醫(yī)學(xué)生物化學(xué)：第十四章 DNA的生物合成

1、DNA的生物合成的生物合成DNA Biosynthesis，ReplicationFrancis Crick復(fù)制復(fù)制( (replication)指生物體內(nèi)以親代指生物體內(nèi)以親代DNADNA分子兩條鏈分子兩條鏈為模板，合成兩個(gè)子代為模板，合成兩個(gè)子代DNADNA分子的過(guò)程。分子的過(guò)程。半保留復(fù)制半保留復(fù)制雙向復(fù)制雙向復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制高保真性高保真性復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn) 第一節(jié)第一節(jié) DNA復(fù)制的基本特征復(fù)制的基本特征（一）、（一）、DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制以半保留方式進(jìn)行復(fù)制子代子代DNA分子的一股單鏈從親代完分子的一股單鏈從親代完整地接受過(guò)來(lái)，另一股單鏈則完全是新整地接

2、受過(guò)來(lái)，另一股單鏈則完全是新合成的。兩個(gè)子細(xì)胞的合成的。兩個(gè)子細(xì)胞的DNA都和親代都和親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為為半保留復(fù)制半保留復(fù)制。半保留復(fù)制的概念半保留復(fù)制的概念TGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACCTGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCTGGTACTGACCATGACACCATGACTGGTACTGTGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACC+母鏈母鏈DNA 復(fù)制過(guò)程中形成復(fù)制過(guò)程中形成的復(fù)制叉的復(fù)制叉子代子代DNA 子鏈復(fù)制的幾種可能方式子鏈復(fù)制的幾種可能

3、方式全全保保留留 半半保保留留 混混合合式式 親代親代DNA子代子代DNA首先在首先在培養(yǎng)基中培養(yǎng)培養(yǎng)基中培養(yǎng)然后轉(zhuǎn)到然后轉(zhuǎn)到培養(yǎng)基中培養(yǎng)培養(yǎng)基中培養(yǎng) 只在只在中培養(yǎng)中培養(yǎng) 只在只在中培養(yǎng)中培養(yǎng)第一代第一代第二代第二代 提取提取DNA，進(jìn)行密度梯度超離心，進(jìn)行密度梯度超離心E.coli 細(xì)胞細(xì)胞用用標(biāo)記的標(biāo)記的親本親本DNA中第一中第一次復(fù)制次復(fù)制中第二次復(fù)制中第二次復(fù)制實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DNA復(fù)制是半保留復(fù)制復(fù)制是半保留復(fù)制半保留復(fù)制的意義半保留復(fù)制的意義半保留復(fù)制使子代半保留復(fù)制使子代DNA保留了親代保留了親代DNA的全部遺傳信的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。息，體現(xiàn)了遺傳的保守

4、性。遺傳的保守性是物遺傳的保守性是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但但不是絕對(duì)的不是絕對(duì)的。在強(qiáng)調(diào)遺傳恒定性的在強(qiáng)調(diào)遺傳恒定性的同時(shí)不能忽視其同時(shí)不能忽視其變異性變異性。（二）、（二）、DNA復(fù)制從起點(diǎn)向兩個(gè)方向延伸復(fù)制從起點(diǎn)向兩個(gè)方向延伸 原核生物原核生物DNA 復(fù)制時(shí)，復(fù)制時(shí)，DNA從從起始點(diǎn)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，稱為復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。雙向復(fù)制。復(fù)制中的放射自顯影圖像（眼睛狀圖形）復(fù)制中的放射自顯影圖像（眼睛狀圖形）（大腸桿菌（大腸桿菌DNADNA經(jīng)放射性標(biāo)記后電鏡下觀察結(jié)果）經(jīng)放射性標(biāo)記后電

