第13章DNA的生物合成-復(fù)制 Microsoft PowerPoint 演示文稿課件

第13章DNA的生物合成-復(fù)制第13章DNA的生物合成-復(fù)制1基因Gene

1909年、約翰遜（丹麥）

Johannsen提出1944年（1877-1955），美國(guó)O.T.Avery(艾弗里）證明了DNA是遺傳物質(zhì)。1953年WatsonandCrick，發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)?；蚴荄NA大分子中的各個(gè)功能片段，含有控制生物性狀、發(fā)育的全部遺傳信息?；騁ene1909年、約翰遜（丹麥）Johannsen2人類的基因約3.5萬(wàn)個(gè)?；蚍诸悾航Y(jié)構(gòu)基因：編碼蛋白質(zhì)1%調(diào)節(jié)基因：調(diào)節(jié)基因表達(dá)。插入序列、重復(fù)序列：人類的基因約3.5萬(wàn)個(gè)。3中心法則（1958年）中心法則（1958年）4美國(guó)癌癥學(xué)會(huì)傳染性腫瘤學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)教授HowardTemin和加州理工學(xué)院的教授DavidBaltimore于1970年在雞肉瘤中發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶，發(fā)展了中心法則。于1975年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。美國(guó)癌癥學(xué)會(huì)傳染性腫瘤學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)教授Howard5中心法則

CentralDogmaRNADNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄少數(shù)病毒復(fù)制翻譯

蛋白質(zhì)（病毒）中心法則CentralDogmaRNADNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄61.以DNA為模板指導(dǎo)合成DNA的過(guò)程復(fù)制2.以DNA為模板指導(dǎo)合成RNA的過(guò)程轉(zhuǎn)錄3.以mRNA為模板指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)的過(guò)程翻譯4.以RNA為模板指導(dǎo)合成DNA的過(guò)程反轉(zhuǎn)錄5.以RNA為模板指導(dǎo)合成RNA的過(guò)程復(fù)制要點(diǎn)：1.以DNA為模板指導(dǎo)合成DNA的過(guò)程7甲流病毒結(jié)構(gòu)圖片禽流感？豬流感？從1918到2009新流感的秘密甲流病毒結(jié)構(gòu)圖片禽流感？豬流感？從1918到2009新流感的8復(fù)制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過(guò)程。復(fù)制親代DNA子代DNA復(fù)制(replication)復(fù)制親代DNA子代DNA9本章主要內(nèi)容：復(fù)制的基本規(guī)律DNA復(fù)制酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化DNA的復(fù)制過(guò)程反轉(zhuǎn)錄和其他的復(fù)制方式DNA的損傷和修復(fù)本章主要內(nèi)容：復(fù)制的基本規(guī)律10第一節(jié)復(fù)制的基本規(guī)律第一節(jié)復(fù)制的基本規(guī)律11一、半保留復(fù)制(semiconservativereplication)二、雙向復(fù)制(bidirectionalreplication)三、半不連續(xù)復(fù)制

(semi-discontinuousreplication)四、復(fù)制的高保真性一、半保留復(fù)制四、復(fù)制的高保真性12復(fù)制的特征半保留復(fù)制復(fù)制的高保真性起始位點(diǎn)雙向復(fù)制半不連續(xù)性復(fù)制復(fù)制的特征半保留復(fù)制復(fù)制的高保真性起始位點(diǎn)雙向復(fù)制半不連續(xù)性13一、半保留復(fù)制

1.概念：DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解開(kāi)為兩股單鏈，各自作為模板，按堿基配對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整接受過(guò)來(lái)，另一股單鏈?zhǔn)切潞铣傻?，兩個(gè)子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致，這種復(fù)制方式為半保留復(fù)制。歸納：半新半舊一、半保留復(fù)制1.概念：DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解142.實(shí)驗(yàn)依據(jù)：

密度梯度實(shí)驗(yàn)

（MeselsonandStahl）

2.實(shí)驗(yàn)依據(jù)：151958–MatthewMeselson和FranklinStahl美國(guó)科學(xué)家馬修.梅塞爾(MatthewKeelson)福蘭克林.斯塔爾(FranklinStahl)1958–MatthewMeselson和Frank161957年，梅塞爾和斯塔爾在加州工學(xué)院工作期間，利用大腸桿菌研究遺傳物質(zhì)DNA。他們先將大腸桿菌放入含有N15的培養(yǎng)基中標(biāo)培養(yǎng)，然后將這些大腸桿菌轉(zhuǎn)移到N14的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，最后把大腸桿菌經(jīng)密度梯度離心。他們發(fā)現(xiàn)提取的DNA有三條帶。1957年，梅塞爾和斯塔爾在加州工學(xué)院工作期間，利17密度梯度實(shí)驗(yàn)

——實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想含重氮-DNA的細(xì)菌（15代)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代(20min，雜合體)繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液第二代梯度離心結(jié)果重DNA普通DNA密度梯度實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想含重氮-DN18電鏡觀察DNA復(fù)制電鏡觀察DNA復(fù)制19按半保留復(fù)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。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)，但不是絕對(duì)的。按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子20原核生物復(fù)制時(shí)，DNA從起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。復(fù)制中的放射自顯影圖象二、雙向復(fù)制(bidirectionalreplication)原核生物復(fù)制時(shí)，DNA從起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈21A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)B.復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(diǎn)oriterABC原核生物DNA雙向復(fù)制A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)oriterA22歸納：1個(gè)復(fù)制點(diǎn)2個(gè)復(fù)制叉4條鏈同時(shí)合成★原核生物約3×106個(gè)bp，每秒合成2500個(gè)bp，才能20分鐘繁殖一代?！锶耸?×109個(gè)bp，每秒合成100個(gè)bp，實(shí)際時(shí)間約8個(gè)小時(shí)。歸納：1個(gè)復(fù)制點(diǎn)★原核生物約3×106個(gè)bp，每秒合成25023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)之間的距離定為一個(gè)復(fù)制子(replicon)

。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。人類約1000個(gè)bp即有1個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。真核生物多復(fù)制子的復(fù)制真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子的復(fù)制。真核生物多245’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制子3’真核生物DNA多復(fù)制子復(fù)制5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’25多個(gè)起始點(diǎn)多個(gè)起始點(diǎn)26三、復(fù)制的半不連續(xù)性3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)三、復(fù)制的半不連續(xù)性3535解鏈方向3′5′3′3′27順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈。另一股鏈因?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)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazakifragment)。

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。

順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈。283535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)岡崎片段(okazakifragment)3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈隨從鏈岡崎291.遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；2.聚合酶對(duì)堿基的選擇功能；3.復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-pol的及時(shí)校讀功能。四、DNA復(fù)制的保真性至少要依賴三種機(jī)制

