、起始復(fù)合物的形成：稱為引發(fā)2 2、RNARNA引物的合成引物的合成 鏈的延伸鏈的延伸：復(fù)制原點(diǎn)復(fù)制原點(diǎn)oriC和原點(diǎn)的識(shí)別：和原點(diǎn)的識(shí)別： 從復(fù)制原點(diǎn)到終點(diǎn)，組成一個(gè)從復(fù)制原點(diǎn)到終點(diǎn)，組成一個(gè)復(fù)制單位復(fù)制單位，叫，叫復(fù)制子復(fù)制子（基因組獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的單位）。（基因組獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的單位）。 DNADNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn)，叫做復(fù)制原點(diǎn)復(fù)制原點(diǎn)。常用。常用oriori C( C(或或o o）表示。大腸桿菌的復(fù)制原點(diǎn)表示。大腸桿菌的復(fù)制原點(diǎn)oriori C C由由245245個(gè)個(gè)bpbp構(gòu)成，含兩組保守的重復(fù)序列：三個(gè)構(gòu)成，含

29、兩組保守的重復(fù)序列：三個(gè)1313bpbp的序列（富含的序列（富含A A、T T的序列）和四個(gè)的序列）和四個(gè)9 9bpbp的序列；許多生物的復(fù)制原點(diǎn)也都是的序列；許多生物的復(fù)制原點(diǎn)也都是富含富含A A、T T的區(qū)段的區(qū)段。復(fù)制原點(diǎn)復(fù)制原點(diǎn)由由DnaADnaA蛋白識(shí)別，蛋白識(shí)別， 在原點(diǎn)由在原點(diǎn)由DnaBDnaB蛋白（解螺旋蛋白（解螺旋酶）將雙螺旋解開(kāi)成單鏈狀態(tài)，分別作為模板，合成其互酶）將雙螺旋解開(kāi)成單鏈狀態(tài)，分別作為模板，合成其互補(bǔ)鏈補(bǔ)鏈( (DNADNA雙鏈的解開(kāi)還需雙鏈的解開(kāi)還需DNADNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 、 SSB), SSB),在原在原點(diǎn)處形成一個(gè)眼狀結(jié)構(gòu)，叫點(diǎn)處形成一個(gè)眼狀結(jié)構(gòu)

30、，叫復(fù)制眼復(fù)制眼。（一）復(fù)制起始（一）復(fù)制起始1 1、拓?fù)洚悩?gòu)酶解開(kāi)超螺旋。、拓?fù)洚悩?gòu)酶解開(kāi)超螺旋。2 2、DnaDna A A蛋白識(shí)別并在蛋白識(shí)別并在ATPATP存在存在下結(jié)合于四個(gè)下結(jié)合于四個(gè)9 9bpbp的重復(fù)序列。的重復(fù)序列。3 3、在類組蛋白（、在類組蛋白（HUHU、ATPATP參與下參與下, , Dan ADan A蛋白變性蛋白變性1313個(gè)個(gè)bpbp的重復(fù)序的重復(fù)序列列, ,形成開(kāi)鏈復(fù)合物。形成開(kāi)鏈復(fù)合物。4 4 、DnaDna B B借助于水解借助于水解ATPATP產(chǎn)生的產(chǎn)生的能量在能量在DnaDna C C的幫助下沿的幫助下沿5 5 3 3 方向移動(dòng)，解開(kāi)方向移動(dòng)，解開(kāi)DNA

31、DNA雙鏈，形成雙鏈，形成前引發(fā)復(fù)合物。前引發(fā)復(fù)合物。5 5、單鏈結(jié)合蛋白結(jié)合于單鏈。、單鏈結(jié)合蛋白結(jié)合于單鏈。6 6、引物合成酶（、引物合成酶（DnaDna G G蛋白）開(kāi)蛋白）開(kāi)始合成始合成RNARNA引物。引物。(二二) 鏈的延鏈的延長(zhǎng)（岡崎片長(zhǎng)（岡崎片段的合成）段的合成） 真核生物的真核生物的岡崎片段為：岡崎片段為：100-200100-200bpbp 原核生物的原核生物的岡崎片段為：岡崎片段為：1000-20001000-2000bpbp DNA DNA鏈的延伸鏈的延伸 在在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下，的催化下，以四種以四種5 -5 -脫氧核苷三磷脫氧核苷三磷酸為底物，在酸為底