5、鏡下觀察結(jié)果）u真核生物真核生物有多個(gè)染色體均需要復(fù)制，每個(gè)染有多個(gè)染色體均需要復(fù)制，每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子的復(fù)制。色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子的復(fù)制。u習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間的距離定為一個(gè)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)復(fù)制子制子(replicon) 。u復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。 u高等生物有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的復(fù)制子，長(zhǎng)度差異很大。高等生物有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的復(fù)制子，長(zhǎng)度差異很大。53oriorioriori5355335533復(fù)制子復(fù)制子已完成復(fù)制的復(fù)制子已完成復(fù)制的復(fù)制子DNA母鏈，母鏈，ori為復(fù)制點(diǎn)為復(fù)制點(diǎn)復(fù)制子的大小和起始的先后不同

6、復(fù)制子的大小和起始的先后不同復(fù)制子長(zhǎng)度為相鄰起點(diǎn)間距離復(fù)制子長(zhǎng)度為相鄰起點(diǎn)間距離其中一個(gè)復(fù)制子已經(jīng)完成復(fù)制其中一個(gè)復(fù)制子已經(jīng)完成復(fù)制復(fù)復(fù)制制進(jìn)進(jìn)程程terA環(huán)狀雙鏈環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)及復(fù)制起始點(diǎn)（ origin）B復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉（replication fork）C復(fù)制接近終止點(diǎn)復(fù)制接近終止點(diǎn)(termination, ter)復(fù)制叉復(fù)制叉指復(fù)制時(shí)，雙鏈指復(fù)制時(shí)，雙鏈DNA由由復(fù)制起始點(diǎn)處打開，沿兩條解開的單復(fù)制起始點(diǎn)處打開，沿兩條解開的單鏈模板合成鏈模板合成DNA新鏈，其形狀像一個(gè)新鏈，其形狀像一個(gè)叉子，稱為復(fù)制叉。叉子，稱為復(fù)制叉。E.coliorigin（三

7、）、復(fù)制的半不連續(xù)性（三）、復(fù)制的半不連續(xù)性5 3 解鏈方向解鏈方向3 5 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈(leading strand)隨從鏈隨從鏈(lagging strand)3 5 3 3 5 5 領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，這就是復(fù)制的半不連續(xù)性這就是復(fù)制的半不連續(xù)性DNA的兩股鏈走向相反，一股為的兩股鏈走向相反，一股為5至至3，另一股（互補(bǔ)鏈）為另一股（互補(bǔ)鏈）為3至至5 。復(fù)制叉上兩。復(fù)制叉上兩股母鏈也是走向相反。股母鏈也是走向相反。子鏈沿母鏈模板復(fù)制，只能從子鏈沿母鏈模板復(fù)制，只能從5向向3延伸。延伸。同一個(gè)復(fù)制叉只能有一個(gè)解鏈方向。同一個(gè)復(fù)制叉只能有一個(gè)

8、解鏈方向。 岡崎片段岡崎片段順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈。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)制的鏈稱為隨隨從鏈。從鏈。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment)。（四）復(fù)制的高保真性（四）復(fù)制的高保真性1. 遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律2.聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)對(duì)堿基的選擇功能聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)對(duì)堿基的選擇功能3.

9、復(fù)制出錯(cuò)時(shí)復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-pol的及時(shí)校讀功能的及時(shí)校讀功能二、二、DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化DNA復(fù)復(fù)制系統(tǒng)制系統(tǒng)底物底物dNTP聚合酶聚合酶DNA-pol模板模板解成單鏈解成單鏈的的DNA母鏈母鏈引物引物與模板互補(bǔ)的與模板互補(bǔ)的RNA片段片段其它酶其它酶和蛋白質(zhì)因子和蛋白質(zhì)因子底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP，DNA是單磷酸核苷，合是單磷酸核苷，合成時(shí)水解掉成時(shí)水解掉1分子分子PPi聚合酶聚合酶(polymerase): 依賴依賴DNA的的DNA聚合酶聚合酶簡(jiǎn)寫簡(jiǎn)寫 為為 DNA-pol模板模板(template) :