1.遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；四、DNA復(fù)制的保真性至少要依30DNA復(fù)制的保真性至少依賴于三種機(jī)制復(fù)制出錯(cuò)時(shí)及時(shí)校讀聚合酶對(duì)堿基的選擇性嚴(yán)格的堿基配對(duì)DNA復(fù)制的保真性至少依賴于三種機(jī)制復(fù)制出錯(cuò)時(shí)及時(shí)校讀聚合酶31第二節(jié)參與DNA復(fù)制的主要酶類和蛋白因子第二節(jié)參與DNA復(fù)制的321.模板：解開(kāi)成單鏈的DNA母鏈3’-5’3.DNA聚合酶，DNA-pol2.底物dNTP：dATP，dGTP，dCTP，dTTP4.引物（primer）：RNA引物NTP5.其他酶和蛋白質(zhì)因子一、參與DNA復(fù)制的物質(zhì)1.模板：解開(kāi)成單鏈的DNA母鏈3’-5’3.DNA聚合33二、復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)

(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

5′3′CGA二、復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)(dNMP)n+dNTP→(dN34生成磷酸二酯鍵N1OH3`5`+dN2TPN1N2-OH3`5`+PPiDNApol3’——TAGAAGACCTATTGGCC——5’5’——ATCTTCTGGATAACCGG——3’生成磷酸二酯鍵N1OH3`5`+dN2TPN1N2-OH3`35聚合反應(yīng)的特點(diǎn)DNA新鏈生成需引物和模板；新鏈的延長(zhǎng)只可沿5→3方向進(jìn)行。聚合反應(yīng)的特點(diǎn)DNA新鏈生成需引物和模板；36DNA連接酶酶DNA聚合酶解螺旋酶單鏈DNA結(jié)合蛋白引物酶DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶DNA復(fù)制的酶三、參與DNA復(fù)制的酶類DNA連接酶酶DNA聚合酶解螺旋酶單鏈DNA結(jié)合蛋白引物酶D37第13章DNA的生物合成——復(fù)制MicrosoftPowerPoint演示文稿課件38E.Coli基因圖E.Coli基因圖391、解螺旋酶(helicase)

——利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開(kāi)成為兩條單鏈。解螺旋酶ATPdnaA、B、C…DnaA、B、C…1、解螺旋酶(helicase)解螺旋酶ATPdnaA、B、402、單鏈DNA結(jié)合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈完整作用：防止單鏈DNA重新形成雙鏈，防止單鏈DNA被核酸酶水解2、單鏈DNA結(jié)合蛋白(singlestrandedDN41（1）

拓?fù)湟辉~的含義是指物體或圖象做彈性移位而又保持物體不變的性質(zhì)。

DNA分子中存在打結(jié)，纏繞、連環(huán)的現(xiàn)象。

3.拓?fù)洚悩?gòu)酶（DNAtopoisomerase）（1）拓?fù)湟辉~的含義是指物體或圖象做彈性移位而又保持物體不42DNA正超螺旋與負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋正超螺旋DNA雙螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶超螺旋螺旋DNA正超螺旋與負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋正超螺旋DNA雙螺旋拓?fù)洚悩?gòu)43解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成44（2）拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)既能水解、又能連接磷酸二酯鍵拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ（3）分類（2）拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ（3）分類45DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶動(dòng)畫.movDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶動(dòng)畫.mov46拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；切口的3’端可通過(guò)自由轉(zhuǎn)動(dòng)一周再與5’端磷酸連接，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。（4）作用機(jī)制拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)47Topo酶：切割DNA鏈，使其松弛后再連接HelicaseTopo?（DNAGyrase）解螺旋酶Topo酶：切割DNA鏈，使其松弛后再連接HelicaseT48HelicaseSupercoiledDNATOPO?HelicaseSupercoiledDNATOPO?49TOPO?TOPO?50TOPO?TOPO?51TOPO?TOPO?52TOPO?TOPO?53TOPO?TOPO?54TOPO?TOPO?55TOPO?TOPO?56TOPO?TOPO?57TOPO?TOPO?58拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松59Topo酶：切割DNA鏈，使其松弛后再連接HelicaseTopoⅡ（DNAGyrase）Topo酶：切割DNA鏈，使其松弛后再連接HelicaseT60HelicaseSupercoiledDNATOPOⅡHelicaseSupercoiledDNATOPOⅡ61TOPOⅡTOPOⅡ62TOPOⅡTOPOⅡ63TOPOⅡTOPOⅡ64TOPOⅡTOPOⅡ65TOPOⅡTOPOⅡ66TOPOⅡTOPOⅡ67TOPOⅡTOPOⅡ68TOPOⅡATPATPTOPOⅡATP69TOPOⅡTOPOⅡ70解鏈酶DNA拓樸異構(gòu)酶單鏈DNA結(jié)合蛋白SSB解開(kāi)、理順

DNA鏈、維持DNA單鏈狀解鏈酶DNA拓樸異構(gòu)酶單鏈DNA結(jié)合蛋白解開(kāi)、理順D71第13章DNA的生物合成——復(fù)制MicrosoftPowerPoint演示文稿課件72特殊的RNA聚合酶復(fù)制起始時(shí)催化生成RNA引物的酶引物長(zhǎng)短：原核生物50-100bp真核生物10-20bp

4、引物酶(primase)：4、引物酶(primase)：73引物酶

5′5′催化RNA引物合成的酶叫引物酶，它是一種特殊的RNA聚合酶DNA合成需在RNA引物的基礎(chǔ)上進(jìn)行RNA引物5′3′5′3′引物酶5′5′催化RNA引物合成的酶叫引物酶，它是一種特殊745、DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡(jiǎn)稱：DNA-pol活性：1.53的聚合活性：以DNA為模板合成DNA2.核酸外切酶活性：53

35

5、DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-d75DNA聚合酶的特點(diǎn)：1.底物是dNTP。有高度親和力。2.催化3’-5‘磷酸二酯鍵。3.不可以使兩個(gè)游離的單核苷酸形成3’-5‘磷酸二酯鍵。4.催化子鏈與母鏈之間以堿基互補(bǔ)的形式形成氫鍵。5.外切酶的活性。DNA聚合酶的特點(diǎn)：1.底物是dNTP。有高度親和力。765′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性53外切酶活性切除引物和突變的DNA片段。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。核酸外切酶活性？5′AGCTTCAG77（1）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ（1）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠ78原核生物的DNA聚合酶原核生物的DNA聚合酶79功能：

53聚合酶活性、

53和35外切酶活性

復(fù)制中的錯(cuò)誤校讀，復(fù)制和修復(fù)中的空隙填補(bǔ)。DNA-polⅠ（109kD）功能：DNA-polⅠ80美國(guó)科學(xué)家,科恩伯格

