第14章DNA的復(fù)制與修復(fù)(藥學(xué))

1、目目 錄錄DNA的生物合成的生物合成( (復(fù)制復(fù)制) )DNA Biosynthesis，Replication 第第 十十 章章目目 錄錄中心法則中心法則 Central DogmaCentral DogmaRNARNADNADNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制逆轉(zhuǎn)錄少數(shù)病毒復(fù)制翻譯翻譯 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)（病毒）（病毒）目目 錄錄復(fù)制復(fù)制( (replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈?zhǔn)侵高z傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板為模板合成子鏈合成子鏈DNA的過(guò)程。的過(guò)程。復(fù)制復(fù)制親代親代DNA子代子代DNA目目 錄錄復(fù)制的基本規(guī)律復(fù)制的基本規(guī)律Basic Rules of DNA Replicati

2、on 第一節(jié)第一節(jié)目目 錄錄l復(fù)制的方式復(fù)制的方式半保留復(fù)制半保留復(fù)制(semi-conservative replication)l復(fù)制的高保真性復(fù)制的高保真性(high fidelity) l半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuous replication) 目目 錄錄一、半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和意義一、半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和意義 DNA生物合成時(shí)，母鏈生物合成時(shí)，母鏈DNA解開(kāi)為兩解開(kāi)為兩股單鏈，各自作為模板股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對(duì)按堿基配對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA，一股單鏈從親代完整

3、地接受過(guò)來(lái)，另，一股單鏈從親代完整地接受過(guò)來(lái)，另一股單鏈則完全從新合成。兩個(gè)子細(xì)胞的一股單鏈則完全從新合成。兩個(gè)子細(xì)胞的DNA都和親代都和親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)制堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為方式稱為半保留復(fù)制半保留復(fù)制。半保留復(fù)制的概念半保留復(fù)制的概念A(yù)GGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈母鏈DNA 復(fù)制過(guò)程中形成復(fù)制過(guò)程中形成的復(fù)制叉的復(fù)制叉子代

4、子代DNA 目目 錄錄目目 錄錄 1958 1958 Matthew Meselson Matthew Meselson和和Franklin StahlFranklin Stahl美國(guó)科學(xué)家美國(guó)科學(xué)家馬修馬修. .梅塞爾梅塞爾(Matthew (Matthew Keelson)Keelson)福蘭克林福蘭克林. .斯塔爾斯塔爾(Franklin Stahl)(Franklin Stahl)目目 錄錄密度梯度實(shí)驗(yàn)密度梯度實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制半保留復(fù)制的設(shè)想。的設(shè)想。含重氮含重氮-DNA的細(xì)菌的細(xì)菌培養(yǎng)于普培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液通培養(yǎng)液 第一代第一代繼續(xù)培養(yǎng)于繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液普通

5、培養(yǎng)液 第二代第二代梯度離心結(jié)果梯度離心結(jié)果目目 錄錄按半保留復(fù)制方式，子代按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代與親代DNA A的的堿基序列一致堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性保守性。半保留復(fù)制的意義半保留復(fù)制的意義遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但但不是絕對(duì)的不是絕對(duì)的。目目 錄錄二、復(fù)制的半不連續(xù)性二、復(fù)制的半不連續(xù)性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)目目 錄錄順著解

6、鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，這股鏈稱為這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈。另一股鏈因?yàn)閺?fù)制的方向與解鏈方向相反，不能另一股鏈因?yàn)閺?fù)制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長(zhǎng)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱順著解鏈方向連續(xù)延長(zhǎng)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為為隨從鏈隨從鏈。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment)。 領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的的半不連續(xù)性半不連續(xù)性。 目目 錄錄 DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化The Enzymolog