10、 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末端末端使使dNTP可以依可以依次聚合次聚合解螺旋酶解螺旋酶引物酶引物酶單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白DNA連接酶等連接酶等聚合反應(yīng)的特點(diǎn)：聚合反應(yīng)的特點(diǎn)：需要需要引物引物和和模板模板； 新鏈的延長(zhǎng)新鏈的延長(zhǎng)5 3 方向方向復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 1、DNA聚合酶聚合酶全稱：全稱：依賴依賴DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase，DDDP)u簡(jiǎn)稱：簡(jiǎn)稱：DNA-pol活性（作用）有兩方面：活性（作

11、用）有兩方面：u53 的的聚合聚合活性，活性， 沿沿53 方向方向延長(zhǎng)脫氧核苷酸鏈。延長(zhǎng)脫氧核苷酸鏈。u核酸核酸外切外切酶活性（兩種情況）酶活性（兩種情況） u3 5 外切酶活性，外切酶活性，能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。u5 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。核酸外切酶活性核酸外切酶活性3 5 外切酶活性外切酶活性能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。并將其水解。 （校讀）（校讀）5 3 外切酶活性能外切酶活性能切除突變的切除突變的 DNA片段片段，切除切除RNA引物引物。 原核生物的原核生物的DNA聚合酶

12、聚合酶 DNA-pol DNA-pol DNA-pol 修復(fù)合成、去除引物、填補(bǔ)空缺修復(fù)合成、去除引物、填補(bǔ)空缺修復(fù)合成修復(fù)合成主要復(fù)制酶主要復(fù)制酶三種酶均具有三種酶均具有：5 3 聚合酶活性聚合酶活性3 5 外切酶活性外切酶活性大片段（大片段（ klenow片段片段切除切除RNARNA引物引物損傷修復(fù)損傷修復(fù)校讀功能校讀功能常用的工具酶常用的工具酶聚合功能聚合功能DNA-pol（109kD）DNA-pol （120kD） DNA-pol II基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活 它參與它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。 功能：功能：是原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真

13、正起催化作用的酶。是原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶。 DNA-pol (250kD)7-107-10個(gè)亞基組成的不對(duì)個(gè)亞基組成的不對(duì)稱二聚體稱二聚體核心酶（核心酶（2 22 2 2 ）亞基催化磷酸二酯鍵的形成。亞基催化磷酸二酯鍵的形成。亞基具有亞基具有3535核酸外切酶核酸外切酶 活性，起較正作用活性，起較正作用滑動(dòng)夾子（兩個(gè)滑動(dòng)夾子（兩個(gè) 亞基）亞基）（2 圍繞雙螺旋形成一個(gè)圍繞雙螺旋形成一個(gè) 環(huán)，模板鏈從該環(huán)通過(guò)）環(huán)，模板鏈從該環(huán)通過(guò)）夾夾穩(wěn)模板并沿模板滑動(dòng)穩(wěn)模板并沿模板滑動(dòng) 復(fù)合物復(fù)合物 夾子裝載夾子裝載真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶真核生物真核生物DNA-PolDNA-P

14、ol DNA-Pol DNA-Pol DNA-Pol DNA-Pol 細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)定位定位53聚合活性聚合活性35外切活性外切活性功能功能核核核核線粒體線粒體核核核核+引物合成引物合成隨從鏈部分隨從鏈部分合成合成-+-低保真度的低保真度的復(fù)制復(fù)制線粒體線粒體DNA的的復(fù)制復(fù)制延長(zhǎng)子鏈的延長(zhǎng)子鏈的主要酶主要酶解螺旋酶活性解螺旋酶活性填補(bǔ)引物空隙填補(bǔ)引物空隙切除修復(fù)切除修復(fù)重組重組n依賴依賴DNA的的RNA聚合酶，可催化短片段聚合酶，可催化短片段RNA合成。合成。n可以催化游離可以催化游離NTP聚合。聚合。n在大腸桿菌中，是在大腸桿菌中，是DnaG引物（引物（primer）：）： 是由引物酶催化生

