生物化學和分子生物學：第十四章 DNA生物合成

1、第十四章 DNA的生物合成的生物合成 DNA Biosynthesis ( Replication ) 1 Structure of DNA Nature, 1953 Discovery of DNA Structure and Function 2 DNA復(fù)制復(fù)制(replication) :以親以親代代DNA作為合成模板，作為合成模板， 按照堿基配對原則合成按照堿基配對原則合成子代子代DNA分子分子，其化學本質(zhì)，其化學本質(zhì) 是酶促脫氧核苷酸聚合反應(yīng)。是酶促脫氧核苷酸聚合反應(yīng)。 復(fù)制復(fù)制 親代親代DNA 子代子代DNA 3 1. DNA復(fù)制復(fù)制有哪些有哪些基本基本特征？特征？ 2. DNA復(fù)

2、制需要哪些酶？分別發(fā)揮何種功能？復(fù)制需要哪些酶？分別發(fā)揮何種功能？ 3. DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)在復(fù)制中發(fā)生何種變化？的雙螺旋結(jié)構(gòu)在復(fù)制中發(fā)生何種變化？ 4. 原核生物是如何進行原核生物是如何進行DNA復(fù)制的？復(fù)制的？ 5. 真核生物是如何進行真核生物是如何進行DNA復(fù)制的？復(fù)制的？ 6. 線粒體線粒體DNA是如何復(fù)制的？是如何復(fù)制的？ 7. 逆轉(zhuǎn)錄合成逆轉(zhuǎn)錄合成DNA是如何進行的？是如何進行的？ 核心核心內(nèi)容內(nèi)容： 4 DNA復(fù)制復(fù)制的的基本基本特征特征 Basic Rules of DNA Replication 第第 一一 節(jié)節(jié) 5 密度梯度離心試驗密度梯度離心試驗 （Meselson-St

3、ahl experiment） 6 半 保 留 復(fù) 制半 保 留 復(fù) 制 ( s e m i - conservative replication): DNA兩條單鏈各自為模板兩條單鏈各自為模板 按堿基配對原則合成互補按堿基配對原則合成互補 鏈，所形成的子代鏈，所形成的子代DNA一一 條條鏈來自鏈來自親代、另一條從親代、另一條從 新合成，堿基序列與親代新合成，堿基序列與親代 DNA完全一致。完全一致。 一、一、DNA以以半保留方式進行復(fù)制半保留方式進行復(fù)制 7 二、二、DNA復(fù)制從起始點向兩個方向延伸復(fù)制從起始點向兩個方向延伸 形成雙向復(fù)制形成雙向復(fù)制 8 復(fù)制子復(fù)制子(replicon)：含

4、一個復(fù)制起始點的獨立復(fù)制單：含一個復(fù)制起始點的獨立復(fù)制單 元，是一個完整元，是一個完整DNA分子或分子或DNA分子上的某段區(qū)域。分子上的某段區(qū)域。 ori ter 原核生物環(huán)狀原核生物環(huán)狀DNA僅僅一個復(fù)制點一個復(fù)制點(origin), 是單復(fù)制子雙向復(fù)制是單復(fù)制子雙向復(fù)制 9 5 3 oriorioriori 5 3 5 5 3 3 真核生物每條染色體存在多個起始真核生物每條染色體存在多個起始 點，是多復(fù)制子復(fù)制點，是多復(fù)制子復(fù)制 10 3 5 3 5 解鏈方向解鏈方向 3 5 3 3 5 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈 (leading strand) 隨從鏈隨從鏈 (lagging strand) 三、三

