第五章 DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組課件

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

第一節(jié)DNA復(fù)制機(jī)制第二節(jié)突變第三節(jié)DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)第四節(jié)遺傳重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

第一節(jié)DNA復(fù)制機(jī)制

一、DNA的半保留復(fù)制

DNA的半保留復(fù)制(semi-conservativereplication)：以親代DNA的每一股作模板——完全相同的兩個(gè)雙鏈子代DNA（每個(gè)子代DNA中都含有一股親代DNA鏈）。

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組1.大腸桿菌在含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)約十五代，使其DNA中的堿基氮均轉(zhuǎn)變?yōu)?5N。2.將大腸桿菌移至只含14N的培養(yǎng)基中同步培養(yǎng)一代、二代、三代。1958Meselson-stahl設(shè)計(jì)的CsCl超離心試驗(yàn)證實(shí)了

DNA復(fù)制的這一特性第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組15N標(biāo)記實(shí)驗(yàn)·細(xì)胞生長(zhǎng)在15N標(biāo)記培養(yǎng)基中·轉(zhuǎn)入正常N源培養(yǎng)基中·分離各代DNA·分析各代DNA的浮力密度15N標(biāo)記DNA未標(biāo)記DNA

CsCL密度梯度離心浮力密度

N15－DNA1.742g/mlN15－N14－DNA1.717g/mlN14－DNA1.710g/ml第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組二、復(fù)制的起始點(diǎn)和方向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的片段，即復(fù)制起始點(diǎn)（復(fù)制子）。3個(gè)連續(xù)的13bp序列4個(gè)9bp序列第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組在原核生物中，復(fù)制子通常為一個(gè)；在真核生物中，復(fù)制子通常為多個(gè)。

復(fù)制子之間形成眼狀結(jié)構(gòu)第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組原核生物：?jiǎn)螐?fù)制起點(diǎn)即－－整個(gè)染色體只有一個(gè)復(fù)制單位

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組真核生物:多復(fù)制起點(diǎn)即－－一個(gè)genome中有多個(gè)復(fù)制單位第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組Replicationfork第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組復(fù)制叉：染色體中參與復(fù)制的活性區(qū)域，即復(fù)制正在發(fā)生的位點(diǎn)。（Replicationfork）復(fù)制的方向復(fù)制眼：電子顯微鏡下觀察正在復(fù)制的DNA，復(fù)制的區(qū)域形如一只眼睛。（replicationeye）第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組1.多數(shù)是雙向的（等速進(jìn)行或異速進(jìn)行），形成兩個(gè)復(fù)制叉；

2.少數(shù)是單向復(fù)制，形成一個(gè)復(fù)制叉。

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組單雙向復(fù)制取決于起點(diǎn)處有一個(gè)還是兩個(gè)復(fù)制叉單向復(fù)制雙向復(fù)制第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組真核生物的多復(fù)制子多個(gè)復(fù)制眼第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組復(fù)制的多模式

單起點(diǎn)、單方向（原核）多起點(diǎn)、單方向（真核）單起點(diǎn)、雙方向（原核）多起點(diǎn)、雙方向（真核）第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

單、雙向θ

復(fù)制模式圖單向復(fù)制雙向復(fù)制第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

AreplicationeyeformsathetastructureincircularDNA.第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

D環(huán)復(fù)制又稱置換式

線粒體和葉綠體

DNA的復(fù)制方式第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組σ復(fù)制滾環(huán)式復(fù)制共價(jià)延伸復(fù)制時(shí)產(chǎn)生的環(huán)結(jié)構(gòu)形狀象σ病毒、細(xì)菌因子第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組DNA復(fù)制的酶學(xué)

一、DNA聚合反應(yīng)和聚合酶

1957ArthurKornberg首次發(fā)現(xiàn)DNApolⅠ

DNApolⅡDNApolⅢ第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組二、三種DNA聚合酶的結(jié)構(gòu)和功能第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組3’→5’外切活性（3種DNA聚合酶共性）

這種酶活性的主要功能是從3’→5’方向識(shí)別并切除DNA生長(zhǎng)鏈末端與模板DNA不配對(duì)的核苷酸，這種功能稱為校對(duì)功能（proofreading），對(duì)于維持DNA復(fù)制的正確性至關(guān)重要。ProofreadingbyDNApolymerase第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組5’