Kornberg1955年從E.Cole中發(fā)現(xiàn)了DNA聚合酶，為DNA的復(fù)制打下了基礎(chǔ)。為此，Kornberg1959年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。ArthurKornberg(亞瑟.科恩伯格)美國(guó)科學(xué)家,科恩伯格Kornberg1955年從E.Co81美國(guó)生物化學(xué)家美國(guó)斯坦福大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)教授

2006年，因?qū)Α罢婧宿D(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)所作的研究”，獨(dú)享諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

羅杰·科恩伯格（RogerD.Kornberg，1947-）亞瑟.科恩伯格的長(zhǎng)子。美國(guó)生物化學(xué)家羅杰·科恩伯格（RogerD.Kornbe82323個(gè)氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604個(gè)氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶(將DNA-pol-Ⅰ分成兩段)DNA-polⅠKlenow片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。

有關(guān)研究323個(gè)氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Kl83DNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。DNA-polII對(duì)模板的特異性不高，即使在已發(fā)生損傷的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合，因此認(rèn)為它可能參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。

DNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)84功能：原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶

DNA-polⅢ(250kD)多亞基、不對(duì)稱、二聚體功能：DNA-polⅢ多亞基、不對(duì)稱、二聚體85αεθ為核心酶：

α：5′→3′聚合活性

ε：3′→5′外切酶活性（辨別堿基）

θ：維系αε二聚體作用β：夾穩(wěn)模板鏈并使酶沿模板滑動(dòng)γ復(fù)合物：促進(jìn)全酶組裝到模板上，增強(qiáng)核心酶的活性αεθ為核心酶：β：夾穩(wěn)模板鏈并使酶沿模板滑動(dòng)86（2）常見(jiàn)真核生物的DNA聚合酶（五種）DNA-pol

起始引發(fā)，有引物酶活性。延長(zhǎng)子鏈的主要酶，解螺旋酶活性參與低保真性度復(fù)制在復(fù)制過(guò)程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)空隙的作用（DNA-polⅠ)。在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

（2）常見(jiàn)真核生物的DNA聚合酶（五種）DNA-pol起87真核生物的DNA聚合酶真核生物的DNA聚合酶88DNA連接酶ATPADP3’5’5’3’目錄HO5’3’5’3’6、DNA連接酶DNA連接酶ATPADP3’5’5’3’目錄HO5’3’589①斷端的3-OH末端，5-P末端②連接的是雙鏈中的單鏈缺口③需要ATP（1）DNA連接酶作用條件：①斷端的3-OH末端，5-P末端（1）DNA連接酶90⑴復(fù)制中起最后接合缺口作用。⑵DNA修復(fù)、重組及剪接中起縫合缺口作用。⑶基因工程的重要工具酶之一。（2）DNA連接酶功能⑴復(fù)制中起最后接合缺口作用。（2）DNA連接酶功能91第三節(jié)DNA的復(fù)制過(guò)程第三節(jié)DNA的復(fù)制過(guò)程92一、原核生物的DNA生物合成一、原核生物的DNA生物合成931.復(fù)制的起始：需要解決兩個(gè)問(wèn)題：1.DNA解開(kāi)成單鏈，提供模板。2.形成引發(fā)體，合成引物，提供3-OH末端。θ復(fù)制倒Y1.復(fù)制的起始：需要解決兩個(gè)問(wèn)題：1.DNA解開(kāi)成單鏈，提94E.coli復(fù)制起始點(diǎn)oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245串聯(lián)重復(fù)序列反向重復(fù)序列5353（1）.DNA解鏈:有固定的復(fù)制起點(diǎn)OriCE.coli復(fù)制起始點(diǎn)oriCGATTNTTTATTT95反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列96①?gòu)?fù)制起始點(diǎn)的識(shí)別②解螺旋酶解開(kāi)雙鏈④SSB參與維持DNA的單鏈結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定③

DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(可能主要是II型酶的作用)，在將要打結(jié)或已打結(jié)處作切口。①?gòu)?fù)制起始點(diǎn)的識(shí)別②解螺旋酶解開(kāi)雙鏈④SSB參與維持DNA的973535引物3'HO5'引物酶DnaB、DnaCDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶SSB含有解螺旋酶(DnaB)、DnaC、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。

（2）引發(fā)體和引物3535引物3'HO5'引物酶Dna98DnaA引發(fā)體（primosome）：包括解螺旋酶、DnaC、引物酶及DNA復(fù)制的起始區(qū)域5′3′3′5′引物酶DnaC引發(fā)體解螺旋酶DnaA引發(fā)體（primosome）：包括解螺旋酶、Dna993535引物3'HO5'引物酶引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。主要作用是提供3′-OH

引物3535引物3'HO5'引物酶引物是由引物酶催化合100復(fù)制叉----DNA雙鏈解開(kāi)分成兩股，各自作為模板進(jìn)行復(fù)制，形成在顯微鏡下可看到的叉狀結(jié)構(gòu)。復(fù)制叉的形成DnaB、DnaCDnaA3535復(fù)制叉----DNA雙鏈解開(kāi)分成兩股，各自作為模板進(jìn)行復(fù)制，101（3）起始的過(guò)程辨認(rèn)并結(jié)合起始位點(diǎn)打開(kāi)雙螺旋防止復(fù)螺旋單鏈結(jié)合蛋白解鏈酶引物引物酶DnaA合成（3）起始的過(guò)程辨認(rèn)并結(jié)合起始位點(diǎn)打開(kāi)雙螺旋防止復(fù)螺旋單鏈1022.復(fù)制的延長(zhǎng)復(fù)制的延長(zhǎng)指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP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)是磷酸二酯鍵的不斷生成。

2.復(fù)制的延長(zhǎng)復(fù)制的延長(zhǎng)指在DNA-pol催化下，dNTP以1035'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTP104（1）領(lǐng)頭鏈的合成領(lǐng)頭鏈：順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈。（1）領(lǐng)頭鏈的合成領(lǐng)頭鏈：順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是105（2.）隨從鏈的合成（2.）隨從鏈的合成106隨從鏈：復(fù)制方向與解鏈方向相反，為不連續(xù)復(fù)制，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈。

復(fù)制中位于隨從鏈上的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazakifragment)。岡崎片段的大?。赫婧松铮?00~135bp原核生物：1000~2000bp隨從鏈：復(fù)制方向與解鏈方向相反，為不連續(xù)復(fù)制，這股不連續(xù)復(fù)制107目錄同一復(fù)制叉上領(lǐng)頭連和隨從鏈有相同的DNA-pol催化延長(zhǎng)目錄同一復(fù)制叉上領(lǐng)頭連和隨從鏈有相同的108階段一階段二階段三階段四階段一階段二階段三階段四109復(fù)制過(guò)程簡(jiǎn)圖目錄復(fù)制過(guò)程簡(jiǎn)圖目錄110前導(dǎo)鏈后隨鏈3’5’3’5’延長(zhǎng)5’5’5’3’3’5’3’3’5’SSBDNAPolymerase岡崎片斷RNA引物引物酶5’3’5’TOPOⅡ解旋酶前導(dǎo)鏈后隨鏈3’5’3’5’延長(zhǎng)5’5’5’3’3’5111原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)(ter)處匯合。oriter