15、成的短鏈?zhǔn)怯梢锩复呋傻亩替淩NA，它可，它可為為DNA聚合提供聚合提供3-OH末端。末端。2 2、引物酶、引物酶(primerase)(primerase) 解旋酶能在復(fù)解旋酶能在復(fù)制叉前解開一制叉前解開一小段小段DNA。 每解開一個(gè)堿每解開一個(gè)堿基對(duì)需消耗基對(duì)需消耗2分分子子ATP。3.解螺旋酶解螺旋酶4、拓?fù)洚悩?gòu)酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase) 拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)既能水解既能水解 、又能連接磷酸二酯鍵。能夠可逆、又能連接磷酸二酯鍵。能夠可逆的切斷的切斷DNADNA鏈，消除由于復(fù)制叉移動(dòng)使鏈，消除由于復(fù)制叉移動(dòng)使DNADNA雙鏈打結(jié)、纏繞而形成的正超螺旋。

16、雙鏈打結(jié)、纏繞而形成的正超螺旋。1111個(gè)個(gè)螺旋螺旋 9 9個(gè)螺旋個(gè)螺旋被壓縮被壓縮 超螺旋局部解開后超螺旋局部解開后DNA復(fù)制過(guò)程中正超螺旋的形成復(fù)制過(guò)程中正超螺旋的形成 2 2復(fù)制過(guò)程中正超螺旋的形成復(fù)制過(guò)程中正超螺旋的形成 超螺旋解開前超螺旋解開前29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拓?fù)洚愅負(fù)洚悩?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解解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，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?fù)洚愅負(fù)洚悩?gòu)酶構(gòu)酶切斷切斷DNA分子分子兩股兩股鏈，斷端通過(guò)鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛

17、。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(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用 是同源四聚體，對(duì)單鏈?zhǔn)峭此木垠w，對(duì)單鏈DNA有高的親合力有高的親合力能特異性的能特異性的結(jié)合到分開的單鏈結(jié)合到分開的單鏈DNA上，作用：上，作用：1）防止單鏈重新生成超螺旋）防止單鏈重新生成超螺旋2）防止單鏈模板被水解。）防止單鏈模板被水解。引發(fā)體引發(fā)體引物酶引物酶DNA聚合酶聚合酶IIIDNA聚合酶聚合酶IDNA連接酶連接酶滯后鏈滯后鏈前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白解旋酶解旋酶6、DNA連接酶連接酶 DNA連接酶連接酶(DNA l

18、igase)作用方式作用方式連接連接DNA鏈鏈3 -OH末端和相鄰末端和相鄰DNA鏈鏈5 -P末末端，使二者生成磷酸二酯鍵，把兩段相鄰的端，使二者生成磷酸二酯鍵，把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。鏈連接成一條完整的鏈。DNA連接酶連接酶ATPADPHOPOO-O-O5353POO-O-O355353535353ATP ADPDNA連接酶連接酶（一）復(fù)制的起始（一）復(fù)制的起始1. DNA解開成單鏈，形成復(fù)制叉，提供模板。解開成單鏈，形成復(fù)制叉，提供模板。2. 形成引發(fā)體并合成引物，提供形成引發(fā)體并合成引物，提供3 -OH末端。末端。三、原核生物三、原核生物DNA復(fù)制過(guò)程復(fù)制過(guò)程 DnaA、

19、B、C三種蛋白參與DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaCDnaA蛋白蛋白四個(gè)相同亞基組成四個(gè)相同亞基組成3 5 5 3 DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaC Dna ASSBDnaG引物酶引物酶DNA拓?fù)渫負(fù)洚悩?gòu)酶異構(gòu)酶3 5 5 3 DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaCSSBDNA拓?fù)渫負(fù)洚悩?gòu)酶異構(gòu)酶合成引物合成引物 DnaG引物酶引物酶解鏈方向解鏈方向（二）復(fù)制的延長(zhǎng)（二）復(fù)制的延長(zhǎng) 復(fù)制的延長(zhǎng)指在復(fù)制的延長(zhǎng)指在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長(zhǎng)中的子鏈上，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。其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。(d