→3’外切活性（DNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ的共性）這種酶活性是從DNA鏈的5’端向3’末端水解已配對(duì)的核苷酸，本質(zhì)是切斷磷酸二酯鍵，每次能切除10個(gè)核苷酸——在DNA損傷的修復(fù)中起重要作用，去除岡崎片段5’端的RNA引物。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組DNA聚合酶I1.DNApolI由一條多肽鏈組成，分子量為110KD。2.酶分子中含有一個(gè)Zn2＋，是聚合酶活性必需的。3.用枯草桿菌蛋白酶可將此酶水解成兩個(gè)片段，大片段的分子量為76KD，通常稱為klenow片段，小片段為34KD。4.5‘→3’聚合活性存在于klenow片段上。5.DNA聚合酶I的作用是去除RNA引物，按DNA互補(bǔ)原則替換，每次與模板－引物結(jié)合僅能添加20～100個(gè)核苷酸。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組DNApolⅠ的5’－3’外切活性有以下三個(gè)特點(diǎn)：

?必須有5’－磷酸末端?被除去的核苷酸必須是已經(jīng)配對(duì)的?被除去的可以是脫氧核糖核苷酸，也可以是核糖核苷酸（切刻平移）第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組DNApolⅠ的5’

→3’聚合活性和5’

→3’外切酶活性協(xié)同作用，可以使DNA一條鏈上的切口從5’

→3’方向移動(dòng)，這種反應(yīng)叫做缺刻平移(nicktranslation)。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組DNAPolymeraseIII(DNA聚合酶III）DNA聚合酶III由10個(gè)不同的亞基構(gòu)成。其中α、ε和θ亞基構(gòu)成核心酶。α亞基具有5‘→3’

聚合酶活性，ε亞基具有3‘→5’外切活性，θ亞基功能是使α和ε亞基裝配結(jié)合。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

兩個(gè)拷貝的β亞基圍繞DNA雙螺旋形成一個(gè)環(huán)狀的二聚體。一旦β亞基二聚體與DNA緊密結(jié)合，它的作用就像一個(gè)“滑動(dòng)夾子”(slidingclamp)攜帶著核心聚合酶沿著DNA鏈自由滑動(dòng)?；瑒?dòng)夾可以阻止聚合酶脫落，從而大大增加了DNA聚合酶的延伸能力。(Note:nobetasubunitsareshown;withoutbeta,thisformofthecomplexiscalledDNApolIII*)第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組BetaformsadonutshapedringaroundtheDNAandhelpstoanchortheholoenzymetotheDNAduringreplication.Byactingasasliding“clamp”,betahelpstheholoenzymetoreplicatelongstretchesofDNAwithout“fallingoff”thestrand.第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組ThesubunitsofE.coliDNApolymeraseIIISubunitFunctionaeqtbgdd’cy5’to3’polymerizingactivity3’to5’exonucleaseactivityaandeassemblyAssemblyofholoenzymeonDNASlidingclamp=processivityfactorClamp-loadingcomplexClamp-loadingcomplexClamp-loadingcomplexClamp-loadingcomplexClamp-loadingcomplexCoreEnzymedimerHoloenzyme第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

DNApolⅠ和DNApolⅢ的主要特性和功能DNA聚合酶活性：DNApolⅠ－－主要用于DNA的修復(fù)和RNA引物的替換DNApolⅢ－－DNA鏈的延長(zhǎng)聚合方向：都是5’－3’第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組子鏈DNA延伸方向只能是5’－3’已知的DNA聚合酶只能使鏈按5’－3’方向生長(zhǎng)5’OHTCATCAC5’OH3’pppOHC++ppi第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組三、DNA連接酶所需條件：

a、

切刻的3’－OH和5’－P相鄰

b、

切刻各自堿基處于配對(duì)狀態(tài)

c、需要能量原核（ATP、NAD）真核（ATP）用途：復(fù)制過程中，5’端RNA引物被置換后切刻的連接修復(fù)、重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組四、與DNA幾何學(xué)性質(zhì)相關(guān)的酶

