《分子生物學(xué)》研究生課件復(fù)制與修復(fù)2

1、目錄目錄基因組復(fù)制基因組復(fù)制目錄目錄復(fù)制復(fù)制(replication) 是以是以DNA為模板的為模板的DNA合成，是基因組的復(fù)制過程。在這個過程中，合成，是基因組的復(fù)制過程。在這個過程中，親代親代DNA作為合成模板，按照堿基配對原則作為合成模板，按照堿基配對原則合成子代分子，其化學(xué)本質(zhì)是酶促脫氧核苷酸合成子代分子，其化學(xué)本質(zhì)是酶促脫氧核苷酸聚合反應(yīng)。聚合反應(yīng)。 復(fù)制復(fù)制親代親代DNA子代子代DNA目錄目錄半保留復(fù)制半保留復(fù)制(semi-conservative replication)雙向復(fù)制雙向復(fù)制(bidirectional replication)半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制(semi-di

2、scontinuous replication) nDNA復(fù)制的主要特征復(fù)制的主要特征 目錄目錄一、一、 DNA以半保留方式進行復(fù)制以半保留方式進行復(fù)制 DNA生物合成時，母鏈生物合成時，母鏈DNA解開為兩解開為兩股單鏈，各自作為模板股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補的子鏈。子代細對規(guī)律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過，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。兩個子來，另一股單鏈則完全從新合成。兩個子細胞的細胞的DNA都和親代都和親代DNA堿基序列一致。堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為這種復(fù)制方式

3、稱為半保留復(fù)制半保留復(fù)制。n半保留復(fù)制半保留復(fù)制的概念的概念: :目錄目錄AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+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目錄目錄按半保留復(fù)制方式，子代按半保留復(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

4、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: :遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但但不是絕對的不是絕對的。目錄目錄 真核生物每個染色體有多個起始點，是多復(fù)制子的復(fù)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。從一個制。從一個DNA復(fù)制起點起始的復(fù)制起點起始的DNA復(fù)制區(qū)域稱為復(fù)制區(qū)域稱為復(fù)制子復(fù)制子(replicon) 。復(fù)制子是含有一個復(fù)制起點的獨。復(fù)制子是含有一個復(fù)制起點的獨立完成復(fù)制的功能單位。立完成復(fù)制的功能單位。 53oriorioriori5353oriorioriori5355335533目錄目錄三、三、D

5、NA復(fù)制反應(yīng)呈半不連續(xù)特征復(fù)制反應(yīng)呈半不連續(xù)特征3 5 3 5 解鏈方向解鏈方向3 5 3 3 5 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈(leading strand)后隨鏈后隨鏈(lagging strand)目錄目錄 順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進行的，順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈(leading strand) 。 另一股鏈因為復(fù)制的方向與解鏈方向相反，不另一股鏈因為復(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)制的鏈稱為鏈稱為后隨鏈后隨鏈(lagging strand) 。復(fù)制中的不連。復(fù)制中的不連續(xù)

6、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)制的半不連續(xù)性。制的半不連續(xù)性。 目錄目錄DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓撲學(xué)變化復(fù)制的酶學(xué)和拓撲學(xué)變化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, dCTP, dTTP； 聚合酶聚合酶(polymerase): 依賴依賴DNA的的DNA聚合酶，聚合酶，簡寫為簡寫為 DNA-pol； 模板模板(templ

7、ate): 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可以依次可以依次聚合；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(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPiRNA引物引物RNA引物引物子代子代DNA目錄目錄n聚合反應(yīng)的特點聚合反應(yīng)的特點: : DNA 新鏈生成需新鏈生成需RNA引物引物和和模板模板； 新鏈的延長只可沿新鏈的延長只可沿5 3 方向進行。方向進行。目錄目錄一、一、DNA聚合酶催化脫氧核苷酸間的聚合聚合酶催化脫氧核苷酸間的聚合 全稱：全稱：依賴依賴DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (

8、DNA-dependent DNA polymerase) 簡稱：簡稱：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 外切酶活性外切酶活性:?能切除突變的能切除突變的 DNA片段。片段。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。n核酸外切酶活性核酸外切酶活性: : 目錄目錄（二）常見的真核細胞（二）常見的真核細胞DNA

