分子生物學(xué)課件ChDNAReplication,Repair

Ch3.DNAReplication,Repair當(dāng)前1頁，總共141頁。3.1.復(fù)制的特點:

1.復(fù)制機制的多樣性;

方式多樣:線狀、環(huán)狀

D-環(huán)復(fù)制，θ型復(fù)制，滾環(huán)復(fù)制

2.復(fù)制的完整性；

3.DNA復(fù)制與細胞周期的協(xié)調(diào)性（一致）

4.DNA復(fù)制的真實性

DNA復(fù)制錯誤率10-9—10-10（生物進化、多

樣性的來源）

當(dāng)前2頁，總共141頁。The

mammaliancellcycleG1SG2MG0DNAsynthesisandhistonesynthesis

Growthandpreparationforcelldivision

RapidgrowthandpreparationforDNAsynthesisQuiescentcellsphasephasephasephaseMitosis當(dāng)前3頁，總共141頁。

3.2.DNA復(fù)制反應(yīng)的共同特點

1.半保留復(fù)制；

以母鏈為模板，合成新的互補鏈

2.

半不連續(xù)復(fù)制；

3.

有特定的復(fù)制起點；

復(fù)制子（復(fù)制單元）

4.

需要引物；（3’-OH）

5.

復(fù)制真實性；

6.

復(fù)制叉的雙向移動，DNA合成的單向延伸5’→3’；

8.

復(fù)制受控制

當(dāng)前4頁，總共141頁。DNAreplicationissemi-conservativeParentalDNAstrandsDaughterDNAstrandsEachoftheparentalstrandsservesasatemplateforadaughterstrand當(dāng)前5頁，總共141頁。

DNA的半不連續(xù)復(fù)制

由于DNA的兩條鏈為反向平行，以復(fù)制叉移動的方向為基準(zhǔn)，一條鏈為3’→5’，其新合成的DNA鏈沿5’→3’連續(xù)進行——前導(dǎo)鏈

另一條鏈為5’→3’，新生的DNA鏈先合成短的岡崎片段，不連續(xù)合成——滯后鏈，再由DNA連接酶連接成完整的DNA鏈。

這種前導(dǎo)鏈的連續(xù)復(fù)制和滯后鏈的不連續(xù)復(fù)制稱為半不連續(xù)復(fù)制。當(dāng)前6頁，總共141頁。DiscontinuoussynthesisofDNA3’5’5’3’3’5’BecauseDNAisalwayssynthesizedina5’to3’direction,synthesisofoneofthestrands...5’ 3’ ...hastobediscontinuous.Thisisthelaggingstrand.5’3’3’5’5’3’當(dāng)前7頁，總共141頁。RNAprimer5’3’3’5’3’5’directionofleadingstrandsynthesisdirectionoflaggingstrandsynthesisreplicationfork當(dāng)前8頁，總共141頁。5’3’5’3’Movementofthereplicationfork當(dāng)前9頁，總共141頁。MovementofthereplicationforkRNAprimerOkazakifragmentRNAprimer5’當(dāng)前10頁，總共141頁。從復(fù)制起點到終點的DNA單位——復(fù)制子（復(fù)制單元）當(dāng)前11頁，總共141頁。originsofDNAreplication(every~150kb)replicationbubbledaughterchromosomesfusionofbubblesbidirectionalreplicationOriginsofDNAreplicationonmammalianchromosomes5’3’3’5’5’3’3’5’3’5’5’3’當(dāng)前12頁，總共141頁。3.3.原核生物DNA的復(fù)制

1.參與DNA復(fù)制的酶和蛋白因子

螺旋酶（Helicase）

促使DNA在復(fù)制叉處打開雙鏈，與單鏈DNA結(jié)合，與ATP結(jié)合，分解成ADP+Pi，產(chǎn)生能量沿DNA鏈向前運動，促使DNA雙鏈解開。

當(dāng)前13頁，總共141頁。當(dāng)前14頁，總共141頁。單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSBP）

與單鏈DNA結(jié)合，防止解開的單鏈重新配對形成雙鏈或被核酸酶降解;

