生物化學(xué)第13章 DNA的生物合成

1、第第13章章DNA的生物合成的生物合成13.1 DNA復(fù)制的概況復(fù)制的概況 13.1.1 DNA的半保留復(fù)制 13.1.2 DNA復(fù)制的起始點(diǎn)和方向 13.2 原核生物原核生物DNA的復(fù)制的復(fù)制 13.2.1 參與原核生物DNA復(fù)制的酶和蛋白質(zhì) 13.2.2 大腸桿菌DNA復(fù)制的起始 13.2.3 DNA鏈的延伸 13.2.4 復(fù)制的終止13.3 真核細(xì)胞真核細(xì)胞DNA的復(fù)制的復(fù)制 13.3.1 參與真核生物DNA復(fù)制的酶和蛋白質(zhì) 13.3.2 真核生物DNA復(fù)制的過(guò)程 13.3.3 真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn) 13.4 逆轉(zhuǎn)錄作用逆轉(zhuǎn)錄作用13.5 DNA的損傷與修復(fù)的損傷與修復(fù) 13.5.1

2、 DNA損傷的產(chǎn)生 13.5.2 DNA損傷的修復(fù)13.6 DNA重組和重組和 克隆克隆 13.6.1 DNA的重組 13.6.2 DNA的 克隆13.1 DNA復(fù)制的概況復(fù)制的概況v現(xiàn)代生物學(xué)已證明：DNA是生物遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)；v生物機(jī)體的遺傳信息以密碼的形式編碼在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序，并通過(guò)DNA的復(fù)制（replication）由親代傳遞給子代；v在后代的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄（transcription）給mRNA，然后翻譯翻譯（translation）成特異的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀； v模板：模板：

3、能提供合成一條互補(bǔ)鏈所需精確信息的核酸鏈；v復(fù)制：復(fù)制： 指以原來(lái)DNA分子為模板模板(template)合成出相同分子的過(guò)程；v轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄： 在DNA分子上合成出與其核苷酸順序相對(duì)應(yīng)的RNA的過(guò)程；v復(fù)制和轉(zhuǎn)錄是核酸生物合成的兩種途徑；復(fù)制和轉(zhuǎn)錄是核酸生物合成的兩種途徑；概概 念（念（2-1）概概 念（念（2-2）v轉(zhuǎn)（翻）譯：轉(zhuǎn)（翻）譯： 在RNA的控制下，根據(jù)核酸鏈上每三個(gè)核苷酸決定一個(gè)氨基酸的三聯(lián)體密碼（triplet code）規(guī)則，合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)肽鏈過(guò)程；v在某些情況下，RNA也可以是遺傳息的基本攜帶者； 例如：RNA病毒能以自身核酸分子為模板進(jìn)行復(fù)制,致癌RNA

4、病毒還能通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄的方式將遺傳信息傳遞給DNA；DNA合成過(guò)程中有許多措施（或機(jī)制）保合成過(guò)程中有許多措施（或機(jī)制）保證證遺傳遺傳的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性 13.1.1 DNA的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制 P335v自我復(fù)制自我復(fù)制（seif - replication） ： DNA是遺傳信息的載體，在合成DNA時(shí)決定其結(jié)構(gòu)特異性的遺傳信息只能來(lái)自其本身，因此必須由原來(lái)存在的分子為模板模板合成新的分子，即自我復(fù)制自我復(fù)制；DNA的半保留復(fù)制（自我復(fù)制）是生物保持遺的半保留復(fù)制（自我復(fù)制）是生物保持遺傳穩(wěn)定性的重要措施之一！傳穩(wěn)定性的重要措施之一！ 半保留復(fù)制：半保留復(fù)制：vWatson和Crick在提出D

5、NA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時(shí)推測(cè)：在復(fù)制過(guò)程中，堿基間氫健需破裂，并使雙鏈解旋和分開(kāi)，然后每條鏈可作為模板，在其上合成新的互補(bǔ)鏈，結(jié)果由一條鏈可以形成互補(bǔ)的兩條鏈；v這樣新形成的兩個(gè)DNA分子與原來(lái)DNA分子的堿基順序完全一樣；v每個(gè)子代分子的一條鏈來(lái)自親代DNA，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，這種方式稱半保留復(fù)制半保留復(fù)制； DNA的半保留復(fù)制的證明的半保留復(fù)制的證明 DNA合成的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)合成的同位素示蹤實(shí)驗(yàn) P335v1958年，Meselson和Stahl利用N同位素15N標(biāo)記大腸桿菌DNA，首先證明了DNA的半保留復(fù)制；v見(jiàn)圖13-1：15N/15N15N/14N示蹤實(shí)驗(yàn)過(guò)程（示蹤實(shí)驗(yàn)過(guò)程（2-1