9、聚合酶有聚合酶有5種種DNA-pol 起始引發(fā)，有引物酶活性。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。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)和填補缺在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補缺口的作用?？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聚合酶聚合酶填填補補引引物物空空隙隙，切切除除修修復(fù)復(fù)，重重組組延延長長子子鏈鏈的的主主要要酶酶，解解螺螺旋旋酶酶活活性性線線粒粒體體DNA復(fù)復(fù)制制低低保保真真度度的

10、的復(fù)復(fù)制制起起始始引引發(fā)發(fā)，引引物物酶酶活活性性功功能能+-3 5 核核酸酸外外切切酶酶活活性性高高高高高高？中中5 3 聚聚合合活活性性25.512.514.04.016.5分分子子量量（kD）DNA-pol填填補補引引物物空空隙隙，切切除除修修復(fù)復(fù)，重重組組延延長長子子鏈鏈的的主主要要酶酶，解解螺螺旋旋酶酶活活性性線線粒粒體體DNA復(fù)復(fù)制制低低保保真真度度的的復(fù)復(fù)制制起起始始引引發(fā)發(fā)，引引物物酶酶活活性性功功能能+-3 5 核核酸酸外外切切酶酶活活性性高高高高高高？中中5 3 聚聚合合活活性性25.512.514.04.016.5分分子子量量（kD）DNA-pol目錄目錄二、二、DNA聚合

11、酶的堿基選擇和校對功聚合酶的堿基選擇和校對功能實現(xiàn)復(fù)制的保真性能實現(xiàn)復(fù)制的保真性 復(fù)制按照堿基配對規(guī)律進行，是遺傳信息能復(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。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。此外還需酶學(xué)的機制來保證復(fù)制的保真性。目錄目錄遵守嚴格的堿基配對規(guī)律；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；聚合酶在復(fù)制延長時對堿基的選擇功能；復(fù)制出錯時有即時校對功能。復(fù)制出錯時有即時校對功能。nDNA復(fù)制的保真性至少要依賴三種機制：復(fù)制的保真性至少要依賴三種機制：目錄目錄（一）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇（一）復(fù)制的保真性依賴正確的

12、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。）與共價（磷酸二酯鍵）鍵的有序形成。 氫鍵準確搭配好后，磷酸二酯鍵連接。氫鍵準確搭配好后，磷酸二酯鍵連接。 錯配實驗：錯配實驗： poly(dA)21 poly(dT)20poly(dA)21 poly(dT)20 亞基執(zhí)行堿基選擇功能亞基執(zhí)行堿基選擇功能目錄目錄（一）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇（一）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇 利用利用“錯配錯配”實驗發(fā)現(xiàn)，實驗發(fā)現(xiàn)，DNA DNA polpol 對核苷酸的對核苷酸的參入（參入（incorporationincor

13、poration）具有選擇功能。）具有選擇功能。 DNA DNA polpol 對嘌呤的不同構(gòu)型表現(xiàn)不同親和力，對嘌呤的不同構(gòu)型表現(xiàn)不同親和力，因此實現(xiàn)其選擇功能。因此實現(xiàn)其選擇功能。 目錄目錄（二）聚合酶中的核酸外切酶活性在復(fù)制中辨（二）聚合酶中的核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認切除錯配堿基并加以校正認切除錯配堿基并加以校正目錄目錄三、復(fù)制中的解鏈伴有三、復(fù)制中的解鏈伴有DNA 分子分子拓撲學(xué)變化拓撲學(xué)變化DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把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。解成單鏈，它才能起模板作用。目錄目錄（一）多種酶參與（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀

14、態(tài)解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)理順理順DNA鏈鏈拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶 (gyrA, B)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DnaG (dnaG)運送和協(xié)同運送和協(xié)同DnaBDnaC (dnaC)解開解開DNA雙鏈雙鏈解螺旋酶解螺旋酶DnaB (dnaB)辨認起始點辨認起始點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復(fù)制起始的相關(guān)蛋白質(zhì)原核生物復(fù)制起始的相關(guān)蛋白質(zhì)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

