核酸生物合成詳解

核酸生物合成詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共123頁(yè)。優(yōu)選核酸生物合成當(dāng)前2頁(yè)，總共123頁(yè)。第一節(jié)DNA生物合成的方式

一、DNA生物合成的概念

DNA的生物合成是指在生物體內(nèi)通過酶促聚合反應(yīng)合成DNA分子。DNA的生物合成有DNA指導(dǎo)的DNA合成、RNA指導(dǎo)的DNA合成以及修復(fù)合成。當(dāng)前3頁(yè)，總共123頁(yè)。

DNA指導(dǎo)的DNA合成是指以親代DNA為模板,合成新的、與親代模板完全一樣的子代DNA分子的過程，故這種合成也稱為DNA復(fù)制，它是細(xì)胞內(nèi)DNA合成的最主要方式。

RNA指導(dǎo)的DNA合成是指以RNA為模板，合成與RNA核苷酸序列相對(duì)應(yīng)的DNA分子的過程。因在其過程中，遺傳信息的流動(dòng)方向與轉(zhuǎn)錄過程的方向相反，故稱RNA指導(dǎo)的DNA合成為逆轉(zhuǎn)錄合成。逆轉(zhuǎn)錄作用廣泛存在于生物界,在RNA病毒感染宿主的致病過程有重要意義。

此外，某些物理、化學(xué)或生物學(xué)(病毒)因素可導(dǎo)致DNA分子的損傷,生物體細(xì)胞內(nèi)存在DNA修復(fù)合成體系,可使損傷的DNA分子得以修復(fù)，也稱修復(fù)合成。當(dāng)前4頁(yè)，總共123頁(yè)。二、DNA復(fù)制合成的基本規(guī)律當(dāng)前5頁(yè)，總共123頁(yè)。（一）DNA的半保留復(fù)制1.定義以親代DNA雙鏈為模板以堿基互補(bǔ)方式合成子代DNA，這樣新形成的子代DNA中，一條鏈來(lái)自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復(fù)制方式叫半保留復(fù)制。當(dāng)前6頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA復(fù)制的可能方式全保留與全新復(fù)制分散復(fù)制半保留復(fù)制當(dāng)前7頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA半保留復(fù)制圖示：當(dāng)前8頁(yè)，總共123頁(yè)。2.半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

1958年Meselson和Stahl用同位素15N標(biāo)記大腸桿菌DNA,首先證明了DNA的半保留復(fù)制。當(dāng)前9頁(yè)，總共123頁(yè)。（二）DNA的雙向復(fù)制DNA的復(fù)制是雙向復(fù)制。復(fù)制時(shí)，DNA從起始點(diǎn)（origin）向兩個(gè)方向解旋，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制（bidirectionalreplication）。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)制子(replicon)。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。當(dāng)前10頁(yè)，總共123頁(yè)。雙向復(fù)制單向復(fù)制當(dāng)前11頁(yè)，總共123頁(yè)。復(fù)制中的DNA

復(fù)制原點(diǎn)復(fù)制叉當(dāng)前12頁(yè)，總共123頁(yè)。（三）DNA的半不連續(xù)復(fù)制DNA雙螺旋的兩條鏈?zhǔn)欠雌叫械?，?fù)制時(shí)DNA的兩條鏈均作為模板，分別合成兩條子代DNA鏈，而DNA合成的方向只能是5’→3’。在DNA復(fù)制時(shí)，一條子代DNA鏈的合成方向和復(fù)制叉的前進(jìn)方向相同，可以連續(xù)復(fù)制，稱為前導(dǎo)鏈（leadingstrand）；而另一條子代DNA鏈的合成方向和復(fù)制叉的前進(jìn)方向正好相反，不能連續(xù)復(fù)制，只能分成幾個(gè)片段合成，稱之為后隨鏈（laggingstrand）。后隨鏈?zhǔn)紫群铣傻氖遣贿B續(xù)的短DNA片段，叫岡崎片段。前導(dǎo)鏈連續(xù)復(fù)制而后隨鏈不連續(xù)復(fù)制，就是DNA的半不連續(xù)復(fù)制。當(dāng)前13頁(yè)，總共123頁(yè)。

DNA的復(fù)制叉與半不連續(xù)復(fù)制

當(dāng)前14頁(yè)，總共123頁(yè)。（四）DNA復(fù)制的高保真性

DNA復(fù)制的精確度極高，誤差率很低，DNA復(fù)制的高度忠實(shí)性至少要依賴三種機(jī)制：1、遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；2、DNA聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)中對(duì)堿基的選擇功能；3、復(fù)制出錯(cuò)時(shí)，DNA聚合酶的即時(shí)校讀功能。DNA復(fù)制高保真性的意義在于使親代的遺傳信息準(zhǔn)確地傳遞給子代，從而使親代和子代間保持遺傳的穩(wěn)定性。DNA的復(fù)制一旦出現(xiàn)差錯(cuò)，將會(huì)引起遺傳信息的改變，可能引起生物的變異。當(dāng)前15頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA復(fù)制的主要方式大腸桿菌雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制（一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，雙向復(fù)制）真核細(xì)胞線狀染色體DNA的復(fù)制方式（多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，雙向復(fù)制）當(dāng)前16頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA復(fù)制的主要方式3不同位置D-環(huán)式復(fù)制方式（線粒體雙鏈環(huán)狀DNA：兩條鏈的復(fù)制起點(diǎn)不同位置，且復(fù)制不同步）單向滾環(huán)式復(fù)制（噬菌體X174DNA—單鏈環(huán)狀）當(dāng)前17頁(yè)，總共123頁(yè)。第二節(jié)DNA復(fù)制所需的酶類和蛋白質(zhì)DNA復(fù)制的本質(zhì)是脫氧核苷酸之間通過生成3’,5’磷酸二酯鍵，發(fā)生鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)的過程。DNA復(fù)制的反應(yīng)體系包括：底物、聚合酶、模板、引物和其它酶及蛋白質(zhì)因子。四種底物是指dNTP，即dATP、dTTP、dGTP和dCTP。聚合酶是指依賴DNA的DNA聚合酶，簡(jiǎn)稱DNA-pol。模板指解開成單鏈的DNA母鏈。引物是指提供3‘－OH末端，使dNTP可以通過生成3’,5’磷酸二酯鍵而發(fā)生依次聚合的短鏈RNA分子。在這一過程中，DNA聚合酶起主要催化作用，還有其它多種起不同的作用酶和蛋白質(zhì)因子參與。當(dāng)前18頁(yè)，總共123頁(yè)。一、DNA聚合酶：DNA指導(dǎo)下的DNA合成原料：四種脫氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)需要模板：以DNA為模板鏈，合成子代DNA，模板可以是雙鏈，也可以是單鏈DNA。合成產(chǎn)物與模板互補(bǔ)。3’-OH.