6、）1. 讓大腸桿菌在以15NH4Cl為唯一氮源的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)連續(xù)培養(yǎng)12代，使所有DNA分子標(biāo)記上15N ,15N-DNA的密度比普通14N-DNA的密度大，在氯化銫密度梯度離心時(shí)，這兩種DNA形成位置不同的區(qū)帶（相關(guān)知識(shí)參考“核酸的超速離心”）；2. 將15N標(biāo)記的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到普通培養(yǎng)基（含14N的氮源）中培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)一代之后,所有DNA的密度都介于15N-DNA和14N-DNA之間，形成DNA分子的一半含15N，另一半含14N的雜合分子；示蹤實(shí)驗(yàn)過(guò)程（示蹤實(shí)驗(yàn)過(guò)程（2-2）3. 兩代后，14N分子和14N-15N雜合分子等量出現(xiàn)；4. 再繼續(xù)培養(yǎng)， 14N-DNA分子增多；5. 當(dāng)把

7、14N-15N雜合分子加熱時(shí)，它們分開(kāi)成14N鏈和15N鏈：v這充分證明：在DNA復(fù)制時(shí)，原來(lái)的DNA分子可被分成兩個(gè)亞單位，分別構(gòu)成子代分子的一半，這些亞單位經(jīng)過(guò)許多代復(fù)制仍然保持完整性；vDNA的半保留復(fù)制機(jī)制可以說(shuō)明DNA在代謝上的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)許多代的復(fù)制，DNA的多核苷酸鏈仍可保持完整,并存在于后代而不被分解掉；證明證明DNA是半保留復(fù)制是半保留復(fù)制DNA的半保留復(fù)制確保遺傳信息由親代完整正的的半保留復(fù)制確保遺傳信息由親代完整正的傳給子代傳給子代vDNA的雙鏈結(jié)構(gòu)對(duì)于維持遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性和復(fù)制的準(zhǔn)確性極為重要。細(xì)胞內(nèi)存在極為復(fù)雜的系統(tǒng)以確保DNA復(fù)制的正確進(jìn)行，并糾正可能出現(xiàn)的誤差；v

8、DNA的兩條鏈?zhǔn)腔パa(bǔ)的，一條鏈上的核苷酸排列順序決定另一條鏈上的核苷酸排列順序。所以，DNA分子的每一條鏈都含有合成它的互補(bǔ)鏈所必需的全部遺傳信息；vDNA與細(xì)胞其他成分相比要穩(wěn)定，與它的遺傳功能相符，但這種穩(wěn)定性是相對(duì)的：DNA在代謝上并不是完全惰性物質(zhì)，在細(xì)胞內(nèi)外各種物化和生物因子作用下，會(huì)發(fā)生損傷，需要修復(fù)；在復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過(guò)程中會(huì)有損耗，需進(jìn)行更新；在發(fā)育和分化過(guò)中，其特定序列可能進(jìn)行修飾、刪除、擴(kuò)增和重排；v有實(shí)驗(yàn)表明，老年動(dòng)物DNA雙鏈的不配對(duì)堿基數(shù)遠(yuǎn)較幼年和胚胎期多，從進(jìn)化角度看，DNA處在不斷變異和發(fā)展之中。 DNA的遺傳穩(wěn)定性是相對(duì)的的遺傳穩(wěn)定性是相對(duì)的13.1.2 DNA復(fù)制的

9、起始點(diǎn)和方向復(fù)制的起始點(diǎn)和方向v見(jiàn)后。稍后講解。13.2 原核細(xì)胞原核細(xì)胞DNA的復(fù)制的復(fù)制 P337 （DNA指導(dǎo)下的指導(dǎo)下的DNA合成）合成）v原核生物的代表：大腸桿菌；vDNA復(fù)制過(guò)程中最基本的酶促反應(yīng)是復(fù)制過(guò)程中最基本的酶促反應(yīng)是4種脫氧核苷酸的種脫氧核苷酸的聚合反應(yīng)；聚合反應(yīng)；13.2.1 參與原核生物參與原核生物DNA復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)復(fù)制的酶和蛋白質(zhì)（1）DNA聚合酶聚合酶vDNA聚合酶聚合酶：催化DNA合成的酶；v現(xiàn)已從大腸桿菌中分離出DNA聚合酶（見(jiàn)P339，表13-1）；v當(dāng)有底物和模板存在時(shí)， pol使脫氧核糖核苷酸逐個(gè)加到具有3-OH末端的多核苷酸鏈上；v所以：DNA鏈?zhǔn)?/p>

