2022年《分子生物學(xué)》教案

1、精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -學(xué)習(xí)好資料歡迎下載分子生物學(xué)教案E DNA復(fù)制 教學(xué)目的和要求1 懂得 DNA 復(fù)制的半保留機(jī)制和半不連續(xù)復(fù)制2 把握細(xì)菌DNA 復(fù)制過程及有重要作用的酶和蛋白質(zhì)3 明白細(xì)胞周期4 明白真核生物DNA 復(fù)制的特點(diǎn)E1 DNA 復(fù)制概述半保留機(jī)制DNA兩條親代鏈分別作為模板催化新生子鏈的合成，新生DNA的一條鏈?zhǔn)窃鹊呐f鏈， 另一條是新合成的，為半保留復(fù)制； Meselson 和 Stahl 1958 年用試驗證明白該機(jī)制（見教材P71）；親代鏈分開及新生DNA 開頭復(fù)制處稱為復(fù)制叉；DNA合成的底物是脫氧核苷三磷酸 （d

2、NTP）:dATPdGTP、 dCTP、dTTP；合成的能量來自dNTP 的水解；復(fù)制子、復(fù)制起始與終點(diǎn)以單一單位復(fù)制的任一段DNA 都稱為復(fù)制子；每個復(fù)制子都有固定的起始點(diǎn)，原核生物很多病毒的DNA呈環(huán)形，為單一復(fù)制子，通常兩個復(fù)制叉從一個 起始點(diǎn)向兩個方向復(fù)制，復(fù)制的起始和細(xì)胞生長周期調(diào)劑都在起始點(diǎn)處調(diào)劑；真核生物的線性染色體由多復(fù)制子構(gòu)成，每個復(fù)制子都有自己的起始點(diǎn)，起始點(diǎn)在最初解鏈處富含AT 序列，它比富含GC 的起始點(diǎn)更易解鏈；半不連續(xù)復(fù)制由于 DNA 新鏈合成只答應(yīng)以5/ 3/方向進(jìn)行，而兩條親本鏈反向平行，因而一條新鏈從起始點(diǎn)按5/ 3/方向連續(xù)合成（前導(dǎo)鏈），另一條新鏈（后隨鏈

3、）從復(fù)制叉開頭按5/ 3/方向先合成一些短的DNA片段（岡崎片段） ，再由連接酶連成一條連續(xù)的 DNA ；即前導(dǎo)鏈連續(xù)合成為長鏈，后隨鏈就是間斷合成的，這種合成方式為半不連續(xù)復(fù)制；RNA 引導(dǎo)在每一片段的5/ 端先合成一小段RNA （引物），引導(dǎo) DNA 合成；E2 細(xì)菌的 DNA 復(fù)制起始E.coli 的起始點(diǎn)位于遺傳基因座oriC ，大腸桿菌編碼的蛋白DnaA 第一識別和結(jié)合于oriC 的 9bp 重復(fù)序列形成復(fù)合物，約 45bp 成為單鏈，DnaB 進(jìn)入，它是 DNA 解旋酶，利用 ATP 水解產(chǎn)生的能量解開雙鏈DNA ，形成的單鏈泡被單鏈結(jié)合蛋白Ssb 所掩蓋；DNA引發(fā)酶結(jié)合到DNA

4、 上并合成引物RNA ；解旋DNA解旋酶沿模板鏈前進(jìn)，打開雙螺旋使復(fù)制順當(dāng)進(jìn)行，在閉環(huán)DNA中復(fù)制叉處解旋所形成的正超螺旋可通過型拓?fù)洚悩?gòu)酶即DNA 旋轉(zhuǎn)酶的作用而釋放；延長DNA 聚合酶的全酶二聚體引發(fā)體和DNA 解旋酶結(jié)合成復(fù)合體（復(fù)制體），以每秒 900bp 的速率合成DNA ；引發(fā)體含有DnaB 解旋酶和DNA引物酶，在后續(xù)鏈上間斷合 成 RNA 引物；DNA 聚合酶催化合成DNA ，該酶含有聚合酶亞基和一個3/ 5/外切核酸酶 亞基；DNA 聚合酶負(fù)責(zé)切除引物并填補(bǔ)缺口，該酶具有5/ 3/ 聚合酶、5/ 3/ 外切核酸酶及3/ 5/校正外切核酸酶活性；DNA 連接酶填補(bǔ)片段間的缺口；