1、解螺旋酶（helicase）:又稱解旋酶單鏈結(jié)合蛋白（SSBsingle-strandbindingprotein）2、

DNA旋轉(zhuǎn)酶：消除復(fù)制叉前進(jìn)過程中產(chǎn)生的正超螺旋，產(chǎn)生負(fù)超螺旋第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組二、DNA復(fù)制大腸桿菌的DNA復(fù)制噬菌體?×174的復(fù)制腺病毒的復(fù)制4.線性DNA的末端復(fù)制的問題5、復(fù)制忠實(shí)性的保證原核生物DNA的復(fù)制第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組（一）ＤＮＡ復(fù)制的起始第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組1.OriCinE.colichromosomalDNA?三個(gè)13bp的重復(fù)序列第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組9bp基序共有4個(gè)拷貝，分散于整個(gè)OriC的范圍內(nèi)，它是DnaA蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。通過DnaA蛋白+OriC捆綁了大約30個(gè)DnaA蛋白。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組DNA分子在DnaA蛋白復(fù)合體上的纏繞，導(dǎo)致雙螺旋在串連排列的3個(gè)富含AT的13bp基序處解開。

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組DnaB蛋白進(jìn)一步打開DNA雙螺旋。DnaB蛋白是解旋酶（Helicase）。兩個(gè)DnaB蛋白在復(fù)制起點(diǎn)處分別與兩條單鏈結(jié)合，并按5’→3’相向而行打開DNA雙鏈。雙鏈打開以后，DnaA蛋白便會(huì)募集由6個(gè)DnaB和6個(gè)DnaC構(gòu)成的復(fù)合體與起始位點(diǎn)處的單鏈DNA結(jié)合。DnaC為DnaB蛋白裝載因子，依靠DnaC蛋白的單鏈DNA結(jié)合域以及與DnaA蛋白的相互作用，DnaB和DnaC蛋白復(fù)合體結(jié)合在復(fù)制起始位點(diǎn)。Helicase(DnaB)continuestoseparatestrands第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組然后，DnaC催化DnaB蛋白解環(huán)，并套在單鏈DNA上。在DnaB和DnaC蛋白復(fù)合體中，DNA解旋酶保持非活性狀態(tài)。DNA解旋酶的安裝導(dǎo)致裝載因子從復(fù)合體中釋放出來(lái)，并激活DNA解旋酶。DNA解旋酶向前運(yùn)動(dòng)，在其身后留下單鏈DNA模板。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組接著單鏈結(jié)合蛋白（single-strandedbindingprotein,SSB）與解旋酶解開的單鏈結(jié)合，其作用是防止單鏈降解，阻止單鏈退火。SSB蛋白與單鏈DNA的結(jié)合有協(xié)同效應(yīng)(cooperative)，即一個(gè)SSB的結(jié)合會(huì)促進(jìn)另一個(gè)SSB與單鏈DNA的結(jié)合。這種協(xié)同結(jié)合使單鏈DNA被解旋酶釋放出后，很快被SSB所覆蓋。一旦被SSB覆蓋，單鏈DNA即處于伸直狀態(tài)，有利于其作為模板進(jìn)行DNA合成或RNA引物的合成。在大腸桿菌細(xì)胞中，DNA解旋酶募集一個(gè)引物酶。引物酶負(fù)責(zé)合成一段短的RNA引物。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組新生鏈的合成由DNA聚合酶催化完成。從大腸桿菌細(xì)胞中分離出了5種DNA聚合酶。DNA聚合酶III是大腸桿菌DNA復(fù)制中鏈延伸反應(yīng)的主要聚合酶。DNA聚合酶I專門用于RNA引物的去處。另外3種DNA聚合酶主要參與DNA修復(fù)及合成。（二）延伸第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組在復(fù)制叉處先導(dǎo)鏈和后隨鏈的合成同時(shí)進(jìn)行先導(dǎo)鏈被連續(xù)合成，而后隨鏈?zhǔn)遣贿B續(xù)合成的。在復(fù)制叉上，DNA解旋酶在后隨鏈模板上沿著5’→3’運(yùn)動(dòng)。DNA聚合酶III全酶通過τ亞基和解旋酶作用，一個(gè)核心酶復(fù)制前導(dǎo)鏈，另一個(gè)核心酶復(fù)制后隨鏈。

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組1.新合成的岡崎片段與上一個(gè)岡崎片段被一切口分開。2.岡崎片段的RNA引物長(zhǎng)約5個(gè)核苷酸，而它的DNA部分長(zhǎng)約1000～2000bp。3.DNA聚合酶I與切口結(jié)合，并利用其5’