10、從鏈?zhǔn)菑?端向端向3端延長(zhǎng)！端延長(zhǎng)！ pol的功能的功能 P338使使DNA鏈沿53方向延長(zhǎng)（DNA聚合酶活性）；由3端水解DNA鏈（35核酸外切酶活性），可切除錯(cuò)配的核苷酸，具校對(duì)功能；由5端水解DNA鏈（53核酸外切酶活性）可切除RNA引物；修復(fù)損傷的DNA（圖13-5）；v掌握：掌握：pol的功能， polII和和III可與可與作為一種酶來(lái)掌握。DNA聚合聚合酶酶II和和III及及和（閱讀） v與pol催化同一類(lèi)型反應(yīng)；vpol II主要參與DNA損傷的修復(fù)； pol III是主要復(fù)制酶；v見(jiàn)P339表13-1，2；vpol 和pol 在DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)參與修復(fù)；DNA聚合酶和所催化

11、反應(yīng)的特點(diǎn)聚合酶和所催化反應(yīng)的特點(diǎn) DNADNA模板模板 DNA聚合酶和所催化反應(yīng)的特點(diǎn)聚合酶和所催化反應(yīng)的特點(diǎn) 以4種脫氧核糖核苷三磷酸作底物，底物，缺一不可；且不能被相應(yīng)的二磷酸或一磷酸化合物和核糖核苷酸所取代； 反應(yīng)需接受模板模板指導(dǎo)； 反應(yīng)需有DNA引引物物（3-OH）存在（不能從無(wú)到有）； DNA鏈的生長(zhǎng)方向?yàn)椋?3方向延長(zhǎng)； 產(chǎn)物DNA的性質(zhì)與模板相同。vDNA不能從無(wú)到有開(kāi)始DNA的合成；DNA聚合酶的校對(duì)功能、修復(fù)功能和需要引物聚合酶的校對(duì)功能、修復(fù)功能和需要引物都是保證遺傳穩(wěn)定性的措施！都是保證遺傳穩(wěn)定性的措施?。?）參與原核生物）參與原核生物DNA復(fù)制的其他酶和蛋白質(zhì)復(fù)制的

12、其他酶和蛋白質(zhì) P340 vRNA引物酶vDNA連接酶vDNA解旋酶v拓補(bǔ)異構(gòu)酶v單鏈結(jié)合蛋白（SSB）vP341表13-3；v各酶和蛋白質(zhì)功能在講解復(fù)制過(guò)程時(shí)介紹；DNA復(fù)制過(guò)程概述復(fù)制過(guò)程概述v大腸桿菌（屬原核生物）染色體DNA的復(fù)制過(guò)程可分為三個(gè)階段： 1. 起始；起始； 2. 延長(zhǎng)；延長(zhǎng)； 3. 終止；終止； DNA復(fù)制詳述復(fù)制詳述13.2.2 大腸桿菌大腸桿菌DNA復(fù)制的起始復(fù)制的起始 P335，P342vDNA復(fù)制從其分子上固定的起點(diǎn)開(kāi)始復(fù)制；（P335：13.1.2）（1）原核細(xì)胞DNA分子上只有一個(gè)起始點(diǎn)（生長(zhǎng)點(diǎn)，原 點(diǎn)）；（2）真核細(xì)胞DNA分子上有多個(gè)起始點(diǎn)；復(fù)制叉（生長(zhǎng)點(diǎn)

13、，復(fù)制叉（生長(zhǎng)點(diǎn)，growing point ）和復(fù)制方向）和復(fù)制方向vP335：原核生物的染色體和質(zhì)粒，真核生物的細(xì)胞器DNA都是環(huán)狀雙鏈分子，都在一個(gè)固定起點(diǎn)開(kāi)始復(fù)制，復(fù)制方向多是雙向，即形成兩個(gè)復(fù)制叉復(fù)制叉（replication fork） 分別向兩側(cè)復(fù)制；v也有一些是單向的，只形成一個(gè)復(fù)制叉；v環(huán)狀DNA在復(fù)制叉處兩條鏈解開(kāi)，各自合成其互補(bǔ)鏈，在電子顯微鏡下可看到復(fù)制眼形成形結(jié)構(gòu)； 單向復(fù)制的方式單向復(fù)制的方式：滾環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制（閱讀）（閱讀）v噬菌體X174（屬病毒） DNA是環(huán)狀單鏈分子；v它在復(fù)制過(guò)程中：1. 形成共價(jià)閉環(huán)的雙鏈分子（cccDNA）（復(fù)制型RF）；2. 其正鏈由

