dna復制損傷和修復

1、dna復制損傷和修復dna復制損傷和修復第1頁2中心法則（Cental Dogma）dna復制損傷和修復第2頁DNA有功效蛋白質(zhì)復制轉(zhuǎn)錄和翻譯生命活動執(zhí)行者表示遺傳信息傳遞將遺傳信息代代相傳生命延續(xù)物質(zhì)基礎(chǔ)dna復制損傷和修復第3頁4以親代DNA分子為模版，合成堿基序列與之完全相同子代DNA分子，從而將遺傳信息準確給傳遞子代DNA分子 復制親代DNA子代DNAdna復制損傷和修復第4頁5一、DNA復制基礎(chǔ)規(guī)律1.半保留復制依據(jù)堿基互補配對標準，DNA分子每一條鏈都含有合成它互補鏈所需全部信息。DNA分子在復制時候，親代DNA分子堿基間氫鍵斷裂，雙鏈解開，以每一條單鏈作模板，合成新鏈。新形成兩個

2、子代DNA分子與親代DNA分子在堿基次序上完全一致。每個子代DNA分子一條單鏈來自親代DNA，另一條鏈為新合成，這種復制方式咱們稱之為半保留復制。dna復制損傷和修復第5頁AGAACTTTCTTGAATCTTGAAAGAACTT 子代DNA 堿基互補 按半保留復制方式，子代保留了親代 DNA 全部遺傳信息。親代 DNAAGAACTTTCTTGAAdna復制損傷和修復第6頁2.復制子及復制叉一、DNA復制基礎(chǔ)規(guī)律 DNA復制含有固定起始位點，咱們稱之為復制起點（ori）。從一個復制起點引發(fā)復制全部DNA序列，咱們稱之為復制子。復制起點解鏈后會形成叉狀結(jié)構(gòu)，復制叉。dna復制損傷和修復第7頁 3.

3、復制方向DNA鏈生長方向三種機制： 從兩個起始點，單鏈單一方向生長 從一個起始點， 雙鏈單一方向生長 從一個起始點，雙鏈雙向生長以雙向復制為主。 一、DNA復制基礎(chǔ)規(guī)律dna復制損傷和修復第8頁DNA復制方向：雙向和單向復制復制叉起始點起始點起始點復制叉復制叉未復制DNA單向復制雙向復制dna復制損傷和修復第9頁104. DNA復制模式5.引發(fā)體（primosome） 由各種酶和蛋白質(zhì)分子組成=引發(fā)前體+引物酶=一小段RNA短鏈作為引物一、DNA復制基礎(chǔ)規(guī)律真核細胞：眼型環(huán)狀DNA：大多數(shù)原核生物 型一些質(zhì)粒；滾環(huán)狀復制 dna復制損傷和修復第10頁2022/9/411環(huán)狀 DNA復制時形成結(jié)

4、構(gòu)，稱之為復制起始點復制叉推進 線性DNA復制時形成眼型結(jié)構(gòu)dna復制損傷和修復第11頁126.半不連續(xù)復制 一條鏈（前導鏈）連續(xù)合成，另一條鏈（隨即鏈）不連續(xù)合成岡崎片段 （Okazaki fragment） 隨即鏈合成方向與復制叉移動方向相反，先合成許多不連續(xù)片段，稱岡崎片段一、DNA復制基礎(chǔ)規(guī)律dna復制損傷和修復第12頁二、DNA復制需要酶 復制需要材料 親代DNA模板 4種脫氧核糖核苷三磷酸（dNTP） 引物：小分子RNA寡核苷酸 各種酶和蛋白因子13復制化學反應(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPidna復制損傷和修復第13頁（1）DNA聚合酶(DNA polymeta