→3’外切酶活性切去下游岡崎片斷的RNA部分，這一過程相當(dāng)于切口平移。4.當(dāng)RNA引物被切除后，由DNA連接酶催化磷酸二酯鍵的形成，把岡崎片斷連接起來(lái)。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組復(fù)制起始與延伸的總結(jié)3+4DnaA-C(A被捆-復(fù)制叉+召集；6B主體；6C裝配)SSBDnaB召集引物酶-合成RNA引物延續(xù)1.DNA聚合酶Ⅲ（10,3,22）2.DNA聚合酶Ⅰ（去引物）——缺刻平移——DNA連接酶連接“岡崎片段”捆-開-解-蓋-先導(dǎo)連續(xù)-后隨岡崎-Ⅰ去+缺刻-連第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組（三）

終止和分離1.大腸桿菌的復(fù)制終止區(qū)域位于環(huán)狀染色體上，與復(fù)制起點(diǎn)相對(duì)的一側(cè)。2.在這一區(qū)域存在幾個(gè)終止位點(diǎn)（Ter）。Ter序列按照特定的方向排列在染色體上，制造“陷阱”。復(fù)制叉只進(jìn)該區(qū)域，不能出去。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組1.特異性DNA結(jié)合蛋白Tus與終止位點(diǎn)結(jié)合——阻斷一個(gè)方向上的復(fù)制叉前進(jìn)（而對(duì)向另一個(gè)方向前進(jìn)的復(fù)制叉不起作用）。2.機(jī)理：這樣安排可確保兩個(gè)從相反方向進(jìn)入ter區(qū)的復(fù)制叉總能相遇，當(dāng)一個(gè)復(fù)制叉遇到另一個(gè)復(fù)制叉時(shí)，DNA復(fù)制就完成了。3.通過抑制DNA螺旋酶而發(fā)揮終止作用。4.每次復(fù)制時(shí)只使用一個(gè)終止位點(diǎn)。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組四、真核生物DNA的復(fù)制第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

1、復(fù)制概況

a、多個(gè)復(fù)制子，雙向復(fù)制

b、復(fù)制子相對(duì)較小，c、復(fù)制速度較慢，d、復(fù)制叉相遇，復(fù)制終止第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組隨著復(fù)制叉沿著DNA分子向兩個(gè)方向移動(dòng)，復(fù)制泡不斷變大，最終兩個(gè)相鄰復(fù)制泡的復(fù)制叉會(huì)相遇、融合，完成DNA的復(fù)制。

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

multiplereplicon

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

2、真核生物的DNA聚合酶

α、β、γ、δ、ε五種位置核內(nèi)核內(nèi)核內(nèi)核內(nèi)

線粒體

合成

結(jié)合引發(fā)酶修復(fù)合成合成,修復(fù)復(fù)制功能前導(dǎo)鏈3’－5’校NONOYesYesYes正活性

α

β

δ

ε

γ第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

3.真核生物DNA復(fù)制的引發(fā)酶

●DNApolα+primase形成緊密的復(fù)合物

●引發(fā)酶（primase）：50-60kD

●作用方式為陣發(fā)性的，每次作用拷貝6～15個(gè)核苷酸

●利用NTP第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

4、真核生物的復(fù)制起始受許可因子的控制第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)1.起點(diǎn)和速度真核生物起始點(diǎn)多原核生物1個(gè)起始點(diǎn)完成全部復(fù)制，再開始新的復(fù)制起始點(diǎn)可連續(xù)復(fù)制復(fù)制速度慢（1/20）復(fù)制速度快[多點(diǎn)同時(shí)，總耗時(shí)比真核生物少]第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)2.DNA聚合酶:α、β、γ、δ、ε五種α和δ——主γ為線粒體復(fù)制酶；ε為修復(fù)酶δ需要-增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）-作為復(fù)合因子PCNA——大腸桿菌中的DNA聚合酶Ⅲ的β亞基，形成環(huán)狀卡子，增強(qiáng)酶的持續(xù)合成能力兩個(gè)蛋白因子：復(fù)制蛋白A和復(fù)制因子CRP-A——SSB；RF-C——夾子裝卸器（PCNA在DNA鏈上的裝卸）第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)3.RNA引物和岡崎片段真核生物原核生物引物10個(gè)核苷酸引物幾十個(gè)核苷酸岡崎片段100-200個(gè)核苷酸1000-2000個(gè)核苷酸第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組真核生物DNA復(fù)制特點(diǎn)4.端粒和端粒酶原核生物：復(fù)制后可填補(bǔ)去除引物后的5′末端的空缺真核生物：通過端粒和端粒酶解決此問題第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

ε

δEukaryoticDNAreplication.