14、A蛋白蛋白在特定位置切開(kāi),游離出一個(gè)3-OH末端, A蛋白連在5-磷酸基末端；3. 在DNA聚合酶聚合酶（DNA polymerase，pol）催化下，以環(huán)狀負(fù)鏈為模板，從正鏈的3-OH末端加入脫氧核苷酸，使鏈不斷延長(zhǎng)，通過(guò)滾動(dòng)而合成出新的正鏈； 4. 合成一圈后，露出切 口序列，A蛋白再次 將其切開(kāi)，并連在 切出的5-磷酸基末 端，游離出單位長(zhǎng) 度噬菌體環(huán)狀單鏈 DNA分子；13. 2. 3 DNA鏈的延伸鏈的延伸 P343vDNA的兩條鏈都能作為模板同時(shí)合成出兩條新互補(bǔ)鏈；vDNA分子的兩條鏈反向平行：一條鏈走向?yàn)?3，另一條鏈為35；v所有已知DNA聚合酶的合成方向都是53，DNA在復(fù)制

15、時(shí)兩條鏈如何同時(shí)作為模板合成其互補(bǔ)鏈？v日本學(xué)者岡崎岡崎等提出了DNA的不連續(xù)復(fù)制模型； 后隨鏈后隨鏈 一、解鏈一、解鏈 P3401. 親代DNA首先由DNA解螺旋酶解螺旋酶將雙鏈解開(kāi)解開(kāi)，產(chǎn)生的拓 撲張力由拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 釋放；2. 分開(kāi)的鏈由單鏈結(jié)合蛋白（單鏈結(jié)合蛋白（SSB）穩(wěn)定；v之后前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈與后隨鏈后隨鏈的合成有所不同；v前導(dǎo)鏈：前導(dǎo)鏈：以35走向的DNA鏈為模板鏈，與復(fù)制叉移動(dòng)方向一致，以53方向連續(xù)合成的DNA鏈 ，稱；v開(kāi)始合成后通常一直繼續(xù)下去， 合成與復(fù)制叉的移動(dòng)保持同步；二、前導(dǎo)鏈合成二、前導(dǎo)鏈合成前導(dǎo)鏈的合成步驟前導(dǎo)鏈的合成步驟1. 先由引物酶引物酶和幾種蛋白

16、質(zhì)形成的引發(fā)體引發(fā)體在起點(diǎn)處合成一段RNA引物引物（比岡崎片段的引物略長(zhǎng)一些，約10-60個(gè)核苷酸）； 2. 隨后，DNA聚合酶聚合酶 在引物上加入脫氧核糖單核苷酸； 引物酶、引發(fā)體引物酶、引發(fā)體 P340，3431. 引發(fā)：引發(fā)：RNA引物的合成；引物的合成；2. 引物酶（引發(fā)酶）引物酶（引發(fā)酶）（primase，Dna G蛋白）： 催化合成RNA引物引物的酶，合成方向是53；3. 引發(fā)體：引發(fā)體：引物酶和幾種蛋白質(zhì)組成；引物酶和幾種蛋白質(zhì)組成； 三、后隨鏈合成三、后隨鏈合成v后隨鏈：后隨鏈：隨著復(fù)制叉的移動(dòng)，形成許多不連續(xù)的片段(岡崎片段岡崎片段），最后連成一條完整DNA鏈，該鏈稱 ；v后

17、隨鏈的合成是不連續(xù)的；岡崎片段和岡崎片段和半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制 P343v岡崎片段：岡崎片段： 以53為模板鏈合成35走向的DNA鏈?zhǔn)怯稍S多53方向合成的 DNA片段連接起來(lái)的，這些片段稱；v半不連續(xù)復(fù)制：半不連續(xù)復(fù)制： 當(dāng)DNA復(fù)制時(shí)，一條鏈?zhǔn)沁B續(xù)的，另一條鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)的，因此稱（semidiscontinuous replication）；后隨鏈的合成步驟后隨鏈的合成步驟1. 引物酶引物酶先與6種蛋白質(zhì)形成引發(fā)體引發(fā)體；2. 不斷合成岡崎片段的RNA引物，引物，引物長(zhǎng)度約幾個(gè)核苷 酸至10多個(gè)核苷酸； 3. DNA聚合酶在引物的3端開(kāi)始合成與模板鏈互補(bǔ)的岡崎岡崎片段片段；4. DNA聚合

18、酶(,5 3 外切酶活性)將RNA引物切除；5. 由連接酶連接酶將岡崎片段連接起來(lái)； DNA連接酶連接酶 P340,P341圖13-8vDNA聚合酶只能催化多核苷酸鏈延長(zhǎng)反應(yīng)，不能使各岡崎片段連接成完整的后隨鏈；vDNA連接酶（連接酶（DNA ligase）： 催化雙鏈DNA切口處5-磷酸基和3-OH生成磷酸二酯 鍵連接反應(yīng)需要能量連接反應(yīng)需要能量：(1) 大腸桿菌和其他細(xì)菌的DNA連接酶以NAD+作為能量；(2) 動(dòng)物細(xì)胞和噬菌體的連接酶以ATP作為能量；大腸桿菌大腸桿菌DNA連接酶（閱讀）連接酶（閱讀）v大腸桿菌DNA連接酶要求斷開(kāi)的兩條鏈由互補(bǔ)鏈將它們聚在一起，形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，它不能將兩