使單鏈DNA呈伸展?fàn)顟B(tài)，無彎曲和結(jié)節(jié)，利于作為模板；

SSBP可重復(fù)使用。

——形成穩(wěn)定的單鏈構(gòu)象

當(dāng)前15頁，總共141頁。當(dāng)前16頁，總共141頁。

拓撲異構(gòu)酶Topoisomerase——導(dǎo)入負超螺旋

引物酶Primase

催化引物RNA分子的合成

DNA聚合酶DNAPolymerase

特點：1.以dNTP為前體催化合成DNA；

2.需要模板和引物；

3.催化dNTP加到DNA鏈的3’-OH端；

4.催化合成方向5’→3’。當(dāng)前17頁，總共141頁。當(dāng)前18頁，總共141頁。

PropertiesofDNApolymerases

DNApolymerasesofE.coli_

polI polII polIII(core)Polymerization:5’to3’ yes yes yesProofreadingexonuclease:3’to5’ yes yes yesRepairexonuclease:5’to3’ yes no noDNApolymeraseIIIisthemainreplicatingenzymeDNApolymeraseIhasaroleinreplicationtofillgapsandexciseprimersonthelaggingstrand,anditisalsoarepairenzymeallDNApolymerasesrequireaprimer

withafree3’OH

groupallDNApolymerasescatalyzechaingrowthina

5’to3’direction

someDNApolymeraseshavea3’to5’proofreadingactivity當(dāng)前19頁，總共141頁。DNApolymerasesIII當(dāng)前20頁，總共141頁。

DNA連接酶

將雙鏈DNA上的切口連接起來；

主要用于岡崎片段的連接，DNA修復(fù)、重組，兩個復(fù)制單元間片段的連接。

連接雙鏈DNA的要求：

切口

3’-OH

5’-磷酸基團

需要能量當(dāng)前21頁，總共141頁。newlysynthesizedDNA(Okazakifragment)5’3’5’3’DNAligasesealsthegapbycatalyzingtheformationofa3’,5’-phosphodiesterbondinanATP-dependentreaction當(dāng)前22頁，總共141頁。

2.大腸桿菌DNA的復(fù)制過程

起始——延伸——終止

當(dāng)前23頁，總共141頁。DNA螺旋酶解開雙鏈，拓撲異構(gòu)酶形成負超螺旋SSBP結(jié)合單鏈DNA復(fù)制因子組裝成引發(fā)前體RNA引物合成在DNApolIII作用下延伸引物酶引發(fā)體起始階段：當(dāng)前24頁，總共141頁。dnaA蛋白+重復(fù)序列（9bp）→dnaB和dnaC+重復(fù)序列（13bp）結(jié)合→其它蛋白因子結(jié)合——裝配成全酶（引發(fā)前體）+引物酶→引發(fā)體Primosome當(dāng)前25頁，總共141頁。InitiationofDNAsynthesisattheE.coliorigin(ori)5’3’3’5’originDNAsequencebindingofdnaAproteinsAAAdnaAproteinscoalesceDNAmeltinginducedbythednaAproteinsAAAAAAAAAAAABCdnaBanddnaCproteinsbindtothesingle-strandedDNAdnaBfurtherunwindsthehelix當(dāng)前26頁，總共141頁。AAAAAABCdnaBfurtherunwindsthehelixanddisplacesdnaAproteinsGdnaG(primase)binds...AAAAAABCG...andsynthesizesanRNAprimerRNAprimer當(dāng)前27頁，總共141頁。BCG5’3’templatestrandRNAprimer(~5nucleotides)PrimasomednaB(helicase)dnaCdnaG(primase)OH3’5’當(dāng)前28頁，總共141頁。3’5’3’RNAprimernewlysynthesizedDNA5’5’DNApolymerase當(dāng)前29頁，總共141頁。

鏈的延伸

?螺旋酶解開雙鏈；

?拓撲異構(gòu)酶改變雙螺旋數(shù)，使復(fù)制叉前進；

?SSBP結(jié)合，保持雙鏈狀態(tài)；

?DNA聚合酶Ⅲ合成前導(dǎo)鏈和滯后鏈，前

導(dǎo)鏈引發(fā)1次，滯后鏈引發(fā)幾次；

?