5、、DNA一股子鏈復(fù)制的方向與解鏈一股子鏈復(fù)制的方向與解鏈 方向相反導(dǎo)致半不連續(xù)復(fù)制方向相反導(dǎo)致半不連續(xù)復(fù)制 11 前導(dǎo)鏈或領(lǐng)頭鏈前導(dǎo)鏈或領(lǐng)頭鏈(leading strand)：順著順著解鏈方解鏈方 向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進行向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進行的。的。 后隨鏈后隨鏈(lagging strand)：復(fù)制方向復(fù)制方向與解鏈方向與解鏈方向 相反，是不連續(xù)相反，是不連續(xù)復(fù)制的復(fù)制的鏈。鏈。復(fù)制中的不連續(xù)片復(fù)制中的不連續(xù)片 段段稱為稱為岡岡崎片段崎片段(Okazaki fragment)。 12 1. 半保留半保留(semi-conservative ) DNA復(fù)制的主要特征復(fù)制的主要特征:

6、 2. 雙向性雙向性(bidirectional ) 3. 半不連續(xù)半不連續(xù)(semi-discontinuous ) 4. 高保真性高保真性(high fidelity) 13 DNA復(fù)制的酶學和拓撲學變化復(fù)制的酶學和拓撲學變化 第第 二二 節(jié)節(jié) Enzymology and Topology of DNA Replication 14 1. 底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP； 2. 聚合酶聚合酶(polymerase): 依賴依賴DNA的的DNA聚聚合合酶酶 3. 模板模板(template): 解開成單鏈的解開成單鏈的DNA母鏈；母鏈； 4.

7、 引物引物(primer): RNA短鏈，為短鏈，為dNTP提供提供3 -OH末端；末端； 5. 其他其他的酶和蛋白質(zhì)的酶和蛋白質(zhì)因子因子 參與參與DNA復(fù)制的物質(zhì)復(fù)制的物質(zhì): 15 DNA-dependent DNA polymerase （DNA pol），）， 具有具有53 的聚合活的聚合活性和核性和核酸外切酶活性酸外切酶活性 1. 原原核生核生物物DNA pol：DNA pol I; DNA pol II; DNA pol III 2. 真真核核生生物物DNA pol：DNA pol ; DNA pol ; DNA pol ; DNA pol ; DNA pol 一一、DNA聚合酶催化

8、核苷酸間的聚合聚合酶催化核苷酸間的聚合 16 多亞基不對稱二聚體，結(jié)多亞基不對稱二聚體，結(jié)構(gòu)包括：構(gòu)包括： DNA pol III (105 nt/min) 核心酶核心酶 核心酶核心酶 -復(fù)合物復(fù)合物 1對對 -亞基（可滑亞基（可滑 動的動的DNA夾子）夾子） 亞基，亞基，合成合成DNA； 亞基，亞基，35 外切外切酶活性；酶活性； 亞基，亞基，組裝組裝 核心酶：核心酶： 17 DNA pol III 核心酶核心酶 核心酶核心酶 -復(fù)合物復(fù)合物 1對對 -亞基（可滑亞基（可滑 動的動的DNA夾子）夾子） 亞基亞基：柔性柔性連接連接 區(qū)確保區(qū)確保2個個核心酶核心酶 分別分別負責合成前負責合成前

9、導(dǎo)鏈和后隨鏈導(dǎo)鏈和后隨鏈。 功能功能：促促進全酶組進全酶組 裝至模板裝至模板上，增強上，增強 核心核心酶活性酶活性 -復(fù)合物：復(fù)合物： 、 、 、 、 、 亞基亞基 亞基：夾亞基：夾穩(wěn)穩(wěn)DNA模板，模板， 促使促使酶沿模板滑酶沿模板滑動動 18 功能：對復(fù)制中的錯誤進功能：對復(fù)制中的錯誤進 行校行校讀；對讀；對復(fù)制和修復(fù)中復(fù)制和修復(fù)中 出現(xiàn)的空隙進行填補出現(xiàn)的空隙進行填補。 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶 F G A FA R GR 3 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 小小片段片段Klenow DNA-pol I，單肽，多個，單肽，多個螺旋組成螺旋組成 19 E.Co