19、條游離的DNA分子連接起來(lái)；v連接酶缺陷的大腸桿菌變異株中DNA片段積累，對(duì)紫外線敏感性增加；vDNA連接酶在DNA的復(fù)制、修復(fù)和重組等過(guò)程中均起重要的作用； DNA鏈的連接鏈的連接 兩條鏈合成總結(jié)兩條鏈合成總結(jié)1.延伸階段同時(shí)進(jìn)行前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈和后隨鏈后隨鏈的合成；2.兩條鏈合成都由DNA聚合酶聚合酶催化；3.前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈持續(xù)合成，合成方向： 53 ；后隨鏈后隨鏈先合成岡崎片段岡崎片段，再由連接酶連接酶連接岡崎片段。岡崎片段合成方向： 53 ；4.DNA鏈（包括岡崎片段）合成起始需要RNA引物引物，由引引物酶物酶催化合成，合成結(jié)束后由DNA聚合酶切除；半不連續(xù)復(fù)制模型的實(shí)驗(yàn)證明半不連續(xù)復(fù)制模型

20、的實(shí)驗(yàn)證明（證明（證明岡崎片段的存在）岡崎片段的存在）2-1閱讀閱讀v1968年，岡崎等用3H-脫氧胸苷標(biāo)記噬菌體T4感染的大腸桿菌，然后通過(guò)堿性密度梯度離心法分離標(biāo)記的DNA產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)首先合成的是較短的DNA片段，接著出現(xiàn)較大的分子，最初出現(xiàn)的DNA片段長(zhǎng)度約為1000個(gè)核苷酸左右，即稱岡崎片段岡崎片段(Okazaki fragment)，用DNA連接酶變異（在某溫度下其連接酶不起作用）的溫度敏感株進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有大量DNA片段積累；半不連續(xù)復(fù)制模型的實(shí)驗(yàn)證明半不連續(xù)復(fù)制模型的實(shí)驗(yàn)證明（證明（證明岡崎片段的存在）岡崎片段的存在） 2-2v實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：在DNA復(fù)制過(guò)程中首先合成較短的片段，然

21、后再由連接酶連成大分子DN A；v從大腸桿菌中分離出岡崎片段之后，許多實(shí)驗(yàn)室的研究進(jìn)一步證明，DNA的不連續(xù)合成不只限于細(xì)菌，真核生物染色體DNA的復(fù)制也是如此； 放射自顯影實(shí)驗(yàn)：闡明了大腸桿菌染色體放射自顯影實(shí)驗(yàn)：闡明了大腸桿菌染色體DNA是是一個(gè)環(huán)狀分子，以半保留方式進(jìn)行復(fù)制（一個(gè)環(huán)狀分子，以半保留方式進(jìn)行復(fù)制（閱讀閱讀）v1963年Cairns用放射自顯影（autoradiograph）的方法第一次觀察到完整的正在復(fù)制的大腸桿菌染色體DNA：放射自顯影實(shí)驗(yàn)過(guò)程放射自顯影實(shí)驗(yàn)過(guò)程v他將3H脫氧胸苷標(biāo)記大腸桿菌DNA，然后用溶菌酶把細(xì)胞壁消化掉，使完整的染色體DNA釋放出來(lái)，鋪在一張透析膜上

22、，在暗處用感光乳膠覆蓋于干燥了的表面上,放置若干星期，在這期間，3H由于放射性衰變而放出粒子，使乳膠曝光生成銀粒；v顯影以后，銀粒黑點(diǎn)軌跡勾畫(huà)出DNA分子的形狀，黑點(diǎn)數(shù)目代表了3H在DNA分子中的密度。把顯影后的片子放在光學(xué)顯影鏡下可觀察到大腸桿菌染色體的全貌：復(fù)制的速度（閱讀）復(fù)制的速度（閱讀）1 原核生物：原核生物：v利用放射自顯影方法測(cè)定，細(xì)菌DNA的復(fù)制叉移動(dòng)速度約50000bp（堿基對(duì)）/min；v大腸桿菌染色體完成復(fù)制通常約需40min，但在豐富培養(yǎng)基中約20min即可分裂一次；v實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，復(fù)制叉前進(jìn)速度比較恒定，復(fù)制速度取決于起始頻率。在豐富培養(yǎng)基中，大腸桿菌染色體一輪復(fù)

