一DNA的生物合成課件

第一節(jié)DNA生物合成的基本規(guī)律第二節(jié)DNA的生物合成第三節(jié)DNA的損傷與修復第四節(jié)DNA重組一DNA的生物合成課件1本章重點與難點重點：DNA復制的基本過程。難點：DNA的半保留復制、半不連續(xù)復制。本章重點與難點2DNA的核苷酸順序信息編碼著細胞RNA和蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，并通過酶影響所有細胞成分的合成，決定各種生物的大小、形狀和功能。DNA在生物大分子中占有中心的位置大腸桿菌遺傳圖DNA的核苷酸順序信息編碼著細胞RNA和蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，并3第一節(jié)DNA復制的一般原理復制的方式—半保留復制(semi-conservativereplication)雙向復制(bidirectionalreplication)半不連續(xù)復制(semi-discontinuousreplication)

需要引物(primer)第一節(jié)DNA復制的一般原理復制的方式4一、DNA復制是半保留復制(semi-conservativereplication)概念：DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基互補配對原則（A:T,G:C），由DNA聚合酶催化合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈來自親代，另一股單鏈則是新合成的。兩個子代DNA和親代DNA堿基序列完全一致。這種復制方式稱為半保留復制。一、DNA復制是半保留復制(semi-conservativ5DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M.Meselson和F.Stahl所完成的用同位素示蹤標記加密度梯度離心技術(shù)實驗所證明。DNA半保留復制的實驗依據(jù)DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M.Me6按半保留復制方式，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，是生物保持遺傳穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。半保留復制的意義按半保留復制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子7原核生物復制時，DNA從原點(復制的起始點，origin)向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制叉(replicationforks)，稱為雙向復制。

二.DNA復制是固定起點的雙向復制原核生物復制時，DNA從原點(復制的起始點，origin)8DNA復制的方式大腸桿菌環(huán)狀DNA復制時所形成的θ結(jié)構(gòu)起始點oriC復制叉的推進復制叉起始點，原點(O)，富含AT,產(chǎn)生瞬時單鏈起始點起始點復制叉復制叉未復制DNA單向復制雙向復制DNA復制的方式大腸桿菌環(huán)狀DNA復制時所形成的θ結(jié)構(gòu)起始95’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’復制子真核生物每個染色體有多個復制原點，習慣上把兩個相鄰復制原點之間的距離定為一個復制子(replicon)。復制子是能夠獨立完成復制的功能單位。真核生物是多復制子的復制。5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’復制10三.DNA復制是半不連續(xù)復制3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)先導鏈連續(xù)復制而隨后鏈不連續(xù)復制，稱為半不連續(xù)復制或復制的半不連續(xù)性。三.DNA復制是半不連續(xù)復制3535解鏈方向3′511四.需要引物DNA聚合酶不能從頭合成一段新鏈，參與DNA復制的DNA聚合酶，必須以一段具有3’-端自由羥基（3’-OH）的RNA作為引物(primer)，才能開始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為50～100個核苷酸，而在真核生物中約為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。

四.需要引物12第二節(jié)DNA的生物合成第二節(jié)DNA的生物合成13一、合成的反應(yīng)通式及反應(yīng)方向目錄DNA聚合酶反應(yīng)通式：

(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

反應(yīng)方向：5’3’一、合成的反應(yīng)通式及反應(yīng)方向目錄DNA反應(yīng)通式：14參與DNA復制的物質(zhì)底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):依賴DNA的DNA聚合酶，簡寫為DDDP或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復制的物質(zhì)底物(substrate):dAT15二、原核生物參與DNA聚合反應(yīng)的酶類及蛋白質(zhì)（DNA復制酶系統(tǒng)）一）DNA聚合酶二）拓撲異構(gòu)酶(topoisomerase)三）DNA解鏈酶(DNAhelicase)四）引物酶(peimase)和引發(fā)體(primosome)五）DNA連接酶（DNAligase）六）單鏈結(jié)合蛋白(single-strandbindingprotein,SSB)二、原核生物參與DNA聚合反應(yīng)的酶類及蛋白質(zhì)（DNA復制酶系16一）DNA聚合酶全稱：DNA依賴的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡稱：DNA-pol功能：DNA聚合酶活性，合成DNA鏈。

DNA外切酶活性，DNA錯配后的修復，或切去RNA引物。一）DNA聚合酶175′CGCTTCAGGATA3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性53外切酶活性?能切除突變的DNA片段和RNA引物。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性目錄5′CGCTTCAG18一DNA的生物合成課件19原核生物的DNA聚合酶大腸桿菌中相繼發(fā)現(xiàn)了三種主要的DNA聚合酶：DNA-polⅠ：5’-3’聚合酶活性，DNA合成。3’-5’外切酶活性，錯配修復。5’-3’外切酶活性，在細胞DNA復制、重組和修復中起到修繕工的作用。DNA-polⅡ：表現(xiàn)出高度專一于DNA損傷修復功能。DNA-polⅢ：是大腸桿菌DNA復制中主要的酶。原核生物的DNA聚合酶大腸桿菌中相繼發(fā)現(xiàn)了三種主要的DNA聚20編輯校對DNA的主要復制酶參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復修復合成、切除引物、填補空隙功能2040400分子數(shù)/細胞≥10≥4個1亞基數(shù)--+5外切酶活性+++5外切酶活性+++5聚合酶活性polIIIpolIIpolIE.Coli中的DNA聚合酶多聚化速度（核苷酸/秒）16-20反應(yīng)速度慢持續(xù)性低40250-1000編輯校對參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復修復合成、切除引物、填補21DNA-polⅢ：由十種亞基22個組分構(gòu)成，其中α、ε、θ3個亞基組成核心酶，α亞基具有5‘→3’聚合DNA的酶活性；而ε亞基具有3‘→5’外切酶的活性，與DNA復制的校正功能有關(guān)，θ亞基可能與核心酶的組裝有關(guān)。每個亞基至少有一個拷貝。2個β亞基構(gòu)成滑動鉗蛋白，幫助核心酶與模板結(jié)合。其它多個亞基組成滑動鉗裝載復合物。DNA聚合酶Ⅲ全酶DNA-polⅢ：由十種亞基22個組分構(gòu)成，其中α、22二）DNA拓撲異構(gòu)酶(DNAtopoisomerase)