5、ses)（2）拓撲異構(gòu)酶(topoisomerase):兼具內(nèi)切酶和連接酶活力，能快速將DNA超螺旋或雙螺旋擔心狀態(tài)變成松馳狀態(tài)，便于解鏈。 (3） DNA解鏈酶(DNA helicase)（4）單鏈結(jié)合蛋白(single-strand binding protein,SSB)：結(jié)合在解開DNA單鏈上，預防重新形成雙螺旋。 (5）引物酶(peimase)和引發(fā)體(primosome) ：開啟RNA引物鏈合成。 (6）DNA連接酶（DNA ligase）DNA復制相關(guān)酶類解旋酶DNA聚合酶III解鏈酶RNA引物引物酶和引發(fā)體DNA聚合酶ISSB335355RNA引物dna復制損傷和修復第14頁d

6、na復制損傷和修復第15頁DNA聚合酶功效：5-3聚合酶活性與延伸能力3-5外切酶活性與校對功效（保真性）5-3外切酶活性與切口平移DNA復制相關(guān)酶類功效dna復制損傷和修復第16頁DNA聚合酶催化鏈延長反應5RNA引物子鏈3553355335模板鏈dna復制損傷和修復第17頁DNA聚合酶校對功效聚合酶錯配鹼基復制方向正 確核苷酸555333切除錯配核苷酸dna復制損傷和修復第18頁DNA聚合酶3- 5外切酶水解位點3- 5核酸外切酶水解位點dna復制損傷和修復第19頁DNA聚合酶5- 3外切酶活力5- 3核酸外切酶水解位點單鏈缺口5dna復制損傷和修復第20頁DNA聚合酶5- 3外切酶切除引

7、物并修復空隙dna復制損傷和修復第21頁切口平移法(nick translation) ：當雙鏈DNA分子一條鏈上產(chǎn)生切口時,E.coli DNA聚合酶就可將核苷酸連接到切口3羥基末端。同時該酶含有從53核酸外切酶活性,能從切口5端除去核苷酸。 切口平移意義：切除RNA引物，并利用聚合酶活性填補缺口DNA修復中發(fā)揮主要作用DNA探針標識dna復制損傷和修復第22頁DNA聚合酶分子量每個細胞分子統(tǒng)計數(shù)5-3 聚合酶作用3-5 核酸外切酶作用5-3 核酸外切酶作用轉(zhuǎn)化率DNA聚合酶109，000400+1120，000100+-0 .05400，00010-20+-50比較項目DNA聚合酶切除引物

8、修復修復復制功效 1999年發(fā)覺聚合酶 和，它們包括DNA錯誤傾向修復（errooune repair）dna復制損傷和修復第23頁拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶可使DNA雙鏈中一條鏈切斷，松開雙螺旋后再將DNA鏈連接起來，從而防止出現(xiàn)鏈纏繞。拓撲異構(gòu)酶可切斷DNA雙鏈，使DNA超螺旋松解后，再將其連接起來。大腸桿菌拓樸異構(gòu)酶結(jié)構(gòu)dna復制損傷和修復第24頁dna復制損傷和修復第25頁dna復制損傷和修復第26頁 DNA解鏈酶 解鏈酶或rep蛋白，是用于解開DNA雙鏈酶蛋白，每解開一對堿基，需消耗兩分子ATP。當前發(fā)覺存在最少存在兩種解鏈酶。dna復制損傷和修復第27頁 單鏈DNA結(jié)合蛋白 單鏈DNA結(jié)

9、合蛋白（single strand binding protein, SSB）又稱螺旋反穩(wěn)蛋白（HDP）。這是一些能夠與單鏈DNA結(jié)合蛋白質(zhì)因子。其作用為： 使解開雙螺旋后DNA單鏈能夠穩(wěn)定存在，即穩(wěn)定單鏈DNA，便于以其為模板復制子代DNA； 保護單鏈DNA，防止核酸酶降解。 dna復制損傷和修復第28頁DNA連接酶連接切口Mg2+連接酶ATP或NADAMP+PPi或NMN+AMPATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP缺口33555533模板鏈模板鏈dna復制損傷和修復第29頁 復制主要特點 只有一個復制起點 從起點向