15、成為兩條單鏈。引物酶引物酶(primase) 復(fù)制起始時催化生成復(fù)制起始時催化生成RNA引物的酶。引物的酶。單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白(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)并保護單鏈的完整態(tài)并保護單鏈的完整。 目錄目錄108局部解鏈后局部解鏈后（二）（二）DNA拓撲異構(gòu)酶改變拓撲異構(gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài)超螺旋狀態(tài)n復(fù)制過程正超螺旋的形成：復(fù)制過程正超螺旋的形成：目錄目錄解鏈過程中正超螺旋的形成解鏈過程中正超螺旋的形成目錄目錄 既能水解既能水解 、又能連接磷酸二酯鍵。、又能連接磷酸二酯鍵。

16、 拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶n拓撲異構(gòu)酶分類：拓撲異構(gòu)酶分類：n拓撲異構(gòu)酶作用特點：拓撲異構(gòu)酶作用特點：目錄目錄拓撲異拓撲異構(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解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時候封解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時候封閉切口，閉切口，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。拓撲異拓撲異構(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分子進入負超螺旋狀態(tài)。分子進入負超螺旋狀態(tài)。n作用機制：作用機制：目錄目錄四、四、DNA連接酶連接復(fù)制

17、中產(chǎn)生的連接酶連接復(fù)制中產(chǎn)生的單鏈缺口單鏈缺口連接連接DNA鏈鏈3 -OH末端和相鄰末端和相鄰DNA鏈鏈5 -P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相末端，使二者生成磷酸二酯鍵，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：目錄目錄 DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。作用。 在在DNA修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用?？谧饔?/p>

18、。 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：目錄目錄提供核糖提供核糖3 -OH提供提供5 -P結(jié)果結(jié)果DNA聚合酶聚合酶引物或延長中的引物或延長中的新鏈新鏈游離游離dNTP去去PPi(dNTP)n+1連接酶連接酶復(fù)制中不連續(xù)的兩條單鏈復(fù)制中不連續(xù)的兩條單鏈不連續(xù)不連續(xù)連續(xù)鏈連續(xù)鏈拓撲酶拓撲酶切斷、整理后的兩鏈切斷、整理后的兩鏈改變拓撲狀態(tài)改變拓撲狀態(tài)DNA聚合酶，拓撲酶和連接酶催化聚合酶，拓撲酶和連接酶催化3 ,5 -磷酸二酯鍵生成的比較磷酸二酯鍵生成的比較目錄目錄真核生物DNA復(fù)制的過程目錄目錄真核生物每個染色體有多個起始點，是多復(fù)制真核生物每個染色體有多個

19、起始點，是多復(fù)制子復(fù)制。子復(fù)制。復(fù)制有時序性，即復(fù)制子以分組方式復(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。激活而不是同步起動。 復(fù)制的起始需要復(fù)制的起始需要DNA-pol （引物酶活性）和（引物酶活性）和pol （解螺旋酶活性）參與。還需拓撲酶和復(fù)（解螺旋酶活性）參與。還需拓撲酶和復(fù)制因子制因子(replication factor, RF)。 一、真核生物復(fù)制的起始一、真核生物復(fù)制的起始目錄目錄增殖細胞核抗原（增殖細胞核抗原（proliferation cell nuclear antigen，PCNA）在復(fù)制起始和延長中起關(guān)鍵作在復(fù)制起始和延長中起關(guān)鍵作用。用。PCNA為同源三聚

20、體，具有與為同源三聚體，具有與E.coli DNA 聚聚合酶合酶的的亞基相同的功能和相似的構(gòu)象，即形亞基相同的功能和相似的構(gòu)象，即形成閉合環(huán)形的可滑動成閉合環(huán)形的可滑動DNA夾子，在夾子，在RFC的作用下的作用下PCNA結(jié)合于引物模板鏈；并且結(jié)合于引物模板鏈；并且PCNA使使pol獲得持續(xù)合成能力。獲得持續(xù)合成能力。PCNA水平也是檢驗細胞增水平也是檢驗細胞增殖的重要指標(biāo)。殖的重要指標(biāo)。目錄目錄 DNA-pol 和和pol 分別兼有解螺旋酶和引物酶活分別兼有解螺旋酶和引物酶活性。在復(fù)制叉及引物生成后，性。在復(fù)制叉及引物生成后，DNA-pol 通過通過PCNA的協(xié)同作用，逐步取代的協(xié)同作用，逐步