20、NMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTP3 3dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTP 5 5 3 35 5OH 3DNA-pol復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)3AGTC5AGTCdCTPHOPPPCdGTPGHOPPPdATPHOPPPAdTTPHOPPPT53AAGAGTCAGTCAGTCdGTPHO5TCTPPP53OH單鏈延長(zhǎng)的方向單鏈延長(zhǎng)的方向 單鏈延長(zhǎng)的方向單鏈延長(zhǎng)的方向 新鏈生成需引物；新鏈生成需引物； 新鏈的延長(zhǎng)只可沿新鏈的延長(zhǎng)只可沿5 3 方向進(jìn)行方向進(jìn)行 。脫氧核糖核苷酸之脫氧核糖核苷

21、酸之間生成間生成 3，5磷酸磷酸二酯鍵而逐一聚合二酯鍵而逐一聚合DnaGSSB SSB SSBDNA-Pol 前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈后隨鏈后隨鏈-岡崎片斷岡崎片斷5 3 3 5 3 5 5 3 DnaB解螺旋酶解螺旋酶5 3 5 3 5 5 DNA Pol-DNA pol I水解水解RNA引物留下空引物留下空隙隙填補(bǔ)引物水解后留下的空隙，保留缺口填補(bǔ)引物水解后留下的空隙，保留缺口DNA連接酶連接酶DNA連接酶連接酶ATP ADP+Pi5 5 DNA連接酶連接酶5 5 P形成磷酸二酯鍵連接片段之間缺口形成磷酸二酯鍵連接片段之間缺口 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，雙向復(fù)制的復(fù)制

22、片段在復(fù)制的終止點(diǎn)片段在復(fù)制的終止點(diǎn)(ter)處匯合。處匯合。（三）復(fù)制的終止（三）復(fù)制的終止?jié)L環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制(噬菌體噬菌體)dNTPDNA-pol D環(huán)復(fù)制環(huán)復(fù)制(線粒體線粒體 P296)第一引物以內(nèi)環(huán)為模板延伸第一引物以內(nèi)環(huán)為模板延伸第二引物（反向）以外環(huán)為第二引物（反向）以外環(huán)為模板進(jìn)行反向延伸模板進(jìn)行反向延伸四、真核生物的四、真核生物的DNA復(fù)制過(guò)程復(fù)制過(guò)程（一）真核生物（一）真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)：復(fù)制的特點(diǎn)：1、多復(fù)制子復(fù)制、多復(fù)制子復(fù)制2、RNA引物和岡崎片段短引物和岡崎片段短真核引物真核引物10個(gè)核苷酸，原核可高達(dá)數(shù)十個(gè)；真核岡崎片段個(gè)核苷酸，原核可高達(dá)數(shù)十個(gè)；真核岡崎片段1

23、00-200個(gè)堿基，原核高達(dá)個(gè)堿基，原核高達(dá)1000-2000個(gè)。個(gè)。3、起始過(guò)程復(fù)雜、起始過(guò)程復(fù)雜4、真核生物、真核生物DNA復(fù)制和核小體裝配同步進(jìn)行復(fù)制和核小體裝配同步進(jìn)行5、端粒、端粒DNA的合成的合成真核生物線性染色體末端有端粒結(jié)構(gòu)。真核生物線性染色體末端有端粒結(jié)構(gòu)。 端粒端粒(telomere) 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1)隨著年齡的增長(zhǎng)、衰老進(jìn)行，隨著年齡的增長(zhǎng)、衰老進(jìn)行，端粒端粒DNA長(zhǎng)度也在相應(yīng)縮短長(zhǎng)度也在相應(yīng)縮短 。2)長(zhǎng)期慢性的緊張和壓力可以長(zhǎng)期慢性的緊張和壓力可以影響端粒長(zhǎng)度縮短的速度影響端粒長(zhǎng)度縮短的速度 。