10、li真核細胞真核細胞 功能功能 填補復(fù)制中的填補復(fù)制中的DNA空隙，空隙，DNA校對校對 和修復(fù)和修復(fù) DNA損傷應(yīng)急修復(fù)損傷應(yīng)急修復(fù) DNA修復(fù)修復(fù) 線粒體線粒體DNA合成合成 /前導(dǎo)鏈及后隨鏈合成，錯配修復(fù)前導(dǎo)鏈及后隨鏈合成，錯配修復(fù) DnaG 引物酶引物酶 真核生物和原核生物真核生物和原核生物DNA聚合酶的比較聚合酶的比較 20 二二、DNA聚合酶的堿基選擇和校對功能聚合酶的堿基選擇和校對功能 實現(xiàn)復(fù)制的保真性實現(xiàn)復(fù)制的保真性 DNA復(fù)制的保真性至少依賴三種機制：復(fù)制的保真性至少依賴三種機制： 1. 遵守嚴格的堿基配對規(guī)律；遵守嚴格的堿基配對規(guī)律； 2. 聚合酶在復(fù)制中對堿基的選擇功能；

11、聚合酶在復(fù)制中對堿基的選擇功能； 3. 復(fù)制出錯時有復(fù)制出錯時有DNA聚合酶具有即時校讀功能。聚合酶具有即時校讀功能。 21 1. DNA pol對堿基的正確選擇對堿基的正確選擇 DNA pol 對核苷酸的參入具有選擇功能對核苷酸的參入具有選擇功能 2. DNA pol的的核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認 切除錯配堿基并加以校正切除錯配堿基并加以校正 核酸外切酶核酸外切酶(exonuclease)是指能從核酸鏈的末端把是指能從核酸鏈的末端把 核苷酸依次水解出來的酶，外切酶是有方向性的。核苷酸依次水解出來的酶，外切酶是有方向性的。 復(fù)制保真的酶學機制復(fù)制保真的酶學機制 22

12、A：DNA-pol I 的的外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合 活性摻入正確配對的底物?；钚該饺胝_配對的底物。 B：堿基配對正確，：堿基配對正確， DNA-pol I不不表表現(xiàn)外切核酸酶活現(xiàn)外切核酸酶活性。性。 DNA pol的的校讀功能校讀功能 23 解鏈過程解鏈過程中必然產(chǎn)生正中必然產(chǎn)生正超螺超螺旋旋 10 8 局部解鏈后局部解鏈后 如何解鏈？如何解鏈？ 24 多多種酶參與種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài) DNA拓撲異構(gòu)酶改變拓撲異構(gòu)酶改變DNA超螺旋超螺旋狀態(tài)狀態(tài) 三、三、復(fù)制中的分子解鏈伴有復(fù)制中的分子解鏈伴有DNA DNA 分子拓

13、撲學變化分子拓撲學變化 25 理理順順DNA鏈鏈拓拓撲撲異異構(gòu)構(gòu)酶酶 (gyrA, B) 穩(wěn)穩(wěn)定定已已解解開開的的單單鏈鏈單單鏈鏈DNA 結(jié)結(jié)合合蛋蛋白白 SSB 催催化化RNA引引物物生生成成引引物物酶酶DnaG (dnaG) 運運送送和和協(xié)協(xié)同同DnaB DnaC (dnaC) 解解開開DNA雙雙鏈鏈 解解螺螺旋旋酶酶DnaB (dnaB) 辨辨認認起起始始點點 DnaA (dnaA) 蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)（基基因因）通通用用名名功功能能 原原核核生生物物復(fù)復(fù)制制起起始始的的相相關(guān)關(guān)蛋蛋白白質(zhì)質(zhì) （一）多種酶參與（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài) 26 解解螺旋酶螺旋酶(h