又稱DNA松弛酶（DNA-relaxingenzyme)，簡稱Top，是一類催化同一DNA分子中不同超螺旋狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變的酶。10

8局部解鏈后二）DNA拓撲異構(gòu)酶(DNAtopoisomerase)23作用特點：既能水解、又能連接磷酸二酯鍵分類：拓撲異構(gòu)酶Ⅰ:切斷DNA中的一條鏈，使DNA旋轉(zhuǎn),減少負超螺旋，再將切斷的單鏈連接起來。拓撲異構(gòu)酶Ⅱ:可以切斷DNA的兩條鏈,引入負超螺旋。需消耗ATP.作用特點：既能水解、又能連接磷酸二酯鍵24三）解鏈酶（unwindingenzyme），又稱解螺旋酶。用于解開DNA雙鏈，使埋藏在DNA雙螺旋分子中的堿基對暴露出來作為模板以合成新鏈。每解開一對堿基間的氫鍵，需消耗兩分子ATP。大多數(shù)解螺旋酶與隨后鏈模板DNA結(jié)合后沿5‘-3’運動。三）解鏈酶（unwindingenzyme），又稱解螺25四）引發(fā)酶(primase)又稱引物合成酶：催化前導鏈和隨后鏈岡崎片段引物的合成。引發(fā)酶本質(zhì)上是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP），該酶以DNA為模板，聚合一段RNA短鏈引物(primer)，以提供自由的3‘-OH，使子代DNA鏈能夠開始聚合。與另外的6種蛋白質(zhì)組成引發(fā)體（primosome）才起作用。四）引發(fā)酶(primase)又稱引物合成酶：26五）DNA連接酶催化一個DNA鏈的3-OH末端和相鄰DNA鏈的5-磷酸末端之間的連接，形成共價磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整鏈的酶。DNA連接酶連接堿基互補雙鏈中的單鏈缺口，不能催化兩條游離DNA鏈相連；只能催化兩條多核苷酸鏈連接，不能催化單核苷酸的延長。在復制、修復、重組及剪接中起最后缺口縫合的作用。五）DNA連接酶催化一個DNA鏈的3-OH末端和相鄰DNA27DNA連接酶催化的條件是：①未封閉的缺口位于雙鏈DNA中，其中有一條鏈是完整的；②需一段DNA片段具有3’-OH，而另一段DNA片段具有5’-Pi基；③需要消耗能量。DNA連接酶催化的條件是：28六）單鏈結(jié)合蛋白（singlestrandbindingprotein,SSB）又稱螺旋反穩(wěn)蛋白（HDP）。是一些能夠與單鏈DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)因子。作用：①穩(wěn)定單鏈DNA，便于以其為模板復制子代DNA；②保護單鏈DNA，避免核酸酶的降解。

六）單鏈結(jié)合蛋白（singlestrandbinding29一）復制的起始1.復制起始于原點oriC：E.coli復制起始點oriC結(jié)構(gòu)由245個高度保守的堿基對組成，由3個13bp的重復順序和4個9bp的重復順序組成的保守序列，富含A、T。三、原核生物的DNA生物合成

三個階段：起始、延伸和終止。GATCTNTTNTTT成串排列的三個13bp序列共有序列/交感順序共有序列/交感順序TTATCCACA

DnaA蛋白結(jié)合位點四個9bp序列一）復制的起始三、原核生物的DNA生物合成三個階段：起始、302.DNA復制的起始過程預引發(fā)：參與打開原點的預引發(fā)復合物（起始復合物）由至少9個不同的蛋白質(zhì)和酶組成。DnaA：大約20個，結(jié)合于原點的9bp重復序列，識別并變性原點13bp重復序列。DnaB(解螺旋酶):在DnaC參與下與局部解鏈的單鏈結(jié)合，沿解鏈方向繼續(xù)移動，解開足夠用于復制的長度，并逐步置換出DnaA，形成兩條單鏈DNA，創(chuàng)造兩個潛在的復制叉。DnaADnaB(解螺旋酶)SSB2.DNA復制的起始過程DnaADnaBSSB31單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復制叉。拓撲異構(gòu)酶使DNA的超螺旋解開。單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復制32引發(fā)：引物酶和解鏈模板上的DnaB、DnaC蛋白，DNA復制起始區(qū)域結(jié)合成復合物引發(fā)體，在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3'端自由羥基（3'-OH）。