10、兩個相反方向復制 復制速度快，大約每秒延伸500 bp RNA引物和岡崎片段均較長 能夠連續(xù)發(fā)動復制 30三、原核生物DNA復制dna復制損傷和修復第30頁三、原核生物DNA復制1.復制起點（origin of replication） 一個或多個位富含AT短重復序列 復制起點控制復制起始 只有一個復制起點 31 （一）DNA復制起始 dna復制損傷和修復第31頁原核生物DNA復制起始點OriC2022/9/432dna復制損傷和修復第32頁33原核生物DNA復制起始復合體dna復制損傷和修復第33頁2022/9/434DNA復制起始，RNA引物合成dna復制損傷和修復第34頁（二）DNA鏈延

11、伸 復制起始位點識別 DNA雙鏈解鏈 RNA引物合成 前導鏈、后續(xù)鏈合成35三、原核生物DNA復制dna復制損傷和修復第35頁（二）DNA鏈延伸dna復制損傷和修復第36頁聚合酶III全酶引物聚合酶III全酶引物引物體引物體解旋酶解旋酶復制叉處前導鏈和隨即鏈同時合成工作模型dna復制損傷和修復第37頁38 2.復制模式3. 復制方式型復制dna復制損傷和修復第38頁（三）復制終止 RNA引物去除 岡崎片段連接 在特殊終止結(jié)構(gòu)區(qū)域停頓 dna復制損傷和修復第39頁2022/9/440dna復制損傷和修復第40頁關(guān)于DNA復制保真性問題 恪守嚴格堿基配對規(guī)律 DNA聚合酶在復制延長中對堿基選擇作用

12、 DNA聚合酶3 5 外切活性校正作用，復制犯錯時有即時糾錯功效41dna復制損傷和修復第41頁 四、真核生物染色體DNA復制共同特點 復制速度慢（50/sec,原核900/sec) 復制子小(40-100kb,原核1000kb) 多點復制，復制模型為眼睛型（原核單點，型） RNA引物及岡崎片段長度均小于原核生物（100-400，原核1000-） 組蛋白合成在細胞周期S期與DNA復制同時 復制過程與原核生物基礎(chǔ)相同，但需各種DNA聚合酶和輔助因子參加。42dna復制損傷和修復第42頁43亞基數(shù)目35外切酶活性53外切酶活性功效DNA聚合酶4-引物合成DNA聚合酶1-修復DNA聚合酶2+-線粒體

13、DNA復制 DNA聚合酶2+-核DNA 復制DNA聚合酶1+-填補缺口、修復 真核生物DNA聚合酶dna復制損傷和修復第43頁44名稱結(jié)構(gòu)特點活性在DNA復制中作用PCNADNA聚合酶輔助蛋白PCNA沿DNA滑動，使聚合酶不會從DNA上滑落RF-C5個亞基負責將PCNA套在DNA上RF-A單鏈DNA結(jié)合蛋白維持DNA局部單鏈結(jié)構(gòu)RNase H1核酸酶切除岡崎片段5RNA引物 真核生物DNA復制輔助因子dna復制損傷和修復第44頁五、真核生物染色體DNA末端復制問題dna復制損傷和修復第45頁 是位于真核生物染色體末端、由DNA和蛋白質(zhì)組成一膨出結(jié)構(gòu)。端粒DNA由短富含T G重復序列組成，不一樣

