第9章DNA復(fù)制

1、第第9 9章章 復(fù)制復(fù)制 replication 適量照太陽可以預(yù)防小孩佝僂病發(fā)生，適量照太陽可以預(yù)防小孩佝僂病發(fā)生，但過度照射卻可引發(fā)癌癥，如著色性干皮癥但過度照射卻可引發(fā)癌癥，如著色性干皮癥。為什么？。為什么？全世界胃癌患者普遍下降但大腸癌等全世界胃癌患者普遍下降但大腸癌等大幅上升為什么？大幅上升為什么？河南林縣食管癌發(fā)病率比較高，為什么？河南林縣食管癌發(fā)病率比較高，為什么？一般細(xì)胞為何會(huì)死亡？癌細(xì)胞為何不會(huì)？一般細(xì)胞為何會(huì)死亡？癌細(xì)胞為何不會(huì)？艾滋病病毒，艾滋病病毒，SARS SARS 病毒病毒 A/H1N1A/H1N1流感病毒有什么聯(lián)系嗎？流感病毒有什么聯(lián)系嗎？人的壽命有限，不可越過人

2、的壽命有限，不可越過120歲，為什么？歲，為什么？前導(dǎo)問題Luohe Medical College漯河醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校DNA dependent DNA polymeraseDDDPDNA dependent RNA polymeraseDDRPRNA dependent RNA polymeraseRDRPRNA dependent DNA polymeraseRDDPDNA復(fù)制（復(fù)制（DDDP）轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄（DDRP）RNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)翻譯翻譯復(fù)制（復(fù)制（RDRP）反轉(zhuǎn)錄（反轉(zhuǎn)錄（RDDP）中心法則中心法則Luohe Medical College漯河醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校DNA復(fù)制早：常染色質(zhì)

3、，中：異染色質(zhì)，晚：著絲粒和端粒手術(shù)中切除患者肝臟的70%，只要兩個(gè)月的時(shí)間，大約90%的肝就會(huì)長(zhǎng)出來。 1.復(fù)制復(fù)制 replication2.修復(fù)修復(fù) repair3.逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 reverse transcription三種方式DNA復(fù)制特點(diǎn)3R第一節(jié) DNA復(fù)制基本規(guī)律與體系v半保留復(fù)制半保留復(fù)制v有特定的起始點(diǎn)有特定的起始點(diǎn)v雙向復(fù)制雙向復(fù)制v半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制v高保真性復(fù)制高保真性復(fù)制1、半保留復(fù)制1 1、復(fù)制可以隨機(jī)起始嗎？、復(fù)制可以隨機(jī)起始嗎？2 2、復(fù)制是單向的還是雙向的？、復(fù)制是單向的還是雙向的？v DNA在復(fù)制時(shí)，需在特定的位點(diǎn)起始，這是一些具有特定核苷酸排列順序

4、的片段，即復(fù)制起始點(diǎn)(origin) 。v 在原核生物中，復(fù)制起始點(diǎn)通常為一個(gè)，而在真核生物中則為多個(gè)。v 習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰DNA復(fù)制起始點(diǎn)之間的距離（或DNA片段）定為一個(gè)復(fù)制子(replicon) 。2 2、有固定起始點(diǎn)、有固定起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn)與復(fù)制子示意圖復(fù)制起始點(diǎn)與復(fù)制子示意圖復(fù)制起始點(diǎn)、復(fù)制子與復(fù)制叉（動(dòng)畫演示）復(fù)制起始點(diǎn)、復(fù)制子與復(fù)制叉（動(dòng)畫演示）1 1、新生鏈合成的方向是從、新生鏈合成的方向是從5to 3 還是3 to 5，還是兩個(gè)方向均可？2 2、兩條鏈?zhǔn)峭瑫r(shí)進(jìn)行復(fù)制的嗎？、兩條鏈?zhǔn)峭瑫r(shí)進(jìn)行復(fù)制的嗎？3 3、雙向復(fù)制、雙向復(fù)制3 5 3 5 3 5 3 5 解鏈方向解鏈方向領(lǐng)頭

5、鏈領(lǐng)頭鏈(leading strand)隨從鏈隨從鏈(lagging strand)3 5 4.4.半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuous replication)(semi-discontinuous replication)5.5.高保真性復(fù)制高保真性復(fù)制DNADNA復(fù)制生成的子代復(fù)制生成的子代DNADNA與親代與親代DNADNA的堿基序列一的堿基序列一致性，稱為致性，稱為DNADNA復(fù)制的高保真性復(fù)制的高保真性。依賴機(jī)制依賴機(jī)制1.1.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 AT GC AT GC2.2.堿基正確選擇堿基正確選擇3.3.及時(shí)校讀及時(shí)校讀DNA