3535引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子

引物3'HO5'引發(fā)酶引發(fā)：3535引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子33二）復制的延長復制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，其化學本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。延長是指前導鏈和滯后鏈的合成。

二）復制的延長復制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以341.聚合子代DNA：由DNA聚合酶催化，以親代DNA鏈為模板，從5’→3’方向聚合子代DNA鏈。在原核生物中，參與DNA復制延長的是DNA聚合酶Ⅲ；而在真核生物中，是DNA聚合酶α(延長隨從鏈)和δ（延長領(lǐng)頭鏈）。1.聚合子代DNA：35順著解鏈方向生成的子鏈，復制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為先導鏈或領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)。順著解鏈方向生成的子鏈，復制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為先導鏈或36隨從鏈的合成隨從鏈的合成37另一股鏈因為復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)復制的鏈稱為隨后鏈或隨從鏈(laggingstrand)。復制中的不連續(xù)片段（約1000個核苷酸）稱為岡崎片段(okazakifragments，1968)。

岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個核苷酸，而在真核生物中約為100個核苷酸。另一股鏈因為復制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延382.鏈的延長：DNA聚合酶Ⅲ加入到引發(fā)體上，形成復制體，同時進行先導鏈和隨后鏈的合成。隨后鏈的合成不斷需要引物，引物酶合成引物，DNA聚合酶Ⅲ合成新的岡崎片段。2.鏈的延長：39一DNA的生物合成課件403.前導鏈和隨后鏈協(xié)同合成的工作模型聚合酶III全酶引物聚合酶III全酶引物引發(fā)體引發(fā)體解旋酶解旋酶3.前導鏈和隨后鏈協(xié)同合成的工作模型聚合酶III全酶引物聚41一DNA的生物合成課件424.去除引物，填補缺口：在原核生物中，由DNA聚合酶Ⅰ來水解去除RNA引物，并由該酶催化延長引物缺口處的DNA，直到剩下最后一個磷酸酯鍵的缺口。而在真核生物中，RNA引物的去除，由一種特殊的核酸酶來水解，岡崎片段仍由DNA聚合酶來延長。4.去除引物，填補缺口：43一DNA的生物合成課件445.連接岡崎片段：在DNA連接酶的催化下，形成最后一個磷酸酯鍵，將岡崎片段連接起來，形成完整的DNA長鏈。

3‘5‘3‘5‘OHP5.連接岡崎片段：3‘5‘3‘5‘OHP45原核生物基因是環(huán)狀DNA，大腸桿菌雙向復制的片段在復制的終止點(ter)處匯合。oriter

E.colioriterSV40三）復制的終止原核生物基因是環(huán)狀DNA，大腸桿菌雙向復制的片段在復制的終止46

在ter區(qū)內(nèi)存在７個ter序列（terA到terE），富含ＧＴ。其中terA、terＤ、terE位于復制叉匯合點的一側(cè)，terＣ、terＢ、terＦ、terＧ位于復制叉匯合點的另一側(cè)，它們分別是兩個復制叉終止的特異位點。每個復制叉必須越過另一個復制叉的終止位點才能到達自己的終止位點。Tus蛋白是解鏈酶的抑制劑，與ter位點結(jié)合終止復制。

DNA復制終止于ter區(qū)在ter區(qū)內(nèi)存在７個ter序列（terA到ter47陷井區(qū)是終點利用物質(zhì)（Tus）的結(jié)合部位。Tus可以和每一個ter結(jié)合。一旦形成Tus-ter復合物，就可以通過阻止解旋酶解旋DNA來封閉復制叉的通路。Tus-ter復合物只捕獲來自一個方向（順時針或反時針）的復制叉。陷井區(qū)是終點利用物質(zhì)（Tus）的結(jié)合部位。Tus48DNA分配和細胞分裂期DNA合成期G1G2SM四、真核生物的DNA生物合成

?細胞能否分裂，決定于進入S期及M期這兩個關(guān)鍵點。G1→S及G2→M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。?蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復制因子而實施調(diào)控作用。

合成機制與原核生物基本一致。間期間期復制所需蛋白質(zhì)的合成DNA分配和細胞分裂期DNA合成期G1G2SM四、真核生物的49?多起點的雙向復制：真核生物每個染色體有多個起始點，是多復制子復制。果蠅最大的染色體至少有３０００個復制起點。?催化ＤＮＡ合成的DNA-pol不同。1、真核生物復制特點?多起點的雙向復制：真核生物每個染色體有多個起始點，是多復50２．真核生物的DNA聚合酶DNA-pol具有引物酶活性和聚合酶活性，起始引發(fā)合成RNA引物及隨后鏈的復制。DNA-polＤＮＡ修復作用。DNA-pol線粒體DNA聚合酶。DNA-pol具有聚合酶活性和3’-5’外切酶活性。前導鏈和隨后鏈的復制。DNA-polε聚合酶活性和3’-5’外切酶活性。在真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶至少有５種：２．真核生物的DNA聚合酶DNA-pol具有引物酶51第四節(jié)DNA損傷與修復DNADamageandRepair由于一些物理、化學或生物學因素的作用，或者由于生物體DNA復制過程出現(xiàn)異常均可引起DNA分子的損傷或改變。DNA核苷酸順序的永久性改變稱為突變。第四節(jié)DNA損傷與修復由于一些物理、化學或生物學因素的作用52一、突變的意義1、突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)2、突變導致基因型改變3、突變導致死亡4、突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)生物進化中突變是與遺傳相對立統(tǒng)一而普遍存在的現(xiàn)象。一、突變的意義1、突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)生物進化中突變是53二、DNA損傷導致突變的幾種形式點突變：一個或少數(shù)幾個堿基的改變。插入突變：增加一個堿基對或多個堿基對的突變。缺失突變：缺失一個堿基對或多個堿基對的突變。倒位或轉(zhuǎn)位：DNA鏈重組使其中一段序列方向倒置、或從一處遷移到另一處。雙鏈斷裂:會導致細胞死亡。沉默突變：即同義突變，突變雖然替換了堿基，但氨基酸順序未變，保持野生型的功能。

