DNA的生物合成復(fù)制藥學(xué)

1、1會(huì)計(jì)學(xué)DNA的生物合成復(fù)制藥學(xué)的生物合成復(fù)制藥學(xué)1958，Crick，中心法則(central dogma)p193 以RNA為模板指導(dǎo)DNA合成的過(guò)程。1970，Temin, Baltimorep193p194 DNA 的生物合成復(fù)制 RNA 的生物合成轉(zhuǎn)錄 蛋白質(zhì)的生物合成翻譯 基因表達(dá)調(diào)控與基因工程（自學(xué)）本篇主要內(nèi)容第十章 DNA的生物合成復(fù)制u DNA復(fù)制的基本規(guī)律u DNA復(fù)制的有關(guān)酶和蛋白質(zhì)u DNA復(fù)制的過(guò)程u DNA的損傷和修復(fù)u 逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程p195第一節(jié) DNA復(fù)制的基本規(guī)律 半保留復(fù)制 半不連續(xù)復(fù)制 有特定的起始位點(diǎn) 有方向性53p195半保留復(fù)制 復(fù)制時(shí)，DNA雙螺旋

2、解開(kāi)分為兩條單鏈（親代鏈），每條單鏈各自作為模板，按照堿基配對(duì)規(guī)律合成新的互補(bǔ)鏈（子代鏈），兩個(gè)子代DNA與親代DNA的核苷酸順序完全相同，每個(gè)子代DNA雙鏈中，一條鏈來(lái)自親代DNA，另一條是新合成的，這種復(fù)制方式叫(semi-conservative replication)。p195復(fù)制叉（replication fork) p196復(fù)制方向與解鏈方向相反的子鏈，是不連續(xù)合成的，稱(chēng)(lagging strand)順著解鏈方向生成的子鏈，是連續(xù)合成的，稱(chēng)(leading strand)（semidiscontinuous replication)復(fù)制叉僅向一個(gè)方向解鏈子鏈DNA合成方向53半

3、不連續(xù)復(fù)制p1963535解鏈方向35335在復(fù)制過(guò)程中，隨從鏈中先合成的較短的DNA片段稱(chēng)為“岡崎片段”p1965復(fù)制起點(diǎn)(origin, ori)是指DNA復(fù)制時(shí)特定的起始部位，通常有特定的核苷酸序列原核生物一個(gè)ori ；真核生物多個(gè)ori 通常DNA復(fù)制是雙向復(fù)制p197oriterA B Corip19753oriorioriori535533553復(fù)制子3復(fù)制叉相遇匯合復(fù)制子復(fù)制子p197DNA復(fù)制時(shí)只能以核苷酸鏈的3-OH與dNTP的5-磷酸生成磷酸二酯鍵DNA新鏈的合成具有方向性，53p197第二節(jié) DNA復(fù)制的有關(guān)酶和蛋白質(zhì)DNA復(fù)制的基本反應(yīng)： 以四種dNTP為原料，DNA聚

4、合酶催化的酶促反應(yīng)，需要多種酶和蛋白質(zhì)p197DNA復(fù)制需要模板和底物 模板(template)-解開(kāi)的2條DNA單鏈 原料-dNTP (dATP、dTTP、dCTP、dGTP）p197(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi53 的聚合DNA聚合的特點(diǎn)：高效率：細(xì)菌500個(gè)dNMP/s，哺乳動(dòng)物50個(gè)dNMP/s高保真：自發(fā)突變率10-10p198一、DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶 （DNA directed DNA polymerase, DDDP）簡(jiǎn)稱(chēng)DNA聚合酶 （DNA polymerase, DNA-pol）p19853 的聚合- 以dNTP為底物- 以單鏈DNA為模

5、板的 5 3聚合酶活性- 需要引物p1983，5-磷酸二酯鍵的形成p198（一）原核生物的DNA聚合酶分為三型DNA聚合酶I、II、III以損傷的DNA為模板，參與應(yīng)急修復(fù)是DNA復(fù)制的主要酶去除引物、填補(bǔ)空隙、修復(fù)合成催化核苷酸聚合校對(duì)作用切除引物及修正p198DNA聚合酶IDNA聚合酶IIIp198（二）真核生物的DNA聚合酶主要有五種p199二、引物酶(primase)催化以起始部位DNA為模板，合成短片段RNA作為引物(primer)，為DNA合成提供3-OH末端。復(fù)制完成后引物被水解。DNA聚合酶不能催化2個(gè)游離的脫氧核苷酸聚合p1991、解鏈酶(helicase)* 使DNA互補(bǔ)雙