DNA聚合酶Ⅰ切除RNA引物，補齊空缺

的堿基；

?DNA連接酶連接岡崎片段。當(dāng)前30頁，總共141頁。當(dāng)前31頁，總共141頁。5’3’3’5’ProteinsatthereplicationforkinE.coliRepprotein(helicase)Single-strandbindingprotein(SSB)BCGPrimasomepolIpolIIIpolIIIDNAligaseDNAgyrase-thisisatopoisomeraseII,whichbreaksandresealstheDNAtointroducenegativesupercoilsaheadofthefork當(dāng)前32頁，總共141頁。3’RNAprimer5’DNApolymeraseIIIinitiatesattheprimerandelongatesDNAuptothenextRNAprimer5’5’3’5’newlysynthesizedDNA(100-1000bases)(Okazakifragment)5’3’DNApolymeraseIinititatesattheendoftheOkazakifragmentandfurtherelongatestheDNAchainwhilesimultaneouslyremovingtheRNAprimerwithits5’to3’exonucleaseactivitypolIIIpolI當(dāng)前33頁，總共141頁。newlysynthesizedDNA(Okazakifragment)5’3’5’3’DNAligasesealsthegapbycatalyzingtheformationofa3’,5’-phosphodiesterbondinanATP-dependentreaction當(dāng)前34頁，總共141頁。終止

環(huán)狀DNA：合成完即終止；

線狀DNA：末端合成問題。

當(dāng)前35頁，總共141頁。ComponentsofthereplicationapparatusdnaA bindstooriginDNAsequencePrimasomednaB helicase(unwindsDNAatorigin)dnaC bindsdnaBdnaG primase(synthesizesRNAprimer)DNAgyrase introducesnegativesupercoilsahead ofthereplicationforkRepprotein helicase(unwindsDNAatfork)SSB bindstosingle-strandedDNADNApolIII primaryreplicatingpolymeraseDNApolI removesprimerandfillsgapDNAligase sealsgapbyforming3’,5’-phosphodiesterbond當(dāng)前36頁，總共141頁。復(fù)制體：

在DNA復(fù)制過程中，在復(fù)制叉附近，形成以兩套DNA聚合酶Ⅲ全酶分子、引發(fā)體和螺旋酶構(gòu)成的類似核糖體大小的復(fù)合體稱為DNA復(fù)制體。當(dāng)前37頁，總共141頁。當(dāng)前38頁，總共141頁?；丨h(huán)模型：

在DNA復(fù)制叉處由兩套DNA聚合酶在同

一時間分別復(fù)制前導(dǎo)鏈和滯后鏈，如果滯后

鏈模板環(huán)繞DNA聚合酶Ⅲ全酶，并通過DNA

聚合酶Ⅲ，再回折與未解鏈的雙鏈DNA在同

一方向，則滯后鏈的合成與前導(dǎo)鏈的合成在

同一方向上進行。當(dāng)前39頁，總共141頁。Replisomemodel當(dāng)前40頁，總共141頁。當(dāng)前41頁，總共141頁。ReplisomeincovalenceelongationSSB當(dāng)前42頁，總共141頁。3.DNA復(fù)制方式：

θ型復(fù)制：當(dāng)前43頁，總共141頁。滾環(huán)復(fù)制當(dāng)前44頁，總共141頁。許多病毒、細菌因子的復(fù)制方式當(dāng)前45頁，總共141頁。D-環(huán)復(fù)制：

線粒體、葉綠體環(huán)狀DNA復(fù)制方式之一；

特點：1.以輕鏈為模板先復(fù)制其互補鏈；

2.以輕鏈為模板的子鏈繼續(xù)合成，以

重鏈為模板開始合成；

3.復(fù)制完成。

兩條鏈的合成不是同步的當(dāng)前46頁，總共141頁。D—環(huán)復(fù)制當(dāng)前47頁，總共141頁。4.線狀DNA的復(fù)制

線狀DNA復(fù)制的一個重要問題是末端RNA引物消除后如何補齊？

①形成環(huán)狀DNA進行復(fù)制λ-phage

②形成聚合體T7DNA

③末端形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)痘病毒當(dāng)前48頁，總共141頁。線狀DNA的不完全復(fù)制當(dāng)前49頁，總共141頁。當(dāng)前50頁，總共141頁。帶發(fā)夾環(huán)的線性病毒DNA的復(fù)制當(dāng)前51頁，總共141頁。