回復突變：突變能克服第一次突變造成的影響。如點突變和插入突變往往是可逆的。二、DNA損傷導致突變的幾種形式點突變：一個或少數(shù)幾個堿基的54鐮刀形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

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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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C肽鏈CTCGAG基因鐮刀形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val·55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56三、引發(fā)突變的因素物理因素（紫外線(ultraviolet,UV)、電離輻射）和化學因素（化學誘變劑）等都能引起生物突變和致死。UV三、引發(fā)突變的因素物理因素（紫外線(ultraviol57一DNA的生物合成課件58化學因素化學因素59四、DNA損傷的修復修復(repairing)：是對已發(fā)生分子改變的補償措施，使DNA恢復為正常的結(jié)構(gòu)和功能。一個普通哺乳動物基因組在24小時之內(nèi)可以積累成千上萬個DNA損傷，DNA修復系統(tǒng)的存在，避免了這種損傷對生命可能造成的巨大威脅。DNA修復系統(tǒng)具有多樣性，修復之所以成為可能，是因為DNA由兩條互補的雙鏈組成，當一條鏈損傷時，可以以另一條鏈做模板。四、DNA損傷的修復修復(repairing)：是對已發(fā)生分60一）在E.coli中存在6種基本的修復系統(tǒng)1.光修復2.切除修復3.錯配修復4.重組修復5.差錯傾向修復（SOS修復）一）在E.coli中存在6種基本的修復系統(tǒng)1.光修復611、光修復：紫外線可使DNA分子同一條鏈相鄰的胸腺嘧啶堿基之間形成二聚體，從而影響復制和轉(zhuǎn)錄。DNA光復活酶能特異性識別嘧啶二聚體并與之結(jié)合，經(jīng)可見光照射后（波長約400nm）被激活，切除嘧啶二聚體間的c-c鍵，將二聚體分解為正常單體，酶從鏈上釋放，DNA恢復正常結(jié)構(gòu)。光復活酶(photolyase)

UV1、光修復：紫外線可使DNA分子同一條鏈相鄰的胸腺嘧啶堿基之62一DNA的生物合成課件632.切除修復

堿基切除修復：

DNA糖基化酶是一個能識別DNA中由胞嘧啶、腺嘌呤和鳥嘌呤分別脫氨形成的損傷，并除去受損傷的堿基。這樣變型的堿基可以通過DNA糖基化酶切斷N-C糖苷鍵除去，在DNA中制造了脫嘌呤或脫嘧啶的部位，通常將這樣的部位稱之AP位點。每種DNA糖基化酶通常對一種類型的堿基損傷特異。例如尿嘧啶糖基化酶就可以除去由于胞嘧啶脫氨形成的尿嘧啶，形成一個AP位點。然后一個稱為AP內(nèi)切核酸酶切去含有AP位點的脫氧核糖-5-磷酸，出現(xiàn)一個核苷酸空隙。然后在DNA聚合酶作用下重新放置一個正確的核苷酸，最后通過DNA連接酶將切口封閉。2.切除修復64尿嘧啶糖基化酶系統(tǒng)的修復過程尿嘧啶糖基化酶系統(tǒng)的修復過程65

核苷酸切除修復：

用以修復引起DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)變形的大的DNA損傷。修復酶是由基因uvrA、uvrB和uvrC分別編碼的三個亞基組成的，該酶又稱為ABC核酸酶。首先ABC切除核酸酶從損傷部位的兩側(cè)切去含有損傷的DNA鏈，結(jié)果都出現(xiàn)一個單鏈缺口。然后在DNA聚合酶催化下按照互補鏈填充缺口，切口最后通過DNA連接酶連接。UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA連接酶ATP核苷酸切除修復：UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚66一DNA的生物合成課件67甲基指導的錯配修復3.錯配修復修復系統(tǒng)必須有一種區(qū)分模板鏈和新合成鏈的機制。細胞使用模板鏈的甲基化作用作為標簽，使它們和新合成鏈區(qū)分。Dam甲基化酶甲基化所有含有GATC順序中腺嘌呤N6的位置?？拷麲ATC順序附近的錯配可以根據(jù)已甲基化的模板鏈加以修復。切除的鏈可以長達離半甲基化的GATC順序遠至1000bp的錯配堿基。錯配可以通過E.coli中的3個蛋白質(zhì)（MutS、MutH和MutL）校正。甲基指導的錯配修復3.錯配修復68錯配修復錯配修復69

4.重組修復

切除修復發(fā)生在DNA復制之前，而當DNA復制時尚未修復的損傷部位，可以先復制，再重組修復。在重組修復過程中，DNA鏈的損傷并未除去。重組修復至少需要4種酶組分。重組基因recA編碼一種分子量為40000的RecA蛋白質(zhì)，它具有交換DNA鏈的活力,被認為在DNA重組和重組修復中均起關(guān)鍵作用。此外，修復合成還需要DNA聚合酶和連接酶。