14、elicase)利用利用ATP供能，作用供能，作用 于氫鍵，使于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈雙鏈解開成為兩條單鏈。 引物引物酶酶(primase) 復(fù)制起始時催化生成復(fù)制起始時催化生成RNA 引物的酶引物的酶。 單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB) 與單鏈與單鏈DNA結(jié)合，在結(jié)合，在復(fù)制中維復(fù)制中維 持模板處于單鏈狀態(tài)并保護單鏈的完整。持模板處于單鏈狀態(tài)并保護單鏈的完整。 27 拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶 切斷切斷DNA雙鏈中一股鏈，使雙鏈中一股鏈，使DNA解解 鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；封；封閉切口，閉切口，D

15、NA 變?yōu)樗沙谧優(yōu)樗沙跔顟B(tài)，無需狀態(tài)，無需ATP供能供能。 拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶 切斷切斷DNA分子兩股鏈分子兩股鏈，雙雙鏈鏈DNA通通 過切口使過切口使超螺旋松弛。超螺旋松弛。 利用利用ATP供能，連接斷端，供能，連接斷端， DNA分分 子進入負超螺旋狀態(tài)。子進入負超螺旋狀態(tài)。 （二）（二）DNA拓撲異構(gòu)酶改變拓撲異構(gòu)酶改變DNA超螺旋超螺旋狀態(tài)狀態(tài) 28 Topo II 在復(fù)制叉附近 區(qū)域切斷DNA雙鏈， 未復(fù)制的dsDNA穿過 切口移去正超螺旋進 入負超螺旋狀態(tài)，斷 端在酶的作用下連接 恢復(fù)，ATP供能。 29 復(fù)制叉處的蛋白協(xié)同作用復(fù)制叉處的蛋白協(xié)同作用 30 DNA ligase：催

16、化：催化DNA缺口缺口(nick)上游單鏈上游單鏈3 -OH和下和下 游單鏈游單鏈5 -P間形成間形成磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵，連接，連接成一條完整的鏈。成一條完整的鏈。 P O O- O- O HO 5 P O O- O- O 3 3 5 DNA連接酶連接酶 ATP ADP 53 53 四四、DNA連接酶連接連接酶連接DNA雙鏈中的單鏈缺口雙鏈中的單鏈缺口 31 提供核糖提供核糖3 -OH提供提供5 -P結(jié)果結(jié)果 DNA聚合酶聚合酶 引物或延長中的新鏈引物或延長中的新鏈游離游離dNTP(dNMP)n+1 連接酶連接酶復(fù)制中不連續(xù)的兩條單鏈復(fù)制中不連續(xù)的兩條單鏈不連續(xù)不連續(xù)連續(xù)鏈連續(xù)鏈 拓撲酶拓撲

17、酶切斷、整理后的兩鏈切斷、整理后的兩鏈改變拓撲狀態(tài)改變拓撲狀態(tài) DNA聚合酶，拓撲酶和連接酶催化聚合酶，拓撲酶和連接酶催化 3 ,5 -磷酸二酯鍵生成的比較磷酸二酯鍵生成的比較 32 原核生物原核生物DNA復(fù)制過程復(fù)制過程 The Process of DNA Replication in Prokaryotes 第第 三三 節(jié)節(jié) 33 兩兩個問題：個問題： 1. DNA解開成單鏈，提供解開成單鏈，提供模板模板 2. 形成引發(fā)體，合成引物，提供形成引發(fā)體，合成引物，提供3 -OH 一一、復(fù)制的起始復(fù)制的起始 34 E.coli復(fù)制起始點復(fù)制起始點 oriC的序列特征的序列特征 （識別區(qū)）（識別

18、區(qū)） （AT-rich） 35 1. DnaA-ATP識別結(jié)合識別結(jié)合 反向重復(fù)序列區(qū)反向重復(fù)序列區(qū) 2. DnaA蛋白多聚，促蛋白多聚，促 使使AT-rich 區(qū)解鏈區(qū)解鏈 3. DnaB在在DnaC協(xié)同下協(xié)同下 識別識別AT-rich區(qū)區(qū) 4. DnaB活化，解開雙活化，解開雙 鏈并沿解鏈方向移動。鏈并沿解鏈方向移動。 （一）（一）In E.coli, 解鏈過程由解鏈過程由DnaA、B、C三種蛋白完成三種蛋白完成 36 含有含有解旋解旋酶酶(DnaB)、DnaC蛋白、引物酶蛋白、引物酶(DnaG)和和DNA 復(fù)制起始復(fù)制起始區(qū)的區(qū)的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體（引發(fā)體（primosome