④不需要RNA引物的復(fù)制腺病毒

蛋白質(zhì)分子介入，進行末端的引發(fā)。

腺病毒中發(fā)現(xiàn)80Kd的末端結(jié)合蛋白（Tp），由絲氨酸殘基（Ser）的-OH基團通過磷酸二酯鍵與胞苷酸（C）的5’-共價連接。Tp內(nèi)的胞苷酸與線狀DNA的3’端配對，成為病毒DNA復(fù)制起始的引物，在酶作用下合成新鏈。

其它枯草桿菌噬菌體φ29中也發(fā)現(xiàn)了27Kd的末端蛋白。當(dāng)前52頁，總共141頁。當(dāng)前53頁，總共141頁。ReplicationoflinearAdnovirus-2DNA

35937bp

pTP

C

G

IR103-162

IR;including50bpreplicationorigin

richAT&1thC/Ghighconversation

pTP;pre-Terminalprotein80kd→

TP55kdSSB;S.S.DNAbindingprotein72kdAd2DNApolymerase;

140kd

當(dāng)前54頁，總共141頁。復(fù)制起始復(fù)合體引發(fā)復(fù)制（不需引物）

避免5’-endshortentpTp-Ser-dCMP

CG●過程SSB+ATPDNA末端解鏈

TPpTP-Ser+

dCTP

pTP-Ser-dCMP

3‘OH當(dāng)前55頁，總共141頁。IRIRCGGCGCCGpTP-Ser-dCMPReplacedS.SDNAHairpinPanhandlepTP-Ser-dCMPG3’G3’G3’TP當(dāng)前56頁，總共141頁。

5.單鏈DNA的復(fù)制

單鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制φ174、G4、M13

復(fù)制三階段：

?將單鏈DNA→雙鏈DNA（復(fù)制型DNA）；

?復(fù)制足夠多的雙鏈DNA（滾環(huán)復(fù)制）；

?以負鏈為模板，合成正鏈，并包裝成病毒顆

粒。當(dāng)前57頁，總共141頁。當(dāng)前58頁，總共141頁。A蛋白參與的滾環(huán)復(fù)制當(dāng)前59頁，總共141頁。單鏈線狀DNA的復(fù)制——細小病毒當(dāng)前60頁，總共141頁。當(dāng)前61頁，總共141頁。上節(jié)回顧：1.DNA復(fù)制的特點:

2.原核生物DNA的復(fù)制過程類型(雙鏈環(huán)狀,單鏈環(huán)狀線狀單鏈DNA)當(dāng)前62頁，總共141頁。

6.DNA復(fù)制的真實性

DNA復(fù)制錯配率10-9~10-10，大腸桿菌染色體中有4.5×106bp，每1000個細胞經(jīng)過一次分裂才會插入一個不正確的堿基。

當(dāng)前63頁，總共141頁。維持DNA復(fù)制準(zhǔn)確性的因素：

內(nèi)因：

①按堿基配對原則，10-4~10-5

②DNA聚合酶的作用10-4~10-5

?對堿基的識別作用；

選擇正確的堿基參入到引物末端

?對底物的識別作用；

先識別引物最后一個堿基是否正確，后識

別參入的dNTP是否正確

?校正閱讀

3’→5’外切酶的作用

③RNA引物最終被切除，提高了復(fù)制的準(zhǔn)確性

當(dāng)前64頁，總共141頁。3’→5’外切酶的校正閱讀當(dāng)前65頁，總共141頁。

外因：

?四種dNTP要平衡；

?Mn+2和Mg+2的比例、濃度（酶活）

當(dāng)前66頁，總共141頁。

3.4.真核生物DNA的復(fù)制

?與原核生物相似

半保留、半不連續(xù)復(fù)制

復(fù)制過程：引發(fā)—延伸—終止三個階段

需要酶和蛋白因子

?不同點

復(fù)制特性上

復(fù)制酶

復(fù)制過程當(dāng)前67頁，總共141頁。

3.4.1.真核生物的復(fù)制特點：

1.原核生物是單復(fù)制子，真核生物是多復(fù)制子（每條染色體上有多個復(fù)制起點）；

2.DNA全部復(fù)制完畢才進行第二輪復(fù)制，原核生物在第一輪復(fù)制未完成就進行第二輪復(fù)制。當(dāng)前68頁，總共141頁。?

?