32、物，在RNARNA引物的引物的33端以磷酸二酯鍵連接上脫端以磷酸二酯鍵連接上脫氧核糖核苷酸并釋放出焦氧核糖核苷酸并釋放出焦磷酸。磷酸。DNADNA鏈的延伸同時(shí)進(jìn)鏈的延伸同時(shí)進(jìn)行前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成。行前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成。兩條鏈方向相反。兩條鏈方向相反。 前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈 滯后鏈滯后鏈 岡崎片段岡崎片段 半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制岡崎模型岡崎模型岡崎片段引物的切除、缺口的填補(bǔ)和切口的連接岡崎片段引物的切除、缺口的填補(bǔ)和切口的連接: 前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成（前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成（DNADNA聚合酶的異二聚體催化）聚合酶的異二聚體催化）(三三) 復(fù)制的終止復(fù)制的終止順時(shí)針終止陷阱順時(shí)針終止陷阱逆時(shí)針終止陷

33、阱逆時(shí)針終止陷阱 TerTer: :終止陷阱，引起復(fù)制終止的特定區(qū)域，終止陷阱，引起復(fù)制終止的特定區(qū)域，2020bpbp的序列，終止的序列，終止利用物質(zhì)利用物質(zhì)TusTus可識(shí)別并結(jié)合，從而導(dǎo)致可識(shí)別并結(jié)合，從而導(dǎo)致DNADNA復(fù)制的終止。復(fù)制的終止。大腸桿菌大腸桿菌DNADNA復(fù)制的終止復(fù)制的終止( (四四) ) DNADNA復(fù)制的精確性（高保真復(fù)制）復(fù)制的精確性（高保真復(fù)制）1 1、堿基的配對(duì)規(guī)律：、堿基的配對(duì)規(guī)律：摸板鏈與新生鏈之間的堿基配摸板鏈與新生鏈之間的堿基配對(duì)保證堿基配錯(cuò)幾率約為對(duì)保證堿基配錯(cuò)幾率約為1/101/104 41/101/105 5。2 2、DNADNA聚合酶的聚合酶

34、的3535外切酶活性的校對(duì)功能，外切酶活性的校對(duì)功能，使使堿基的錯(cuò)配幾率又降低堿基的錯(cuò)配幾率又降低10010010001000倍。倍。3 3、DNADNA的損傷修復(fù)系統(tǒng)。的損傷修復(fù)系統(tǒng)。 DNA DNA復(fù)制必須具有復(fù)制必須具有高度精確性高度精確性，在大腸桿菌的細(xì)胞，在大腸桿菌的細(xì)胞DNADNA復(fù)制中其復(fù)制中其錯(cuò)誤率約為錯(cuò)誤率約為1/101/109 91/101/101010，即每即每10109 910101010個(gè)核苷酸才出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，也就是大腸桿菌染色個(gè)核苷酸才出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，也就是大腸桿菌染色體體DNADNA復(fù)制復(fù)制100010001000010000次才出現(xiàn)一個(gè)核苷酸的錯(cuò)誤。次才出現(xiàn)一個(gè)核