19、)。 ( (二二）引發(fā)體形成和引物合成引發(fā)體形成和引物合成 37 3 3 5 3 5 引物引物是由引物是由引物酶催化酶催化NTP聚聚 合所生成合所生成的短鏈的短鏈RNA分子。分子。 引物引物 3 HO 5 引物酶引物酶 引物引物長度約為長度約為十到十到幾十個核苷酸。幾十個核苷酸。 引物合成的方向引物合成的方向53。 38 復(fù)制的復(fù)制的延長：在延長：在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP 的方式逐個加入引物或的方式逐個加入引物或延伸中延伸中的子的子鏈，化學鏈，化學本質(zhì)本質(zhì) 是磷酸二酯鍵的不斷生成。是磷酸二酯鍵的不斷生成。 二、二、DNA鏈的延長：鏈的延長：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從領(lǐng)頭鏈

20、連續(xù)復(fù)制，隨從 鏈不連續(xù)復(fù)制鏈不連續(xù)復(fù)制 39 領(lǐng)頭鏈的合成領(lǐng)頭鏈的合成：沿沿5 5 33 方向連續(xù)延伸方向連續(xù)延伸 40 隨從隨從鏈鏈的合成的合成：延長方向與解鏈方向相反延長方向與解鏈方向相反，復(fù)，復(fù) 制叉制叉解開解開至至一定一定長度時生成長度時生成引物并延長子鏈。引物并延長子鏈。 41 同同一一復(fù)制叉處復(fù)制叉處由一個由一個DNA-pol同時合成前導(dǎo)鏈和后隨鏈同時合成前導(dǎo)鏈和后隨鏈 42 原核生物原核生物DNA雙向復(fù)制在復(fù)制終止雙向復(fù)制在復(fù)制終止點點(ter)匯合匯合 三、復(fù)制終止：三、復(fù)制終止：切除引物、填補空缺、連接切口切除引物、填補空缺、連接切口 43 后隨鏈后隨鏈上不連上不連續(xù)片續(xù)片

21、段的段的連接連接：RNase水解水解引引 物，物，DNA Pol I填補空缺，連接酶連接缺口填補空缺，連接酶連接缺口 44 真核生物真核生物DNA生物合成過程生物合成過程 The Process of DNA Biosynthesis in Eukaryotes 第第 四四 節(jié)節(jié) 45 1. 真真核生物復(fù)制子核生物復(fù)制子多，復(fù)制具有時序性；多，復(fù)制具有時序性； 2. 岡岡崎片段崎片段短，短，DNA聚合酶聚合效率低、復(fù)聚合酶聚合效率低、復(fù)制制 叉前進速度慢等叉前進速度慢等； 3. DNA復(fù)制從引發(fā)進入延伸階段發(fā)生復(fù)制從引發(fā)進入延伸階段發(fā)生DNA聚合聚合 酶酶 / 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換； 4. 核酸酶核酸酶R

22、NaseH I和和FEN1切除岡崎片段引物。切除岡崎片段引物。 真核生物與原核生物真核生物與原核生物DNA復(fù)制的復(fù)制的差異差異 46 1. 復(fù)制復(fù)制起始點比起始點比E. coli的的OriC短短，酵母，酵母復(fù)制起點復(fù)制起點 為為11bp富含富含AT的自主復(fù)制序列（的自主復(fù)制序列（autonomous replication sequence，ARS） 2. 雙雙鏈打開成復(fù)制叉，形成引發(fā)體、合成引物鏈打開成復(fù)制叉，形成引發(fā)體、合成引物 3. 復(fù)制起始需復(fù)制起始需DNA pol 、pol 、拓撲酶和復(fù)制因、拓撲酶和復(fù)制因 子子(replication factor, RF)參與。參與。 一一、真核