7、y of DNA Replication第二節(jié)第二節(jié)目目 錄錄參與參與DNA復(fù)制的物質(zhì)復(fù)制的物質(zhì) 底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP聚合酶聚合酶(polymerase): 依賴依賴DNA的的DNA聚合酶，簡(jiǎn)寫聚合酶，簡(jiǎn)寫 為為 DNA-pol模板模板(template) : 解開(kāi)成單鏈的解開(kāi)成單鏈的DNA母鏈母鏈引物引物(primer): 提供提供3 -OH末端使末端使dNTP可以依次聚合可以依次聚合 其他的酶和蛋白質(zhì)因子其他的酶和蛋白質(zhì)因子一、復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)一、復(fù)制的化學(xué)反應(yīng) (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi 目目 錄錄

8、目目 錄錄聚合反應(yīng)的特點(diǎn)聚合反應(yīng)的特點(diǎn)DNA 新鏈生成需新鏈生成需引物引物和和模板模板； 新鏈的延長(zhǎng)只可沿新鏈的延長(zhǎng)只可沿5 3 方向進(jìn)行方向進(jìn)行 。目目 錄錄二、二、DNA聚合酶聚合酶全稱：全稱：依賴依賴DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)簡(jiǎn)稱：簡(jiǎn)稱：DNA-pol活性：活性：1. 53 的聚合活性的聚合活性2. 核酸外切酶活性核酸外切酶活性5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5 外切酶活性外切酶活性

9、5 3 外切酶活性外切酶活性?能切除突變的能切除突變的 DNA片段。片段。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 目目 錄錄目目 錄錄（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目目 錄錄（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶聚合酶可能可能不可能不可能可能可能基因突變后的致死性基因突變后的致死性無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)有有5 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性20？400分子數(shù)分子數(shù)/細(xì)胞細(xì)胞多亞基不對(duì)稱多亞基不對(duì)稱二聚體二聚體？單肽鏈單肽鏈組成組成250120109分子量分子量(kD)DNA-p

10、ol IIIDNA-pol IIDNA-pol I可能可能不可能不可能可能可能基因突變后的致死性基因突變后的致死性無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)有有5 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性20？400分子數(shù)分子數(shù)/細(xì)胞細(xì)胞多亞基不對(duì)稱多亞基不對(duì)稱二聚體二聚體？單肽鏈單肽鏈組成組成250120109分子量分子量(kD)DNA-pol IIIDNA-pol IIDNA-pol I目目 錄錄功能功能：對(duì)復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對(duì)復(fù)制和對(duì)復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對(duì)復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。 ( (損傷修復(fù)，填補(bǔ)空隙）損傷修復(fù)，填補(bǔ)空隙）DNA-pol （109kD）目目 錄錄323個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸小

11、片段小片段5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸DNA聚合酶活性聚合酶活性 3 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N 端端C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是實(shí)驗(yàn)室合成片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行，進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。 目目 錄錄DNA-pol （120kD） DNA-pol II基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。 它參與它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。 目目 錄錄功能功能是原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶。是原核生物復(fù)制延

12、長(zhǎng)中真正起催化作用的酶。 DNA-pol (250kD)目目 錄錄目目 錄錄（二）真核生物的（二）真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶DNA-pol 起始引發(fā)，有引物酶活性。起始引發(fā)，有引物酶活性。延長(zhǎng)子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。延長(zhǎng)子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。參與低保真度的復(fù)制參與低保真度的復(fù)制 , ,參與核參與核DNADNA的修復(fù)的修復(fù). .在復(fù)制過(guò)程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺在復(fù)制過(guò)程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用?？诘淖饔?。在在線粒體線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。復(fù)制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目目 錄錄填補(bǔ)引物填補(bǔ)引物空隙，切空隙，切除