需要引物：一小段RNA(或DNA）為引物，在大腸桿菌中，DNA的合成需要一段RNA鏈作為引物，引物含3’-OH.

合成方向：53屬于多功能酶，它們?cè)贒NA復(fù)制和修復(fù)過程的不同階段發(fā)揮作用。

酶的催化性質(zhì)：當(dāng)前19頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA聚合酶

當(dāng)前20頁(yè)，總共123頁(yè)。(一)原核生物DNA聚合酶

在原核生物大腸桿菌中DNA聚合酶Ⅰ、DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ。(簡(jiǎn)寫DNApolⅠ，DNApolⅡ和DNApolⅢ)。實(shí)驗(yàn)證明大腸桿菌中DNA復(fù)制的主要過程靠DNApolⅢ起作用，而DNApolⅠ和DNApolⅡ在DNA錯(cuò)配的校正和修復(fù)中起作用。當(dāng)前21頁(yè)，總共123頁(yè)。1、1956年Kornberg首先從大腸桿菌中分離。該酶為單體酶,含一個(gè)鋅原子。為多功能酶，具有:

（1）53聚合酶功能（但持續(xù)合成DNA的能力差）；（2）3

5’外切酶活性（對(duì)雙鏈無(wú)作用，在正常聚合條件下，此活性不能作用于生長(zhǎng)鏈，只作用于生長(zhǎng)中不配對(duì)的單鏈，校對(duì)功能。）；（3）還具有53’外切酶活性（雙鏈有效）；該酶缺失時(shí)大腸桿菌仍具有DNA合成酶活性，只是對(duì)DNA損傷的修復(fù)能力下降，容易導(dǎo)致變異和死亡。推測(cè)該酶主要是對(duì)DNA損傷的修復(fù)，以及在DNA復(fù)制時(shí)RNA引物切除及其缺口的填補(bǔ)。1、DNA聚合酶Ⅰ:當(dāng)前22頁(yè)，總共123頁(yè)。2、DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶ⅢDNA聚合酶Ⅱ:多亞基酶，聚合作用，聚合活力比DNA聚合酶Ⅰ高；持續(xù)合成DNA的能力差。該酶缺失時(shí)大腸桿菌仍具有DNA合成能力，推測(cè)該酶仍然不是真正的DNA聚合酶。該酶具有3’5’外切酶活性。其功能可能在修復(fù)紫外光引起的DNA損傷中起作用。當(dāng)前23頁(yè)，總共123頁(yè)。

DNA聚合酶Ⅲ多亞基酶，含十種亞基:（αβγθτδδ’χΨε），其中（αεθ）稱為核心酶，β2稱為夾子，（γ2δδ’χΨ）組成γ復(fù)合物，其主要功能是幫助β亞基夾住DNA，故稱為夾子裝配器，該酶DNA合成的持續(xù)能力強(qiáng)，主要與該結(jié)構(gòu)有關(guān)。另外，該酶合成速度大，活性高，缺失時(shí)大腸桿菌因DNA復(fù)制抑制而致死。因此認(rèn)為該酶DNA的真正復(fù)制酶。DNA聚合酶Ⅲ當(dāng)前24頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA聚合酶Ⅲ的β-鉗子俯視圖DNA雙螺旋當(dāng)前25頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ結(jié)構(gòu)基因＊不同種類的亞基數(shù)目相對(duì)分子質(zhì)量3’→5’外切酶5’→3’外切酶聚合速度（核苷酸/分）持續(xù)合成能力功能PolA1103,000＋＋1,000-1,2003-200切除引物，修復(fù)PolB≥788,000＋－2,4001,500修復(fù)PolC≥10830,000＋－15,000-60,000≥500,000復(fù)制

大腸桿菌三種DNA聚合酶比較當(dāng)前26頁(yè)，總共123頁(yè)。（二）、真核生物DNA聚合酶

真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ及ε。它們的基本特性相似于大腸桿菌DNA聚合酶，其主要活性是催化dNTP的5′→3′聚合活性。當(dāng)前27頁(yè)，總共123頁(yè)。真核生物的DNA聚合酶

αβγδε亞基數(shù)4＞2504425分子量（KD)36-38160-300170256細(xì)胞內(nèi)定位核核線粒體核核5′→3′聚合活性＋＋＋＋＋3′→5′外切活性－－－－－

功能復(fù)制、引發(fā)修復(fù)復(fù)制復(fù)制復(fù)制當(dāng)前28頁(yè)，總共123頁(yè)。真核細(xì)胞DNA復(fù)制