Step1:primersynthesisbyDNApolymerase;step2:replicationfactorC(RFC)displacementofDNApolymeraseandrecruitmentofproliferatingcellnuclearantigen(PCNA);step3:elongationbythenewlyrecruitedDNApolymerase-holoenzyme;step4:stranddisplacementbyPol-;step5:cuttingofthe5‘displacedflapby(Fen1);step6:sealingbyDNAligaseI.第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組端粒和端粒酶染色體上有一個(gè)帽子，它的名字叫端粒-作用是保持染色體的完整性。Telomere:真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)部分，通常龐大呈粒狀。（見圖）DNA每復(fù)制一次，端粒就縮短一點(diǎn)。當(dāng)端粒縮短至一定的長(zhǎng)度時(shí)，細(xì)胞就會(huì)停止分裂甚至發(fā)生細(xì)胞死亡，因而被稱作細(xì)胞壽命的“有絲分裂鐘”。在某些癌細(xì)胞中，端粒酶不斷修復(fù)延長(zhǎng)受損的端粒，防止端粒因細(xì)胞分裂而有所損耗，從而使得細(xì)胞獲得無(wú)限增殖分裂的能力。

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組端粒酶簡(jiǎn)介端粒酶主要依靠?jī)煞N成分：端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶+作為模板的一小段RNA序列。德克薩斯大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)系教授Jerry聯(lián)合著名生物技術(shù)公司Geron合作開發(fā)了一種阻斷端粒酶作用的新型化合物，將其命名為GRN163L。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組端粒理論

端粒是位于染色體兩端的重復(fù)DNA序列，細(xì)胞分裂時(shí)，部分端粒丟失，被細(xì)胞感知為DNA損傷。端粒酶可補(bǔ)充丟失的端粒。端粒的長(zhǎng)度決定細(xì)胞的壽命，端粒的縮短導(dǎo)致細(xì)胞的衰老和死亡。

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組端粒學(xué)說由Olovnikov提出，細(xì)胞在每次分裂過程中都會(huì)由于DNA聚合酶功能障礙而不能完全復(fù)制它們的染色體，因此最后復(fù)制DNA序列可能會(huì)丟失，最終造成細(xì)胞衰老死亡。

1.端粒具有維持染色體結(jié)構(gòu)完整性的作用。2.端粒酶是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，由RNA和蛋白質(zhì)組成，是以自身RNA為模板，合成端粒重復(fù)序列，加到新合成DNA鏈末端。

3.在人體內(nèi)端粒酶出現(xiàn)在大多數(shù)的胚胎組織、生殖細(xì)胞、炎性細(xì)胞、更新組織的增生細(xì)胞以及腫瘤細(xì)胞中。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組但是許多問題用端粒學(xué)說還不能解釋。1.有人就不同年齡供體角膜內(nèi)皮細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)角膜內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)端粒長(zhǎng)度長(zhǎng)期維持在一個(gè)較高的水平，而端粒酶卻不表達(dá)。2.Kippling發(fā)現(xiàn)，鼠的端粒比人類長(zhǎng)近5-10倍，壽命卻比人類短的多?？磥?lái)端粒的長(zhǎng)度縮短是衰老的原因還是結(jié)果尚需進(jìn)一步研究。

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

真核生物染色體DNA末端補(bǔ)齊模式

(1)端粒DNA(Telomer)

TTGGGG(T2G4)序列高度重復(fù)的末端(四膜蟲)

5’TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG3’(富含G鏈)

3’AACCCC

AACCCCAACCCC5’(富含C鏈)

G基四重線第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組（2）端粒酶（

Telomerase）1985.CarolGreider&Blackburn,1986.Gottchling端粒酶－－－逆轉(zhuǎn)錄酶a、核蛋白（蛋白質(zhì)+核酸RNA）b、含約長(zhǎng)150NT的RNA，其中含1～5拷貝的CxAy重復(fù)序列，是合成端粒T2G4的模板c、延長(zhǎng)的3’-T2G4端作為5’-端DNA合成的模板第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組（3）補(bǔ)齊過程通過TG鏈的回折形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（G·G氫鍵）－－－尺蠖模型

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組實(shí)驗(yàn)表明－－人體細(xì)胞通過監(jiān)測(cè)失去的端粒的重復(fù)數(shù)而計(jì)數(shù)細(xì)胞分裂次數(shù)，當(dāng)端粒長(zhǎng)度下降到某一臨界值時(shí)，細(xì)胞終止分裂－－－衰老、死亡“多莉”的衰老