6、鏈分離* 每解開(kāi)一個(gè)堿基對(duì)，消耗2個(gè)ATP* 可沿模板隨復(fù)制方向的伸展而移動(dòng)三、多種參與DNA解旋、解鏈的酶與蛋白質(zhì)p197 2、拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase) * 能解開(kāi)DNA超螺旋 * 有內(nèi)切酶和連接酶功能不需ATP，切開(kāi)DNA雙鏈中的一股， 斷端旋轉(zhuǎn)松弛超螺旋，再封閉切口。利用ATP時(shí)，可同時(shí)斷開(kāi)DNA雙鏈， 松弛DNA，再封閉切口。p199解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成3、單鏈DNA結(jié)合蛋白 (single strand DNA binding protein, SSB) 與解開(kāi)的單鏈結(jié)合以穩(wěn)定單鏈： -防止DNA重新形成雙螺旋 -防止復(fù)制中單鏈模板被核酸酶水解 -有激活DNA聚合

7、酶的作用p200 四、DNA連接酶 催化結(jié)合于模板DNA鏈上的兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)。53p200第三節(jié) DNA復(fù)制的過(guò)程n 解鏈與螺旋構(gòu)象變化n 起始與引物RNA的合成n DNA片段的合成n RNA引物的水解n DNA片段連接成完整的DNA分子以原核細(xì)胞為例：p200一、解鏈與螺旋構(gòu)象變化在特定的復(fù)制起點(diǎn)拓?fù)洚悩?gòu)酶和解鏈酶解開(kāi)超螺旋和DNA雙鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白與解開(kāi)的DNA單鏈結(jié)合形成復(fù)制叉結(jié)構(gòu)p200二、起始與引物RNA的合成引物酶識(shí)別起始部位，以NTP為底物，以解開(kāi)的一段DNA鏈為模板，按堿基配對(duì)規(guī)律，從53方向合成引物RNA。p201DNA聚合酶III催化dNTP在RNA引物的3-O

8、H端，以DNA的兩條鏈為模板，合成兩條新的DNA鏈。三、DNA片段的合成p201四、RNA引物的水解DNA聚合酶I（真核細(xì)胞為核酸酶）53核酸外切酶活性切除引物p201DNA聚合酶I53聚合酶活性催化缺口的填補(bǔ)。DNA連接酶連接前一片段的和后一片段的，形成一條連續(xù)完整的子鏈。五、DNA片段連接成完整的DNA分子p201端粒RNA(AnCn)x母鏈子鏈復(fù)制完成時(shí)，真核線(xiàn)性DNA的兩個(gè)子鏈5末端因RNA引物被水解產(chǎn)生一段空缺。染色體兩端的端粒有端粒酶催化以端粒RNA為模板，使模板鏈延長(zhǎng)并反折，起引物作用，補(bǔ)齊空缺。端粒p201DNA聚合酶復(fù)制進(jìn)一步加工（母鏈繼續(xù)延長(zhǎng)）母鏈母鏈母鏈子鏈子鏈子鏈p20

9、1六、真核染色體DNA在每個(gè)細(xì)胞周期 中只能復(fù)制一次（自學(xué)）p202第四節(jié) DNA的損傷和修復(fù)一、DNA突變的類(lèi)型和意義引起DNA突變的原因：n 自發(fā)突變n 電離輻射n 紫外線(xiàn)n 化學(xué)誘變劑n 致癌病毒堿基序列的改變p203（一）DNA突變的類(lèi)型（自學(xué)）n 點(diǎn)突變n 缺失n 插入n 斷裂或交聯(lián)p203（二）DNA突變的意義* 導(dǎo)致DNA的損傷，造成生物體 功能異常、疾病甚至死亡* 是生物進(jìn)化的分子基礎(chǔ)* 人工誘變DNA有力于改造生物性狀p203二、損傷DNA的修復(fù)由一系列酶完成n 光修復(fù)酶n 糖苷酶n DNA聚合酶n DNA連接酶p203三、切除修復(fù)是人體細(xì)胞修復(fù)DNA損傷的 主要方式2種形式

10、：n 堿基切除修復(fù)n 核苷酸切除修復(fù)識(shí)別切除修補(bǔ)連接4個(gè)基本步驟：p204切除修復(fù)四、其他的修復(fù)方式光修復(fù)酶1、光修復(fù)p2042、重組修復(fù)p2043、SOS修復(fù)DNA修復(fù)能力異常與衰老、腫瘤的發(fā)生有關(guān)。 缺乏切除修復(fù)的酶；對(duì)日光或紫外線(xiàn)敏感； 易發(fā)生皮膚癌。p204 在某些情況下（如逆轉(zhuǎn)錄病毒）以RNA為模板合成DNA，稱(chēng)為逆（反）轉(zhuǎn)錄(reverse transcription)。逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase)即RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶(RNA directed DNA polyrerase, RDDP ) 催化逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程。第五節(jié) 逆轉(zhuǎn)錄p205 病毒進(jìn)入細(xì)胞，在胞液