24、3)孩童時(shí)期的不幸經(jīng)歷孩童時(shí)期的不幸經(jīng)歷令孩子們的端粒令孩子們的端粒DNA長(zhǎng)度普遍縮短。長(zhǎng)度普遍縮短。 線性線性DNA復(fù)制的末端復(fù)制的末端3535355 3 53535353復(fù)制完成后子鏈末端留下空隙，母鏈成單鏈復(fù)制完成后子鏈末端留下空隙，母鏈成單鏈功能功能 維持染色體的穩(wěn)定性維持染色體的穩(wěn)定性 保證保證DNA復(fù)制的完整性復(fù)制的完整性端粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)端粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 由末端單鏈由末端單鏈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序列是多次重復(fù)的富含序列是多次重復(fù)的富含T 、 G堿堿基的短基的短 序列。序列。TTTTGGGGTTTTGGGG端粒酶端粒酶(telomerase)作用：作

25、用：RNA模板模板逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶的分子結(jié)構(gòu)端粒酶的分子結(jié)構(gòu)組成：組成： 端粒酶端粒酶RNA 端粒酶協(xié)同蛋白端粒酶協(xié)同蛋白 端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶5端粒酶的端粒酶的RNAACUAAACCCA AAACAAACCGAC353GTTTTGGGTTTTGG3OH端粒端粒DNA末端末端TGGTTTG3OH1 1、端粒酶靠、端粒酶靠hTRhTR（AnCnAnCn）x x與母鏈與母鏈DNADNA端粒結(jié)合端粒結(jié)合2 2、以端粒酶、以端粒酶RNARNA為模版，逆轉(zhuǎn)錄，延長(zhǎng)為模版，逆轉(zhuǎn)錄，延長(zhǎng)DNADNA母鏈母鏈3 3、端粒酶移位、空出、端粒酶移位、空出RNARNA模板，再次延長(zhǎng)母鏈，同時(shí)模板，再次

26、延長(zhǎng)母鏈，同時(shí)DNADNA母鏈反摺利于下游復(fù)制延伸。母鏈反摺利于下游復(fù)制延伸。TGGTTTGG5端粒酶的端粒酶的RNAACUAAACCCA AAACAAACCGAC353TTTT3OHTGGTTTGGGGGGGGGTTTTGGTTTT4 4、延伸足夠長(zhǎng)度后端粒酶脫離母鏈，代之以、延伸足夠長(zhǎng)度后端粒酶脫離母鏈，代之以DNA-Pol DNA-Pol 。此時(shí)。此時(shí)母鏈母鏈3 3-OH-OH反折，同時(shí)作為引物和模板，完成末端雙鏈復(fù)制。反折，同時(shí)作為引物和模板，完成末端雙鏈復(fù)制。5端粒酶的端粒酶的RNAACUAAACCCAAAACAAACCGAC33OH53TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGG

27、GTTTTGGGGn3HO53TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGTTTTGGGGnnCCCCAAAACCCCAAAAAAAADNA-Pol哺乳動(dòng)物的哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期細(xì)胞周期DNA合成期合成期G1G2SM細(xì)胞周期（細(xì)胞周期（cell cyclecell cycle）是指連續(xù)分裂細(xì)胞從上一次有絲分裂）是指連續(xù)分裂細(xì)胞從上一次有絲分裂結(jié)束到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的整個(gè)過(guò)程。結(jié)束到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的整個(gè)過(guò)程。 整個(gè)過(guò)程中，細(xì)胞遺傳物質(zhì)復(fù)制并加倍，且在分裂結(jié)束時(shí)整個(gè)過(guò)程中，細(xì)胞遺傳物質(zhì)復(fù)制并加倍，且在分裂結(jié)束時(shí)平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去。平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去。RNA和蛋白質(zhì)合