5、終止與分別 兩個復(fù)制叉在 oriC 約 1800 的對面相遇； 該區(qū)域有終止子位點(diǎn)， 它們與 DnaB 抑制劑（ tus 基因的產(chǎn)物）結(jié)合，阻擋復(fù)制叉移動；復(fù)制終止后兩個相扣的子鏈 DNA 由拓?fù)洚悩?gòu)酶（一種型拓?fù)洚悩?gòu)酶）解聯(lián)，安排到兩個子細(xì)胞；E3細(xì)胞周期細(xì)胞周期細(xì)胞分裂為兩個子細(xì)胞的全部過程為細(xì)胞周期，它包括DNA的復(fù)制和細(xì)胞分裂；細(xì)胞周期分4 個時期： G1 期細(xì)胞為復(fù)制作預(yù)備；S 期 DNA 復(fù)制； G2 期 S 期后有精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 1 頁，共 4 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - -

6、- - - - - - -學(xué)習(xí)好資料歡迎下載絲分裂前的短暫期；有絲分裂期染色體對等安排到兩個子細(xì)胞，它又有前、 中、后期之分；G1 、S、G2 共同組成間期；有絲分裂后，增殖的細(xì)胞進(jìn)入下一個細(xì)胞周期的G1 期，也可脫離細(xì)胞周期進(jìn)入非增殖的休眠狀態(tài)G0 期（緘默期） ；檢驗點(diǎn)及其調(diào)控在 G1 期有打算細(xì)胞進(jìn)入下一個分裂周期的限制點(diǎn)（R 點(diǎn)），細(xì)胞分裂周期起始仍需促細(xì)胞分裂原，如細(xì)胞在到達(dá)R 點(diǎn)之前缺乏促細(xì)胞分裂原，細(xì)胞將重進(jìn)G0 期；細(xì)胞周期中終止細(xì)胞分裂的那些點(diǎn)叫檢驗點(diǎn)，它在間歇期發(fā)生以保證細(xì)胞分裂之前完成DNA 復(fù)制；細(xì)胞周期蛋白和CDK蛋白磷酸化是調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程的一個主要機(jī)制，由一個調(diào)劑

7、亞基（細(xì)胞周期蛋白）和依靠細(xì)胞周期蛋白的激酶（CDK ）來完成，細(xì)胞周期蛋白CDK復(fù)合物打算將被磷酸化的目標(biāo)蛋白；E2F 和 RB 的調(diào)控 由 G1 期進(jìn)入 S 期主要依靠對 E2F 這一轉(zhuǎn)錄因子的激活， E2F 的活性又受與其結(jié)合的蛋白 RB 的抑制，在 G1 中后期，細(xì)胞周期蛋白 CDK 復(fù)合物使 RB 磷酸化從而釋放 E2F 進(jìn)而激活轉(zhuǎn)錄；細(xì)胞周期的激活、抑制和癌癥小的抑制蛋白如CIP 蛋白和 INK4 蛋白可通過抑制細(xì)胞周期蛋白 CDK 復(fù)合物的活性來推遲細(xì)胞周期的進(jìn)程；細(xì)胞周期與癌癥間有著根本的聯(lián)系，G1 到 S 期的過渡受到原癌基因和抑癌蛋白的調(diào)控；B細(xì)胞的癌變與細(xì)胞周期蛋白D1