13、修復(fù)，除修復(fù)，重組重組延長(zhǎng)子延長(zhǎng)子鏈的主鏈的主要酶，要酶，解螺旋解螺旋酶活性酶活性線粒體線粒體DNA復(fù)復(fù)制制低保低保真度真度的復(fù)的復(fù)制制起始引起始引發(fā)，引發(fā)，引物酶活物酶活性性功能功能+-3 5 核酸外切核酸外切酶活性酶活性高高高高高高？中中5 3 聚合活性聚合活性25.512.514.04.016.5分子量（分子量（kD）DNA-pol填補(bǔ)引物填補(bǔ)引物空隙，切空隙，切除修復(fù)，除修復(fù)，重組重組延長(zhǎng)子延長(zhǎng)子鏈的主鏈的主要酶，要酶，解螺旋解螺旋酶活性酶活性線粒體線粒體DNA復(fù)復(fù)制制低保低保真度真度的復(fù)的復(fù)制制起始引起始引發(fā)，引發(fā)，引物酶活物酶活性性功能功能+-3 5 核酸外切核酸外切酶活性酶活性高

14、高高高高高？中中5 3 聚合活性聚合活性25.512.514.04.016.5分子量（分子量（kD）DNA-pol目目 錄錄三、復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)三、復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)復(fù)制按照堿基配對(duì)規(guī)律進(jìn)行，是遺傳信息能準(zhǔn)復(fù)制按照堿基配對(duì)規(guī)律進(jìn)行，是遺傳信息能準(zhǔn)確傳代的基本原理。確傳代的基本原理。復(fù)制保真性的酶學(xué)機(jī)制：復(fù)制保真性的酶學(xué)機(jī)制：（一）（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及時(shí)校讀的核酸外切酶活性和及時(shí)校讀 （二）復(fù)制的保真性和堿基選擇（二）復(fù)制的保真性和堿基選擇目目 錄錄（一）（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及時(shí)校讀的核酸外切酶活性和及時(shí)校讀A：DNA-pol的外切酶活性切除錯(cuò)配堿基；

15、并用的外切酶活性切除錯(cuò)配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對(duì)的底物。其聚合活性摻入正確配對(duì)的底物。B：堿基配對(duì)正確，：堿基配對(duì)正確， DNA-pol不表現(xiàn)活性。不表現(xiàn)活性。目目 錄錄（二）復(fù)制的保真性和（二）復(fù)制的保真性和堿基選擇堿基選擇 DNA聚合酶靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價(jià)（氫鍵）聚合酶靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價(jià)（氫鍵）與共價(jià)（磷酸二酯鍵）鍵的有序形成。與共價(jià)（磷酸二酯鍵）鍵的有序形成。 嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)能形成順式和反式構(gòu)型，與相應(yīng)嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)能形成順式和反式構(gòu)型，與相應(yīng)的嘧啶形成氫鍵配對(duì)，嘌呤應(yīng)處于的嘧啶形成氫鍵配對(duì)，嘌呤應(yīng)處于反式構(gòu)型反式構(gòu)型。 目目 錄錄1. 遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；遵守嚴(yán)格

16、的堿基配對(duì)規(guī)律；2. 聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)對(duì)堿基的選擇功能；聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)對(duì)堿基的選擇功能；3. 復(fù)制出錯(cuò)時(shí)復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-pol的及時(shí)校讀功能。的及時(shí)校讀功能。DNA復(fù)制的保真性至少要依賴三種機(jī)制復(fù)制的保真性至少要依賴三種機(jī)制 目目 錄錄四、復(fù)制中的分子解鏈及四、復(fù)制中的分子解鏈及DNA 分子分子拓?fù)鋵W(xué)變化拓?fù)鋵W(xué)變化 DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。解成單鏈，它才能起模板作用。目目 錄錄（一）解螺旋酶、引物酶和單鏈（一）解螺旋酶、引物酶和單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白理順理順DNA鏈鏈拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 (gyrA,