DNApolα主要負(fù)責(zé)染色體DNA的復(fù)制。 DNApolβ的模板特異性是具有缺口的DNA分子，被認(rèn)為它與DNA修復(fù)有關(guān)。 DNApolγ在線粒體DNA的復(fù)制中起作用。 DNApolδ不但有5′→3′聚合活性，而且還具有3′→5′外切酶活性。 真核生物DNA復(fù)制是在DNApolα和DNApolδ協(xié)同作用下進(jìn)行的， 前導(dǎo)鏈的合成靠DNApolδ催化，并且還需要一種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子增殖細(xì)胞核抗原（proliferatingcellnucleusantigen,PCNA)參與。 而后隨鏈的合成時(shí)，岡崎片段和引物合成分別由DNApolδ和DNApolα酶完成。當(dāng)前29頁(yè)，總共123頁(yè)。二、參與復(fù)制的其他酶和蛋白質(zhì)因子

DNA復(fù)制過程是極其復(fù)雜的過程。除了DNA聚合酶，還有其它酶和蛋白質(zhì)因子參與DNA復(fù)制。

當(dāng)前30頁(yè)，總共123頁(yè)。（一）解旋酶

DNA開始復(fù)制時(shí)首先在起始點(diǎn)處解開雙鏈，反應(yīng)是在一種解旋酶(helicase)的催化下進(jìn)行的。解旋酶需要ATP分解供給能量。大腸桿菌中DnaB蛋白就有解旋酶活性，與后隨鏈的模板DNA結(jié)合，沿5′→3′方向移動(dòng)，還有一種Rep蛋白和前導(dǎo)鏈的模板DNA結(jié)合沿3′→5′方向移動(dòng)。解旋酶的作用就是打開DNA雙鏈之間的氫鍵。當(dāng)前31頁(yè)，總共123頁(yè)。（二）單鏈結(jié)合蛋白

單鏈結(jié)合蛋白(singlestrandbindingproteins,SSBP)的作用是與解開的單鏈DNA結(jié)合，使其穩(wěn)定，不會(huì)再度螺旋化并且避免核酸內(nèi)切酶對(duì)單鏈DNA的水解，保證單鏈DNA做為模板時(shí)的伸展?fàn)顟B(tài)。單鏈結(jié)合蛋白可以重復(fù)利用。當(dāng)前32頁(yè)，總共123頁(yè)。（三）拓?fù)洚悩?gòu)酶

拓?fù)涫侵肝矬w或圖像作彈性位移而保持物體原有的性質(zhì)。在DNA復(fù)制過程中，需要部分DNA呈現(xiàn)松弛狀態(tài)，這使其它部分的DNA由于呈現(xiàn)正、負(fù)超螺旋狀態(tài)而出現(xiàn)打結(jié)或纏繞等拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì)的改變。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase)是一類通過催化DNA鏈的斷裂、旋轉(zhuǎn)和重新連接而直接改變DNA拓?fù)鋵W(xué)性質(zhì)的酶。在DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、重組和染色質(zhì)重塑等過程中，DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用是調(diào)整DNA的超螺旋程度，促進(jìn)DNA和蛋白質(zhì)相互作用，防止DNA形成不利的過度超螺旋。當(dāng)前33頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA超螺旋與DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶

當(dāng)前34頁(yè)，總共123頁(yè)。人類DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶分為Ⅰ型和Ⅱ型兩種Ⅰ型拓?fù)洚悩?gòu)酶不需要ATP,能切斷DNA雙鏈中的一股，它使DNA解旋中不打結(jié)，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候連接切口。Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶能切斷DNA的雙鏈，它在無(wú)ATP時(shí)，能夠切斷及時(shí)清除復(fù)制叉前進(jìn)中的正超螺旋；在有ATP供能時(shí)，由于不具有旋轉(zhuǎn)酶活性,不能使松弛狀態(tài)的DNA進(jìn)入負(fù)超螺旋，斷端在同一酶催化下連接恢復(fù)。Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶主要參與DNA復(fù)制。當(dāng)前35頁(yè)，總共123頁(yè)。當(dāng)前36頁(yè)，總共123頁(yè)。（四）引物酶

引物酶(primase)是一種特殊的RNA聚合酶，可催化短片段RNA的合成。這種短片段RNA一般由十幾個(gè)至數(shù)十個(gè)核苷酸組成，它們?cè)贒NA復(fù)制起始處做為引物。RNA引物的3′-OH末端提供了由DNA聚合酶催化形成DNA分子第一個(gè)磷酸二酯鍵的位置。當(dāng)前37頁(yè)，總共123頁(yè)。（五）連接酶

連接酶(ligase)的作用是催化相鄰的DNA片段以3’,5’－磷酸二酯鍵相連接。連接反應(yīng)中的能量來(lái)自ATP(或NAD＋)。在DNA復(fù)制中,連接酶連接后隨鏈相鄰DNA片段的缺口，形成完整的DNA鏈。此外，在DNA修復(fù)、重組和剪接中，DNA連接酶起連接缺口的作用。當(dāng)前38頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA連接酶

當(dāng)前39頁(yè)，總共123頁(yè)。參與DNA復(fù)制的酶與蛋白因子總覽圖當(dāng)前40頁(yè)，總共123頁(yè)。第三節(jié)DNA生物合成（復(fù)制）過程真核生物的DNA復(fù)制過程與原核生物的基本相似。DNA復(fù)制是以復(fù)制子為單位進(jìn)行的。復(fù)制過程分成三個(gè)階段，

第一個(gè)階段為DNA復(fù)制的起始階段，這個(gè)階段包括起始點(diǎn)，復(fù)制方向以及引發(fā)體的形成，

第二階段為DNA鏈的延長(zhǎng)，包括前導(dǎo)鏈及后隨鏈的形成和切除RNA引物后填補(bǔ)空缺及連接崗崎片段。

第三階段為DNA復(fù)制的終止階段。當(dāng)前41頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA的復(fù)制過程：（以大腸桿菌為例）