研究端粒丟失的速率，預(yù)測(cè)人類的壽命

＞XXXYwhy?研究推測(cè)端粒酶與腫瘤的關(guān)系第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組a、復(fù)制子的大?。⊿izesofreplicon）:酵母和果蠅 平均40kb哺乳動(dòng)物 平均100kb原核生物的DNA: >1000kbb、岡崎片段(Okazakifragments):原核生物的

DNA: 1000-2000nt真核生物的DNA: 100-200ntc、復(fù)制速度（Rateofreplication）:真核生物的DNA: 3,000bp/min(50/sec)原核生物的DNA: 50,000bp/min(900/sec)原核生物和真核生物DNA復(fù)制的比較第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組1.Semi-conservativereplication2.Semi-discontinuousrepliction3.DNAhelicase,Ssb4.RNApriming5.校正閱讀（Proofreading）1.復(fù)制起點(diǎn)（單、多）2.復(fù)制子（大小、多少）3.復(fù)制起始的許可因子的控制（復(fù)制周期的重疊與否）4.復(fù)制叉移動(dòng)的速度(900/50nt/S)5.岡崎片段的大小6.端粒和端粒酶7.DNA聚合酶Polymerases相同點(diǎn)：不同點(diǎn)：第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第二節(jié)突變

1.DNA作為一種能決定生命狀態(tài)存在和延續(xù)的生物大分子，在遺傳過程中必需保持高度的精確性和完整性。2.在DNA復(fù)制過程中，仍難免會(huì)存在少量未被校正的錯(cuò)誤。3.DNA還會(huì)受到各種物理和化學(xué)因素的損傷。這些差錯(cuò)和損傷如果不被修復(fù)，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的細(xì)胞學(xué)后果，所以，維護(hù)DNA遺傳信息的穩(wěn)定性對(duì)生物細(xì)胞來(lái)說是極其重要的。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組一、突變的類型1、堿基對(duì)的置換（substitution）

轉(zhuǎn)換(Transition)：最普通的一種點(diǎn)突變，指一種嘧啶被另一種嘧啶代替，一種嘌呤被另一種嘌呤代替。使GC對(duì)被AT對(duì)替換，或者相反。

顛換(Transversion)：另一種不常見的點(diǎn)突變，嘌呤被嘧啶代替或者相反，如AT對(duì)變成了TA、CG對(duì)。2、移碼突變（frameshiftmutation）由堿基的缺失或插入造成。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組

DNA突變的類型

-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-轉(zhuǎn)換

-T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-插入A

-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失T野生型基因

-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-

-T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G--A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-顛換堿基對(duì)的置換(substitution)移碼突變(framesshiftmutation)第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組二、突變的原因兩個(gè)概念：自發(fā)突變（spontaneousmutation)：由于正常的細(xì)胞活動(dòng)，或細(xì)胞與環(huán)境的隨機(jī)相互作用，這些過程所引起的生物DNA序列的改變。誘發(fā)突變（inducedmutation):

特定的化學(xué)或物理因素引起的DNA序列改變。Note:所有突變都包含DNA序列的改變！第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組（一）DNA分子的自發(fā)性損傷1、DNA復(fù)制中的錯(cuò)誤以DNA為模板按堿基配對(duì)進(jìn)行DNA復(fù)制是一個(gè)嚴(yán)格而精確的事件，但也不是完全不發(fā)生錯(cuò)誤的。2、DNA的自發(fā)性化學(xué)變化生物體內(nèi)DNA分子可以由于各種原因發(fā)生變化，至少有：①堿基的異構(gòu)互變；②堿基的脫氨基作用；③脫嘌呤與脫嘧啶；④堿基修飾與鏈斷裂

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組（二）物理因素引起的DNA損傷

1、紫外線引起的DNA損傷當(dāng)DNA受到最易被其吸收波長(zhǎng)（～260nm）的紫外線照射時(shí)，主要是使同一條DNA鏈上相鄰的嘧啶以共價(jià)鍵連成二聚體。2、電離輻射引起的DNA損傷電離輻射損傷DNA有直接和間接的效應(yīng)，直接效應(yīng)是DNA直接吸收射線能量而遭損傷；間接效應(yīng)是指DNA周圍其他分子（主要是水分子）吸收射線能量產(chǎn)生具有很高反應(yīng)活性的自由基進(jìn)而損傷DNA。損傷包括：①堿基變化;②脫氧核糖變化;③DNA鏈斷裂;④交聯(lián)。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組+光照第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組（三）化學(xué)因素引起的DNA損傷1、烷化劑對(duì)DNA的損傷①堿基烷基化;②堿基脫落;③斷鏈;④交聯(lián)2、堿基類似物、修飾劑對(duì)DNA的損傷