6、DNA聚合酶不能從頭合成聚合酶不能從頭合成DNADNA。這就必然需要引物。這就必然需要引物附加：需要引物附加：需要引物問題：為什么需要有問題：為什么需要有RNARNA引物來引發(fā)引物來引發(fā)DNADNA復(fù)制呢復(fù)制呢? ?（1 1）RNARNA引物可以提供引物可以提供3-OH3-OH末端作合成新末端作合成新DNADNA鏈起點(diǎn)；鏈起點(diǎn)；（2 2）提高了）提高了DNADNA復(fù)制的準(zhǔn)確性。因?yàn)閺?fù)制的準(zhǔn)確性。因?yàn)镈NADNA復(fù)制開復(fù)制開始時(shí)摻入的核苷酸往往容易出錯(cuò)，加在始時(shí)摻入的核苷酸往往容易出錯(cuò)，加在RNARNA引物引物中可以被切除，不會(huì)影響中可以被切除，不會(huì)影響DNADNA復(fù)制的準(zhǔn)確性。復(fù)制的準(zhǔn)確性。

7、二 DNA復(fù)制體系v原料：dNTPv模板：DNA單鏈v引物：3-OH引物v酶和蛋白質(zhì)因子v以四種脫氧核糖核酸(deoxynucleotide triphosphate)為原料，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。一、一、原料原料( (substratesubstrate) ) (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 +PPi二、模板二、模板(template)(template) 親代DNA的兩股鏈解開后，可分別作為模板進(jìn)行復(fù)制。 v解螺旋酶解螺旋酶( (helicasehelicase) ) v每解開一對(duì)堿基，需消每解開一對(duì)堿基，需消耗耗2 2分子分子ATPATP。三、解螺旋

8、酶三、解螺旋酶早老癥早老癥v單鏈DNA結(jié)合蛋白 （single strand DNA binding protein, SSB）四、單鏈四、單鏈DNADNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白穩(wěn)定穩(wěn)定單鏈單鏈DNADNA五、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈過程中正超螺旋的形成解鏈過程中正超螺旋的形成拓?fù)洚愅負(fù)洚悩?gòu)酶構(gòu)酶切斷切斷一股一股鏈，鏈，反應(yīng)反應(yīng)不需不需ATP。拓?fù)洚愅負(fù)洚悩?gòu)酶構(gòu)酶切斷切斷兩股兩股鏈，鏈，利用利用ATP供能。供能。DNADNA拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用機(jī)制拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用機(jī)制 六、六、DNADNA聚合酶聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶 ( DNA-dependent DNA polymerase, DDDP )

9、簡(jiǎn)稱：DNA-pol活性：1. 53 的聚合酶活性 2. 2. 核酸外切酶活性核酸外切酶活性v在原核生物中v這三種酶都屬于具有多種酶活性的多功能酶。v參與DNA復(fù)制的主要是pol 和pol。種類和生理功能種類和生理功能DNADNA聚合酶聚合酶（pol pol ），DNADNA聚合酶聚合酶（pol pol ），DNADNA聚合酶聚合酶（pol pol ），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。七、七、引物酶引物酶(primerase)(primerase)DNA連接酶連接酶ATP（NAD+）ADP+Pi（NMN+AMP）HO5POO-O-O35

10、3八、八、DNADNA連接酶連接酶催化條件催化條件 一段一段DNADNA3-OH3-OH，而另一段具有，而另一段具有5-Pi5-Pi基；基； 未封閉的未封閉的缺口位于雙鏈缺口位于雙鏈DNADNA中中，即其中有，即其中有一條鏈?zhǔn)峭暾?；一條鏈?zhǔn)峭暾?；第二?jié) DNA復(fù)制過程Section 2 The Process of DNA Biosynthesis一、復(fù)制起始一、復(fù)制起始某蛋白質(zhì)解旋酶拓?fù)洚悩?gòu)酶SSB引物酶識(shí)別復(fù)識(shí)別復(fù)制的起制的起始序列始序列在在ATPATP的的作用下將作用下將DNADNA雙鏈雙鏈解開形成解開形成單鏈單鏈消除消除DNADNA解鏈過解鏈過程中所程中所產(chǎn)生的產(chǎn)生的扭曲力扭曲力新

11、解鏈新解鏈的的DNADNA保保持穩(wěn)定持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)為為DNADNA復(fù)復(fù)制提供制提供RNRNA A引物引物 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol二、復(fù)制的延長(zhǎng)二、復(fù)制的延長(zhǎng) 3553AATGGCCGATTTACCGGCTA領(lǐng)頭鏈的合成過程領(lǐng)頭鏈的合成過程隨從鏈的合成過程隨從鏈的合成過程DNADNA復(fù)制過程簡(jiǎn)圖復(fù)制過程簡(jiǎn)圖5 5 5 RNA酶酶OH P5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA連接酶連接酶三、復(fù)制的終止三、復(fù)制的終止 人的端粒人的端粒DNADNA序列：序列：（TTAGGGTTA