E.coli8232oriterSV40病毒的基因組是一種環(huán)形雙鏈的DNA5003.復(fù)制的終止原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)(112①原核生物DNA為環(huán)狀，雙向復(fù)制的匯合點(diǎn)就是復(fù)制終止點(diǎn)②領(lǐng)頭鏈上的RNA引物被RNA酶水解后，由DNApolI催化，由新合成鏈提供-OH補(bǔ)齊終點(diǎn)起點(diǎn)RNA酶DNApolI連接酶①原核生物DNA為環(huán)狀，雙向復(fù)制的匯合點(diǎn)就是復(fù)制終止點(diǎn)②領(lǐng)113555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATPADP+Pi55DNA連接酶隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55114DNA復(fù)制.movDNA復(fù)制.mov115哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期DNA合成期G1G2SM?細(xì)胞能否分裂，決定于進(jìn)入S期及M期這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。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(guò)磷酸化激活或抑制各種復(fù)制因子而實(shí)施調(diào)控作用。二、真核生物的DNA生物合成

哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期DNA合成期G1G2SM?細(xì)胞能否分裂，116?多復(fù)制子復(fù)制子(replicon)：相鄰兩個(gè)復(fù)制起點(diǎn)之間的距離。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。復(fù)制有時(shí)序性，即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步起動(dòng)。1.復(fù)制的起始?多復(fù)制子1.復(fù)制的起始117第13章DNA的生物合成——復(fù)制MicrosoftPowerPoint演示文稿課件118參與者：

DNA-polα(引物酶活性)

polδ(聚合酶、解螺旋酶活性)

拓?fù)涿?/p>

復(fù)制因子(replicationfactor,RF)

增殖細(xì)胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen,PCNA)(是一種蛋白質(zhì)，相當(dāng)于原核生物DNA-polⅢβ亞基，即形成閉合環(huán)形沿DNA滑動(dòng)的夾子，使polδ獲得持續(xù)復(fù)制能力。PCNA的水平也是檢驗(yàn)細(xì)胞增殖的重要指標(biāo))參與者：119目錄目錄1203553領(lǐng)頭鏈3535親代DNA隨從鏈引物核小體2.復(fù)制的延長(zhǎng)DNA-polδDNA-polα3553領(lǐng)頭鏈3535親代DNA隨從鏈引物核121染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。染色體兩端DNA子鏈上最后復(fù)制的RNA引物，去除后留下空隙。復(fù)制時(shí)間：真核生物：8~12h原核生物：20min3.復(fù)制的終止染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。3.復(fù)制的終止12253355335+5333355目錄若干個(gè)復(fù)制子53355335+53333551234.端粒(telomere)

指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。?功能?維持染色體的穩(wěn)定性?維持DNA復(fù)制的完整性結(jié)構(gòu)特點(diǎn):?由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。?末端DNA序列是多次重復(fù)的富含T、G堿基的短序列(精子9000bp，體細(xì)胞4000bp)。TTTTGGGGTTTTGGGG…4.端粒(telomere)指真核生物染色體線性DNA分124端粒就像DNA的帽子，保護(hù)DNA重要信息不丟失生命的時(shí)鐘?端粒就像DNA的帽子，保護(hù)DNA重要信息不丟失125端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒RNA由成百個(gè)6個(gè)核苷酸的重復(fù)序列所組成（人TTAGGG，四膜蟲(chóng)為TTGGGG）。端粒酶協(xié)同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

組成端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humant126端粒酶的催化延長(zhǎng)作用爬行模型目錄端粒酶的催化延長(zhǎng)作用爬行模型目錄127結(jié)合長(zhǎng)鏈末端——3′-OH逆轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)反摺連接結(jié)合長(zhǎng)鏈末端——3′-OH逆轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)反摺連接128DNA聚合酶復(fù)制子鏈進(jìn)一步加工目錄DNA聚合酶復(fù)制子鏈進(jìn)一步加工目錄129（1）端粒酶正常體細(xì)胞活性較低，癌細(xì)胞的活性強(qiáng)。通過(guò)抑制癌細(xì)胞的端粒酶活性來(lái)治療癌癥。（2）體外實(shí)驗(yàn)端粒因細(xì)胞分裂次數(shù)增加而變短到一定程度時(shí)，細(xì)胞就會(huì)死亡。（3）端粒破損會(huì)導(dǎo)致DNA變得脆弱、容易發(fā)生變異，可能導(dǎo)致一些與衰老有關(guān)的疾病，如動(dòng)脈硬化和某些癌癥。

說(shuō)明：（1）端粒酶正常體細(xì)胞活性較低，癌細(xì)胞的活性強(qiáng)。通過(guò)抑制癌細(xì)130逆轉(zhuǎn)錄合成DNA第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄合成DNA第四節(jié)131一、概念

逆轉(zhuǎn)錄指遺傳信息從RNA流向DNA，是RNA指導(dǎo)下的DNA合成過(guò)程，即以RNA為模板，四種dNTP為原料，合成與RNA互補(bǔ)的DNA單鏈。RNADNA

逆轉(zhuǎn)錄酶一、概念逆轉(zhuǎn)錄指遺傳信息從RNA流向132逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)美國(guó)加州理工學(xué)院的教授戴維和美國(guó)癌癥學(xué)會(huì)傳染性腫瘤學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)教授侯活于1970年在雞肉瘤中發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶，發(fā)展了中心法則。于1975年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。戴維.巴爾的摩(DavidBaltimore)侯活.特明(Howardtemin)逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)戴維.巴爾的摩(DavidBaltimore133二、逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)

催化逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程的酶稱逆轉(zhuǎn)錄酶，RNA病毒中含有此酶。具有三種酶活性：RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶RNA水解酶的活性DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶反轉(zhuǎn)錄酶沒(méi)有3ˊ→5ˊ核酸外切酶活性，因此它無(wú)校對(duì)功能.