8、基因的過表達(dá)相關(guān)；人類癌癥中兩個重要的抑癌基因產(chǎn)物 抑癌蛋白RB 和 P53 均與細(xì)胞周期調(diào)控親密相關(guān)，RB 調(diào)控 E2F 的活性，當(dāng)DNA損耗時，P53 誘導(dǎo) P21 WAF1/CIP1 的合成；E4真核生物的DNA復(fù)制試驗系統(tǒng)僅有 400 個復(fù)制子的酵母，更為簡潔的猿猴病毒（SV40 ）病毒都是很好的模型；非洲爪蟾卵提取物廣泛用于外加DNA 或整個細(xì)胞核的復(fù)制；起始點(diǎn)和起始約 20 50 個復(fù)制子串聯(lián)成簇在S 期同時開頭復(fù)制，常染色質(zhì)先復(fù)制，其次 為異染色質(zhì)，最終是著絲粒和端粒；酵母的起始點(diǎn)都有一個11bp 長的保守序列（自動復(fù)制序列 ARS ），它可結(jié)合起始點(diǎn)識別復(fù)合體（ORC ），被

9、CDK 激活后引導(dǎo)DNA 復(fù)制；每個復(fù)制子僅起始一次，特許因子在作用后失活能防止復(fù)制的再次起始；復(fù)制叉真核生物復(fù)制叉移動速度為每秒50bp，該過程需要解旋酶、單鏈結(jié)合蛋白（復(fù)制蛋白 A ）和 3 種 DNA 聚合酶；聚合酶 引發(fā)復(fù)制的起始，聚合酶 延長前導(dǎo)鏈，聚合酶 完成后續(xù)鏈的復(fù)制； DNA 及復(fù)制所需的蛋白質(zhì)均固定在核基質(zhì)上；端粒的復(fù)制真核染色體末端（端粒）由多個簡潔重復(fù)序列構(gòu)成，不帶遺傳信息，且3/端突出于 5/端以防止半不連續(xù)復(fù)制不能復(fù)制線性染色體末端而造成遺傳信息的丟失；端粒酶負(fù)責(zé)端粒DNA的復(fù)制，它帶有與端粒重復(fù)序列互補(bǔ)的RNA 分子；該酶在體細(xì)胞中處于抑 制狀態(tài)，但在很多癌細(xì)胞中

10、處于激活狀態(tài)；F DNA 損耗、修復(fù)與重組教學(xué)目的和要求1 明白突變的種類和產(chǎn)生的因素2 懂得 DNA 復(fù)制忠實性的機(jī)制3 把握 DNA 修復(fù)的機(jī)制4 把握 DNA 重組的方式及原理F1 誘變突變指 DNA堿基序列發(fā)生的永久的可遺傳的轉(zhuǎn)變；一個單一堿基的轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)突變，它包括轉(zhuǎn)換（嘌呤與嘌呤，嘧啶與嘧啶間的互換）或顛換（嘌呤與嘧啶間的互換）；假如點(diǎn)突變精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 2 頁，共 4 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -學(xué)習(xí)好資料歡迎下載發(fā)生在 DNA 的非編碼區(qū)、非調(diào)劑區(qū)

11、或密碼子的第3 個堿基，它不會影響滲入蛋白質(zhì)中的氨基酸， 為緘默突變； 假如發(fā)生氨基酸的轉(zhuǎn)變，就為錯義突變；形成新的終止密碼的突變?yōu)闊o義突變，產(chǎn)生截短的蛋白質(zhì)產(chǎn)物；一個或多個堿基的增加或丟失，會引起移碼突變；群體中很多緘默突變及非致死性突變的積存會產(chǎn)生遺傳多態(tài)性；復(fù)制忠實性 復(fù)制的精確性有 3 種機(jī)制：互補(bǔ)堿基配對原就（模板鏈和進(jìn)入核苷酸在 DNA 聚合酶的作用位點(diǎn)正確配對） ；聚合酶的 3/ 5/外切酶活性有校對功能，它能回走從 3/端切掉錯配核苷酸，引物是 DNA 聚合酶發(fā)揮自我校正功能的必要條件；逃脫校對的錯誤可被錯配修復(fù)機(jī)制所訂正；誘變劑常見的物理誘變劑為紫外線，它引起相鄰嘧啶核苷酸產(chǎn)