當(dāng)前69頁，總共141頁。3.4.2.參與DNA復(fù)制的酶：

DNA聚合酶

真核生物DNA聚合酶有五種，DNA聚合酶α，β，γ，δ，ε，其中與核DNA復(fù)制有關(guān)的酶是DNA聚合酶α和δ。其他因子可能與DNA的修復(fù)，重組等過程有關(guān)。

當(dāng)前70頁，總共141頁。

DNA聚合酶α

是DNA復(fù)制的主要酶，由4個亞基組成，分子量分別是160~185kd、70kd、60kd和50kd，除具有5’→3’的聚合酶活性外，還有引物酶活性，是一個雙功能酶，但無3’→5’外切活性。

功能前導(dǎo)鏈的起始（具有DNA復(fù)制的起始能力，具有引物酶結(jié)合，起動引物合成）滯后鏈的復(fù)制（經(jīng)常引發(fā)RNA合成，聚合活性小，只能合成短片段）當(dāng)前71頁，總共141頁。

?？康鞍住?/p>

DNA聚合酶α中的一條70kd的多肽，把DNA聚合酶亞基和引物酶亞基連接起來的蛋白。

當(dāng)前72頁，總共141頁。DNA聚合酶δ

由2個亞基組成，125kd和25kd，既具有3’→5’外切酶活性，又有5’→3’的聚合酶活性，是前導(dǎo)鏈合成的主要酶類。

δ酶需要一個37kd的輔助蛋白促進δ酶與模板/引物相互作用?！狿CNA分裂細胞核抗原，它是控制細胞分裂的“細胞周期調(diào)控蛋白”的一種，研究發(fā)現(xiàn)，PCNA表達水平高，DNA聚合酶活性高，細胞分裂、復(fù)制旺盛。當(dāng)前73頁，總共141頁。DNA聚合酶ε

具有象δ一樣的3’→5’外切酶活性，但不依賴于PCNA，在許多細胞中均分離得到，是DNA聚合酶中的一種酶類。

輔因子：①PCNA

②復(fù)制因子C（RF-C）

具有ATP活性，是δ酶的輔助因子

③復(fù)制因子A（RF-A）

單鏈結(jié)合蛋白

④DNA解旋酶當(dāng)前74頁，總共141頁。

PropertiesofDNApolymerases

DNApolymerasesofhumans

abgdeLocation nucl nucl mito nuclnuclReplication yes no yes yes(no)Repair no yes no no yes3Functions5’to3’polymerase yes yes yes yesyes3’to5’exonuclease no no yes yesyes5’to3’exonuclease1 no no no nonoPrimase yes no no nonoAssociateswithPCNA2 no no no yesnoProcessivity low highStrandsynthesis lagging

repairbothleading

repair1activitypresentinassociatedproteins2ProliferatingCellNuclearAntigen3involvedintranscription-linkedDNArepair當(dāng)前75頁，總共141頁。真核生物DNA復(fù)制所需酶類前導(dǎo)鏈的復(fù)制：polα起始，δ+PCNA合成延伸滯后鏈的復(fù)制：polα起始，合成岡崎片段當(dāng)前76頁，總共141頁。當(dāng)前77頁，總共141頁。5’3’3’5’ProteinsatthereplicationforkinhumanshelicaseSSBpolaDNAligasetopoisomerasesIandIIPCNAprimaseactivityassociatedwithpolapoldleadingstrandlaggingstrand5’to3’exoassociatedwiththecomplexpole當(dāng)前78頁，總共141頁。當(dāng)前79頁，總共141頁。3.4.3.復(fù)制過程：

以SV40DNA的復(fù)制為例說明

SV40—猿猴空泡病毒，一種動物病毒，具有環(huán)狀雙鏈DNA與四種組蛋白組成的染色質(zhì)?；蚪M有5243bp，除了T抗原外，SV40DNA的復(fù)制全部依賴于宿主細胞的復(fù)制系統(tǒng)，因此，了解該病毒的DNA復(fù)制機制對研究真核生物DNA復(fù)制有重要的意義。