17、B)穩(wěn)定已解開(kāi)的單鏈穩(wěn)定已解開(kāi)的單鏈單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白SSB催化催化RNA引物生成引物生成引物酶引物酶DnaG (dnaG)運(yùn)送和協(xié)同運(yùn)送和協(xié)同DnaBDnaC (dnaC)解開(kāi)解開(kāi)DNA雙鏈雙鏈解螺旋酶解螺旋酶DnaB (dnaB)辨認(rèn)起始點(diǎn)辨認(rèn)起始點(diǎn)DnaA (dnaA)蛋白質(zhì)（基因）蛋白質(zhì)（基因）通用名通用名功能功能原核生物復(fù)制起始的相關(guān)蛋白質(zhì)原核生物復(fù)制起始的相關(guān)蛋白質(zhì)E. Coli 基因圖基因圖目目 錄錄目目 錄錄 解螺旋酶解螺旋酶(helicase)利用利用ATP供能，作用于氫鍵，使供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈雙鏈解開(kāi)成為兩條單鏈解開(kāi)成為兩條單鏈 引物酶引物酶(pri

18、mase)復(fù)制起始時(shí)催化生成復(fù)制起始時(shí)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)在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整鏈的完整 目目 錄錄解旋酶解旋酶 (helicase)(helicase)解螺旋酶解螺旋酶作用作用：斷裂互補(bǔ)堿基間的氫鍵，使：斷裂互補(bǔ)堿基間的氫鍵，使DNADNA成單鏈成單鏈dnaA、B、CDnaA、B、CATP目目 錄錄引物酶引物酶( (PrimasePrimase) ) 5 5 5 5 催化催化RNARNA引物引物合成的酶叫合成的

19、酶叫引物酶引物酶，它是一種特，它是一種特殊的殊的RNARNA聚合酶聚合酶 DNADNA合成需在合成需在RNARNA引物引物的基礎(chǔ)上進(jìn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行RNARNA引物引物5 5 3 3 5 5 3 3 目目 錄錄單鏈單鏈DNADNA結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（SSBSSB）作用作用：防止單鏈防止單鏈DNADNA重重新形成雙鏈，防止單新形成雙鏈，防止單鏈鏈DNADNA被核酸酶水解被核酸酶水解（協(xié)同效應(yīng)）（協(xié)同效應(yīng)）目目 錄錄1010 8 8 局部解鏈后局部解鏈后（二）（二）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶(DNA topoisomerase) 解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成目目 錄錄目目 錄錄拓

20、撲異構(gòu)酶作用特點(diǎn)拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)既能水解既能水解 、又能連接磷酸二酯鍵、又能連接磷酸二酯鍵 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶分分 類類目目 錄錄拓?fù)洚愅負(fù)洚悩?gòu)酶構(gòu)酶切斷切斷DNA雙鏈中雙鏈中一股一股鏈，使鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)反應(yīng)不需不需ATP。拓?fù)洚愅負(fù)洚悩?gòu)酶構(gòu)酶切斷切斷DNA分子分子兩股兩股鏈，斷端通過(guò)鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用利用ATP供能，連接斷端，供能，連接斷端， DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。作用機(jī)制作用機(jī)制 目目 錄錄五

21、、五、DNA連接酶連接酶連接連接DNA鏈鏈3 -OH末端和相鄰末端和相鄰DNA鏈鏈5 -P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。鏈連接成一條完整的鏈。 DNA連接酶連接酶(DNA ligase)作用方式作用方式POO-O-OHO5POO-O-O335DNA連接酶連接酶ATPADP5353目目 錄錄目目 錄錄DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。作用。在在DNA修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用?？谧饔?。也是基因工程的重要工具酶之一。也是基因工程的重要工具酶

22、之一。功能功能目目 錄錄 小小 結(jié)結(jié)主要成員主要成員 主要作用主要作用DnaA DnaA 識(shí)別復(fù)制起始位點(diǎn)識(shí)別復(fù)制起始位點(diǎn)解螺旋酶解螺旋酶 解開(kāi)解開(kāi)DNADNA雙鏈雙鏈SSB SSB 維持已解開(kāi)單鏈維持已解開(kāi)單鏈DNADNA的穩(wěn)定的穩(wěn)定引物酶引物酶 合成合成RNARNA引物引物 TOPO TOPO 使打結(jié)、纏繞、正超螺旋的使打結(jié)、纏繞、正超螺旋的DNADNA松馳松馳DNA-pol DNADNA-pol DNA復(fù)制復(fù)制DNA-pol DNA-pol 水解引物、填補(bǔ)空隙、修復(fù)作用水解引物、填補(bǔ)空隙、修復(fù)作用DNADNA連接酶連接酶 催化雙鏈催化雙鏈DNADNA中單鏈缺口的連接中單鏈缺口的連接目目