12、生嘧啶二聚體；化學(xué)誘變劑種類很多，堿基類似物可轉(zhuǎn)變堿基配對特性，誘發(fā)直接突變（如5溴尿嘧啶是胸腺嘧啶的類似物）；亞硝酸使胞嘧啶脫氨變成尿嘧啶，引起復(fù)制中A T 向 G C 轉(zhuǎn)化；烷化劑能在DNA不同位置加上烷基，造成堿基脫落，經(jīng)修復(fù)才能防止DNA損耗，細(xì)胞對損耗的處理有可能會由于間接誘變而導(dǎo)致突變；直接誘變和間接誘變DNA中存在穩(wěn)固的、配對特性發(fā)生轉(zhuǎn)變的堿基而導(dǎo)致的突變?yōu)橹苯诱T變；在有些情形下，一些損耗DNA 聚合酶為了保證染色體的完整性在損耗對應(yīng)的位點(diǎn)上插入錯誤的堿基， 導(dǎo)致間接誘變； 突變發(fā)生在損耗的位點(diǎn)上為定點(diǎn)突變， 發(fā)生在其它位點(diǎn)為非定點(diǎn)突變；原核生物中轉(zhuǎn)移損耗 DNA 合成屬于對 D

13、NA 損耗的 SOS 反應(yīng)（有時也叫“易錯修復(fù)”）F2 DNA 損耗堿基的損耗和丟失DNA的一些損耗是自發(fā)的，如胞嘧啶會自發(fā)水解脫氨變?yōu)槟蜞奏?，它會在接下來的?fù)制中與腺嘌呤配對；生理溫度下， 哺乳動物的基因組每天約失去10000 嘌呤和幾百個嘧啶；很多已轉(zhuǎn)變的堿基會被專一性的DNA 糖基化酶所除去，形成無嘌呤和無嘧 啶位點(diǎn)或 AP 位點(diǎn)；氧化性損耗自由基可攻擊DNA ，產(chǎn)生氧化產(chǎn)物造成氧化損耗烷基化烷化劑為親電化學(xué)試劑，可將烷基加到核酸的各種位點(diǎn)，導(dǎo)致DNA 損耗；有些是致死性的，多數(shù)導(dǎo)致間接誘變損耗；聚化加合物紫外線使相鄰嘧啶，特別是胸腺嘧啶形成環(huán)丁烷嘧啶二聚體；煤焦油中的苯并芘在肝臟產(chǎn)生的

14、一種產(chǎn)物可與鳥嘌呤殘基共價結(jié)合；芳香族烷化劑、黃曲霉毒素B1 均可與DNA 共價結(jié)合；F3DNA 修復(fù)光復(fù)活DNA中的嘧啶二聚體可通過可見光的光解作用而復(fù)原為單體，催化此過程的酶是DNA 光解酶（光復(fù)活酶） ；E.coli 的光解酶有兩個發(fā)色團(tuán)：蝶呤和FAD ；這是一種無差錯的“直接修復(fù)” ；烷基轉(zhuǎn)移酶該酶可直接從突變的O6烷基鳥嘌呤上除去烷基，酶作用后即失活；它也屬 于無差錯直接修復(fù)；切除修復(fù)為普遍的無差錯的修復(fù)機(jī)制；有兩種形式：核苷酸切除修復(fù)（如E.coli中的UvrABC內(nèi)切核酸酶識別并切除嘧啶二聚體和其他大塊損耗，缺口可由DNA 聚合酶和連接酶填補(bǔ)）；堿基切除修復(fù)（專一的DNA糖基化酶

