DNA的復制和修復2

1、 DNA復制過程是一個高度精確的過程，據估復制過程是一個高度精確的過程，據估計，大腸桿菌計，大腸桿菌DNA復制復制5 109堿基對僅出現(xiàn)一個誤堿基對僅出現(xiàn)一個誤差，保證復制忠實性的原因主要有以下三點差，保證復制忠實性的原因主要有以下三點: DNA聚合酶的高度專一性（嚴格遵循堿基聚合酶的高度專一性（嚴格遵循堿基配對原則，但錯配率為配對原則，但錯配率為7 10-6 ） DNA聚合酶的校對功能聚合酶的校對功能（錯配堿基被（錯配堿基被3-5 外切酶切除）外切酶切除） 起始時以起始時以RNA作為引物作為引物DNA聚合酶的校對功能聚合酶的校對功能5 5 - -核酸核酸外切酶外切酶3 3 - -核酸核酸外切

2、酶外切酶裂縫裂縫聚合中心聚合中心裂縫內部裂縫內部DNA聚合酶的校對功能聚合酶的校對功能聚合酶聚合酶錯配鹼基錯配鹼基復制方向復制方向正正 確確核苷酸核苷酸5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 3 3 切除錯配切除錯配核苷酸核苷酸起始時以起始時以RNARNA作為引物的作用作為引物的作用 DNA復制為什么要合成一個復制為什么要合成一個RNA引物，而后又把這個引物，而后又把這個引物消除呢？這是保證引物消除呢？這是保證DNA聚合過程高度精確的又一措施。聚合過程高度精確的又一措施。已知已知DNA 聚合酶具有聚合酶具有35 外切酶功能校對復制過程中的核外切酶功能校對復制過程中的核苷酸苷酸，也就是說聚合酶在

3、開始形成一個新的磷酸二酯鍵前，也就是說聚合酶在開始形成一個新的磷酸二酯鍵前，總是檢查前一個堿基是否正確，這就決定了它不能從頭開總是檢查前一個堿基是否正確，這就決定了它不能從頭開始合成。因此先合成一條低忠實性的多核苷酸來開始始合成。因此先合成一條低忠實性的多核苷酸來開始DNA的合成，并以核糖核苷酸來表示是的合成，并以核糖核苷酸來表示是“暫時暫時”的，當的，當DNA開開始聚合以后再以始聚合以后再以53 外切酶的功能切除，以高忠實性的脫外切酶的功能切除，以高忠實性的脫氧核苷酸取而代之，確保復制的忠實性。氧核苷酸取而代之，確保復制的忠實性。真核細胞真核細胞DNA復制的特點復制的特點 多個起點復制多個起

4、點復制起起點點起起點點起起點點起起點點起起點點起起點點 真核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶 端粒（端粒（telemeretelemere）復制）復制真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶 分子量分子量亞基數亞基數細胞內分布細胞內分布酶活力百分比酶活力百分比外切酶活力外切酶活力DNA聚合酶聚合酶 110-23，000多個多個細胞核細胞核80%無無120，000一個一個細胞核和線粒體細胞核和線粒體2 15%無無-400，000一個一個細胞核細胞核+10 25% 5 -3 外切酶外切酶DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 45，000一個一個細胞核細胞核10 15%無無

5、端粒酶（端粒酶（telomerase） DNA復制需要引物，但在線形復制需要引物，但在線形DNA分子末端不可能分子末端不可能通過正常的機制在引物被降解后合成相應的片段通過正常的機制在引物被降解后合成相應的片段.如果沒如果沒有特殊的機制合成末端序列，染色體就會在細胞傳代中有特殊的機制合成末端序列，染色體就會在細胞傳代中變得越來越短。這一難題是通過端粒酶的發(fā)現(xiàn)才得到了變得越來越短。這一難題是通過端粒酶的發(fā)現(xiàn)才得到了澄清，端粒酶是一種含澄清，端粒酶是一種含RNA的蛋白復合物，實質上是一的蛋白復合物，實質上是一種逆轉錄酶，它能催化互補于種逆轉錄酶，它能催化互補于RNA模板的模板的DNA片段的合片段的合