23、制尚未完成，起點(diǎn)已開(kāi)始第二輪復(fù)制，因此一個(gè)染色體可以不只2個(gè)生長(zhǎng)點(diǎn)。2 真核生物：真核生物：v真核生物染色DNA的復(fù)制叉移動(dòng)速度比原核生物慢得多，約為10003000bp/min。因?yàn)檎婧松锏娜旧w具有復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)，復(fù)制時(shí)需解開(kāi)核小體，復(fù)制后重新形成核小體。高等真核生物一般復(fù)制單位長(zhǎng)度是100 200 kb(千堿基)，低等真核生物每一復(fù)制單位在30 60min內(nèi)復(fù)制完畢。由于各復(fù)制子發(fā)動(dòng)復(fù)制的時(shí)間有先后，就整個(gè)細(xì)胞而言，通常完成染色體復(fù)制時(shí)間要用6-8 h。 13.2.4 復(fù)制的終止復(fù)制的終止 P345v細(xì)菌環(huán)狀染色體的兩個(gè)復(fù)制叉向前推移，最后在終止區(qū)（terminus regino）相遇

24、并停止復(fù)制。v終止子：終止子：復(fù)制叉上連續(xù)排列的終止復(fù)制的序列。 DNA復(fù)制過(guò)程總結(jié)復(fù)制過(guò)程總結(jié)生物體為何用如此復(fù)雜的機(jī)制來(lái)復(fù)制生物體為何用如此復(fù)雜的機(jī)制來(lái)復(fù)制DNAv為了保持DNA復(fù)制的高度忠實(shí)性（遺傳穩(wěn)定性）！vDNA聚合酶具有校對(duì)功能：它在每引入 1 個(gè)核苷酸后都要復(fù)查一次，堿基配對(duì)無(wú)誤才繼續(xù)往下聚合；v所以，它不能從無(wú)到有合成新鏈，在未核實(shí)一個(gè)核苷酸是否處于正確配對(duì)狀態(tài)前不會(huì)進(jìn)行聚合反應(yīng)；vRNA聚合酶沒(méi)有校對(duì)功能，因此不需引物。RNA引物都是從新開(kāi)始合成的，它的錯(cuò)配可能性大，在完成引物功能后即被刪除，而代之以高保真的DNA鏈。 生物體為何用如此復(fù)雜的機(jī)制來(lái)復(fù)制生物體為何用如此復(fù)雜的機(jī)

25、制來(lái)復(fù)制DNA13.3 真核生物真核生物DNA的復(fù)制的復(fù)制（DNA指導(dǎo)下的指導(dǎo)下的DNA合成）合成）vP345，選學(xué)。v真核生物的DNA通常都與組蛋白構(gòu)成核小體，以染色質(zhì)的形式存在于細(xì)胞核中；v其復(fù)制基本過(guò)程與原核生物相似，但過(guò)程更復(fù)雜，兩者參與復(fù)制的蛋白質(zhì)和酶也不同；v學(xué)習(xí)重點(diǎn)：原核。To13.3.1 參與真核生物參與真核生物DNA復(fù)制的蛋白質(zhì)和酶復(fù)制的蛋白質(zhì)和酶v選學(xué)。v參與真核生物DNA合成的酶和蛋白質(zhì)比原核生物的要復(fù)雜；主要的酶和蛋白質(zhì)基本相同； 真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶v真核生物有多種DNA聚合酶聚合酶；從哺乳動(dòng)物細(xì)胞中分出5種DNA聚合酶，分別以、來(lái)命名；v真核生物D

26、NA聚合酶和細(xì)菌DNA聚合酶基本性質(zhì)相同：均以4種脫氧核糖核苷三磷酸為底物，需Mg2+激活，聚合時(shí)須有模板和引物3-OH存在，鏈的延伸方向?yàn)?3。v細(xì)胞核染色體的復(fù)制由DNA聚合酶和DNA聚合酶共同完成； 參與參與DNA復(fù)制的其他酶和蛋白質(zhì)復(fù)制的其他酶和蛋白質(zhì)v復(fù)制過(guò)程中牽涉到的酶和蛋白質(zhì)甚為復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)及作用機(jī)制尚不明確；1.DNA松弛酶：功能是催化DNA螺旋松弛；2.DNA解旋酶：也稱DNA解鏈酶，功能是解螺旋3.引發(fā)酶：又稱引物合成酶，功能是催化引物合成的酶。引發(fā)酶在DNA模板的起始點(diǎn)，按堿基配對(duì)原則沿53方向合成小分子RNA引物；4.復(fù)制蛋白A：5.復(fù)制因子：1333 真核生物真核生物