23、生物真核生物復(fù)制的復(fù)制的起始起始與原核生物基本相似與原核生物基本相似 47 同源 三 聚 體 ， 與同源 三 聚 體 ， 與 E.coli DNA聚合酶聚合酶III 亞基的結(jié)構(gòu)亞基的結(jié)構(gòu) 及功能相似，及功能相似，形成閉合環(huán)形形成閉合環(huán)形 的可滑動的可滑動DNA夾子夾子；使使pol 獲得持續(xù)合成的能力獲得持續(xù)合成的能力。 PCNA水平是檢驗細胞增水平是檢驗細胞增 殖的重要指標殖的重要指標。 增殖細胞核抗原（增殖細胞核抗原（proliferation cell nuclear antigen, PCNA) 48 二二、真核生物復(fù)制的延長發(fā)生真核生物復(fù)制的延長發(fā)生DNA聚合酶聚合酶/轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 前導(dǎo)鏈

24、：出現(xiàn)在引發(fā)后期前導(dǎo)鏈：出現(xiàn)在引發(fā)后期 后隨鏈：發(fā)生于每個岡崎片段合成之際后隨鏈：發(fā)生于每個岡崎片段合成之際 發(fā)生發(fā)生DNA聚合酶聚合酶 / 轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換的原因：原因：Pol 不具備持不具備持 續(xù)合成續(xù)合成能力；岡崎片段長度僅為一個或若干個核能力；岡崎片段長度僅為一個或若干個核 小體所含的小體所含的DNA。 DNA聚合酶聚合酶 / 轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵蛋白是關(guān)鍵蛋白是RFC和和PNCA。 49 原有組蛋白大部分可重新組裝至子代原有組蛋白大部分可重新組裝至子代DNADNA鏈上。鏈上。 三、真核生物三、真核生物DNA合成后立即組裝成核小體合成后立即組裝成核小體 50 染色體染色體兩端兩端DNA子子鏈鏈

25、最后最后復(fù)制的復(fù)制的RNA引物引物 去除去除后留下空隙后留下空隙。 DNA單鏈易被酶解，單鏈易被酶解， 經(jīng)多輪復(fù)制后造成染色經(jīng)多輪復(fù)制后造成染色 體縮短。體縮短。 線性染色體末端復(fù)制的問題線性染色體末端復(fù)制的問題 51 真核生物真核生物染色體線性染色體線性DNA分子末端的分子末端的結(jié)構(gòu)，由富含結(jié)構(gòu)，由富含 TGTG的重復(fù)序列組成。的重復(fù)序列組成。 功能功能：維持維持DNA復(fù)制的復(fù)制的完整性，保完整性，保持染色體穩(wěn)定持染色體穩(wěn)定 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：特點： 由末端單鏈由末端單鏈DNA和和蛋白質(zhì)構(gòu)成。蛋白質(zhì)構(gòu)成。 末端末端DNA序列是多次重復(fù)的富含序列是多次重復(fù)的富含G、T堿堿基的短基的短序序 列列，每

26、個末端的，每個末端的3端比端比5端長，形成單鏈端長，形成單鏈ssDNA。 人的端粒重復(fù)序列為人的端粒重復(fù)序列為5-(TTAGGG)n-35-(TTAGGG)n-3 端粒端粒(telomere) 52 端粒酶（端粒酶（telomerase）是一種是一種核糖核蛋白，核糖核蛋白，由由RNA 和蛋白質(zhì)組成。和蛋白質(zhì)組成。 端粒酶以自己的端粒酶以自己的RNA組分作為模板，以染色體的組分作為模板，以染色體的3 端端ssDNA為為引物，將端粒序列添加于染色體的引物，將端粒序列添加于染色體的3 端端 端粒酶組成：端粒酶組成：端粒酶端粒酶RNA ；端粒；端粒酶協(xié)同蛋白酶協(xié)同蛋白(hTP1) 端粒端粒酶酶逆轉(zhuǎn)錄酶