11、中脫去外殼； RNA指導(dǎo)的DNA聚合活性，合成與病毒RNA 互補(bǔ)的DNA（complementary DNA, cDNA) ；* RNA水解酶活性，水解雜交RNA；* DNA指導(dǎo)的DNA聚合活性，以cDNA為模 板，形成雙鏈DNA分子；* 新生的DNA分子，可整合到宿主細(xì)胞 染色體DNA中。沒(méi)有無(wú)校對(duì)功能，錯(cuò)誤率高，易出新毒株。p205二、逆轉(zhuǎn)錄病毒和癌基因 逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組含有癌基因（oncogene, onc） 稱(chēng)病毒癌基因（v-onc）（40余種），多有致癌作用。1、癌基因2、gag區(qū)（病毒結(jié)構(gòu)蛋白的編碼）3、pol區(qū)（逆轉(zhuǎn)錄酶的編碼）4、env區(qū)（糖蛋白被膜的編碼）p206三、端粒酶

12、是一種特殊的逆轉(zhuǎn)錄酶，具有 保持染色體完整性的功能（自學(xué)）p206PCR 技術(shù) PCR技術(shù)即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction)，是一種體外酶促擴(kuò)增特定DNA片段的快速方法。基本工作原理：以待擴(kuò)增的DNA分子為模板，以一對(duì)與模板兩側(cè)相互補(bǔ)的寡核苷酸片段為引物，在DNA聚合酶的作用下，按照半保留復(fù)制的機(jī)制合成新的DNA鏈，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，使目的基因大量擴(kuò)增。p348PCR反應(yīng)體系： 模板DNA 原料dNTP (dATP、 dTTP、 dCTP、 dGTP) 特異設(shè)計(jì)的引物 耐熱DNA聚合酶 含有鎂離子的緩沖液p348（一）名詞中心法則；半保留復(fù)制；岡崎片斷 （二）論

13、述1、何為DNA的半保留復(fù)制？參與的酶類(lèi)和蛋白質(zhì)因子有哪些？2、論述逆轉(zhuǎn)錄的概念及逆轉(zhuǎn)錄酶的三種作用。第十章作業(yè)1、中心法則、半保留復(fù)制的概念2、參與DNA復(fù)制的物質(zhì)（模板、底物、引物、DNA 聚合酶、引物酶、DNA解旋酶、拓?fù)洚悩?gòu)酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白、DNA連接酶）3、復(fù)制的主要過(guò)程4、DNA損傷的主要修復(fù)機(jī)制（切除修復(fù)）5、逆轉(zhuǎn)錄的概念掌握內(nèi)容1、 半不連續(xù)復(fù)制2、逆轉(zhuǎn)錄酶的作用 1、引發(fā)DNA損傷的因素2、DNA損傷的修復(fù)熟悉內(nèi)容了解內(nèi)容生物化學(xué)理論考試題型（150分）一、單項(xiàng)選擇題:50題50分二、多項(xiàng)選擇題:15題15分三、填空題：20空20分四、名詞解釋?zhuān)?題21分五、簡(jiǎn)答題:

14、3題12分六、問(wèn)答題：4題32分答疑地點(diǎn)：教學(xué)樓314、317 DNA是主要的遺傳物質(zhì)（堿基排列順序） 基因是DNA分子中的各功能片段1943, Avery, 肺炎球菌DNA的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)無(wú)毒的肺炎球菌有毒肺炎球菌的DNA有毒的肺炎球菌導(dǎo)入p193p193逆轉(zhuǎn)錄病毒生活史DNA復(fù)制時(shí)只能以核苷酸鏈的3-OH與dNTP的5-磷酸生成磷酸二酯鍵DNA新鏈的合成具有方向性，53p197二、引物酶(primase)催化以起始部位DNA為模板，合成短片段RNA作為引物(primer)，為DNA合成提供3-OH末端。復(fù)制完成后引物被水解。DNA聚合酶不能催化2個(gè)游離的脫氧核苷酸聚合p199 2、拓?fù)洚悩?gòu)酶（topoisomerase) * 能解開(kāi)DNA超螺旋 * 有內(nèi)切酶和連接酶功能不需ATP，切開(kāi)DNA雙鏈中的一股， 斷端旋轉(zhuǎn)松弛超螺旋，再封閉切口。利用ATP時(shí)，可同時(shí)斷開(kāi)DNA雙鏈， 松弛DNA，再封閉切口。p199第三節(jié) DNA復(fù)制的過(guò)程n 解鏈與螺旋構(gòu)象變化n 起始與引物RNA的合成n DNA片段的合成n RNA引物的水解n DNA片段連接成完整的DNA分子以原核細(xì)胞為例：p200四、RNA引物的水解DNA聚合酶I（真核細(xì)胞為核酸酶）53核酸外切酶活性切除引物p201端粒RNA(AnCn)x母鏈子鏈復(fù)制完成時(shí)，真核線(xiàn)性DNA的兩個(gè)子鏈