27、DNA復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn) P350v原核生物和真核生物DNA復(fù)制的基本過(guò)程是相似的，但也有一些明顯的差別：v詳見(jiàn)P350。（1）原核生物和真核生物DNA復(fù)制的共同點(diǎn) P350 均為半保留復(fù)制；均為半不連續(xù)復(fù)制；均需要解旋酶解開(kāi)雙螺旋，并由SSB同單鏈區(qū)結(jié)合；均需要拓?fù)洚悩?gòu)酶消除解螺旋形成的扭曲張力；均需要RNA引物；新鏈合成均有校對(duì)機(jī)制；復(fù)制可以朝一個(gè)方向，也可向兩個(gè)方向進(jìn)行； 兩條鏈都從5端向3端延伸；復(fù)制有多種機(jī)制，即使在同一細(xì)胞里，也可因環(huán)境酶的豐富程度、溫度、營(yíng)養(yǎng)等條件的不同而具有不同的起始機(jī)制和鏈延長(zhǎng)的方式。（2）原核生物和真核生物DNA復(fù)制的主要差別原核生物為單起點(diǎn)復(fù)制，真核生物

28、為多起點(diǎn)復(fù)制。原核生物的復(fù)制子大而少，真核生物的復(fù)制子小而多；原核生物復(fù)制叉移動(dòng)速度為900nts ，真核生物復(fù)制叉移動(dòng)速度為50nts；v真核生物復(fù)制叉移動(dòng)速度雖較慢但復(fù)制總速度可能比原核生物更快；原核生物岡崎片段的大小為10002000nt，真核生物岡崎片段的大小為100200nt；（2）原核生物和真核生物DNA復(fù)制的主要差別原核細(xì)胞DNA聚合酶與真核細(xì)胞DNA聚合酶有差別。真核細(xì)胞的DNA聚合酶和蛋白質(zhì)因子的種類(lèi)比原核細(xì)胞多，引物酶活性由DNA pol的兩個(gè)小亞基承擔(dān)；原核細(xì)胞在第一輪復(fù)制還沒(méi)有結(jié)束時(shí)，就可在復(fù)制起始區(qū)啟動(dòng)第二輪復(fù)制，真核細(xì)胞復(fù)制有復(fù)制許可因子控制，復(fù)制周期不可重疊；原核

29、生物的DNA為環(huán)形分子，DNA復(fù)制時(shí)不存在未端會(huì)縮短的問(wèn)題，真核生物的DNA為線形分子，DNA復(fù)制時(shí)未端會(huì)縮短，需要端粒酶端粒酶解決線形DNA的未端復(fù)制問(wèn)題； （3） DNA復(fù)制與核小體組裝（閱讀）v真核生物的染色體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其DNA與組蛋白構(gòu)成核小體，DNA纏繞于組蛋白核心外，每個(gè)核小體上的DNA相當(dāng)于兩個(gè)負(fù)超螺旋。復(fù)制時(shí)的岡崎片段恰好相當(dāng)于一個(gè)核小體DNA長(zhǎng)度；vDNA復(fù)制時(shí)，組蛋白需同步合成，并與DNA組裝成核小體。關(guān)于二者合成速度的協(xié)調(diào)和組裝成核小體的機(jī)制目前所知甚少。v近年關(guān)于組蛋白的三維結(jié)構(gòu)及其與DNA結(jié)合的機(jī)制已取得一些研究成果。（4）原核生物和真核生物DNA復(fù)制調(diào)控的比較（閱讀

30、）v原核生物DNA復(fù)制的速率與其生長(zhǎng)環(huán)境有關(guān)，迅速增殖的細(xì)胞通常在一次復(fù)制尚未完成的情況下，即可開(kāi)始另一次復(fù)制，但復(fù)制叉上DNA鏈的延伸速度基本恒定；v真核生物DNA復(fù)制的調(diào)控至少有3個(gè)層次：1.細(xì)胞周期水平的調(diào)控2.染色體水平的調(diào)控3.復(fù)制子水平的調(diào)控v詳細(xì)內(nèi)容：閱讀有關(guān)的參考書(shū)。 端粒端粒 P351v真核生物的線性染色體的末端DNA稱為端粒端粒；v真核生物的線性線性DNA復(fù)制時(shí)，后隨鏈最后一個(gè)岡崎片段的RNA引物被切除后，對(duì)應(yīng)引物的一段模板鏈成為單鏈，其缺口的另一側(cè)不存在核苷酸片段的3-OH，缺口無(wú)法用DNA聚合酶填補(bǔ)。隨后，模板鏈的單鏈部分被水解，因此，隨著DNA的復(fù)制，染色體的長(zhǎng)度會(huì)縮