二、逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)134逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA雜化雙鏈RNA酶單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RN135逆轉(zhuǎn)錄酶

AAAA

TTTTAAAA核酸內(nèi)切酶

DNA聚合酶Ⅰ堿水解

TTTT分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此法稱為cDNA法。

以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與mRNA堿基序列互補(bǔ)的DNA鏈。試管內(nèi)合成cDNAcDNAcomplementaryDNA逆轉(zhuǎn)錄酶AAAATTTTAAAA核酸內(nèi)切酶D136反轉(zhuǎn)錄過(guò)程動(dòng)畫.mov反轉(zhuǎn)錄過(guò)程動(dòng)畫.mov137四、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義

1.逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)。

2.在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。3.逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了病毒致癌理論。4.在基因工程中獲得目的基因的重要方法。

四、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義1.逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)138某些病毒的生存方式。如HIV病毒

人類免役缺陷病毒胞膜蛋白衣殼蛋白R(shí)NA(病毒基因）雙分子層逆轉(zhuǎn)錄酶某些病毒的生存方式。人類免役缺陷病毒胞膜蛋白衣殼蛋白R(shí)N1391.病毒進(jìn)入細(xì)胞2.病毒逆轉(zhuǎn)錄3.異源重組4.病毒轉(zhuǎn)錄5.翻譯病毒蛋白后進(jìn)行剪接6.組裝后感染其他細(xì)胞1.病毒進(jìn)入細(xì)胞2.病毒逆轉(zhuǎn)錄3.異源重組4.病毒轉(zhuǎn)錄5.翻140第13章DNA的生物合成——復(fù)制MicrosoftPowerPoint演示文稿課件141治療原理（雞尾酒療法）阻止逆轉(zhuǎn)錄DNA阻止病毒蛋白原切割潔身自好預(yù)防為主

治療原理（雞尾酒療法）阻止逆轉(zhuǎn)錄DNA潔身自好預(yù)防為主142紅細(xì)胞血凝素攻擊人體會(huì)牢牢抓住紅細(xì)胞甲流特效藥物達(dá)菲（奧司他韋）口服后經(jīng)肝臟和腸道酯酶迅速催化轉(zhuǎn)化奧司他韋羧酸，奧司他韋羧酸的構(gòu)型與神經(jīng)氨酸相似，能夠競(jìng)爭(zhēng)性地與流感病毒神經(jīng)氨酸酶的位點(diǎn)結(jié)合。抑制成熟流感病毒脫離宿主細(xì)胞感染新的細(xì)胞

遺傳包內(nèi)有人類流感病毒基因遺傳包內(nèi)有豬流感病毒基因遺傳包內(nèi)有禽類流感病毒基因RNA內(nèi)含有流感病毒所有基因神經(jīng)氨酸酶能溶解紅細(xì)胞膜，將遺傳包注入細(xì)胞核完成自我復(fù)制紅細(xì)胞血凝素攻擊人體會(huì)牢牢抓住紅細(xì)胞甲流特效藥物達(dá)菲143第五節(jié)其他類型的復(fù)制方式第五節(jié)其他類型的復(fù)制方式144

滾環(huán)復(fù)制和D環(huán)復(fù)制

原核生物：θ復(fù)制滾環(huán)復(fù)制（DNA病毒）真核生物：多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)D環(huán)復(fù)制（線粒體）滾環(huán)復(fù)制和D環(huán)復(fù)制1453-OH5-P55533335'滾環(huán)復(fù)制5'53353-OH5-P55533335'滾環(huán)復(fù)制5146dNTPDNA-polγ

D環(huán)復(fù)制(D-loopreplication)

線粒體DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的復(fù)制形式。

dNTPDNA-polγD環(huán)復(fù)制(D-looprep147D-環(huán)復(fù)制需合成引物。mtDNA為雙鏈，第一個(gè)引物以內(nèi)環(huán)延伸，至第二個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)時(shí)，又合成第二個(gè)反向引物，以外環(huán)為模板反向延伸。最后完成兩個(gè)雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制。D-環(huán)復(fù)制的特點(diǎn)是復(fù)制起始點(diǎn)不在DNA雙鏈的同一個(gè)位點(diǎn)，內(nèi)、外環(huán)復(fù)制有時(shí)序差別。特別指出：D-環(huán)復(fù)制需合成引物。mtDNA為雙鏈，第一個(gè)引物以內(nèi)環(huán)延伸148DNA損傷（突變）與修復(fù)DNADamage(Mutation)andRepair第六節(jié)DNA損傷（突變）與修復(fù)第六節(jié)149遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。在復(fù)制過(guò)程中發(fā)生的DNA突變稱為DNA損傷(DNAdamage)。從分子水平來(lái)看，突變就是DNA分子上堿基的改變。

遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。在復(fù)制150一、突變?cè)谧匀唤缙毡榇嬖冢ㄒ唬┩蛔兪沁M(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)從長(zhǎng)遠(yuǎn)的生物史看，進(jìn)化過(guò)程是突變的不斷發(fā)生造成的。大量突變都是屬于這一類型，只是目前還未能認(rèn)識(shí)其發(fā)生的真正原因，因而名為自發(fā)突變或自然突變。一、突變?cè)谧匀唤缙毡榇嬖冢ㄒ唬┩蛔兪沁M(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)151（二）只有基因型改變的突變形成DNA的多態(tài)性這種突變沒(méi)有可察覺(jué)的表型改變，例如：在簡(jiǎn)并密碼子上第三位堿基的改變，蛋白質(zhì)非功能區(qū)段上編碼序列的改變等，這種現(xiàn)象也相當(dāng)普遍。多態(tài)性一詞用來(lái)描述個(gè)體之間的基因型差別現(xiàn)象。（二）只有基因型改變的突變形成DNA的多態(tài)性這種突變沒(méi)152（三）致死性突變可導(dǎo)致個(gè)體、細(xì)胞死亡。（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)（三）致死性突變可導(dǎo)致個(gè)體、細(xì)胞死亡。153二、多種化學(xué)因素和物理因素可誘發(fā)突變大量突變屬于自發(fā)突變，發(fā)生頻率只在10-9左右，但由于生物基因組龐大，細(xì)胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。生活環(huán)境的物理和化學(xué)因素的改變所引起的突變應(yīng)更加重視。二、多種化學(xué)因素和物理因素可誘發(fā)突變大量突變屬于自發(fā)突變，發(fā)1541.物理因素

紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV胸腺嘧啶二聚體1.物理因素紫外線(ultraviolet,UV)、1552.化學(xué)因素（5-溴尿嘧啶）2.化學(xué)因素（5-溴尿嘧啶）156缺失重排插入錯(cuò)配（點(diǎn)突變）DNA突變的類型三、突變的分子改變類型指DNA分子上一個(gè)堿基的變異指DNA分子上一個(gè)堿基或一段核苷酸的丟失指DNA分子上一個(gè)堿基或一段核苷酸的增加指DNA分子內(nèi)發(fā)生核苷酸片段的交換或順序顛倒框移突變?nèi)笔е嘏挪迦?57DNA分子上的堿基錯(cuò)配稱點(diǎn)突變(pointmutation)。1.自發(fā)突變和化學(xué)誘變都能因引起DNA上某一堿基的置換。2.點(diǎn)突變發(fā)生在基因的編碼區(qū)，可導(dǎo)致氨基酸改變。。（一）錯(cuò)配DNA分子上的堿基錯(cuò)配稱點(diǎn)突變(pointmutation158鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