27、逆轉(zhuǎn)錄酶 四、四、端粒端粒酶參與解決染色體末端復(fù)制問題酶參與解決染色體末端復(fù)制問題 53 端粒酶催化作用的爬行模型端粒酶催化作用的爬行模型 1. 1. 端粒酶端粒酶RNARNA的（的（A An nC Cn n) )x x配對母鏈配對母鏈 DNADNA的的( (T Tn nG Gn n) )x x序列；序列； 2. 2. DNADNA母鏈以端粒酶母鏈以端粒酶RNARNA為模板為模板 進行進行33末端延伸；末端延伸； 3. 3. 端粒酶爬行至端粒酶爬行至DNADNA鏈新合成的鏈新合成的33 末端，以逆轉(zhuǎn)錄方式延伸末端，以逆轉(zhuǎn)錄方式延伸DNADNA 母鏈母鏈 4. 4. 重復(fù)上述步驟直至重復(fù)上述步驟

28、直至DNADNA母鏈至母鏈至 合適長度，端粒酶脫離母鏈；合適長度，端粒酶脫離母鏈； 5. 5. DNADNA母鏈母鏈33末端反折，在末端反折，在 DNA-DNA-polpol催化下完成末端雙鏈復(fù)催化下完成末端雙鏈復(fù) 制。制。 54 絕大多數(shù)體細胞絕大多數(shù)體細胞 （端粒酶活性很（端粒酶活性很 低或沒有）低或沒有） 端粒隨細端粒隨細 胞分裂而胞分裂而 逐漸縮短逐漸縮短 20-6020-60代后細胞代后細胞 老化或死亡老化或死亡 端粒酶活端粒酶活 性上調(diào)性上調(diào) 細胞永生化細胞永生化癌癥癌癥 端粒酶高活性的細胞：端粒酶高活性的細胞： 生殖細胞生殖細胞 早期胚胎細胞，包括胚胎干細胞早期胚胎細胞，包括胚胎

29、干細胞 成體干細胞，如造血干細胞成體干細胞，如造血干細胞 90% 90%以上的癌細胞以上的癌細胞 端粒酶基因突變或功能異常與許多人類疾病有關(guān)端粒酶基因突變或功能異常與許多人類疾病有關(guān) 端粒酶在人類發(fā)育和疾病中的作用端粒酶在人類發(fā)育和疾病中的作用 55 五、真核生物染色體五、真核生物染色體DNA在每個細胞周期中在每個細胞周期中 只能復(fù)制一次只能復(fù)制一次 G1S及及G2M受到蛋白激酶調(diào)節(jié)受到蛋白激酶調(diào)節(jié)，包括，包括調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基 細胞周期蛋白細胞周期蛋白(cyclin)和催化亞基即細胞周期蛋白和催化亞基即細胞周期蛋白 依賴激酶依賴激酶(cyclin dependent kinase，CDK)。 56 復(fù)制基因的選擇復(fù)制基因的選擇出現(xiàn)于出現(xiàn)于G1期期，基因組的每個復(fù)，基因組的每個復(fù) 制基因位點均組裝制基因位點均組裝前復(fù)制復(fù)合物（前復(fù)制復(fù)合物（pre- replicative complex，pre-RC）。 復(fù)制起點的激活復(fù)制起點的激活出現(xiàn)于出現(xiàn)于細胞入細胞入S期期，激活激活pre-RC， 募集若干復(fù)制基因結(jié)合蛋白和募集若干復(fù)制基因結(jié)合蛋白和DNA聚合酶，并聚合酶，并 起始起始DNA解旋。解旋。 DNA復(fù)制起始復(fù)制起始分兩步分兩