當(dāng)前80頁，總共141頁。當(dāng)前81頁，總共141頁。復(fù)制起點：5208-29的64bp的序列—40%-50%

5192-30的82bp的序列—100%

T抗原結(jié)合區(qū)：I、Ⅱ、III

三個功能區(qū)：前期區(qū)、中心區(qū)和后期區(qū)，

T抗原蛋白是SV40復(fù)制必不可缺的，其作用是結(jié)合起始區(qū)的三個結(jié)合位點，具有ATP酶和解旋酶活性。當(dāng)前82頁，總共141頁。復(fù)制過程：T抗原識別，使AT富含區(qū)解鏈，形成復(fù)制叉T抗原隨復(fù)制叉向左移動至T抗原結(jié)合位點Ⅱ的回文結(jié)構(gòu)DNApola引物合成，向左合成的前導(dǎo)鏈延伸合成至Ⅰ區(qū)時，引發(fā)體復(fù)合物與模板結(jié)合，合成引物，向右合成的前導(dǎo)鏈延伸前導(dǎo)鏈合成一段后，DNApola脫落，

pold延伸，DNApola引發(fā)合成滯后鏈當(dāng)前83頁，總共141頁。

特點：

1.T抗原的依賴性；

2.從復(fù)制起始位點開始的兩個方向復(fù)制并不是同時開始的。

當(dāng)前84頁，總共141頁。

終止：——由端粒酶合成末端

端粒（Telomere）：真核細胞內(nèi)染色體末端的蛋白質(zhì)-DNA結(jié)構(gòu)，其功能是完成染色體末端的復(fù)制，防止染色體免遭融合、重組和降解。

端粒酶(Telomerase)

一種核糖核蛋白（RNP），由RNA和蛋白質(zhì)兩種成分組成，催化端粒DNA的合成，能夠在缺少DNA模板的情況下延伸端粒寡核苷酸片段。

端粒酶中的RNA長約159bp，其中含有“CAACCCCAA”序列，能附著于DNA末端并與末端互補配對，起到模板的作用，蛋白質(zhì)起到反轉(zhuǎn)錄酶的作用，合成末端。當(dāng)前85頁，總共141頁。端粒端粒當(dāng)前86頁，總共141頁。當(dāng)前87頁，總共141頁。當(dāng)前88頁，總共141頁。端粒酶一旦出問題，往往會導(dǎo)致疾病的發(fā)生：

端粒及端粒酶與衰老有關(guān)

越來越多的證據(jù)表明端粒長度控制著衰老進程，端粒縮短是觸發(fā)衰老的分子鐘。

端粒酶活化與腫瘤

在正常的人體細胞中，端粒程序性地縮短限制了轉(zhuǎn)化細胞的生長能力，這很可能是腫瘤形成的一個抑制機制。

當(dāng)前89頁，總共141頁。人體發(fā)育完成，端粒酶被抑制，細胞分裂次數(shù)與端粒長短呈正比細胞分裂端粒閾值端粒長短端粒酶活

Harley(1989)端粒的重復(fù)片段為探針檢測胎兒細胞株嬰兒細胞株青年細胞株老年細胞株年齡小大端粒長度長短早衰性侏儒癥的端粒明顯較正常人短“多莉”的衰老＞研究端粒（記時器）丟失的速率/年，預(yù)測人類的壽命XXXYwhy?PCD機制、癌細胞的無限繁殖(癌細胞中的端粒酶被激活)當(dāng)前90頁，總共141頁。

與復(fù)制有關(guān)的一些問題：

1.DNA復(fù)制通常從非轉(zhuǎn)錄區(qū)開始，向兩側(cè)進行，在轉(zhuǎn)錄不旺盛的細胞中，由于非轉(zhuǎn)錄區(qū)相對較多，DNA復(fù)制快，而在轉(zhuǎn)錄旺盛的細胞中，非轉(zhuǎn)錄區(qū)少，復(fù)制起點少，復(fù)制慢。

2.核小體的組裝

有人認為，細胞內(nèi)有一類蛋白質(zhì)能夠?qū)⒔M蛋白轉(zhuǎn)移到DNA上，進而組裝成核小體。

例如核漿素：轉(zhuǎn)移H2A、H2B

N1：H3、H4當(dāng)前91頁，總共141頁。DNA復(fù)制速率及拷貝數(shù)的調(diào)控(?!)