復(fù)制的終止：

復(fù)制的起始起始復(fù)合物的形成：稱為引發(fā)RNA引物的合成

鏈的延伸：當(dāng)前42頁(yè)，總共123頁(yè)。一、起始大腸桿菌的固定復(fù)制起始點(diǎn)稱為OriC，它由245bp的堿基組成，其中含有3組13bp的串聯(lián)重復(fù)序列（富含AT）以及2對(duì)9bp反向重復(fù)序列。13bp的重復(fù)序列因?yàn)楦缓珹T而容易解鏈。大腸桿菌DNA的復(fù)制起始點(diǎn)OriC結(jié)構(gòu)當(dāng)前43頁(yè)，總共123頁(yè)。復(fù)制起始1、拓?fù)洚悩?gòu)酶解開超螺旋。2、DnaA蛋白識(shí)別并在ATP存在下結(jié)合于四個(gè)9bp的重復(fù)序列。3、在類組蛋白（HU、ATP參與下,DanA蛋白變性13個(gè)bp的重復(fù)序列,形成開鏈復(fù)合物。4、DnaB借助于水解ATP產(chǎn)生的能量在DnaC的幫助下沿5’

→3’方向移動(dòng)，解開DNA雙鏈，形成前引發(fā)復(fù)合物。5、單鏈結(jié)合蛋白結(jié)合于單鏈。6、引物合成酶（DnaG蛋白）開始合成RNA引物。當(dāng)前44頁(yè)，總共123頁(yè)。二、延長(zhǎng)大腸桿菌DNA復(fù)制的延長(zhǎng)

當(dāng)前45頁(yè)，總共123頁(yè)。鏈的延長(zhǎng)（岡崎片段的合成）

真核生物的岡崎片段為：100-200bp原核生物的岡崎片段為：1000-2000bp當(dāng)前46頁(yè)，總共123頁(yè)。

DNA鏈的延伸在DNA聚合酶Ш的催化下，以四種5’-脫氧核苷三磷酸為底物，在RNA引物的3’端以磷酸二酯鍵連接上脫氧核糖核苷酸并釋放出焦磷酸。DNA鏈的延伸同時(shí)進(jìn)行前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成。兩條鏈方向相反。

前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制岡崎模型當(dāng)前47頁(yè)，總共123頁(yè)。岡崎片段引物的切除、缺口的填補(bǔ)和切口的連接:當(dāng)前48頁(yè)，總共123頁(yè)。前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成（DNA聚合酶的異二聚體催化）當(dāng)前49頁(yè)，總共123頁(yè)。三、復(fù)制的終止Ter，引起復(fù)制終止的特定區(qū)域，20bp的序列，終止利用物質(zhì)Tus可識(shí)別并結(jié)合，從而導(dǎo)致DNA復(fù)制的終止。當(dāng)前50頁(yè)，總共123頁(yè)。三、復(fù)制的終止在大腸桿菌中，染色體DNA復(fù)制終止于終止區(qū)（terminus）。在該區(qū)域的兩側(cè)存在兩組由23bp組成的終止子位點(diǎn)，即Ter位點(diǎn)。Ter位點(diǎn)富含GT，能特異性地結(jié)合Tus蛋白。Tus蛋白被稱為終止區(qū)利用物質(zhì)（terminatiorutilizationsubstance,Tus蛋白），是解旋酶（DnaB蛋白）的抑制劑。當(dāng)Tus蛋白Ter位點(diǎn)結(jié)合以后，復(fù)制叉的前進(jìn)被阻止。因此，當(dāng)一個(gè)復(fù)制子中的兩個(gè)復(fù)制叉在終止區(qū)相遇后，DNA復(fù)制即停止。當(dāng)前51頁(yè)，總共123頁(yè)。四、真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)1、真核生物染色體有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，稱為自主復(fù)制序列（ARS）或復(fù)制基因(replicator);多復(fù)制眼，呈雙向復(fù)制，多復(fù)制子。2、岡崎片段長(zhǎng)約100-200bp。當(dāng)前52頁(yè)，總共123頁(yè)。4、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點(diǎn)不再重新開始復(fù)制；而在快速生長(zhǎng)的原核生物染色體DNA復(fù)制中，起點(diǎn)可以連續(xù)發(fā)動(dòng)復(fù)制。真核生物快速生長(zhǎng)時(shí)，往往采用更多的復(fù)制起點(diǎn)使總體復(fù)制速度比原核生物更快。3、真核生物DNA復(fù)制速度比原核慢，速度為1000～3000bp/min(僅為原核生物的1/20～1/50）。四、真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)當(dāng)前53頁(yè)，總共123頁(yè)。四、真核DNA復(fù)制特點(diǎn)5、真核生物線性染色體兩端有端粒結(jié)構(gòu)，它是由許多成串的重短復(fù)序列組成，端粒功能是穩(wěn)定染色體末段結(jié)構(gòu)，防止染色體間的末端連接，并可補(bǔ)償滯后鏈5’-末段在消除RNA引物后造成的空缺，使染色體保持一定長(zhǎng)度。端粒酶是含一段RNA的逆轉(zhuǎn)錄酶.當(dāng)前54頁(yè)，總共123頁(yè)。端粒真核生物染色體是線性DNA，它的兩端叫做端粒(telomeres)，端粒是由重復(fù)的寡核苷酸序列構(gòu)成的。由于所有生物DNA聚合酶都只能催化DNA從5′→3′的方向合成，因此當(dāng)真核生物DNA復(fù)制終止時(shí)，復(fù)制叉到達(dá)真核生物線性染色體末端，前導(dǎo)鏈可以連續(xù)合成到頭，而由于后隨鏈?zhǔn)且砸环N不連續(xù)的形式合成崗崎片段，除去最后的RNA引物后，留下空隙，所以不能完成線性染色體末端的復(fù)制。剩下單鏈DNA母鏈，如果不填補(bǔ)成雙鏈，就會(huì)被核內(nèi)核糖核酸酶降解，確有可能引起染色體線性DNA的末端縮短。但是，通過端粒酶的催化合成可以補(bǔ)償這種染色體末端的縮短，從而維持DNA復(fù)制的完整性。當(dāng)前55頁(yè)，總共123頁(yè)。端粒酶(telomerase)端粒酶(telomerase)是真核生物體內(nèi)存在的一種酶。人類端粒酶由三部分組成： 具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性的蛋白質(zhì)部分端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)、 具有模板作用的端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)和 端粒酶協(xié)同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)的。當(dāng)前56頁(yè)，總共123頁(yè)。端粒酶與端粒人類端粒酶的作用是通過端粒酶RNA識(shí)別并結(jié)合DNA母鏈，以自身的RNA為模板，在DNA的3′OH末端以逆轉(zhuǎn)錄方式復(fù)制延長(zhǎng)單鏈DNA母鏈；當(dāng)單鏈DNA母鏈復(fù)制延長(zhǎng)足夠長(zhǎng)度后，延長(zhǎng)的DNA母鏈可以發(fā)生反折，而端粒酶脫離母鏈；然后，以這種延長(zhǎng)的DNA母鏈為模板，以反折的DNA母鏈為引物，在DNA聚合酶作用下，從3′-OH末端繼續(xù)合成后隨鏈，填補(bǔ)空隙。因此，端粒酶在保證染色體復(fù)制的完整性上有重要意義。當(dāng)前57頁(yè)，總共123頁(yè)。端粒酶的生物學(xué)功能研究表明，端粒酶活性的下降與細(xì)胞的老化有關(guān)；某些增殖活躍的腫瘤細(xì)胞中，端粒酶活性增高。對(duì)端粒和端粒酶的研究，有可能揭示細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、衰老以及腫瘤發(fā)生的新機(jī)制，對(duì)尋找腫瘤治療的新靶點(diǎn)有意義。當(dāng)前58頁(yè)，總共123頁(yè)。7、RPA：真核生物的單鏈結(jié)合蛋白；RNaseH1和MF-1切除RNA引物，DNA聚合酶ε填補(bǔ)缺口。6、真核生物有多種DNA聚合酶,DNA聚合酶Ⅲ（δ）是真正的復(fù)制酶，在PCNA存在下有持續(xù)的合成能力。PCNA稱為增殖細(xì)胞核抗原，相當(dāng)于大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ的β-夾子，RFC蛋白相當(dāng)于夾子裝配器。四、真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)當(dāng)前59頁(yè)，總共123頁(yè)。真核細(xì)胞內(nèi)有五種DNA聚合酶DNA聚合酶αDNA聚合酶β