4.重組修復70一DNA的生物合成課件715、差錯傾向修復（SOS修復）當DNA損傷發(fā)生在不尋常的高水平，由此而誘發(fā)出一系列復雜的反應(yīng)，DNA差錯傾向修復被采用，DNA修復變得很不精確，產(chǎn)生高突變率。差錯傾向修復時細胞對DNA廣泛受損采取的應(yīng)急反應(yīng)的一部分，這種反應(yīng)較“SOS反應(yīng)”。這種修復特異性低，對堿基的識別、選擇能力差。通過SOS修復，復制如能繼續(xù)，細胞是可存活的。然而DNA保留的錯誤較多，導致較廣泛、長期的突變。5、差錯傾向修復（SOS修復）當DNA損傷發(fā)生在不尋常的高水722011-3-11日本大地震、海嘯引發(fā)福島核危機輻射對人體健康有何種危害?

放射性物質(zhì)在衰變時會釋放離子輻射，這種輻射會打斷人體組織的各種原子和分子間的化學鍵,可以對人體內(nèi)部化學環(huán)境造成嚴重傷害。

人體內(nèi)對輻射損傷最敏感的部位是腸子和胃部的細胞組織，以及骨髓中的造血細胞組織。輻射對人體的損傷取決于你在輻射環(huán)境下的暴露時間，以及所受到的輻射強度。

2011-3-11日本大地震、海嘯引發(fā)福島核危機73那么輻射可能對人體造成的長期影響是什么?

引發(fā)癌癥----一般而言，一個正常的細胞一旦到了其壽命，它會“自殺”，從而死亡，給新生的細胞讓路。而當細胞喪失了這種“自殺”功能時，這種細胞變得“永生不老”，持續(xù)進行細胞分裂增殖，失去控制,癌癥便發(fā)生了。不過人體擁有各種機制，阻止正常細胞癌變的發(fā)生，并且也有一套完善的新舊細胞替換機制。但輻射影響將徹底打破這種人體自身的控制體系，使癌癥的發(fā)生幾率大大上升,在修復過程中一旦犯錯，很有可能導致原始基因的更改,遺傳給下一代。那么輻射可能對人體造成的長期影響是什么?74第六節(jié)體內(nèi)DNA重組過程DNA重組的類型：同源遺傳重組（homologousgeneticrecombination）位點特異重組（sit-specificrecombination）DNA轉(zhuǎn)座（DNAtransposition）第六節(jié)體內(nèi)DNA重組過程DNA重組的類型：75同源遺傳重組具多重功能

同源遺傳重組與細胞分裂緊密聯(lián)系

減數(shù)分裂過程中同源遺傳重組高頻發(fā)生。

重組需要特殊的酶recA、B、C、D，ruvC，拓撲異構(gòu)酶、DNA聚合酶、DNA連接酶等。3.同源重組是DNA修復的重要途徑

同源遺傳重組具多重功能

同源遺傳重組與細胞分裂緊密聯(lián)系

減數(shù)76第一節(jié)DNA生物合成的基本規(guī)律第二節(jié)DNA的生物合成第三節(jié)DNA的損傷與修復第四節(jié)DNA重組一DNA的生物合成課件77本章重點與難點重點：DNA復制的基本過程。難點：DNA的半保留復制、半不連續(xù)復制。本章重點與難點78DNA的核苷酸順序信息編碼著細胞RNA和蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，并通過酶影響所有細胞成分的合成，決定各種生物的大小、形狀和功能。DNA在生物大分子中占有中心的位置大腸桿菌遺傳圖DNA的核苷酸順序信息編碼著細胞RNA和蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，并79第一節(jié)DNA復制的一般原理復制的方式—半保留復制(semi-conservativereplication)雙向復制(bidirectionalreplication)半不連續(xù)復制(semi-discontinuousreplication)

需要引物(primer)第一節(jié)DNA復制的一般原理復制的方式80一、DNA復制是半保留復制(semi-conservativereplication)概念：DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基互補配對原則（A:T,G:C），由DNA聚合酶催化合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈來自親代，另一股單鏈則是新合成的。兩個子代DNA和親代DNA堿基序列完全一致。這種復制方式稱為半保留復制。一、DNA復制是半保留復制(semi-conservativ81DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M.Meselson和F.Stahl所完成的用同位素示蹤標記加密度梯度離心技術(shù)實驗所證明。DNA半保留復制的實驗依據(jù)DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M.Me82按半保留復制方式，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，是生物保持遺傳穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。半保留復制的意義按半保留復制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子83原核生物復制時，DNA從原點(復制的起始點，origin)向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制叉(replicationforks)，稱為雙向復制。