12、GGG）n n （1）穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu) （2）防止染色體末端融合）防止染色體末端融合 （3）保護(hù)染色體結(jié)構(gòu)基因）保護(hù)染色體結(jié)構(gòu)基因 （4）避免遺傳信息在復(fù)制過程中丟失避免遺傳信息在復(fù)制過程中丟失附：端粒長(zhǎng)度附：端粒長(zhǎng)度-分子鐘分子鐘(molecularclock) 的作用的作用 隨著細(xì)胞不斷分裂，端粒的長(zhǎng)度越來越短，當(dāng)隨著細(xì)胞不斷分裂，端粒的長(zhǎng)度越來越短，當(dāng) 達(dá)到一個(gè)臨界長(zhǎng)度，細(xì)胞染色體即失去穩(wěn)定性，達(dá)到一個(gè)臨界長(zhǎng)度，細(xì)胞染色體即失去穩(wěn)定性， 阻止細(xì)胞進(jìn)一步分裂的信號(hào)便發(fā)出。細(xì)胞將發(fā)阻止細(xì)胞進(jìn)一步分裂的信號(hào)便發(fā)出。細(xì)胞將發(fā) 生凋亡（生凋亡（apoptosis）第四節(jié) 逆轉(zhuǎn)錄Sect

13、ion 4 Reverse Transcription逆轉(zhuǎn)錄：以RNA為模板合成DNA的過程。RNARNA病毒有：病毒有： 艾滋病病毒，煙草花葉病毒，艾滋病病毒，煙草花葉病毒，SARS SARS 病毒病毒 A/H1N1A/H1N1流感流感 一、逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象：逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象：RNA 模板模板逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA 雜雜化雙鏈化雙鏈RNA酶酶單鏈單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈雙鏈DNA依賴RNA的DNA聚合酶活性RNA酶活性依賴DNA的DNA聚合酶活性第三節(jié) DNA的損傷與修復(fù) section 3 DNA Damag

14、e and Repair內(nèi)環(huán)境內(nèi)環(huán)境化學(xué)化學(xué)物理物理 基因型改變，基因型改變，表現(xiàn)型不變表現(xiàn)型不變疾病疾病產(chǎn)生產(chǎn)生進(jìn)化的基礎(chǔ)進(jìn)化的基礎(chǔ) 死亡死亡一、突變的意義二、引起突變的因素二、引起突變的因素自發(fā)脫堿基：每日可達(dá)近萬1自發(fā)脫氨基：每日幾十到幾百個(gè)2復(fù)制錯(cuò)配3自發(fā)自發(fā)（二）物理因素：（二）物理因素：（三）化學(xué)因素：（三）化學(xué)因素： 亞硝酸亞硝酸與亞硝與亞硝酸鹽酸鹽氮芥類氮芥類5-FU5-FU，6-MP6-MP苯并芘苯并芘溴乙錠溴乙錠阿霉素阿霉素脫氨劑脫氨劑烷基化劑烷基化劑堿基類似物堿基類似物DNADNA加合劑加合劑 吖啶類吖啶類抗生素抗生素（四）生物因素：（四）生物因素： 病毒病毒三、突變的分

15、子改變類型 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換相相同同類類型型堿堿基基的的取取代代。 顛顛換換不不同同類類型型堿堿基基的的取取代代。 點(diǎn)點(diǎn)突突變變 插插入入增增加加一一個(gè)個(gè)堿堿基基。 缺缺失失減減少少一一個(gè)個(gè)堿堿基基。 插插入入 增增加加一一段段順順序序。 缺缺失失 減減少少一一段段順順序序。 復(fù)復(fù)突突變變 倒倒位位 一一段段堿堿基基順順序序發(fā)發(fā)生生顛顛倒倒。 移移位位 一一段段堿堿基基順順序序的的位位置置發(fā)發(fā)生生改改變變。 重重排排 一一段段堿堿基基順順序序與與另另一一段段堿堿基基順順序序發(fā)發(fā)生生交交換換。 一個(gè)堿基一個(gè)堿基發(fā)生改變發(fā)生改變兩個(gè)或以上兩個(gè)或以上堿基改變堿基改變鐮形紅細(xì)胞貧血病人鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb

16、(HbS) 亞基亞基N-val his leu thr pro val glu C 肽鏈肽鏈CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA) 亞基亞基N-val his leu thr pro glu glu C 肽鏈肽鏈CTC GAG基因基因血紅蛋白血紅蛋白 -亞基的點(diǎn)突變亞基的點(diǎn)突變谷谷 酪酪 蛋蛋 絲絲5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 纈纈 組組 纈纈正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起的框移突變?nèi)笔б鸬目蛞仆蛔內(nèi)笔摹⑺?、DNADNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)光修復(fù)光修復(fù)(light repair)切除修復(fù)切除修復(fù)(excision repair)重組修復(fù)重組修復(fù)(recombination rep