6、成，使復制以后的線形成，使復制以后的線形DNA分子的末端保持不變。分子的末端保持不變。 初步研究表明，人體中生殖細胞的端初步研究表明，人體中生殖細胞的端粒長度保持不變，而體細胞的端粒長度粒長度保持不變，而體細胞的端粒長度則隨個體的老化而逐步縮短。對此的一則隨個體的老化而逐步縮短。對此的一個推論是：人的生殖細胞具端粒酶的活個推論是：人的生殖細胞具端粒酶的活力，體細胞則否。這一問題的解決無疑力，體細胞則否。這一問題的解決無疑會有助于對生命衰老的認識會有助于對生命衰老的認識。5 3 AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶端粒酶端粒合成的一種模型端粒合成的一種模型3 5 TTTTGGGGTTTT

7、G5 3 AAAACCCCAAAACCCCCCAAA3 5 TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG5 3 AAAACCCCAAAACCCCCCAAATTGGGTGGGT3 5 AATTTTG5 3 AAAACCCCAAAACCCCCCAGTTTTG 整合和整合和雜交雜交移位和移位和再雜交再雜交端粒合成的完成端粒合成的完成TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT5 3 nAA3 TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT5 3 TTCCCCT nAA3 TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT5 3 TTAAAACCCC AAAACCCC AAA

8、ACCCCT n進一步加工進一步加工繼續(xù)繼續(xù)延伸延伸真核和原核真核和原核DNA細胞復制比較細胞復制比較第二節(jié) 某些物理化學因子，如紫外線、電離輻射和化學誘某些物理化學因子，如紫外線、電離輻射和化學誘變劑等，都有引起生物突變和致死的作用，其機理是作變劑等，都有引起生物突變和致死的作用，其機理是作用于用于DNA，造成，造成DNA結構和功能的破壞，稱為結構和功能的破壞，稱為DNA的損的損傷傷. DNA的修復主要有以下類型的修復主要有以下類型:暗修復暗修復四、四、誘導修復誘導修復（SOS修復）修復）一、一、光裂合酶修復光裂合酶修復二二、切除修復切除修復三、三、重組修復重組修復 DNA紫外線損傷的光裂合

9、酶修復紫外線損傷的光裂合酶修復1、形成嘧啶二聚體、形成嘧啶二聚體2、光復合酶結合于、光復合酶結合于損傷部位損傷部位3、酶被可見光激活、酶被可見光激活4、修復后酶被釋放、修復后酶被釋放DNA的損傷和切除修復的損傷和切除修復堿基丟失堿基丟失堿基缺陷或錯配堿基缺陷或錯配結構缺陷結構缺陷切開切開 核酸內切酶核酸內切酶核酸外切酶核酸外切酶切除切除DNA聚合酶聚合酶DNA連接連接酶酶AP核酸內切酶核酸內切酶核酸外切酶核酸外切酶切開切開切除切除修復修復連接連接糖苷酶糖苷酶插入酶插入酶堿基堿基取代取代DNA的重組修復的重組修復胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚體二聚體復制復制核酸酶及核酸酶及重組蛋白重組蛋白修復復制修復復制

10、DNA聚合酶聚合酶DNA連接酶連接酶重組重組SOS反應的機制反應的機制未誘導的細胞未誘導的細胞靶基因靶基因lexA基因被基因被LexA 蛋白質部分阻遏蛋白質部分阻遏recA基因被基因被LexA 蛋白質部分阻遏蛋白質部分阻遏（40個不同的位點被阻遏）個不同的位點被阻遏）LexA(阻遏物阻遏物) RecA(輔蛋白酶輔蛋白酶)靶基因表達靶基因表達lexA靶基因表達靶基因表達 但產物被分解但產物被分解recA大量表達大量表達RecA促使促使分解分解LexA誘導的細胞誘導的細胞單鏈單鏈DNAATP DNA分子中的核苷酸序列發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，從而導致分子中的核苷酸序列發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，從而導致DN