二.DNA復制是固定起點的雙向復制原核生物復制時，DNA從原點(復制的起始點，origin)84DNA復制的方式大腸桿菌環(huán)狀DNA復制時所形成的θ結(jié)構(gòu)起始點oriC復制叉的推進復制叉起始點，原點(O)，富含AT,產(chǎn)生瞬時單鏈起始點起始點復制叉復制叉未復制DNA單向復制雙向復制DNA復制的方式大腸桿菌環(huán)狀DNA復制時所形成的θ結(jié)構(gòu)起始855’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’復制子真核生物每個染色體有多個復制原點，習慣上把兩個相鄰復制原點之間的距離定為一個復制子(replicon)。復制子是能夠獨立完成復制的功能單位。真核生物是多復制子的復制。5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’復制86三.DNA復制是半不連續(xù)復制3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)先導鏈連續(xù)復制而隨后鏈不連續(xù)復制，稱為半不連續(xù)復制或復制的半不連續(xù)性。三.DNA復制是半不連續(xù)復制3535解鏈方向3′587四.需要引物DNA聚合酶不能從頭合成一段新鏈，參與DNA復制的DNA聚合酶，必須以一段具有3’-端自由羥基（3’-OH）的RNA作為引物(primer)，才能開始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為50～100個核苷酸，而在真核生物中約為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。

四.需要引物88第二節(jié)DNA的生物合成第二節(jié)DNA的生物合成89一、合成的反應(yīng)通式及反應(yīng)方向目錄DNA聚合酶反應(yīng)通式：

(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

反應(yīng)方向：5’3’一、合成的反應(yīng)通式及反應(yīng)方向目錄DNA反應(yīng)通式：90參與DNA復制的物質(zhì)底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):依賴DNA的DNA聚合酶，簡寫為DDDP或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復制的物質(zhì)底物(substrate):dAT91二、原核生物參與DNA聚合反應(yīng)的酶類及蛋白質(zhì)（DNA復制酶系統(tǒng)）一）DNA聚合酶二）拓撲異構(gòu)酶(topoisomerase)三）DNA解鏈酶(DNAhelicase)四）引物酶(peimase)和引發(fā)體(primosome)五）DNA連接酶（DNAligase）六）單鏈結(jié)合蛋白(single-strandbindingprotein,SSB)二、原核生物參與DNA聚合反應(yīng)的酶類及蛋白質(zhì)（DNA復制酶系92一）DNA聚合酶全稱：DNA依賴的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡稱：DNA-pol功能：DNA聚合酶活性，合成DNA鏈。

DNA外切酶活性，DNA錯配后的修復，或切去RNA引物。一）DNA聚合酶935′CGCTTCAGGATA3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性53外切酶活性?能切除突變的DNA片段和RNA引物。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性目錄5′CGCTTCAG94一DNA的生物合成課件95原核生物的DNA聚合酶大腸桿菌中相繼發(fā)現(xiàn)了三種主要的DNA聚合酶：DNA-polⅠ：5’-3’聚合酶活性，DNA合成。3’-5’外切酶活性，錯配修復。5’-3’外切酶活性，在細胞DNA復制、重組和修復中起到修繕工的作用。DNA-polⅡ：表現(xiàn)出高度專一于DNA損傷修復功能。DNA-polⅢ：是大腸桿菌DNA復制中主要的酶。原核生物的DNA聚合酶大腸桿菌中相繼發(fā)現(xiàn)了三種主要的DNA聚96編輯校對DNA的主要復制酶參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復修復合成、切除引物、填補空隙功能2040400分子數(shù)/細胞≥10≥4個1亞基數(shù)--+5外切酶活性+++5外切酶活性+++5聚合酶活性polIIIpolIIpolIE.Coli中的DNA聚合酶多聚化速度（核苷酸/秒）16-20反應(yīng)速度慢持續(xù)性低40250-1000編輯校對參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復修復合成、切除引物、填補97DNA-polⅢ：由十種亞基22個組分構(gòu)成，其中α、ε、θ3個亞基組成核心酶，α亞基具有5‘→3’聚合DNA的酶活性；而ε亞基具有3‘→5’外切酶的活性，與DNA復制的校正功能有關(guān)，θ亞基可能與核心酶的組裝有關(guān)。每個亞基至少有一個拷貝。2個β亞基構(gòu)成滑動鉗蛋白，幫助核心酶與模板結(jié)合。其它多個亞基組成滑動鉗裝載復合物。DNA聚合酶Ⅲ全酶DNA-polⅢ：由十種亞基22個組分構(gòu)成，其中α、98二）DNA拓撲異構(gòu)酶(DNAtopoisomerase)

又稱DNA松弛酶（DNA-relaxingenzyme)，簡稱Top，是一類催化同一DNA分子中不同超螺旋狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變的酶。10