35、苷酸的錯(cuò)誤。這么高的精確性的保證主要與下列因素有關(guān)：這么高的精確性的保證主要與下列因素有關(guān)： 六、復(fù)制起始六、復(fù)制起始的時(shí)序控制的時(shí)序控制七、真核生物七、真核生物DNADNA復(fù)制復(fù)制的特點(diǎn)的特點(diǎn)4 4、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點(diǎn)不再重新真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點(diǎn)不再重新開(kāi)始復(fù)制；而在快速生長(zhǎng)的原核生物染色體開(kāi)始復(fù)制；而在快速生長(zhǎng)的原核生物染色體DNADNA復(fù)制復(fù)制中，起點(diǎn)可以連續(xù)發(fā)動(dòng)復(fù)制。真核生物快速生長(zhǎng)時(shí)，中，起點(diǎn)可以連續(xù)發(fā)動(dòng)復(fù)制。真核生物快速生長(zhǎng)時(shí)，往往采用往往采用更多的復(fù)制起點(diǎn)更多的復(fù)制起點(diǎn)。1 1、真核生物染色體有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，稱為真核生物染色體有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，稱為自主

36、復(fù)自主復(fù)制序列（制序列（ARSARS）或復(fù)制基因或復(fù)制基因( (replicatorreplicator););多復(fù)制眼，多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)制子。呈雙向復(fù)制，多復(fù)制子。2 2、岡崎片段長(zhǎng)約岡崎片段長(zhǎng)約200200bpbp。3 3、真核生物真核生物DNADNA復(fù)制速度復(fù)制速度比原核比原核慢慢，速度為，速度為1000100030003000bpbp/min(/min(僅為原核生物的僅為原核生物的1/201/201/501/50）。）。真核真核DNADNA復(fù)制特點(diǎn)復(fù)制特點(diǎn)7 7、RPARPA：真核生物的單鏈結(jié)合蛋白；真核生物的單鏈結(jié)合蛋白；RNaseHRNaseH1 1和和MF-1MF-1切

37、除切除RNARNA引物，引物，DNADNA聚合酶聚合酶填補(bǔ)缺口。填補(bǔ)缺口。5 5、真核生物有真核生物有多種多種DNADNA聚合酶聚合酶, ,DNADNA聚合酶聚合酶（）是真正的復(fù)制酶，在是真正的復(fù)制酶，在PCNAPCNA存在下有持續(xù)的合成能力。存在下有持續(xù)的合成能力。PCNAPCNA稱為稱為增殖細(xì)胞核抗原增殖細(xì)胞核抗原，相當(dāng)于大腸桿菌，相當(dāng)于大腸桿菌DNADNA聚合聚合酶酶的的- -夾子，夾子，RFCRFC蛋白相當(dāng)于夾子裝配器。蛋白相當(dāng)于夾子裝配器。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結(jié)構(gòu)端粒結(jié)構(gòu)，它是由許，它是由許多成串的重短復(fù)序列組成，端粒功能是穩(wěn)定染色體末多成串的

38、重短復(fù)序列組成，端粒功能是穩(wěn)定染色體末段結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端連接，并可補(bǔ)償滯后鏈段結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端連接，并可補(bǔ)償滯后鏈5-5-末段在消除末段在消除RNARNA引物后造成的空缺，使染色體引物后造成的空缺，使染色體保保持持一定長(zhǎng)度一定長(zhǎng)度。端粒酶端粒酶是含一段是含一段RNARNA的逆轉(zhuǎn)錄酶的逆轉(zhuǎn)錄酶. .真核細(xì)胞內(nèi)有五種真核細(xì)胞內(nèi)有五種DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合聚合酶酶DNADNA聚合聚合酶酶 DNADNA聚聚合酶合酶 DNADNA聚合聚合酶酶DNADNA聚合聚合酶酶定位定位亞基數(shù)目亞基數(shù)目外切酶活性外切酶活性引物合成酶活引物合成酶活性性持續(xù)合成能力持續(xù)合成能力抑制劑抑制