14、生物重復序列不一樣 。46 1.端粒概念（telomere） 五、真核生物染色體DNA末端復制問題dna復制損傷和修復第46頁2.端粒結(jié)構(gòu)特點GT鏈53總是指向染色體末端。重復次數(shù)不保守。鏈區(qū)內(nèi)有缺口即游離3-端羥基存在。DNA最末端不能進行末端標識，推測其分子是一個回折結(jié)構(gòu)。五、真核生物染色體DNA末端復制問題dna復制損傷和修復第47頁1978年首次發(fā)覺四膜蟲端粒分子組成： 端粒 染色體DNA 端粒n(CCCCAA）n(GGGGTT）35（TTGGGG)n（AACCCC)nn(CCCTAA）n(GGGATT）35（TTAGGG）n（AATCCC）n人端粒分子組成：dna復制損傷和修復第48

15、頁端粒結(jié)合蛋白 保護端粒不受核酸酶或化學修飾作用 普通是緊密非共價鍵結(jié)合端粒功效保護染色體結(jié)構(gòu)和功效完整性對外: 抵抗核酸酶等外界 對內(nèi): 染色體DNA 原因攻擊 末端復制問題49五、真核生物染色體DNA末端復制問題dna復制損傷和修復第49頁3.端粒酶概念（telomerase） 反轉(zhuǎn)錄酶，由蛋白質(zhì)和RNA共同組成，含有引物特異識別位點，能以本身RNA為模板重復延伸端粒重復序列。50五、真核生物染色體DNA末端復制問題dna復制損傷和修復第50頁1987年，Blackburn 柱層析 RNP結(jié)構(gòu) 四膜蟲端粒酶RNP 含有RNA組分和蛋白質(zhì)組分，二者均為酶活性所必需。對RNA酶極為敏感。 RN

16、A組分Protein端粒酶結(jié)構(gòu)特征dna復制損傷和修復第51頁52端粒酶功效-末端復制機制dna復制損傷和修復第52頁dna復制損傷和修復第53頁 末端補齊機制5TTTGGG（TTTGGG）n端粒酶5G-C 配對回折，形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)35DNA聚合酶dna復制損傷和修復第54頁55端粒消耗端粒維持細胞衰老細胞永生化染色體DNA端粒端粒dna復制損傷和修復第55頁56 端粒與端粒酶生物學意義 人胚胎細胞含有顯著可探測端粒酶活性。 與其它有端粒酶活性生物體細胞相比,人體細胞含有很長端粒。 正常人體細胞缺乏端粒酶活性。胚胎發(fā)育時期取得端粒，已足夠維系人體整個生命過程中因細胞分裂所致端?？s短。 端粒酶活性

17、特異表示于惡性細胞。dna復制損傷和修復第56頁 （一）基礎(chǔ)概念： DNA損傷：生物體生命過程中DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生任何改變。 基因突變：是指基因內(nèi)遺傳物質(zhì)發(fā)生可遺傳結(jié)構(gòu)和數(shù)量改變，產(chǎn)生一定表型。六、DNA突變、損傷與修復dna復制損傷和修復第57頁（二）DNA損傷機制dna復制損傷和修復第58頁（二）DNA損傷機制dna復制損傷和修復第59頁（二）DNA損傷機制dna復制損傷和修復第60頁 1光修復 修復對象：紫外線照射形成嘧啶二聚體 機制：光復活酶識別嘧啶二聚體并與之結(jié)合形成復合物在300-600nm可見光照射下，酶獲得能量，將嘧啶二聚體打開光復活酶從DNA上解離。 （三）DNA損傷修復dna復制損傷和修復第61頁2.切除修復對象：受損堿基修復系統(tǒng)：糖苷酶（識別、切除受損堿基，產(chǎn)生AP位點。AP內(nèi)切酶在AP位點5端切斷磷酸二酯鍵。AP外切酶再切割AP位點3端。DNA聚合酶填補產(chǎn)生缺口。最終DNA連接酶連接。（三）DNA損傷修復dna復制損傷和修復第62頁dna復制損傷和修復第63頁核苷酸切除修復（nucleotide excision repair, NER）系統(tǒng)識別DNA雙螺旋形狀變形。UvrB負責解鏈，募集核酸內(nèi)切酶UvrCUvrC在損傷