31、短；v染色體末端端粒端粒結(jié)構(gòu)：一條鏈由重復(fù)序列TTTTGGGG 組成，稱TG鏈。另一條鏈由重復(fù)序列AAAACCCC組成，稱AC鏈，這些重復(fù)序列的少量丟失，不會(huì)傷及基因結(jié)構(gòu)。但若端?？s短到一定程度，細(xì)胞會(huì)停止分裂； 端粒酶端粒酶 P352v端粒酶是端粒酶是一種核糖核蛋白（RNA和蛋白質(zhì)），在所有真核細(xì)胞中都可能存在；v當(dāng)復(fù)制叉到達(dá)線性染色體末端時(shí)，復(fù)制過(guò)程在端粒酶端粒酶作用下完成；v端粒的縮短或缺失會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的衰老和死亡；v癌細(xì)胞的端粒酶活力明顯增高；v研究端粒和端粒酶，對(duì)于衰老機(jī)制的探索有重要意義，也可能為癌癥的治療提供新途徑 。 端粒的復(fù)制端粒的復(fù)制 P252v端粒酶RNA部分有一段序列與端

32、粒TG鏈突出的3-末端互補(bǔ)，端粒酶以其RNA為模板在端粒TG鏈3-末端添加脫氧核苷酸，使端粒TG鏈延長(zhǎng)一小段，隨后，端粒酶移動(dòng)位置，繼續(xù)加長(zhǎng)TG鏈直到達(dá)到細(xì)胞所需長(zhǎng)度。v被延長(zhǎng)的TG鏈可以作為合成岡崎片段的模板使端粒成雙鏈。復(fù)制的準(zhǔn)確性高于轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯過(guò)程復(fù)制的準(zhǔn)確性高于轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯過(guò)程13.4 逆轉(zhuǎn)錄作用（逆轉(zhuǎn)錄作用（RNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA合成）合成） P353v以RNA為模板，按照RNA中的核苷酸順序合成DNA；v因與轉(zhuǎn)錄作用相反，遺傳信息流從RNA到DNA，故稱逆轉(zhuǎn)錄；v催化逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的酶最初是在致癌RNA病毒中發(fā)現(xiàn)的,稱逆（反）轉(zhuǎn)錄酶逆（反）轉(zhuǎn)錄酶。 逆逆轉(zhuǎn)錄酶或反轉(zhuǎn)錄酶（轉(zhuǎn)錄酶或反轉(zhuǎn)錄

33、酶（RNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA聚合聚合酶）酶）v逆轉(zhuǎn)錄酶和所催化反應(yīng)的特點(diǎn)：1.以4種三磷酸脫氧核苷為底物；2.有模板（RNA）和引物；3. 能生成與病毒RNA(模板)堿基序列互補(bǔ)的DNA，DNA鏈延長(zhǎng)方向：53；逆轉(zhuǎn)錄病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒v含有逆轉(zhuǎn)錄酶的病毒，如致癌RNA病毒；v病毒感染細(xì)胞后，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄酶生成與病毒RNA堿基序列互補(bǔ)的DNA，并整合到宿主細(xì)胞的染色體DNA中，可隨細(xì)胞增殖而傳遞至子代細(xì)胞。逆轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義逆轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義1.逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程的發(fā)現(xiàn)是對(duì)中心法則的沖擊；2.逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程揭示了DNA和RNA之間的關(guān)系；3.逆轉(zhuǎn)錄病毒能夠轉(zhuǎn)導(dǎo)宿主的染色體DNA序列；4.逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程的發(fā)現(xiàn)有助于人

34、們對(duì)病毒致癌機(jī)制的了解，對(duì)防治腫瘤提供了線索和途徑；5.逆轉(zhuǎn)錄病毒經(jīng)過(guò)改造，可成為理想的信息載體，即成為向細(xì)胞內(nèi)引入外源遺傳信息的工具。 13.5 DNA的損傷與修復(fù)的損傷與修復(fù) P35413.5.1 DNA損傷的產(chǎn)生損傷的產(chǎn)生v一些理化因子，如紫外線、電離輻射和化學(xué)誘變劑等，能使細(xì)胞DNA受到損傷而引起生物的突變或致死；13.5.2 DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù) P355v細(xì)胞能在一定條件下使DNA的損傷得到修復(fù)；v掌握：光復(fù)活修復(fù)機(jī)理。掌握：光復(fù)活修復(fù)機(jī)理。（1）直接修復(fù)）直接修復(fù)v包括光復(fù)活修復(fù)和單個(gè)酶催化的直接修復(fù)；光復(fù)活光復(fù)活修復(fù)：紫外光照射使DNA鏈中相鄰嘧啶形成胸腺嘧啶二聚體，使DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄功能受到阻礙，需除去；v可見(jiàn)光能激活光復(fù)活酶，使之分解二聚體；單個(gè)酶催化直接修復(fù)： （ 選學(xué)）v在酶催化下，改變修飾堿基的結(jié)構(gòu)，使其恢復(fù)為正常堿基； 暗過(guò)程修復(fù)系統(tǒng)： （ 選學(xué)）1）專(zhuān)一內(nèi)切酶在靠近二聚體處切斷單鏈DNA；2）DNA聚合酶利用完整互