39、劑功能功能細(xì)胞核細(xì)胞核4 4中等中等蚜腸霉素蚜腸霉素引物合成引物合成細(xì)胞核細(xì)胞核1 1低低雙脫氧雙脫氧TTPTTP修復(fù)修復(fù)線粒體線粒體2 23 3 55外切酶外切酶高高雙脫氧雙脫氧TTPTTP線粒體線粒體DNADNA合成合成細(xì)胞核細(xì)胞核2 2 3 5外切酶外切酶有有PCNAPCNA時(shí)時(shí)高高蚜腸霉素蚜腸霉素核核DNADNA合成合成細(xì)胞核細(xì)胞核1 15 3 外外切酶切酶高高蚜腸霉素蚜腸霉素修復(fù)修復(fù)真核細(xì)胞真核細(xì)胞DNADNA復(fù)制示意圖復(fù)制示意圖八、八、DNADNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù) DNA DNA突變突變： DNADNA的的核苷酸順序核苷酸順序永久性的改變稱為永久性的改變稱為DNADNA的的突變

40、。突變。其主要形式其主要形式有有： 1 1. .點(diǎn)突變：點(diǎn)突變：DNADNA分子中一個(gè)堿基對(duì)替代另一個(gè)堿基對(duì)分子中一個(gè)堿基對(duì)替代另一個(gè)堿基對(duì)稱為點(diǎn)的突變。稱為點(diǎn)的突變。 2 2. .插入作用：插入作用：DNADNA分子中分子中插入一個(gè)或幾個(gè)堿基插入一個(gè)或幾個(gè)堿基稱為插稱為插入作用。入作用。 3 3. .缺失作用：缺失作用： DNADNA分子中缺失分子中缺失一個(gè)或多個(gè)堿基對(duì)一個(gè)或多個(gè)堿基對(duì)稱為稱為缺失作用。缺失作用。 DNA DNA在復(fù)制時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)配在復(fù)制時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)配，病毒基因整合病毒基因整合，某些物化因某些物化因子如紫外光、電離輻射和化學(xué)誘變等，子如紫外光、電離輻射和化學(xué)誘變等，都可能使都可能使D

41、NADNA的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生改變及功能發(fā)生改變。從而引起生物突變，甚至導(dǎo)致從而引起生物突變，甚至導(dǎo)致死亡。死亡。 DNA DNA的損傷的損傷與與DNADNA突變突變：DNADNA突變可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生突變可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生: 著色性干皮?。褐愿善げ。簩?duì)嘧啶二聚體和大的對(duì)嘧啶二聚體和大的DNADNA損傷修損傷修復(fù)酶的缺失而產(chǎn)生的一種皮膚癌。復(fù)酶的缺失而產(chǎn)生的一種皮膚癌。 沉默突變：沉默突變：突變影響非必需的突變影響非必需的DNADNA或突變對(duì)一個(gè)或突變對(duì)一個(gè)基因的功能的影響可忽略，稱為沉默突變?；虻墓δ艿挠绊懣珊雎?，稱為沉默突變。 回復(fù)突變：回復(fù)突變：一些突變可以克服第一次突變?cè)斐傻囊恍┩蛔兛梢钥朔谝淮瓮蛔冊(cè)斐傻挠绊?，這類突變稱為回復(fù)突變。影響，這類突變稱為回復(fù)突變。 動(dòng)物動(dòng)物細(xì)胞的突變細(xì)胞的突變與癌的發(fā)生有強(qiáng)烈的相關(guān)性。與癌的發(fā)生有強(qiáng)烈的相關(guān)性。通常生物體通常生物體DNADNA的損傷有一系列的的損傷有一系列的修復(fù)機(jī)制修復(fù)機(jī)制，如：，如：錯(cuò)配修復(fù)、堿基的切除修復(fù)、核苷酸的切割修復(fù)、錯(cuò)配修復(fù)、堿基的切除修復(fù)、核苷酸的切割修復(fù)、直接修復(fù)、重組修復(fù)等。直接修復(fù)、重組修復(fù)等。DNADNA損傷的修復(fù)機(jī)制損傷的修復(fù)機(jī)制: :1 1、參與