21、取代pol ，在，在RNA引物引物的的3 -OH基礎(chǔ)上連續(xù)合成領(lǐng)頭鏈。隨從鏈引物也基礎(chǔ)上連續(xù)合成領(lǐng)頭鏈。隨從鏈引物也由由pol 催化合成。然后由催化合成。然后由PCNA協(xié)同，協(xié)同，pol 置換置換pol ，繼續(xù)合成，繼續(xù)合成DNA子鏈。子鏈。 二、真核生物復(fù)制的延長發(fā)生二、真核生物復(fù)制的延長發(fā)生DNA聚合酶聚合酶/轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換目錄目錄 發(fā)生發(fā)生DNA聚合酶聚合酶 / 轉(zhuǎn)換的原因是轉(zhuǎn)換的原因是Pol 不具備不具備持續(xù)合成能力持續(xù)合成能力。DNA聚合酶聚合酶 / 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換目錄目錄 在復(fù)制叉同時合成前導(dǎo)鏈和后隨鏈在復(fù)制叉同時合成前導(dǎo)鏈和后隨鏈目錄目錄復(fù)復(fù)制制過過程程簡簡圖圖目錄目錄3 5 5 3 領(lǐng)頭鏈

22、領(lǐng)頭鏈3 5 3 5 親代親代DNA后隨鏈后隨鏈引物引物核小體核小體三、真核生物三、真核生物DNA合成后立即組裝成核小體合成后立即組裝成核小體目錄目錄 切除引物、填補空缺、連接切口切除引物、填補空缺、連接切口 原核生物基因是環(huán)狀原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點在復(fù)制的終止點(ter)處匯合。處匯合。oriter E.coli8232 ori terSV40500復(fù)制的終止復(fù)制的終止目錄目錄5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA連接酶連接酶n 子鏈中的子鏈中的RNA引物被取代引物被取代目錄

23、目錄染色體染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。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。復(fù)制中岡崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。染色體兩端染色體兩端DNA子鏈上最開始復(fù)制的子鏈上最開始復(fù)制的RNA引物引物，去除后留下空隙。，去除后留下空隙。四、端粒酶參與解決染色體末端復(fù)制問題四、端粒酶參與解決染色體末端復(fù)制問題5 3 3 5 5 3 3 5 +5 3 3 3 3 5 5 目錄目錄可能出現(xiàn)問題：可能出現(xiàn)問題：染色體線性染色體線性DNADNA復(fù)制一次就會縮復(fù)制一次就會縮 短短一次。一次。事實上：事實上：染色體線性染色體線性DNADNA雖經(jīng)多次復(fù)制，但不會雖經(jīng)多次復(fù)制，但不會

24、越越來越短。來越短。原因原因：真核生物染色體線性真核生物染色體線性DNADNA分子末端具有分子末端具有 端端粒和端粒酶。粒和端粒酶。目錄目錄目錄目錄20092009年年1010月月5 5日，瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院宣布，日，瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院宣布，將將20092009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予美國科學(xué)年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予美國科學(xué)家伊麗莎白家伊麗莎白布萊克本、卡蘿爾布萊克本、卡蘿爾格雷德和杰格雷德和杰克克紹斯塔克，以表彰他們紹斯塔克，以表彰他們“發(fā)現(xiàn)端粒和端粒發(fā)現(xiàn)端粒和端粒酶是如何保護染色體的酶是如何保護染色體的”。 目錄目錄 端粒端粒(telomere)指真核生物染色體線性指真核生物染色體

25、線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。分子末端的結(jié)構(gòu)。功能功能 維持染色體的穩(wěn)定性維持染色體的穩(wěn)定性 維持維持DNA復(fù)制的完整性復(fù)制的完整性結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 由末端由末端DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。 末端末端DNA序列是序列是富含富含T T、G G堿基的短序列的多堿基的短序列的多次重復(fù)。次重復(fù)。TTTTGGGGTTTTGGGG目錄目錄端粒（端粒（telomeres）由富含由富含TG的重復(fù)序列組成。的重復(fù)序列組成。人的端粒重復(fù)序列為人的端粒重復(fù)序列為5-(TnGn)x-3 。目錄目錄端粒酶端粒酶(telomerase)端粒酶端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR)端