23、錄錄DNA生物合成過(guò)程生物合成過(guò)程The Process of DNA Replication第三節(jié)第三節(jié)目目 錄錄1.1.復(fù)制的起始復(fù)制的起始2.2.復(fù)制復(fù)制的延長(zhǎng)的延長(zhǎng)3.3.復(fù)制的終止復(fù)制的終止目目 錄錄（一）復(fù)制的起始（一）復(fù)制的起始需要解決兩個(gè)問(wèn)題：需要解決兩個(gè)問(wèn)題：1. DNA解開(kāi)成單鏈，提供模板。解開(kāi)成單鏈，提供模板。2. 合成引物，提供合成引物，提供3 -OH末端。末端。一、原核生物的一、原核生物的DNA生物合成生物合成 目目 錄錄E.coli復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn) oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29

24、32 44 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245 串聯(lián)重復(fù)序列串聯(lián)重復(fù)序列 反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列5 3 5 3 1. DNA解鏈解鏈目目 錄錄E.coliE.coli復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn)oriCoriC跨度為跨度為245bp245bp，有有3 3組組串聯(lián)重復(fù)序列串聯(lián)重復(fù)序列和和2 2對(duì)對(duì)反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列 目目 錄錄GATTNTTTATTTGATCTNTTNTATTGATCTCTTATTAG串聯(lián)

25、串聯(lián)重復(fù)序列重復(fù)序列 反向反向重復(fù)序列重復(fù)序列TTTGGATAA.TTATCCACA TGTGGATTATTATACACA 目目 錄錄2. 引發(fā)體和引物引發(fā)體和引物目目 錄錄 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。 目目 錄錄3 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短鏈引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。分子。 引物引物3 HO5引物引物酶酶目目 錄錄（二）復(fù)制的延長(zhǎng)（二）復(fù)制的延長(zhǎng)復(fù)制的延長(zhǎng)指在

26、復(fù)制的延長(zhǎng)指在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長(zhǎng)中的子鏈上，的方式逐個(gè)加入引物或延長(zhǎng)中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。 目目 錄錄 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol目目 錄錄領(lǐng)頭鏈的合成領(lǐng)頭鏈的合成目目 錄錄隨從鏈的合成隨從鏈的合成目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄（三）復(fù)制的終止（三）復(fù)制的終止目目 錄錄目目 錄錄 由由DNA聚合酶聚合酶I完成切除引物，完成切除引物，并且填補(bǔ)空隙，由并且填補(bǔ)空隙，由DNA連接酶將連接酶將DNA片段連

27、接起來(lái)。片段連接起來(lái)。目目 錄錄5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA連接酶連接酶目目 錄錄反轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式反轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways第四節(jié)第四節(jié)目目 錄錄反反轉(zhuǎn)錄酶轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase) 反反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄(reverse transcription) 反反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄酶酶一、反轉(zhuǎn)錄病毒和反轉(zhuǎn)錄酶一、反轉(zhuǎn)錄病毒和反轉(zhuǎn)錄酶 目目 錄錄反轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象反轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象RNA 模板模板反轉(zhuǎn)錄酶