15、識別修飾堿基，切除修飾堿基與糖基間的 N 糖苷鍵，留下一個脫嘌呤或脫嘧啶的AP 位點(diǎn)， AP 內(nèi)切核酸酶在該位點(diǎn)切開DNA ；錯配修復(fù)是一種特別的切除修復(fù)，它是按模板的遺傳信息來修復(fù)錯配堿基的，因此修復(fù)時第一要區(qū)分模板鏈和新合成的DNA 鏈；它通過堿基的甲基化來實現(xiàn)的；大腸桿菌DNA的5/ GATC 序列中 A 的 N6 都是甲基化的（Dam 甲基化酶負(fù)責(zé)） ，復(fù)制后的一個短臨時間內(nèi)，新合成鏈的GATC 中的 A 未被甲基化，故子代DNA 臨時是半甲基化的，這是識別的基礎(chǔ)；錯配的堿基被MutS 和 MutL 組合的復(fù)合體識別并與之結(jié)合，再與MutH 內(nèi)切核酸酶結(jié)合，精選名師 優(yōu)秀名師 - -

16、- - - - - - - -第 3 頁，共 4 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結(jié) - - - - - - - - - - - -學(xué)習(xí)好資料歡迎下載后者在子代鏈GATC 鄰近的位點(diǎn)上產(chǎn)生缺刻，啟動對損耗區(qū)的切除修復(fù)；遺傳性非息肉結(jié)腸癌就是一種錯配修復(fù)酶突變丟失引起的；著色性干皮病 （XP）患者缺乏對紫外線引起的大塊DNA 損耗的切除功能， 對陽光極度敏銳，易患皮膚癌F4重組同源重組也稱一般重組，即兩個雙螺旋DNA 分子間同源序列進(jìn)行交換；雙倍體真核生物發(fā)生在減數(shù)分裂過程，非姐妹染色單體交換相對應(yīng)的區(qū)域，產(chǎn)生的單倍體配子會包含父母本兩方的遺傳信息；單倍體細(xì)菌也

17、可重組，如發(fā)生在部分已復(fù)制DNA間或染色體DNA與外源 DNA （質(zhì)?；蚴删w）間；重組的過程和機(jī)制包括斷裂復(fù)合、異源雙鏈、分支遷移、Holliday 結(jié)構(gòu)、拆分（見教材 P98 圖）；大腸桿菌的核酸酶和 RecBCD 結(jié)合在 chi 序列上并產(chǎn)生切口形成單鏈末端，單鏈 DNA 被 RecA 蛋白包裹， 4 條單鏈形成 Holliday 結(jié)構(gòu)；同源重組對 DNA 修復(fù)也很重要（復(fù)制后修復(fù)或重組修復(fù)） ；位點(diǎn)特異性重組非同源 DNA 的特異片段間的交換，它是在結(jié)合序列部位由特異的酶來催化斷裂重接，而同源重組就是由能與RecA 蛋白結(jié)合的DNA序列隨機(jī)斷裂引發(fā)的；噬菌體可將自身基因組插入大腸桿菌染色體的特定位點(diǎn)，噬菌體編碼的整合酶與細(xì)菌編碼的整合 宿主因子（ IHF ）促成重組結(jié)果和DNA 進(jìn)入宿主染色體； 噬菌體編碼的切除酶被激活時，整合作用發(fā)生逆轉(zhuǎn)， DNA脫離細(xì)菌基因組；在真核生物中，免疫球蛋白有3 個基因段編碼重鏈和輕鏈的可變區(qū)：V 、D 和 J；這些基因段間的重組產(chǎn)生大量的不同重鏈和輕鏈基因序列，導(dǎo)致抗體種類的多樣化；轉(zhuǎn)座作用又稱特別重組，一些短的DNA 片段（轉(zhuǎn)座子或轉(zhuǎn)座元件）可轉(zhuǎn)移進(jìn)基因組的幾 乎任何位置； 轉(zhuǎn)座子均有兩個結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩端有 2040bp 的反向重復(fù)序列；具有編碼轉(zhuǎn)座酶的基因，該酶催化轉(zhuǎn)座子插入新的位置；E.coli 中的 IS 元