28、成和蛋白質(zhì)合成 調(diào)控調(diào)控DNA合成的啟動(dòng)合成的啟動(dòng)形成染色體形成染色體發(fā)生細(xì)胞分裂發(fā)生細(xì)胞分裂新細(xì)胞形成新細(xì)胞形成合成有絲分裂所必需物質(zhì)合成有絲分裂所必需物質(zhì) 反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄(reverse transcription) ：是以：是以RNA為模板，為模板，指導(dǎo)指導(dǎo)DNA合成的過(guò)程。合成的過(guò)程。 反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase) ：依賴：依賴RNA的的DNA聚合酶（聚合酶（RDDP）。）。 反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶第二節(jié)、反轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄病毒第二節(jié)、反轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄病毒信息流動(dòng)方向信息流動(dòng)方向 逆轉(zhuǎn)錄酶具有三種酶活性：逆轉(zhuǎn)錄酶具有三種酶活性： 以以RNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA聚合酶活

29、性聚合酶活性 以以RNA作模板合成作模板合成DNA單鏈，形成單鏈，形成RNA-DNA雜化分子雜化分子 RNA水解酶活性水解酶活性 水解雜化分子中的水解雜化分子中的RNA單鏈，生成單鏈，生成DNA單鏈模板單鏈模板 （此作用可以由被感染細(xì)胞內(nèi)（此作用可以由被感染細(xì)胞內(nèi)RNase代替）代替） DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA聚合酶活性聚合酶活性 DNA作模板合成作模板合成DNA單鏈，形成雙鏈單鏈，形成雙鏈DNA分子分子 酶作用需要酶作用需要Zn2+ 作為輔助因子作為輔助因子 合成反應(yīng)也按照合成反應(yīng)也按照53延長(zhǎng)的規(guī)律延長(zhǎng)的規(guī)律 逆轉(zhuǎn)錄酶的存在：逆轉(zhuǎn)錄酶的存在： 致癌致癌RNA病毒、蛙卵、白細(xì)胞、滋養(yǎng)層細(xì)胞。

30、病毒、蛙卵、白細(xì)胞、滋養(yǎng)層細(xì)胞。逆轉(zhuǎn)錄酶的作用逆轉(zhuǎn)錄酶的作用逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶（逆轉(zhuǎn)錄酶（RNase H）逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶第十五章第十五章 DNA損傷與修復(fù)損傷與修復(fù)DNA Damage and Repair 在復(fù)制過(guò)程中發(fā)生的在復(fù)制過(guò)程中發(fā)生的DNA突變稱為突變稱為DNA損損傷傷(DNA damage)。 遺傳物質(zhì)的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變結(jié)構(gòu)改變而引起的而引起的遺傳信息遺傳信息改變，改變，均可稱為均可稱為突變突變。突變就其后果而言并非都是危害生命的，也有積突變就其后果而言并非都是危害生命的，也有積極意義，是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)，且在生物界極意義，是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)，且在生物界普遍存在。

31、普遍存在。一、引發(fā)一、引發(fā)DNA損傷的因素?fù)p傷的因素 體內(nèi)因素體內(nèi)因素: 1、DNA復(fù)制錯(cuò)誤復(fù)制錯(cuò)誤 2、DNA自身的不穩(wěn)定性自身的不穩(wěn)定性 3、機(jī)體代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧、機(jī)體代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧 體外因素體外因素: 1、物理因素、物理因素: 如如UV (ultra violet)、各種輻射。、各種輻射。 2、化學(xué)因素、化學(xué)因素: 烷化劑、堿基、核苷酸類似物及其他一烷化劑、堿基、核苷酸類似物及其他一些人工合成或環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì)。些人工合成或環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì)。 3、生物因素、生物因素:黃曲霉素、病毒和抗生素類等。黃曲霉素、病毒和抗生素類等。二、二、DNADNA損傷的類型損傷的類型堿基