11、A的復制以及后來的轉錄和翻譯產物隨之發(fā)生變化，表現(xiàn)出異常的遺傳的復制以及后來的轉錄和翻譯產物隨之發(fā)生變化，表現(xiàn)出異常的遺傳特性，稱為特性，稱為DNA的突變。它包括由于的突變。它包括由于DNA損傷和錯配得不到修復而引損傷和錯配得不到修復而引起的突變，以及由于不同起的突變，以及由于不同DNA分子之間的交換而引起的遺傳重組。分子之間的交換而引起的遺傳重組。二、二、誘變劑的作用誘變劑的作用 堿基類似物堿基類似物(base analog) 堿基修飾劑堿基修飾劑(base modifier) 嵌入染料嵌入染料(intercalation dye) 紫外線紫外線(ultraviolet)和電離輻射和電離輻射

12、(ionizing radiation)一、一、突變的類型突變的類型 堿基對的置換堿基對的置換(substitution) 移碼突變移碼突變(framesshift mutation) -T-C-T-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-A-C-G-A-C-A-T-G-C-轉換轉換野生型基因野生型基因 -T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C- -T-C-T-T-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-A-A-G-A-C-A-T-G-C-顛換顛換堿基對的置換堿基對的置換(substitution)移碼突變移碼突變(framesshift

13、 mutation) -T-C-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-插入插入 -T-C-G-C-T-G-T-A-C-G- -A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失缺失AT 一、概念一、概念二、逆轉錄酶二、逆轉錄酶三、病毒逆轉錄過程病毒逆轉錄過程四四、逆轉錄的生物學意義逆轉錄的生物學意義擴充了中心法則擴充了中心法則有助于對病毒致癌機制的了解有助于對病毒致癌機制的了解與真核細胞分裂和胚胎發(fā)育有關與真核細胞分裂和胚胎發(fā)育有關逆轉錄酶是分子生物學重要工具酶逆轉錄酶是分子生物學重要工具酶三種功能三種功能依賴依賴DNA指導下的指導下的DNA聚合

14、酶活力聚合酶活力依賴依賴RNA的的DNA聚合酶活力聚合酶活力核糖核酸酶核糖核酸酶H活力活力 以以RNARNA為模板合成為模板合成DNADNA，這，這與通常轉錄過程中遺傳信息與通常轉錄過程中遺傳信息從從DNADNA到到RNARNA的方向相反，故的方向相反，故稱為逆轉錄作用。稱為逆轉錄作用。逆轉錄過程中逆轉錄過程中cDNA的合成的合成依賴依賴RNA的的DNA聚合酶聚合酶核糖核酸核糖核酸酶酶H活力活力依賴依賴DNA的的DNA聚合酶聚合酶逆逆轉錄病毒的生活周期逆轉錄病毒的生活周期生活周期RNA衣殼衣殼被膜被膜逆轉逆轉錄酶錄酶轉錄轉錄轉譯轉譯整合入宿主細胞染色體整合入宿主細胞染色體DNA進入細胞進入細胞

15、丟失被膜丟失被膜丟失衣殼丟失衣殼逆轉錄逆轉錄RNARNAcDNA衣殼蛋衣殼蛋白白被膜蛋被膜蛋白白逆轉錄逆轉錄酶酶 DNA分子分子內或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合，稱為遺傳重組內或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合，稱為遺傳重組(genetic recombination)，或者基因重排，或者基因重排(gene rearrangement )。重。重組產物稱為重組體組產物稱為重組體DNA(recombinant DNA)。 重組的意義在于，它能迅速地增加群體的遺傳多樣性；使有利重組的意義在于，它能迅速地增加群體的遺傳多樣性；使有利的突變與不利突變分開；通過優(yōu)化組合積累有意義的遺傳信息。此外的突變與不利突變分開；通過優(yōu)化組合積累有意義的遺傳信息。此外，重組還參與了許多重要的生物學過程，它為，重組還參與了許多重要