DNA聚合酶γ

DNA聚合酶δDNA聚合酶ε定位亞基數(shù)目外切酶活性引物合成酶活性持續(xù)合成能力抑制劑功能細(xì)胞核4－＋中等蚜腸霉素引物合成細(xì)胞核1－－低雙脫氧TTP修復(fù)線粒體23’→5’外切酶－高雙脫氧TTP線粒體DNA合成細(xì)胞核23’→5’外切酶－有PCNA時(shí)高蚜腸霉素核DNA合成細(xì)胞核＞15’→3’外切酶－高蚜腸霉素修復(fù)當(dāng)前60頁(yè)，總共123頁(yè)。當(dāng)前61頁(yè)，總共123頁(yè)。第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄（reversetranscription）是以RNA為模板合成DNA的過程。在逆轉(zhuǎn)錄過程中，遺傳信息從RNA流向DNA，這與通常轉(zhuǎn)錄過程遺傳信息流動(dòng)的方向相反。當(dāng)前62頁(yè)，總共123頁(yè)。

用特異抑制物（放線菌素D）能抑制致癌RNA病毒的復(fù)制，而對(duì)一般RNA病毒的復(fù)制無(wú)影響。已知放線菌素D專門抑制以DNA為模板的反應(yīng)，可見致癌RNA病毒的復(fù)制過程必然涉及到DNA。所以Temin于1964年提出前病毒的假說(shuō)。

1970年，Temin和Baltimore分別從致癌RNA病毒（勞氏肉瘤病毒和鼠白血病病毒）中發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶。當(dāng)前63頁(yè)，總共123頁(yè)。一、逆轉(zhuǎn)錄酶

逆轉(zhuǎn)錄酶（reversetranscriptase）由一個(gè)α亞基和一個(gè)β亞基組成，含有Zn2+，需要RNA或DNA作引物。逆轉(zhuǎn)錄酶具有三種酶活性： 一是RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性（以RNA為模板，合成一條互補(bǔ)的DNA，形成RNA—DNA雜種分子）； 二是RNaseH酶活性，水解RNA—DNA雜交體分子中的RNA，可沿3’→5’和5’→3’兩個(gè)方向起外切酶作用； 三是DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性。 無(wú)校對(duì)功能，錯(cuò)誤率高，易產(chǎn)生變異。當(dāng)前64頁(yè)，總共123頁(yè)。二、逆轉(zhuǎn)錄過程

當(dāng)前65頁(yè)，總共123頁(yè)。cDNA在基因操作中，以某一特殊mRNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶催化下合成的DNA稱為互補(bǔ)DNA(complementaryDNA，cDNA)。通過cDNA克隆測(cè)序，可以推測(cè)mRNA的序列及其編碼的蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前66頁(yè)，總共123頁(yè)。三、逆轉(zhuǎn)錄的生物學(xué)意義

逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄過程的發(fā)現(xiàn)，是對(duì)遺傳信息傳遞中心法則的補(bǔ)充，揭示遺傳信息不僅可以從DNA流向RNA，也可以相反，至少在某些生物，RNA與DNA同樣具有遺傳信息傳遞和表達(dá)的功能。同時(shí)，加深了對(duì)RNA病毒致癌、致病的認(rèn)識(shí)。逆轉(zhuǎn)錄酶已經(jīng)成為制備cDNA，進(jìn)行基因操作的工具酶。當(dāng)前67頁(yè)，總共123頁(yè)。逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活史當(dāng)前68頁(yè)，總共123頁(yè)。第五節(jié)DNA的損傷與修復(fù)DNA存儲(chǔ)著生物體賴以生存和繁衍的遺傳信息，外界環(huán)境和生物體內(nèi)部的因素經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致DNA分子的改變。組成DNA分子的脫氧核苷酸或者DNA片段在構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化，稱為DNA突變也是DNA損傷(DNAdamage)。有的DNA損傷或突變是致死性的，可以導(dǎo)致個(gè)體、細(xì)胞的死亡。因此修復(fù)DNA損傷、維護(hù)DNA分子的完整性對(duì)生物能保持遺傳穩(wěn)定性至關(guān)重要。另一方面，突變又是生物進(jìn)化的分子基礎(chǔ)，是與遺傳相對(duì)立統(tǒng)一而普遍存在的現(xiàn)象。當(dāng)前69頁(yè)，總共123頁(yè)。一、造成DNA損傷的因素

造成DNA損傷的因素有生物體內(nèi)自發(fā)的、亦有外界物理和化學(xué)等因素。 (一)自發(fā)的因素 (二)物理因素 (三)化學(xué)因素當(dāng)前70頁(yè)，總共123頁(yè)。(一)自發(fā)的因素 由于DNA分子受到周圍環(huán)境溶劑分子的隨機(jī)熱碰撞，腺嘌呤或鳥嘌呤與脫氧核糖間的N-糖苷鍵可以斷裂，使A或G脫落。人體細(xì)胞中DNA每天每個(gè)細(xì)胞要脫落5000個(gè)嘌呤堿，每天每個(gè)細(xì)胞也有100個(gè)胞嘧啶自發(fā)脫氨而成尿嘧啶。當(dāng)前71頁(yè)，總共123頁(yè)。(二)物理因素

紫外線造成DNA損傷。由于嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)都含有共軛雙鍵，能吸收紫外線而引起DNA損傷。嘧啶堿引起的損傷比嘌呤堿大10倍。紫外線損傷是由于2個(gè)相鄰嘧啶堿的C5和C6共價(jià)交聯(lián)，產(chǎn)生嘧啶二聚體。

當(dāng)前72頁(yè)，總共123頁(yè)。(三)化學(xué)因素烷化劑對(duì)DNA的損傷烷化劑是一類親電子的化合物，很容易與生物體中大分子的親核位點(diǎn)起反應(yīng)。烷化劑的作用可使DNA發(fā)生堿基烷基化、堿基脫落、斷鏈、交聯(lián)等各種類型的損傷?；瘜W(xué)物質(zhì)修飾DNA鏈上的堿基或通過影響DNA復(fù)制而改變堿基序列，例如亞硝酸鹽能使C脫氨變成U，黃曲霉素B也能專一攻擊DNA上的堿基導(dǎo)致序列的變化，這些都是誘發(fā)突變的化學(xué)物質(zhì)或致癌劑。當(dāng)前73頁(yè)，總共123頁(yè)。二、DNA損傷的類型

根據(jù)DNA分子的改變，可把突變分為下面幾種主要類型。錯(cuò)配缺失、插入重排當(dāng)前74頁(yè)，總共123頁(yè)。三、DNA損傷的修復(fù)

DNA修復(fù)(DNArepairing)是細(xì)胞對(duì)DNA受損傷后的一種反應(yīng)，這種反應(yīng)可能使DNA結(jié)構(gòu)恢復(fù)原樣，重新能執(zhí)行它原來(lái)的功能；但有時(shí)并非能完全消除DNA的損傷，只是使細(xì)胞能夠耐受這種DNA的損傷而能繼續(xù)生存。DNA修復(fù)包括直接修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)和SOS修復(fù)等。當(dāng)前75頁(yè)，總共123頁(yè)。（一）錯(cuò)配錯(cuò)配（mismatch）也稱點(diǎn)突變(pointmutation)，是DNA分子上一個(gè)堿基的變異，可分為：①轉(zhuǎn)換(transition)同型堿基，如一種嘌呤代替另一種嘌呤或一種嘧啶代替另一嘧啶。②顛換(transversation)異型堿基，即嘌呤變嘧啶，或嘧啶變嘌呤。 點(diǎn)突變?nèi)绨l(fā)生在啟動(dòng)子或剪接信號(hào)部位可以影響整個(gè)基因的功能；如發(fā)生在編碼序列，有的可以改變蛋白質(zhì)的功能，如引起鐮形紅細(xì)胞貧血；有的則為中性變化，即編碼氨基酸雖然變化，但功能不受影響；有的甚至是靜止突變，堿基雖變但編碼氨基酸種類不變。當(dāng)前76頁(yè)，總共123頁(yè)。點(diǎn)突變引起鐮形紅細(xì)胞貧血

當(dāng)前77頁(yè)，總共123頁(yè)。（二）缺失、插入缺失(deletion)是一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈乃至整個(gè)基因，從DNA大分子上丟失。插入(insertion)是一個(gè)原來(lái)沒有的堿基或一段原來(lái)沒有的核苷酸序列插入到DNA大分子中去，或有些芳香族分子如吖啶(acridine)嵌入DNA雙螺旋堿基對(duì)中。缺失或插入可以引起框移突變(frame-shift-mutation)，影響三聯(lián)體密碼的閱讀方式，如有些地中海貧血、生長(zhǎng)激素基因缺失。當(dāng)前78頁(yè)，總共123頁(yè)。（三）重排

重排（rearragement）DNA鏈內(nèi)部重組使其中一段核苷酸鏈方向倒置或者一段DNA從一處遷移到另一處。由于血紅蛋白β鏈和δ鏈兩種類型的基因重排而引起的地中海貧血。當(dāng)前79頁(yè)，總共123頁(yè)。突變或誘變對(duì)生物可能產(chǎn)生的后果 ①致死性； ②喪失某些功能； ③改變基因型(genotype)而不改變表現(xiàn)型(phenotype)； ④發(fā)生了有利于物種生存的結(jié)果，使生物進(jìn)化。當(dāng)前80頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA突變可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生:

沉默突變：突變影響非必需的DNA或突變對(duì)一個(gè)基因的功能的影響可忽略，稱為沉默突變?；貜?fù)突變：一些突變可以克服第一次突變?cè)斐傻挠绊懀@類突變稱為回復(fù)突變。動(dòng)物細(xì)胞的突變與癌的發(fā)生有強(qiáng)烈的相關(guān)性。當(dāng)前81頁(yè)，總共123頁(yè)。三、DNA損傷的修復(fù)

DNA修復(fù)(DNArepairing)是細(xì)胞對(duì)DNA受損傷后的一種反應(yīng)，這種反應(yīng)可能使DNA結(jié)構(gòu)恢復(fù)原樣，重新能執(zhí)行它原來(lái)的功能；但有時(shí)并非能完全消除DNA的損傷，只是使細(xì)胞能夠耐受這種DNA的損傷而能繼續(xù)生存。DNA修復(fù)包括直接修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)和SOS修復(fù)等。當(dāng)前82頁(yè)，總共123頁(yè)。（一）直接修復(fù)光修復(fù)是直接修復(fù)（directrepair）的一種形式。光修復(fù)主要存在于低等生物。幾乎所有細(xì)胞都含有光復(fù)活酶(photoreactivatingenzyme)，也稱為DNA光修復(fù)酶(photolyase)。當(dāng)紫外線280nm照射時(shí)，DNA產(chǎn)生的嘧啶二聚體。但在可見光300-600nm照射下，光復(fù)活酶能夠被激活，從而解聚嘧啶二聚體。當(dāng)前83頁(yè)，總共123頁(yè)。（二）切除修復(fù)切除修復(fù)(excisionrepair)是指在一系列酶的作用下，切除損傷的DNA部分，以完整的另一條鏈為模板，填補(bǔ)切除部分的空隙并連接，使損傷的DNA部分恢復(fù)正常。切除修復(fù)途徑對(duì)所有生物的生存至關(guān)重要。當(dāng)前84頁(yè)，總共123頁(yè)。切除修復(fù)是真核細(xì)胞的重要修復(fù)形式。人類遺傳性疾病著色性干皮病(xerodermapigmentosum)，是常染色體隱性遺傳性疾病。純合子患者的皮膚對(duì)陽(yáng)光或紫外線極度敏感，皮膚變干、真皮萎縮、角化、眼瞼結(jié)疤、角膜潰瘍，易患皮膚癌。此病是由于缺乏紫外特異內(nèi)切核酸酶而無(wú)法修復(fù)造成的。當(dāng)前85頁(yè)，總共123頁(yè)。(三)重組修復(fù)

切除修復(fù)發(fā)生在DNA復(fù)制之前。如果DNA復(fù)制要越過尚未修復(fù)的損傷部位，或者因?yàn)閾p傷的DNA片段較長(zhǎng)不能在復(fù)制前完全修復(fù)時(shí)，可以先進(jìn)行復(fù)制，然后再進(jìn)行重組修復(fù)。重組修復(fù)（recombinationrepair）是指DNA復(fù)制后，子代DNA在損傷的對(duì)應(yīng)部位出現(xiàn)空隙時(shí)，可以通過分子間的重組，從完整的母鏈上將相應(yīng)的DNA片段轉(zhuǎn)移到子代DNA的空隙處，母鏈留下的空隙處通過以另一條完好的母鏈DNA鏈為模板在DNA聚合酶作用下進(jìn)行修復(fù)，最后由DNA連接酶連接而封口(圖)。重組修復(fù)過程中，子代DNA損傷的空隙被補(bǔ)上了，但是DNA鏈的損傷并未除去。當(dāng)前86頁(yè)，總共123頁(yè)。重組修復(fù)至少需要4種酶組分。重組基因recA編碼一種分子量為40kDa的蛋白質(zhì)，它具有交換DNA鏈的活力。RecA蛋白被認(rèn)為在DNA重組和重組修復(fù)中均起關(guān)鍵作用。recB、recC基因分別編碼核酸外切酶V的兩個(gè)亞基。當(dāng)前87頁(yè)，總共123頁(yè)。（四）SOS修復(fù)

SOS修復(fù)（SOSresponse）是一類應(yīng)急性的修復(fù)方式。由于DNA損傷廣泛至難以繼續(xù)復(fù)制，由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。SOS修復(fù)特點(diǎn)是反應(yīng)特異性低，對(duì)堿基的識(shí)別、選擇能力差。通過SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而，DNA保留的錯(cuò)誤會(huì)較多，引起較廣泛、長(zhǎng)期的突變。當(dāng)前88頁(yè)，總共123頁(yè)。SOS反應(yīng)和誘導(dǎo)修復(fù)（易錯(cuò)修復(fù)）SOS反應(yīng)：細(xì)胞DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷或DNA復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的緊急狀態(tài)下，為求生存而出現(xiàn)的應(yīng)急反應(yīng)。SOS反應(yīng)包括:避免差錯(cuò)的修復(fù)能力增強(qiáng)誘導(dǎo)產(chǎn)生無(wú)校正功能的DNA聚合酶合成抑制細(xì)胞分裂當(dāng)前89頁(yè)，總共123頁(yè)。SOS修復(fù)Irradiationofbacteriabeforevirusinfectionenhancedrepairofdamagedviralgenesbutledtomutations.UVUV’dT4phage