26、粒酶協(xié)同蛋白端粒酶協(xié)同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT) n組成：組成：目錄目錄端粒酶（端粒酶（telomerase）是一種核糖核蛋白（是一種核糖核蛋白（RNP），），由由RNA和蛋白質(zhì)組成。和蛋白質(zhì)組成。端粒酶以自己的端粒酶以自己的RNA組分作為模板，以染色體的組分作為模板，以染色體的3 端端ssDNA為引物，將端粒序列添加于染色體的為引物，將端粒序列添加于染色體的3 端。端。這些新合成的這些新合成的DNA為單鏈為

27、單鏈。目錄目錄n端粒酶催化作用的爬行模型端粒酶催化作用的爬行模型 目錄目錄DNADNA聚合酶復(fù)制子鏈聚合酶復(fù)制子鏈進一步加工進一步加工目目 錄錄目錄目錄真核所有染色體真核所有染色體DNA復(fù)制僅僅出現(xiàn)在細胞復(fù)制僅僅出現(xiàn)在細胞周期的周期的S期期，而且只能復(fù)制一次。，而且只能復(fù)制一次。五、真核生物染色體五、真核生物染色體DNA在每個細胞周在每個細胞周期中只能復(fù)制一次期中只能復(fù)制一次目錄目錄DNA損傷與修復(fù)損傷與修復(fù) DNA Damage and Repair目錄目錄 各種體內(nèi)外因素所導(dǎo)致的各種體內(nèi)外因素所導(dǎo)致的DNA組成與結(jié)構(gòu)的組成與結(jié)構(gòu)的變化稱為變化稱為DNA損傷（損傷（DNA damage） 其

28、一，其一，DNA的結(jié)構(gòu)發(fā)生永久性改變，即的結(jié)構(gòu)發(fā)生永久性改變，即突變突變其二，其二，導(dǎo)致導(dǎo)致DNA失去作為復(fù)制和失去作為復(fù)制和/或轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄的模板的功能的模板的功能 DNA損傷的后果損傷的后果:目錄目錄生物多樣性依賴于：生物多樣性依賴于：DNADNA突變突變DNADNA修復(fù)修復(fù)平衡平衡目錄目錄DNA損傷損傷DNA Damage第一節(jié)第一節(jié)目錄目錄一、多種因素通過不同機制一、多種因素通過不同機制導(dǎo)致導(dǎo)致DNA損傷損傷（一）體內(nèi)因素（一）體內(nèi)因素 DNA復(fù)制錯誤復(fù)制錯誤 DNA自身的不穩(wěn)定性自身的不穩(wěn)定性 機體代謝過程中產(chǎn)生的活性氧機體代謝過程中產(chǎn)生的活性氧目錄目錄（二）體外因素（二）體外因素 物

29、理因素物理因素 化學(xué)因素化學(xué)因素 生物因素生物因素目錄目錄n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 UV目錄目錄n化學(xué)因素：化學(xué)因素：自由基導(dǎo)致的自由基導(dǎo)致的DNADNA損傷損傷堿基類似物導(dǎo)致的堿基類似物導(dǎo)致的DNADNA損傷損傷 堿基修飾劑、烷化劑導(dǎo)致的堿基修飾劑、烷化劑導(dǎo)致的DNADNA損傷損傷 嵌入性染料導(dǎo)致的嵌入性染料導(dǎo)致的DNADNA損傷損傷 n生物因素：生物因素：病毒病毒目錄目錄二、二、DNA損傷有多種類型損傷有多種類型堿基脫落堿基脫落堿基結(jié)構(gòu)破壞堿基結(jié)構(gòu)破壞嘧啶二聚體形成嘧啶二聚體形成DNA單鏈或雙鏈斷裂單鏈或雙鏈斷裂DNA交聯(lián)交