8局部解鏈后二）DNA拓撲異構(gòu)酶(DNAtopoisomerase)99作用特點：既能水解、又能連接磷酸二酯鍵分類：拓撲異構(gòu)酶Ⅰ:切斷DNA中的一條鏈，使DNA旋轉(zhuǎn),減少負超螺旋，再將切斷的單鏈連接起來。拓撲異構(gòu)酶Ⅱ:可以切斷DNA的兩條鏈,引入負超螺旋。需消耗ATP.作用特點：既能水解、又能連接磷酸二酯鍵100三）解鏈酶（unwindingenzyme），又稱解螺旋酶。用于解開DNA雙鏈，使埋藏在DNA雙螺旋分子中的堿基對暴露出來作為模板以合成新鏈。每解開一對堿基間的氫鍵，需消耗兩分子ATP。大多數(shù)解螺旋酶與隨后鏈模板DNA結(jié)合后沿5‘-3’運動。三）解鏈酶（unwindingenzyme），又稱解螺101四）引發(fā)酶(primase)又稱引物合成酶：催化前導鏈和隨后鏈岡崎片段引物的合成。引發(fā)酶本質(zhì)上是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP），該酶以DNA為模板，聚合一段RNA短鏈引物(primer)，以提供自由的3‘-OH，使子代DNA鏈能夠開始聚合。與另外的6種蛋白質(zhì)組成引發(fā)體（primosome）才起作用。四）引發(fā)酶(primase)又稱引物合成酶：102五）DNA連接酶催化一個DNA鏈的3-OH末端和相鄰DNA鏈的5-磷酸末端之間的連接，形成共價磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整鏈的酶。DNA連接酶連接堿基互補雙鏈中的單鏈缺口，不能催化兩條游離DNA鏈相連；只能催化兩條多核苷酸鏈連接，不能催化單核苷酸的延長。在復制、修復、重組及剪接中起最后缺口縫合的作用。五）DNA連接酶催化一個DNA鏈的3-OH末端和相鄰DNA103DNA連接酶催化的條件是：①未封閉的缺口位于雙鏈DNA中，其中有一條鏈是完整的；②需一段DNA片段具有3’-OH，而另一段DNA片段具有5’-Pi基；③需要消耗能量。DNA連接酶催化的條件是：104六）單鏈結(jié)合蛋白（singlestrandbindingprotein,SSB）又稱螺旋反穩(wěn)蛋白（HDP）。是一些能夠與單鏈DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)因子。作用：①穩(wěn)定單鏈DNA，便于以其為模板復制子代DNA；②保護單鏈DNA，避免核酸酶的降解。

六）單鏈結(jié)合蛋白（singlestrandbinding105一）復制的起始1.復制起始于原點oriC：E.coli復制起始點oriC結(jié)構(gòu)由245個高度保守的堿基對組成，由3個13bp的重復順序和4個9bp的重復順序組成的保守序列，富含A、T。三、原核生物的DNA生物合成

三個階段：起始、延伸和終止。GATCTNTTNTTT成串排列的三個13bp序列共有序列/交感順序共有序列/交感順序TTATCCACA

DnaA蛋白結(jié)合位點四個9bp序列一）復制的起始三、原核生物的DNA生物合成三個階段：起始、1062.DNA復制的起始過程預引發(fā)：參與打開原點的預引發(fā)復合物（起始復合物）由至少9個不同的蛋白質(zhì)和酶組成。DnaA：大約20個，結(jié)合于原點的9bp重復序列，識別并變性原點13bp重復序列。DnaB(解螺旋酶):在DnaC參與下與局部解鏈的單鏈結(jié)合，沿解鏈方向繼續(xù)移動，解開足夠用于復制的長度，并逐步置換出DnaA，形成兩條單鏈DNA，創(chuàng)造兩個潛在的復制叉。DnaADnaB(解螺旋酶)SSB2.DNA復制的起始過程DnaADnaBSSB107單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復制叉。拓撲異構(gòu)酶使DNA的超螺旋解開。單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復制108引發(fā)：引物酶和解鏈模板上的DnaB、DnaC蛋白，DNA復制起始區(qū)域結(jié)合成復合物引發(fā)體，在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3'端自由羥基（3'-OH）。

3535引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子

引物3'HO5'引發(fā)酶引發(fā)：3535引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子109二）復制的延長復制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，其化學本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。延長是指前導鏈和滯后鏈的合成。

二）復制的延長復制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以1101.聚合子代DNA：由DNA聚合酶催化，以親代DNA鏈為模板，從5’→3’方向聚合子代DNA鏈。在原核生物中，參與DNA復制延長的是DNA聚合酶Ⅲ；而在真核生物中，是DNA聚合酶α(延長隨從鏈)和δ（延長領(lǐng)頭鏈）。1.聚合子代DNA：111順著解鏈方向生成的子鏈，復制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為先導鏈或領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)。順著解鏈方向生成的子鏈，復制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為先導鏈或112隨從鏈的合成隨從鏈的合成113另一股鏈因為復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)復制的鏈稱為隨后鏈或隨從鏈(laggingstrand)。復制中的不連續(xù)片段（約1000個核苷酸）稱為岡崎片段(okazakifragments，1968)。

岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個核苷酸，而在真核生物中約為100個核苷酸。另一股鏈因為復制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延1142.鏈的延長：DNA聚合酶Ⅲ加入到引發(fā)體上，形成復制體，同時進行先導鏈和隨后鏈的合成。隨后鏈的合成不斷需要引物，引物酶合成引物，DNA聚合酶Ⅲ合成新的岡崎片段。2.鏈的延長：115一DNA的生物合成課件1163.前導鏈和隨后鏈協(xié)同合成的工作模型聚合酶III全酶引物聚合酶III全酶引物引發(fā)體引發(fā)體解旋酶解旋酶3.前導鏈和隨后鏈協(xié)同合成的工作模型聚合酶III全酶引物聚117一DNA的生物合成課件1184.去除引物，填補缺口：在原核生物中，由DNA聚合酶Ⅰ來水解去除RNA引物，并由該酶催化延長引物缺口處的DNA，直到剩下最后一個磷酸酯鍵的缺口。而在真核生物中，RNA引物的去除，由一種特殊的核酸酶來水解，岡崎片段仍由DNA聚合酶來延長。4.去除引物，填補缺口：119一DNA的生物合成課件1205.連接岡崎片段：在DNA連接酶的催化下，形成最后一個磷酸酯鍵，將岡崎片段連接起來，形成完整的DNA長鏈。