當(dāng)前92頁，總共141頁。a)影響因素

多種專一性的蛋白質(zhì)因子濃度除引物以外的其他RNA分子（anti-RNA）營養(yǎng)條件（aastarved的抑制)（原核生物）細胞復(fù)制周期速率的影響（真核生物）…b)嚴(yán)格的自我調(diào)控機制

e.g.plasmid（parasite）

independentreplicationstringenttype(1-2copies)relaxedtype(10-100copies)incompatibility(具有相同的復(fù)制機制，酶，repressor..)compatibility(具有不同的復(fù)制機制F,ColEI…)

自然選擇進化適應(yīng)過度復(fù)制何以寄生當(dāng)前93頁，總共141頁。30℃E.Coli+episomeF因子復(fù)制受控于E.coliO42℃FE.coli復(fù)制受控于F因子30℃F因子復(fù)制獨立于E.coliOE.Coli

(ts)

episome(F)當(dāng)前94頁，總共141頁。Repressormodel

AntisenseRNAmodel

RNA-2positivecontrol

0-5550

RNA-2

RnaseHOH

RNA-2DNA/RNA

primerforDNAreplication

復(fù)制的調(diào)控e.g.ColEIplasmidNegativecontrol當(dāng)前95頁，總共141頁。RNA-1110bp

RNaseH不能識別D.S.RNA-1/RNA-2,不能形成primer的3’-OH-555

-4450RNA-2RNA-1RNA-2

110bpD.S.RNA當(dāng)前96頁，總共141頁。RNA-10

WhenRNA-2200-360Nt

Rom

geneexpression

RNA-1/RNA-2D.S.repression

RNA-1

/RNA-2

不能形成primer的

3’-OH促進

限制

63aaROP(Romprotein)

RNA-2

只能轉(zhuǎn)錄到100-220base,不能到達“0”原點

能形成primer

的3’-OH0當(dāng)前97頁，總共141頁。CheckpointsinEukaryoticcell當(dāng)前98頁，總共141頁。3.5.RNA的復(fù)制

遺傳信息——DNA

有一些RNA病毒以RNA作為遺傳信息的載體

RNA病毒：

正鏈RNA病毒

負鏈RNA病毒

逆轉(zhuǎn)錄病毒當(dāng)前99頁，總共141頁。正鏈RNA“+”：RNA分子本身即有編碼功能，

進入宿主細胞后便可翻譯成蛋白。

負鏈RNA“-”：只有它們的互補鏈才有編碼功能。

逆轉(zhuǎn)錄RNA：

整合到宿主基因組中轉(zhuǎn)錄、翻譯ProteinVirus逆轉(zhuǎn)錄當(dāng)前100頁，總共141頁。RNA的復(fù)制過程：

1.復(fù)制酶是RNA復(fù)制所必需的；

宿主細胞內(nèi)的RNA不能作為模板合成新的RNA分子

病毒RNA的復(fù)制需要一種全新的酶——RNA復(fù)制酶

2.RNA復(fù)制酶

（+）RNA：感染宿主后，利用宿主的翻譯系統(tǒng)合成復(fù)制酶；

（-）RNA：復(fù)制酶來自病毒；當(dāng)前101頁，總共141頁。以（+）或（-）鏈為模板，合成（-）鏈或（+）RNA以新合成的鏈為模板，合成病毒RNA以（+）鏈翻譯成蛋白包裝成病毒顆粒復(fù)制過程：輔因子（宿主細胞蛋白）Tu、Ts因子：協(xié)助復(fù)制酶識別病毒3’端的CCA-OH，引發(fā)RNA復(fù)制開始；S1因子：以（+）鏈為模板合成（-）鏈時需要，作用：協(xié)助復(fù)制酶識別RNA上特異位點。當(dāng)前102頁，總共141頁。當(dāng)前103頁，總共141頁。RNA復(fù)制的特點和調(diào)節(jié)

1.新生的RNA鏈與模板之間不形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，只在復(fù)制生長點的末端形成一段RNA-RNA的雙鏈區(qū)；

2.新生成的子鏈又可作模板生成更多的子鏈，（“+”鏈較多—復(fù)制酶更容易與負鏈結(jié)合）

3.調(diào)節(jié)

復(fù)制酶不但可和RNA-3’端結(jié)合,合成互補RNA分子，還可以和RNA分子內(nèi)部的兩個位點結(jié)合：

外殼蛋白基因的結(jié)合位點

復(fù)制酶基因內(nèi)的結(jié)合位點當(dāng)前104頁，總共141頁。3.6.逆轉(zhuǎn)錄病毒遺傳信息的傳遞

1.逆轉(zhuǎn)錄病毒RNA的結(jié)構(gòu)

二倍體結(jié)構(gòu)