如:人工可以合成一些堿基類似物用作促突變劑或抗癌藥物，如5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氟尿嘧啶（5-FU）、2-氨基腺嘌呤（2-AP）等。還有一些人工合成或環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì)能專一修飾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，經(jīng)過復(fù)制就可使DNA上的G-C變成A-U對(duì)。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組DNA的損傷：由自發(fā)的或環(huán)境的因素引起DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的任何異常的改變稱為DNA的損傷。常見的DNA的損傷包括堿基脫落、堿基修飾、交聯(lián)、鏈的斷裂、重組等。第三節(jié)ＤＮＡ損傷修復(fù)系統(tǒng)第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組DNA損傷的修復(fù)

人們對(duì)DNA的修復(fù)機(jī)理進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)多種修復(fù)途徑。1.能糾正復(fù)制錯(cuò)誤的尿嘧啶－N－糖基修復(fù)酶系統(tǒng)和錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)。2.能修復(fù)環(huán)境因素和體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)造成DNA分子損傷的光復(fù)活修復(fù)系統(tǒng)、切除修復(fù)系統(tǒng)、重組修復(fù)系統(tǒng)和SOS修復(fù)系統(tǒng)等。3.DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)是其損傷修復(fù)的重要基礎(chǔ)，因?yàn)镈NA的互補(bǔ)雙鏈可保證其一股鏈上的損傷被切除后，能從另一股鏈上獲得修復(fù)所需要的信息。

第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組一、錯(cuò)配修復(fù)（Mismatchrepair)

原核細(xì)胞內(nèi)存在甲基化酶，能使位于5`GATC序列中腺苷酸的N6位甲基化。復(fù)制后DNA在短期內(nèi)（數(shù)分鐘）為半甲基化的GATC序列，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)配堿基，即將未甲基化鏈切除一段包含錯(cuò)誤堿基的序列，并以甲基化的鏈為模板進(jìn)行修復(fù)。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組據(jù)母鏈甲基化原則找出錯(cuò)配堿基的示意圖第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組堿基錯(cuò)配修復(fù)過程示意圖第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組二、

核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)

當(dāng)DNA鏈上相應(yīng)位置的核苷酸發(fā)生損傷，導(dǎo)致雙鏈之間無(wú)法形成氫鍵，在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷部分切除掉，并以完整的那一條鏈為模板，合成切去的部分，然后使DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組DNA的損傷和切除修復(fù)堿基丟失堿基缺陷或錯(cuò)配結(jié)構(gòu)缺陷切開核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切除DNA聚合酶IDNA連接酶核酸內(nèi)切酶核酸外切酶切開切除修復(fù)連接糖苷酶第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組三、堿基切除修復(fù)系統(tǒng)

糖苷水解酶：

細(xì)胞中能特異切除受損核苷酸上的N-β-糖苷鍵，在DNA鏈上形成AP位點(diǎn)(去嘌呤或去嘧啶位點(diǎn))。AP核酸內(nèi)切酶：能在AP位點(diǎn)附近（5`或3`位置）將DNA鏈切開；核酸外切酶：移去含AP位點(diǎn)核苷酸在內(nèi)的小片段DNA；DNA聚合酶I：

合成新片段；DNA連接酶：

連接切口而修復(fù)。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組第四節(jié)遺傳重組DNA重組（recombination）1、概念：不同DNA鏈的斷裂和連接-產(chǎn)生的DNA片段間的交換和重新組合，形成新的DNA。2、意義：重組是“遺傳學(xué)的靈魂”，生物的進(jìn)化、分子克隆技術(shù)都源于此。第五章DNA的復(fù)制、突變、損傷修復(fù)和重組一

同源重組

一、概述1、定義：兩個(gè)同源DNA分子間的序列重組。2、條件：（1）兩個(gè)DNA分子有同源序列

（2）兩個(gè)DNA分子必須緊密接觸

3、發(fā)生：