30、聯(lián)目錄目錄DNA損傷可導(dǎo)致?lián)p傷可導(dǎo)致堿基置換堿基置換缺失缺失 插入插入 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換顛換顛換目錄目錄鐮形紅細胞貧血病人鐮形紅細胞貧血病人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鐮形紅細胞貧血病人鐮形紅細胞貧血病人目錄目錄缺失、插入和框移突變造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順缺失、插入和框移突變造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變序發(fā)生改變 缺失：缺失：一個堿基或一段核苷酸鏈從一個堿基或一段核苷酸鏈從D

31、NA大分子大分子上消失。上消失。 插入：插入：原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插入到入到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 (移碼突變）。移碼突變）。 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。成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。 目錄目錄谷谷 酪酪 蛋蛋 絲絲5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 纈纈 組組 纈纈正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失Cn缺失引起框移突變：缺失引起框移突變：目錄目錄D

32、NA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)The repair of DNA damage第二節(jié)第二節(jié)目錄目錄 DNADNA修復(fù)（修復(fù)（DNA repairDNA repair）是指糾正）是指糾正DNADNA兩條單兩條單鏈間錯配的堿基、清除鏈間錯配的堿基、清除DNADNA鏈上受損的堿基或鏈上受損的堿基或糖基、恢復(fù)糖基、恢復(fù)DNADNA的正常結(jié)構(gòu)的過程。的正常結(jié)構(gòu)的過程。 DNADNA修復(fù)是機體維持修復(fù)是機體維持DNADNA結(jié)構(gòu)的完整性與穩(wěn)結(jié)構(gòu)的完整性與穩(wěn)定性，保證生命延續(xù)和物種穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。定性，保證生命延續(xù)和物種穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。目錄目錄常見的常見的DNA損傷修復(fù)途徑損傷修復(fù)途徑 修復(fù)途徑修復(fù)途徑 修復(fù)對象修

33、復(fù)對象 參與修復(fù)的酶或蛋白參與修復(fù)的酶或蛋白光復(fù)活修復(fù)光復(fù)活修復(fù) 嘧啶二聚體嘧啶二聚體 光復(fù)活酶光復(fù)活酶堿基切除修復(fù)堿基切除修復(fù) 受損的堿基受損的堿基 DNADNA糖基化酶、無嘌呤嘧啶核酸內(nèi)切酶糖基化酶、無嘌呤嘧啶核酸內(nèi)切酶核苷酸切除修核苷酸切除修復(fù)復(fù) 嘧啶二聚體、嘧啶二聚體、DNADNA螺螺旋結(jié)構(gòu)的改變旋結(jié)構(gòu)的改變 大腸桿菌中大腸桿菌中UvrAUvrA、UvrBUvrB、UvrCUvrC和和UvrDUvrD，人人XPXP系列蛋白系列蛋白XPAXPA、XPBXPB、XPCXPGXPCXPG等等錯配修復(fù)錯配修復(fù) 復(fù)制或重組中的堿基復(fù)制或重組中的堿基配對錯誤配對錯誤 大腸桿菌中的大腸桿菌中的Mut

34、HMutH、MutLMutL、MutSMutS，人，人的的MLH1MLH1、MSH2MSH2、MSH3MSH3、MSH6MSH6等等重組修復(fù)重組修復(fù) 雙鏈斷裂雙鏈斷裂 RecARecA蛋白、蛋白、KuKu蛋白、蛋白、DNA-DNA-PKcsPKcs、XRCC4XRCC4損傷跨越修復(fù)損傷跨越修復(fù) 大范圍的損傷或復(fù)制大范圍的損傷或復(fù)制中來不及修復(fù)的損傷中來不及修復(fù)的損傷 RecARecA蛋白、蛋白、LexALexA蛋白、其他類型蛋白、其他類型DNADNA聚合酶聚合酶目錄目錄一、有些一、有些DNA損傷可以直接修復(fù)損傷可以直接修復(fù) 嘧啶二聚體的直接修復(fù)嘧啶二聚體的直接修復(fù) 烷基化堿基的直接修復(fù)烷基化堿