基因組含三個結(jié)構(gòu)基因：

gag基因（病毒核心蛋白基因）

pol基因（反轉(zhuǎn)錄酶基因）

env基因（病毒外膜糖基因）當(dāng)前105頁，總共141頁。當(dāng)前106頁，總共141頁。當(dāng)前107頁，總共141頁。當(dāng)前108頁，總共141頁。當(dāng)前109頁，總共141頁。TypesandratesofmutationType Mechanism Frequency________Genome chromosome 10-2percelldivisionmutation missegregation (e.g.,aneuploidy)Chromosomechromosome 6X10-4percelldivisionmutation rearrangement (e.g.,translocation)Gene basepairmutation 10-10perbasepairpermutation (e.g.,pointmutation, celldivisionor orsmalldeletionor 10-5-10-6perlocusper insertion generation

當(dāng)前110頁，總共141頁。Mutationrates*ofselectedgenesGeneNewmutationsper106gametesAchondroplasia(軟骨發(fā)育不全) 6 to40Aniridia(無虹膜) 2.5 to5Duchennemusculardystrophy(杜氏肌肉營養(yǎng)障礙）43 to105HemophiliaA（血友病） 32 to57HemophiliaB （血友?。? 2 to3Neurofibromatosis-1 44 to100Polycystickidneydisease（多囊性腎病） 60 to120Retinoblastoma 5 to12*mutationrates(mutations/locus/generation)canvary from10-4to10-7dependingongenesizeandwhether thereare“hotspots”formutation(thefrequencyatmost lociis10-5to10-6).當(dāng)前111頁，總共141頁。Polymorphismsexistinthegenomethenumberofexistingpolymorphismsis~1per500bpthereare~5.8milliondifferencesperhaploidgenomepolymorphismswerecausedbymutationsNewgermlinemutationseachspermcontains~100newmutationsanormalejaculate（一次射出的精液）has~100millionsperm100X100million=10billionnewmutations~1in10spermcarriesanewdeleteriousmutationatarateofproductionof~8X107spermperday, amalewillproduceaspermwithanewmutation intheDuchennemusculardystrophy

gene approximatelyevery10seconds.當(dāng)前112頁，總共141頁。TypesofbasepairmutationsCATTCACCTGTACCAGTAAGTGGACATGGTCATGCACCTGTACCAGTACGTGGACATGGTCATCCACCTGTACCAGTAGGTGGACATGGTtransition(T-AtoC-G)transversion(T-AtoG-C)CATCACCTGTACCAGTAGTGGACATGGTdeletionCATGTCACCTGTACCAGTACAGTGGACATGGTinsertionbasepairsubstitutionstransition:pyrimidinetopyrimidinetransversion:pyrimidinetopurinenormalsequencedeletionsandinsertionscaninvolveoneormorebasepairs當(dāng)前113頁，總共141頁。3.8.DNA損傷及修復(fù)

自發(fā)性DNA損傷：

錯配mismatch/mispairing

互變異構(gòu)現(xiàn)象tautomerism

堿基“環(huán)出（loopingout）”

環(huán)境因素：

化學(xué)誘變—烷化劑、亞硝酸

物理因素—紫外線、電離輻射當(dāng)前114頁，總共141頁。DNA損傷的化學(xué)及物理因素當(dāng)前115頁，總共141頁?；プ儺悩?gòu)引起的突變：TautomericformsoftheDNAbasesAdenineCytosineAMINO（氨基）IMINO（亞氨基）當(dāng)前116頁，總共141頁。GuanineThymineKETO（酮式）ENOL（烯醇式）TautomericformsoftheDNAbases當(dāng)前117頁，總共141頁。MutationcausedbytautomerofcytosineCytosineCytosineGuanineAdeninecytosinemispairswithadenineresultinginatransitionmutationNormaltautomericformRareiminotautomericform當(dāng)前118頁，總共141頁。MutationisperpetuatedbyreplicationreplicationofC-GshouldgivedaughterstrandseachwithC-GtautomerformationC

duringreplicationwillresultinmispairingandinsertionofanimproperAinoneofthedaughterstrandsACwhichcouldresultinaC-GtoT-Atransitionmutationinthenextroundofreplication,orifimproperlyrepairedCGCGandCGCGCAandCGTA當(dāng)前119頁，總共141頁。堿基環(huán)