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C肽鏈CACGTG基因例如：正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

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C肽鏈CTCGAG基因谷氨酸纈氨酸鐮形紅細(xì)胞貧血病基因和血紅蛋白的改變鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val·h159（二）缺失、插入和框移缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。插入：原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間?？蛞仆蛔兪侵溉?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。

缺失或插入都可導(dǎo)致框移突變

。（二）缺失、插入和框移缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA大160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?nèi)笔归喿x框前移插入使閱讀框后移缺失或插入點(diǎn)以后的密碼全部改變谷酪蛋161（三）重排DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排。

重排可引起遺傳和腫瘤等疾病。

（三）重排DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排。重排162由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型目錄由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型目錄163四、DNA損傷的修復(fù)修復(fù)(repairing)

是對(duì)已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。光修復(fù)(lightrepairing)切除修復(fù)(excisionrepairing)重組修復(fù)(recombinationrepairing)SOS修復(fù)

修復(fù)的主要類型四、DNA損傷的修復(fù)修復(fù)(repairing)光修復(fù)(li164光修復(fù)酶(photolyase)

UV光修復(fù)過(guò)程是通過(guò)光修復(fù)酶催化而完成的，需300－600nm波長(zhǎng)照射激活（一）光修復(fù)光修復(fù)酶(photolyase)UV光修復(fù)過(guò)程是165DNA紫外線損傷的光裂合酶修復(fù)1、形成嘧啶二聚體2、光復(fù)合酶結(jié)合于損傷部位3、酶被可見(jiàn)光激活4、修復(fù)后酶被釋放DNA紫外線損傷的光裂合酶修復(fù)1、形成嘧啶二聚體2、光復(fù)合酶166UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHP（二）切除修復(fù)★是細(xì)胞內(nèi)最重要和有效的修復(fù)機(jī)制?！锲溥^(guò)程是去除損傷的DNA，填補(bǔ)空隙和鏈接。★主要由DNA-polⅠ和連接酶完成。DNA連接酶ATPE.coli的切除修復(fù)機(jī)制目錄UvrA、B、C修復(fù)蛋白UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHP（二）切167切除修復(fù).avi切除修復(fù).avi168（三）重組修復(fù)這是DNA的復(fù)制過(guò)程中所采用的一種有差錯(cuò)的修復(fù)方式。1.重組修復(fù)只修復(fù)子鏈，母鏈不能修復(fù)。2.隨細(xì)胞增殖損傷部位逐漸被稀釋。（三）重組修復(fù)這是DNA的復(fù)制過(guò)程中所采用的一種有169重組修復(fù)動(dòng)畫重組修復(fù)動(dòng)畫170（四）SOS修復(fù)當(dāng)DNA損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時(shí)，由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。在E.coli，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個(gè)稱為調(diào)節(jié)子(regulon)的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。這種修復(fù)特異性低，對(duì)堿基的識(shí)別、選擇能力差。通過(guò)SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而DNA保留的錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長(zhǎng)期的突變。（SOS國(guó)際海難信號(hào)）（四）SOS修復(fù)當(dāng)DNA損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時(shí)，由此而171附錄附錄172催化DNA聚合參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)修復(fù)合成、切除引物、填補(bǔ)空隙功能2040400分子數(shù)/細(xì)胞1011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聚合酶催化DNA聚合參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)修復(fù)合成、切除引物173本章結(jié)束本章結(jié)束174第13章DNA的生物合成-復(fù)制第13章DNA的生物合成-復(fù)制175基因Gene

1909年、約翰遜（丹麥）

Johannsen提出1944年（1877-1955），美國(guó)O.T.Avery(艾弗里）證明了DNA是遺傳物質(zhì)。1953年WatsonandCrick，發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)?；蚴荄NA大分子中的各個(gè)功能片段，含有控制生物性狀、發(fā)育的全部遺傳信息?；騁ene1909年、約翰遜（丹麥）Johannsen176人類的基因約3.5萬(wàn)個(gè)?；蚍诸悾航Y(jié)構(gòu)基因：編碼蛋白質(zhì)1%調(diào)節(jié)基因：調(diào)節(jié)基因表達(dá)。插入序列、重復(fù)序列：人類的基因約3.5萬(wàn)個(gè)。177中心法則（1958年）中心法則（1958年）178美國(guó)癌癥學(xué)會(huì)傳染性腫瘤學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)教授HowardTemin和加州理工學(xué)院的教授DavidBaltimore于1970年在雞肉瘤中發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶，發(fā)展了中心法則。于1975年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。美國(guó)癌癥學(xué)會(huì)傳染性腫瘤學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)教授Howard179中心法則

CentralDogmaRNADNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄少數(shù)病毒復(fù)制翻譯

蛋白質(zhì)（病毒）中心法則CentralDogmaRNADNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄1801.以DNA為模板指導(dǎo)合成DNA的過(guò)程復(fù)制2.以DNA為模板指導(dǎo)合成RNA的過(guò)程轉(zhuǎn)錄3.以mRNA為模板指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)的過(guò)程翻譯4.以RNA為模板指導(dǎo)合成DNA的過(guò)程反轉(zhuǎn)錄5.以RNA為模板指導(dǎo)合成RNA的過(guò)程復(fù)制要點(diǎn)：1.以DNA為模板指導(dǎo)合成DNA的過(guò)程181甲流病毒結(jié)構(gòu)圖片禽流感？豬流感？從1918到2009新流感的秘密甲流病毒結(jié)構(gòu)圖片禽流感？豬流感？從1918到2009新流感的182復(fù)制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過(guò)程。復(fù)制親代DNA子代DNA復(fù)制(replication)復(fù)制親代DNA子代DNA183本章主要內(nèi)容：復(fù)制的基本規(guī)律DNA復(fù)制酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化DNA的復(fù)制過(guò)程反轉(zhuǎn)錄和其他的復(fù)制方式DNA的損傷和修復(fù)本章主要內(nèi)容：復(fù)制的基本規(guī)律184第一節(jié)復(fù)制的基本規(guī)律第一節(jié)復(fù)制的基本規(guī)律185一、半保留復(fù)制(semiconservativereplication)二、雙向復(fù)制(bidirectionalreplication)三、半不連續(xù)復(fù)制

(semi-discontinuousreplication)四、復(fù)制的高保真性一、半保留復(fù)制四、復(fù)制的高保真性186復(fù)制的特征半保留復(fù)制復(fù)制的高保真性起始位點(diǎn)雙向復(fù)制半不連續(xù)性復(fù)制復(fù)制的特征半保留復(fù)制復(fù)制的高保真性起始位點(diǎn)雙向復(fù)制半不連續(xù)性187一、半保留復(fù)制