28、反轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA 雜雜化雙鏈化雙鏈RNA酶酶單鏈單鏈DNA反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄酶雙鏈雙鏈DNA目目 錄錄二、反轉(zhuǎn)錄研究的意義二、反轉(zhuǎn)錄研究的意義 反轉(zhuǎn)錄酶和反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中反轉(zhuǎn)錄酶和反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)。的重大發(fā)現(xiàn)。 反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說(shuō)明：至少在某些生物，反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說(shuō)明：至少在某些生物，RNA同樣同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。對(duì)反轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了對(duì)反轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了20世紀(jì)初已注意世紀(jì)初已注意到的病毒致癌理論。到的病毒致癌理論。 目目 錄錄 滾環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制(rolling circle replication)三、滾環(huán)復(fù)制

29、和三、滾環(huán)復(fù)制和D環(huán)復(fù)制環(huán)復(fù)制 是某些低等生物的復(fù)制形式，如是某些低等生物的復(fù)制形式，如 X174和和M13噬菌體等。噬菌體等。3 -OH5 -P5 5 5 3 3 3 3 5滾環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制5 5 3 3 5 目目 錄錄目目 錄錄dNTPDNA-pol D環(huán)復(fù)制環(huán)復(fù)制(D-loop replication) 是線粒體是線粒體DNA (mitochondrial DNA，mtDNA)的復(fù)制形式。的復(fù)制形式。 目目 錄錄DNA損傷（突變）與修復(fù)損傷（突變）與修復(fù)DNA Damage (Mutation) and Repair第五節(jié)第五節(jié)目目 錄錄遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改

30、變而引起的遺傳信息改變，均可稱為改變，均可稱為突變。突變。在復(fù)制過(guò)程中發(fā)生的在復(fù)制過(guò)程中發(fā)生的DNA突變稱為突變稱為DNA損傷損傷(DNA damage)。從分子水平來(lái)看，突變就是從分子水平來(lái)看，突變就是DNA分子上分子上堿基的改變。堿基的改變。 目目 錄錄一、突變的意義一、突變的意義（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)（二）突變導(dǎo)致基因型改變（二）突變導(dǎo)致基因型改變（三）突變導(dǎo)致死亡（三）突變導(dǎo)致死亡（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ) 目目 錄錄二、引發(fā)突變的因素二、引發(fā)突變的因素物理因素物理因素 紫外線紫外線(ultra violet,

31、 UV)、各種輻射、各種輻射 UV化學(xué)因素化學(xué)因素常見(jiàn)的化學(xué)誘變劑常見(jiàn)的化學(xué)誘變劑化合物類別化合物類別作作 用用 點(diǎn)點(diǎn)分子改變分子改變堿基類似物堿基類似物如：如：5-BUA 5-BU G- A - T - G - C -羥胺類（羥胺類（NH2OH）T C- T - A - C - G -亞硝酸鹽（亞硝酸鹽（NO2）C U- G - C - A - T -烷化劑烷化劑如：氮芥類，如：氮芥類，NitrominsG mGG mGDNA缺失缺失G目目 錄錄目目 錄錄三、突變的分子改變類型三、突變的分子改變類型錯(cuò)配錯(cuò)配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重

32、排重排 (rearrangement)框移框移(frame-shift) 目目 錄錄DNA分子上的堿基錯(cuò)配稱分子上的堿基錯(cuò)配稱點(diǎn)突變點(diǎn)突變(point mutation)。發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。 1. 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤?；蜞奏ぷ冟堰省?2. 顛換顛換（一）錯(cuò)配（一）錯(cuò)配目目 錄錄鐮形紅細(xì)胞貧血病人鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb (HbS) 亞基亞基N-val his leu thr pro val glu C 肽鏈肽鏈CAC GTG基因基

33、因正常成人正常成人Hb (HbA)亞基亞基N-val his leu thr pro glu glu C 肽鏈肽鏈CTCGAG基因基因目目 錄錄（二）缺失（二）缺失、插入插入和框移和框移缺失：缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上大分子上消失。消失。插入：插入：原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到到DNA大分子中間。大分子中間。移碼突變移碼突變是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。 缺失或插入都可導(dǎo)致缺失或插入都可導(dǎo)致移碼突變移碼突變 。