E.coliFewsurvivingphageUV’dT4phage

E.coliHigherfrequencyofsurviving

phage,butmanymutants.當(dāng)前90頁(yè)，總共123頁(yè)。SOS修復(fù)誘導(dǎo)DNA聚合酶活性LexA

(一種DNA結(jié)合抑制蛋白),

umuC

和umuD,編碼DNA聚合酶活性,允許復(fù)制跨過損傷位點(diǎn),常插入一個(gè)或幾個(gè)A堿基.AGCTAGTCAT/TCAGTCAGCTAGTCAT/TCAGTCTCGATCANNNNGTCAGReplicationstopsatT/TdimerError-pronepolymeraseallowsreplicationtoproceed,albeitinaccuratelySOSresponse:當(dāng)前91頁(yè)，總共123頁(yè)。RecA-P的三種功能a、DNA重組活性b、與S.S.DNA結(jié)合活性c、少數(shù)蛋白的proteinase活性當(dāng)DNA正常復(fù)制時(shí)（無(wú)復(fù)制受阻，無(wú)DNA損傷，無(wú)TTdimer）

RecA-p不表現(xiàn)proteinase活性當(dāng)前92頁(yè)，總共123頁(yè)。當(dāng)DNA復(fù)制受阻/DNAdamaged細(xì)胞內(nèi)原少量表達(dá)的RecA-p與S.S,DNA結(jié)合激活RecA-p的proteinase活性修復(fù)損傷LexA-p降解RecA-p高效表達(dá)SOSopen當(dāng)DNA復(fù)制度過難關(guān)后RecA-p很快消失LexAgeneonSOSoff當(dāng)前93頁(yè)，總共123頁(yè)。SOS修復(fù)

DNA復(fù)制不很嚴(yán)格，新合成的DNA容易造成錯(cuò)誤產(chǎn)生突變。當(dāng)前94頁(yè)，總共123頁(yè)。線粒體損傷和修復(fù)線粒體的氧化損傷:

單鏈斷裂、雙鏈斷裂、堿基修飾、DNA交聯(lián)、烷化損傷線粒體的損傷修復(fù)：

堿基切除修復(fù)、錯(cuò)配修復(fù)當(dāng)前95頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA修復(fù)維持DNA序列的保真性；可在復(fù)制前后進(jìn)行；有多種修復(fù)機(jī)制來(lái)糾正DNA損傷；DNA修復(fù)失敗可能導(dǎo)致突變和腫瘤。當(dāng)前96頁(yè)，總共123頁(yè)。細(xì)胞周期檢查點(diǎn)控制

真核生物細(xì)胞DNA受到損傷時(shí)細(xì)胞除了誘導(dǎo)修復(fù)基因的轉(zhuǎn)錄外，還可暫時(shí)阻斷細(xì)胞周期，防止受損DNA繼續(xù)復(fù)制，如無(wú)法修復(fù)，則可誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入凋亡。這些都是細(xì)胞通過細(xì)胞周期檢查點(diǎn)控制（checkpointcontrol，又稱關(guān)卡控制）對(duì)DNA損傷的應(yīng)答反應(yīng)。當(dāng)前97頁(yè)，總共123頁(yè)。酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期檢查點(diǎn)控制機(jī)制DNA損傷在S期DNA損傷在G1

和G2

期G1SG2MPOL2RFC5DPB11RAD9RAD17RAD24MEC3MEC1,TEL1RAD53當(dāng)前98頁(yè)，總共123頁(yè)。哺乳類動(dòng)物的細(xì)胞周期檢查點(diǎn)控制機(jī)制DNA損傷P21Gadd45BaxP53CDK/cyclinGadd45Gadd45-PCNABlockingcellcycleExcisionrepairingCellapoptosis當(dāng)前99頁(yè)，總共123頁(yè)。第三節(jié)

DNA損傷和修復(fù)的生物參考標(biāo)志當(dāng)前100頁(yè)，總共123頁(yè)。一、甲基化損傷修復(fù)相關(guān)基因

甲基轉(zhuǎn)移酶（MGMT）把O6-甲基鳥嘌呤的甲基轉(zhuǎn)移到自身的半胱氨酸殘基上，修復(fù)甲基化的DNA。MGMT突變可作為甲基化損傷的基因型標(biāo)記物。當(dāng)前101頁(yè)，總共123頁(yè)。二、切除修復(fù)相關(guān)的酶和基因尿嘧啶糖基化酶為主要的始動(dòng)因素，可作為DNA損傷的生物標(biāo)記物。大腸桿菌Uvr基因家族、人ecrr基因和切除修復(fù)基因等當(dāng)前102頁(yè)，總共123頁(yè)。三、錯(cuò)配修復(fù)相關(guān)基因MSH2、MLH1等蛋白參與錯(cuò)配修復(fù)，而錯(cuò)配修復(fù)的缺陷往往是癌變的第一步。錯(cuò)配修復(fù)基因：Muthls系統(tǒng)、人類的hmsh2/3、hpmsl1/2、Mutsa、msh6。錯(cuò)配修復(fù)基因的微衛(wèi)星序列的不穩(wěn)定性（microsatelliteinstability，MI）當(dāng)前103頁(yè)，總共123頁(yè)。四、DNA聚合酶β

DNA聚合酶β參與輻射損傷和化學(xué)損傷的修復(fù)，并對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)具有調(diào)節(jié)作用。

DNA聚合酶β

的突變可導(dǎo)致堿基切除修復(fù)功能的缺陷。當(dāng)前104頁(yè)，總共123頁(yè)。五、DNA加合物也可作為修復(fù)功能的生物標(biāo)記物

DNA加合物可作為DNA損傷的暴露標(biāo)記物和效應(yīng)標(biāo)記物，其去除的速度也可作為DNA修復(fù)功能的生物標(biāo)記物。當(dāng)前105頁(yè)，總共123頁(yè)。DNA損傷和修復(fù)的生物學(xué)意義避免基因組的不穩(wěn)定性、癌癥和細(xì)胞死亡是至關(guān)重要的。DNA修復(fù)途徑可以識(shí)別和修復(fù)特異的DNA損傷，保證生物物種的遺傳穩(wěn)定性。當(dāng)前106頁(yè)，總共123頁(yè)。與DNA