1.概念：DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解開(kāi)為兩股單鏈，各自作為模板，按堿基配對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整接受過(guò)來(lái)，另一股單鏈?zhǔn)切潞铣傻?，兩個(gè)子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致，這種復(fù)制方式為半保留復(fù)制。歸納：半新半舊一、半保留復(fù)制1.概念：DNA生物合成時(shí)，母鏈DNA解1882.實(shí)驗(yàn)依據(jù)：

密度梯度實(shí)驗(yàn)

（MeselsonandStahl）

2.實(shí)驗(yàn)依據(jù)：1891958–MatthewMeselson和FranklinStahl美國(guó)科學(xué)家馬修.梅塞爾(MatthewKeelson)福蘭克林.斯塔爾(FranklinStahl)1958–MatthewMeselson和Frank1901957年，梅塞爾和斯塔爾在加州工學(xué)院工作期間，利用大腸桿菌研究遺傳物質(zhì)DNA。他們先將大腸桿菌放入含有N15的培養(yǎng)基中標(biāo)培養(yǎng)，然后將這些大腸桿菌轉(zhuǎn)移到N14的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，最后把大腸桿菌經(jīng)密度梯度離心。他們發(fā)現(xiàn)提取的DNA有三條帶。1957年，梅塞爾和斯塔爾在加州工學(xué)院工作期間，利191密度梯度實(shí)驗(yàn)

——實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想含重氮-DNA的細(xì)菌（15代)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代(20min，雜合體)繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液第二代梯度離心結(jié)果重DNA普通DNA密度梯度實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想含重氮-DN192電鏡觀察DNA復(fù)制電鏡觀察DNA復(fù)制193按半保留復(fù)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。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)，但不是絕對(duì)的。按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子194原核生物復(fù)制時(shí)，DNA從起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。復(fù)制中的放射自顯影圖象二、雙向復(fù)制(bidirectionalreplication)原核生物復(fù)制時(shí)，DNA從起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈195A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)B.復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(diǎn)oriterABC原核生物DNA雙向復(fù)制A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)oriterA196歸納：1個(gè)復(fù)制點(diǎn)2個(gè)復(fù)制叉4條鏈同時(shí)合成★原核生物約3×106個(gè)bp，每秒合成2500個(gè)bp，才能20分鐘繁殖一代?！锶耸?×109個(gè)bp，每秒合成100個(gè)bp，實(shí)際時(shí)間約8個(gè)小時(shí)。歸納：1個(gè)復(fù)制點(diǎn)★原核生物約3×106個(gè)bp，每秒合成250197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)之間的距離定為一個(gè)復(fù)制子(replicon)

。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。人類約1000個(gè)bp即有1個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。真核生物多復(fù)制子的復(fù)制真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子的復(fù)制。真核生物多1985’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制子3’真核生物DNA多復(fù)制子復(fù)制5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’199多個(gè)起始點(diǎn)多個(gè)起始點(diǎn)200三、復(fù)制的半不連續(xù)性3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)三、復(fù)制的半不連續(xù)性3535解鏈方向3′5′3′3′201順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈。另一股鏈因?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)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazakifragment)。

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。

順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈。2023535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)岡崎片段(okazakifragment)3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈隨從鏈岡崎2031.遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；2.聚合酶對(duì)堿基的選擇功能；3.復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-pol的及時(shí)校讀功能。四、DNA復(fù)制的保真性至少要依賴三種機(jī)制

1.遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；四、DNA復(fù)制的保真性至少要依204DNA復(fù)制的保真性至少依賴于三種機(jī)制復(fù)制出錯(cuò)時(shí)及時(shí)校讀聚合酶對(duì)堿基的選擇性嚴(yán)格的堿基配對(duì)DNA復(fù)制的保真性至少依賴于三種機(jī)制復(fù)制出錯(cuò)時(shí)及時(shí)校讀聚合酶205第二節(jié)參與DNA復(fù)制的主要酶類和蛋白因子第二節(jié)參與DNA復(fù)制的2061.模板：解開(kāi)成單鏈的DNA母鏈3’-5’3.DNA聚合酶，DNA-pol2.底物dNTP：dATP，dGTP，dCTP，dTTP4.引物（primer）：RNA引物NTP5.其他酶和蛋白質(zhì)因子一、參與DNA復(fù)制的物質(zhì)1.模板：解開(kāi)成單鏈的DNA母鏈3’-5’3.DNA聚合207二、復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)

(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

5′3′CGA二、復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)(dNMP)n+dNTP→(dN208生成磷酸二酯鍵N1OH3`5`+dN2TPN1N2-OH3`5`+PPiDNApol3’——TAGAAGACCTATTGGCC——5’5’——ATCTTCTGGATAACCGG——3’生成磷酸二酯鍵N1OH3`5`+dN2TPN1N2-OH3`209聚合反應(yīng)的特點(diǎn)DNA新鏈生成需引物和模板；新鏈的延長(zhǎng)只可沿5→3方向進(jìn)行。聚合反應(yīng)的特點(diǎn)DNA新鏈生成需引物和模板；210DNA連接酶酶DNA聚合酶解螺旋酶單鏈DNA結(jié)合蛋白引物酶DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶DNA復(fù)制的酶三、參與DNA復(fù)制的酶類DNA連接酶酶DNA聚合酶解螺旋酶單鏈DNA結(jié)合蛋白引物酶D211第13章DNA的生物合成——復(fù)制MicrosoftPowerPoint演示文稿課件212E.Coli基因圖E.Coli基因圖2131、解螺旋酶(helicase)

——利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開(kāi)成為兩條單鏈。解螺旋酶ATPdnaA、B、C…DnaA、B、C…1、解螺旋酶(helicase)解螺旋酶ATPdnaA、B、2142、單鏈DNA結(jié)合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈完整作用：防止單鏈DNA重新形成雙鏈，防止單鏈DNA被核酸酶水解2、單鏈DNA結(jié)合蛋白(singlestrandedDN215（1）