3‘5‘3‘5‘OHP5.連接岡崎片段：3‘5‘3‘5‘OHP121原核生物基因是環(huán)狀DNA，大腸桿菌雙向復制的片段在復制的終止點(ter)處匯合。oriter

E.colioriterSV40三）復制的終止原核生物基因是環(huán)狀DNA，大腸桿菌雙向復制的片段在復制的終止122

在ter區(qū)內(nèi)存在７個ter序列（terA到terE），富含ＧＴ。其中terA、terＤ、terE位于復制叉匯合點的一側(cè)，terＣ、terＢ、terＦ、terＧ位于復制叉匯合點的另一側(cè)，它們分別是兩個復制叉終止的特異位點。每個復制叉必須越過另一個復制叉的終止位點才能到達自己的終止位點。Tus蛋白是解鏈酶的抑制劑，與ter位點結(jié)合終止復制。

DNA復制終止于ter區(qū)在ter區(qū)內(nèi)存在７個ter序列（terA到ter123陷井區(qū)是終點利用物質(zhì)（Tus）的結(jié)合部位。Tus可以和每一個ter結(jié)合。一旦形成Tus-ter復合物，就可以通過阻止解旋酶解旋DNA來封閉復制叉的通路。Tus-ter復合物只捕獲來自一個方向（順時針或反時針）的復制叉。陷井區(qū)是終點利用物質(zhì)（Tus）的結(jié)合部位。Tus124DNA分配和細胞分裂期DNA合成期G1G2SM四、真核生物的DNA生物合成

?細胞能否分裂，決定于進入S期及M期這兩個關(guān)鍵點。G1→S及G2→M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。?蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復制因子而實施調(diào)控作用。

合成機制與原核生物基本一致。間期間期復制所需蛋白質(zhì)的合成DNA分配和細胞分裂期DNA合成期G1G2SM四、真核生物的125?多起點的雙向復制：真核生物每個染色體有多個起始點，是多復制子復制。果蠅最大的染色體至少有３０００個復制起點。?催化ＤＮＡ合成的DNA-pol不同。1、真核生物復制特點?多起點的雙向復制：真核生物每個染色體有多個起始點，是多復126２．真核生物的DNA聚合酶DNA-pol具有引物酶活性和聚合酶活性，起始引發(fā)合成RNA引物及隨后鏈的復制。DNA-polＤＮＡ修復作用。DNA-pol線粒體DNA聚合酶。DNA-pol具有聚合酶活性和3’-5’外切酶活性。前導鏈和隨后鏈的復制。DNA-polε聚合酶活性和3’-5’外切酶活性。在真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶至少有５種：２．真核生物的DNA聚合酶DNA-pol具有引物酶127第四節(jié)DNA損傷與修復DNADamageandRepair由于一些物理、化學或生物學因素的作用，或者由于生物體DNA復制過程出現(xiàn)異常均可引起DNA分子的損傷或改變。DNA核苷酸順序的永久性改變稱為突變。第四節(jié)DNA損傷與修復由于一些物理、化學或生物學因素的作用128一、突變的意義1、突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)2、突變導致基因型改變3、突變導致死亡4、突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)生物進化中突變是與遺傳相對立統(tǒng)一而普遍存在的現(xiàn)象。一、突變的意義1、突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)生物進化中突變是129二、DNA損傷導致突變的幾種形式點突變：一個或少數(shù)幾個堿基的改變。插入突變：增加一個堿基對或多個堿基對的突變。缺失突變：缺失一個堿基對或多個堿基對的突變。倒位或轉(zhuǎn)位：DNA鏈重組使其中一段序列方向倒置、或從一處遷移到另一處。雙鏈斷裂:會導致細胞死亡。沉默突變：即同義突變，突變雖然替換了堿基，但氨基酸順序未變，保持野生型的功能。

回復突變：突變能克服第一次突變造成的影響。如點突變和插入突變往往是可逆的。二、DNA損傷導致突變的幾種形式點突變：一個或少數(shù)幾個堿基的130鐮刀形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

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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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C肽鏈CTCGAG基因鐮刀形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val·131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132三、引發(fā)突變的因素物理因素（紫外線(ultraviolet,UV)、電離輻射）和化學因素（化學誘變劑）等都能引起生物突變和致死。UV三、引發(fā)突變的因素物理因素（紫外線(ultraviol133一DNA的生物合成課件134化學因素化學因素135四、DNA損傷的修復修復(repairing)：是對已發(fā)生分子改變的補償措施，使DNA恢復為正常的結(jié)構(gòu)和功能。一個普通哺乳動物基因組在24小時之內(nèi)可以積累成千上萬個DNA損傷，DNA修復系統(tǒng)的存在，避免了這種損傷對生命可能造成的巨大威脅。DNA修復系統(tǒng)具有多樣性，修復之所以成為可能，是因為DNA由兩條互補的雙鏈組成，當一條鏈損傷時，可以以另一條鏈做模板。四、DNA損傷的修復修復(repairing)：是對已發(fā)生分136一）在E.coli中存在6種基本的修復系統(tǒng)1.光修復2.切除修復3.錯配修復4.重組修復5.差錯傾向修復（SOS修復）一）在E.coli中存在6種基本的修復系統(tǒng)1.光修復1371、光修復：紫外線可使DNA分子同一條鏈相鄰的胸腺嘧啶堿基之間形成二聚體，從而影響復制和轉(zhuǎn)錄。DNA光復