32、損傷與糖基破壞堿基損傷與糖基破壞堿基之間發(fā)生錯(cuò)配堿基之間發(fā)生錯(cuò)配DNA鏈發(fā)生斷裂鏈發(fā)生斷裂DNA鏈的共價(jià)交聯(lián)鏈的共價(jià)交聯(lián)DNA損傷將導(dǎo)致：損傷將導(dǎo)致：（一）置換（一）置換 DNA分子上的堿基錯(cuò)配又稱分子上的堿基錯(cuò)配又稱點(diǎn)突變點(diǎn)突變。有兩種類型：。有兩種類型： 1. 轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換：發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。或嘧啶代替另一嘧啶。 2. 顛換：顛換：發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。嘌呤。 如果點(diǎn)突變發(fā)生在基因編碼區(qū)，則會(huì)導(dǎo)致氨基酸如果點(diǎn)突變發(fā)生在基因編碼區(qū)，則會(huì)導(dǎo)致氨基酸改變

33、（蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)改變），進(jìn)而影響該蛋白改變（蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)改變），進(jìn)而影響該蛋白質(zhì)的功能。質(zhì)的功能。DNA損傷將導(dǎo)致：損傷將導(dǎo)致：（一）置換（一）置換 即即DNA分子上的堿基錯(cuò)配又稱分子上的堿基錯(cuò)配又稱點(diǎn)突變點(diǎn)突變。有兩種類。有兩種類型：型： 1. 轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換：發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶?；蜞奏ご媪硪秽奏?。 2. 顛換：顛換：發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。嘌呤。 錯(cuò)義突變錯(cuò)義突變：堿基置換造成氨基酸編碼的改變。：堿基置換造成氨基酸編碼的改變。 無(wú)義突變無(wú)義突變：變?yōu)?/p>

34、終止密碼子。：變?yōu)榻K止密碼子。 同義突變同義突變：不改變氨基酸密碼子。：不改變氨基酸密碼子。 如果堿基置換發(fā)生在基因編碼區(qū)，即錯(cuò)義突變則如果堿基置換發(fā)生在基因編碼區(qū)，即錯(cuò)義突變則會(huì)導(dǎo)致氨基酸改變（蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)改變），進(jìn)會(huì)導(dǎo)致氨基酸改變（蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)改變），進(jìn)而影響該蛋白質(zhì)的功能。而影響該蛋白質(zhì)的功能。 鐮型紅細(xì)胞貧血鐮型紅細(xì)胞貧血 基因（編碼鏈基因（編碼鏈 GAGGTG ） HbS = 226GluVal（鏈）鏈） 膀胱癌細(xì)胞膀胱癌細(xì)胞 c-rasH基因（編碼鏈基因（編碼鏈GGCGTC） 表達(dá)產(chǎn)物表達(dá)產(chǎn)物12位位GlyVal。（二）缺失、插入和框移（二）缺失、插入和框移 缺失：缺失： 一個(gè)

35、堿基或一段核苷酸鏈從一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。大分子上消失。 插入：插入： 原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)堿基或一段核苷原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到酸鏈插入到DNA大分子中間。大分子中間。 缺失或插入可導(dǎo)致缺失或插入可導(dǎo)致框移突變框移突變 框移突變框移突變 是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，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)生造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。改變。 DNA分子內(nèi)的某個(gè)片段從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置，分子內(nèi)的某個(gè)片段從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置，或不同或不同DNA分子間分子間DNA片段的轉(zhuǎn)移及重新組合稱重組或片段的轉(zhuǎn)移及重新組合稱重組或重排。重排。第二節(jié)、第二節(jié)、DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù) 修復(fù)修復(fù)(repairing) 指糾正指糾正DNA兩條鏈兩條鏈間錯(cuò)配的堿基、清間錯(cuò)配的堿基、清除除DNA鏈上受損的鏈上受損的堿基或糖基、恢復(fù)堿基或糖基、恢復(fù)DNA的正常結(jié)構(gòu)的的正常結(jié)構(gòu)的過(guò)程。過(guò)程。直接修復(fù)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)烷基化堿基的直接修復(fù)無(wú)嘌呤位點(diǎn)的直接修復(fù)無(wú)嘌呤位點(diǎn)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)切除修復(fù)切除修復(fù)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)重組修復(fù)重組