拓?fù)湟辉~的含義是指物體或圖象做彈性移位而又保持物體不變的性質(zhì)。

DNA分子中存在打結(jié)，纏繞、連環(huán)的現(xiàn)象。

3.拓?fù)洚悩?gòu)酶（DNAtopoisomerase）（1）拓?fù)湟辉~的含義是指物體或圖象做彈性移位而又保持物體不216DNA正超螺旋與負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋正超螺旋DNA雙螺旋拓?fù)洚悩?gòu)酶超螺旋螺旋DNA正超螺旋與負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋正超螺旋DNA雙螺旋拓?fù)洚悩?gòu)217解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成218（2）拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)既能水解、又能連接磷酸二酯鍵拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ（3）分類（2）拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ（3）分類219DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶動(dòng)畫.movDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶動(dòng)畫.mov220拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；切口的3’端可通過(guò)自由轉(zhuǎn)動(dòng)一周再與5’端磷酸連接，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。（4）作用機(jī)制拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)221Topo酶：切割DNA鏈，使其松弛后再連接HelicaseTopo?（DNAGyrase）解螺旋酶Topo酶：切割DNA鏈，使其松弛后再連接HelicaseT222HelicaseSupercoiledDNATOPO?HelicaseSupercoiledDNATOPO?223TOPO?TOPO?224TOPO?TOPO?225TOPO?TOPO?226TOPO?TOPO?227TOPO?TOPO?228TOPO?TOPO?229TOPO?TOPO?230TOPO?TOPO?231TOPO?TOPO?232拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松233Topo酶：切割DNA鏈，使其松弛后再連接HelicaseTopoⅡ（DNAGyrase）Topo酶：切割DNA鏈，使其松弛后再連接HelicaseT234HelicaseSupercoiledDNATOPOⅡHelicaseSupercoiledDNATOPOⅡ235TOPOⅡTOPOⅡ236TOPOⅡTOPOⅡ237TOPOⅡTOPOⅡ238TOPOⅡTOPOⅡ239TOPOⅡTOPOⅡ240TOPOⅡTOPOⅡ241TOPOⅡTOPOⅡ242TOPOⅡATPATPTOPOⅡATP243TOPOⅡTOPOⅡ244解鏈酶DNA拓樸異構(gòu)酶單鏈DNA結(jié)合蛋白SSB解開(kāi)、理順

DNA鏈、維持DNA單鏈狀解鏈酶DNA拓樸異構(gòu)酶單鏈DNA結(jié)合蛋白解開(kāi)、理順D245第13章DNA的生物合成——復(fù)制MicrosoftPowerPoint演示文稿課件246特殊的RNA聚合酶復(fù)制起始時(shí)催化生成RNA引物的酶引物長(zhǎng)短：原核生物50-100bp真核生物10-20bp

4、引物酶(primase)：4、引物酶(primase)：247引物酶

5′5′催化RNA引物合成的酶叫引物酶，它是一種特殊的RNA聚合酶DNA合成需在RNA引物的基礎(chǔ)上進(jìn)行RNA引物5′3′5′3′引物酶5′5′催化RNA引物合成的酶叫引物酶，它是一種特殊2485、DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡(jiǎn)稱：DNA-pol活性：1.53的聚合活性：以DNA為模板合成DNA2.核酸外切酶活性：53

35

5、DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-d249DNA聚合酶的特點(diǎn)：1.底物是dNTP。有高度親和力。2.催化3’-5‘磷酸二酯鍵。3.不可以使兩個(gè)游離的單核苷酸形成3’-5‘磷酸二酯鍵。4.催化子鏈與母鏈之間以堿基互補(bǔ)的形式形成氫鍵。5.外切酶的活性。DNA聚合酶的特點(diǎn)：1.底物是dNTP。有高度親和力。2505′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性53外切酶活性切除引物和突變的DNA片段。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。核酸外切酶活性？5′AGCTTCAG251（1）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ（1）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠ252原核生物的DNA聚合酶原核生物的DNA聚合酶253功能：

53聚合酶活性、

53和35外切酶活性

復(fù)制中的錯(cuò)誤校讀，復(fù)制和修復(fù)中的空隙填補(bǔ)。DNA-polⅠ（109kD）功能：DNA-polⅠ254美國(guó)科學(xué)家,科恩伯格

Kornberg1955年從E.Cole中發(fā)現(xiàn)了DNA聚合酶，為DNA的復(fù)制打下了基礎(chǔ)。為此，Kornberg1959年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。ArthurKornberg(亞瑟.科恩伯格)美國(guó)科學(xué)家,科恩伯格Kornberg1955年從E.Co255美國(guó)生物化學(xué)家美國(guó)斯坦福大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)教授

2006年，因?qū)Α罢婧宿D(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)所作的研究”，獨(dú)享諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

羅杰·科恩伯格（RogerD.Kornberg，1947-）亞瑟.科恩伯格的長(zhǎng)子。美國(guó)生物化學(xué)家羅杰·科恩伯格（RogerD.Kornbe256323個(gè)氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604個(gè)氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶(將DNA-pol-Ⅰ分成兩段)DNA-polⅠKlenow片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。

有關(guān)研究323個(gè)氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Kl257DNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。DNA-polII對(duì)模板的特異性不高，即使在已發(fā)生損傷的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合，因此認(rèn)為它可能參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。

DNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)258功能：原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶

DNA-polⅢ(250kD)多亞基、不對(duì)稱、二聚體功能：DNA-polⅢ多亞基、不對(duì)稱、二聚體259αεθ為核心酶：

α：5′→3′聚合活性

ε：3′→5′外切酶活性（辨別堿基）

θ：維系αε二聚體作用β：夾穩(wěn)模板鏈并使酶沿模板滑動(dòng)γ復(fù)合物：促進(jìn)全酶組裝到模板上，增強(qiáng)核心酶的活性αεθ為核心酶：β：夾穩(wěn)模板鏈并使酶沿模板滑動(dòng)260（2）常見(jiàn)真核生物的DNA聚合酶（五種）DNA-pol

起始引發(fā)，有引物酶活性。延長(zhǎng)子鏈的主要酶，解螺旋酶活性參與低保真性度復(fù)制在復(fù)制過(guò)程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)空隙的作用（DNA-polⅠ)。在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

（2）常見(jiàn)真核生物的DNA聚合酶（五種）DNA-pol起261真核生物的DNA聚合酶真核生物的DNA聚合酶262DNA連接酶ATPADP3’5’5’3’目錄HO5’3’5’3’6、DNA連接酶DNA連接酶ATPADP3’5’5’3’目錄HO5’3’5263①斷端的3-OH末端，5-P末端②連接的是雙鏈中的單鏈缺口③需要ATP（1）DNA連接酶作用條件：①斷端的3-OH末端，5-P末端（1）DNA連接酶264⑴復(fù)制中起最后接合缺口作用。⑵DNA修復(fù)、重組及剪接中起縫合缺口作用。⑶基因工程的重要工具酶之一。（2）DNA連接酶功能⑴復(fù)制中起最后接合缺口作用。（2）DNA連接酶功能265第三節(jié)DNA的復(fù)制過(guò)程第三節(jié)DNA的復(fù)制過(guò)程266一、原核生物的DNA生物合成一、原核生物的DNA生物合成2671.復(fù)制的起始：需要解決兩個(gè)問(wèn)題：1.DNA解開(kāi)成單鏈，提供模板。2.形成引發(fā)體，合成引物，提供3-OH末端。θ復(fù)制倒Y1.復(fù)制的起始：需要解決兩個(gè)問(wèn)題：1.DNA解開(kāi)成單鏈，提268E.coli復(fù)制起始點(diǎn)oriCGATTNTTTATTT···GATCTNT