34、目目 錄錄谷谷 酪酪 蛋蛋 絲絲5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 纈纈 組組 纈纈正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突變?nèi)笔б鹂蛞仆蛔兡磕?錄錄（三）重排（三）重排DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排。重組或重排。 由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型目目 錄錄目目 錄錄四、四、DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)修復(fù)修復(fù)(repairing) 是對(duì)已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其是對(duì)已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)?；貜?fù)為原有的天然狀態(tài)。光修復(fù)光修復(fù)

35、(light repairing)切除修復(fù)切除修復(fù)(excision repairing)重組修復(fù)重組修復(fù)(recombination repairing)SOS修復(fù)修復(fù) 修復(fù)的主要類型修復(fù)的主要類型目目 錄錄（一）光修復(fù)（一）光修復(fù)光修復(fù)酶光修復(fù)酶(photolyase) UVUvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHP （二）切除修復(fù)（二）切除修復(fù)是細(xì)胞內(nèi)最重要和是細(xì)胞內(nèi)最重要和有效的修復(fù)機(jī)制，主要有效的修復(fù)機(jī)制，主要由由DNA-pol和連接酶和連接酶完成。完成。DNA連接酶連接酶ATPE.coli的切除的切除修復(fù)機(jī)制修復(fù)機(jī)制目目 錄錄目目 錄錄切切 除除 修修 復(fù)復(fù) 動(dòng)動(dòng) 畫(huà)畫(huà)

36、目目 錄錄目目 錄錄案例分析案例分析目目 錄錄 先復(fù)制再修復(fù)。子代鏈在對(duì)應(yīng)模板鏈的損先復(fù)制再修復(fù)。子代鏈在對(duì)應(yīng)模板鏈的損傷傷 處留下缺口，先將同源母鏈處留下缺口，先將同源母鏈DNA上相應(yīng)的上相應(yīng)的核苷酸片段轉(zhuǎn)移替補(bǔ)，然后再合成一段序列填核苷酸片段轉(zhuǎn)移替補(bǔ)，然后再合成一段序列填充缺口。充缺口。（三）重組修復(fù)（三）重組修復(fù)目目 錄錄（四）（四）SOS修復(fù)修復(fù) 當(dāng)當(dāng)DNA損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時(shí)，由此而誘損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時(shí)，由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。 在在E. coli，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個(gè)，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個(gè)稱為稱為調(diào)節(jié)子調(diào)節(jié)子(regulon)的

37、網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。 這種修復(fù)特異性低，對(duì)堿基的識(shí)別、選擇能這種修復(fù)特異性低，對(duì)堿基的識(shí)別、選擇能力差。通過(guò)力差。通過(guò)SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而可存活的。然而DNA保留的錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致保留的錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長(zhǎng)期的突變。較廣泛、長(zhǎng)期的突變。目目 錄錄習(xí)題選擇選擇n1.1.DNADNA復(fù)制時(shí)，序列復(fù)制時(shí)，序列55TpApGpApCpTTpApGpApCpT33指導(dǎo)合成的互補(bǔ)指導(dǎo)合成的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)是( ( ) )nA A、55ApTpCpTpTpApApTpCpTpTpAp3 3 nB B、55ApGpTpCpTpApApGpTpC

38、pTpAp3 3 nC C、55ApGpUpCpUpApApGpUpCpUpAp3 3 nD D、3TpGpTpCpTpAp5 3TpGpTpCpTpAp5 E E、55ApGpGpCpGpApApGpGpCpGpAp33 n岡崎片段是指岡崎片段是指( )( )nA A、DNADNA模板上的模板上的DNADNA片段片段 nB B、隨從鏈上合成的、隨從鏈上合成的DNADNA片段片段 nC C、前導(dǎo)鏈上合成的、前導(dǎo)鏈上合成的DNA DNA 片段片段 nD D、由、由DNADNA連接酶合成的連接酶合成的DNADNA片段片段nE E、引物酶催化合成的、引物酶催化合成的RNARNA片段片段目目 錄錄n不參與不參與D