35、基的直接修復(fù) 無嘌呤位點的直接修復(fù)無嘌呤位點的直接修復(fù) 單鏈斷裂的直接修復(fù)單鏈斷裂的直接修復(fù)目錄目錄n嘧啶二聚體的直接修復(fù)嘧啶二聚體的直接修復(fù)目錄目錄n烷基化堿基的直接修復(fù)烷基化堿基的直接修復(fù)目錄目錄n無嘌呤位點的直接修復(fù)無嘌呤位點的直接修復(fù)pDNADNA嘌呤插入酶嘌呤插入酶能催化游離嘌呤堿基或脫氧核苷與能催化游離嘌呤堿基或脫氧核苷與DNADNA嘌呤缺如部位重新生成糖苷共價鍵，導(dǎo)致嘌呤堿嘌呤缺如部位重新生成糖苷共價鍵，導(dǎo)致嘌呤堿基的直接插入。具有很強的基的直接插入。具有很強的專一性專一性。n單鏈斷裂的直接修復(fù)單鏈斷裂的直接修復(fù)pDNADNA連接酶連接酶能夠催化能夠催化DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中一

36、條鏈上缺口雙螺旋結(jié)構(gòu)中一條鏈上缺口處的處的5 5 - -磷酸基團與相鄰片段的磷酸基團與相鄰片段的3 3 - -羥基之間形成磷酸二羥基之間形成磷酸二酯鍵，從而直接參與部分酯鍵，從而直接參與部分DNADNA單鏈斷裂的修復(fù)，如電單鏈斷裂的修復(fù)，如電離輻射所造成的切口。離輻射所造成的切口。目錄目錄二、切除修復(fù)是最普遍的二、切除修復(fù)是最普遍的DNA損傷修復(fù)方式損傷修復(fù)方式 堿基切除修復(fù)堿基切除修復(fù) 核苷酸切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)目錄目錄n堿基切除修復(fù)堿基切除修復(fù)（base excision repair） 識別水解識別水解：DNADNA糖基化酶特異性識別糖基化酶特異性識別DNADNA鏈中已受鏈中已受損的堿

37、基并將其水解去除，產(chǎn)生一個無堿基位點；損的堿基并將其水解去除，產(chǎn)生一個無堿基位點； 切除切除：在此位點的：在此位點的5 5 端，無堿基位點核酸內(nèi)切酶將端，無堿基位點核酸內(nèi)切酶將DNADNA鏈的磷酸二酯鍵切開，去除剩余的磷酸核糖部鏈的磷酸二酯鍵切開，去除剩余的磷酸核糖部分；分； 合成合成：DNADNA聚合酶在缺口處以另一條鏈為模板修補合聚合酶在缺口處以另一條鏈為模板修補合成互補序列；成互補序列； 連接連接：由：由DNADNA連接酶將切口重新連接，使連接酶將切口重新連接，使DNADNA恢復(fù)恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)正常結(jié)構(gòu)目錄目錄目錄目錄n核苷酸切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)（nucleotide excision r

38、epair） 首先，由一個酶系統(tǒng)識別首先，由一個酶系統(tǒng)識別DNADNA損傷部位；損傷部位； 其次，在損傷兩側(cè)切開其次，在損傷兩側(cè)切開DNADNA鏈，去除兩個切口之間的鏈，去除兩個切口之間的一段受損的寡核苷酸；一段受損的寡核苷酸； 再次，在再次，在DNADNA聚合酶作用下，以另一條鏈為模板，合聚合酶作用下，以另一條鏈為模板，合成一段新的成一段新的DNADNA，填補缺損區(qū)；，填補缺損區(qū)； 最后由連接酶連接，完成損傷修復(fù)。最后由連接酶連接，完成損傷修復(fù)。目錄目錄E.coli的的NER主要由主要由4種種蛋白質(zhì)組成：蛋白質(zhì)組成：UvrAUvrBUvrCUvrD 目錄目錄目錄目錄真核細胞真核細胞也存在切除修復(fù)系統(tǒng)。也存在切除修復(fù)系統(tǒng)。XP A XP A 、 XP BXP B、XP C XP C 、XPF XPF 、XPGXPG 1 1、結(jié)合損傷、結(jié)合損傷DNADNA 2 2、解旋酶、解旋酶 切切除損傷除損傷DNADNA 3 3、核酸酶、核酸酶 空缺由空缺由DNA-polDNA-pol及連接酶及連接