生物化学ppt课件DNA的生物合成精要

目录目录第第9 9章章DNA的生物合成的生物合成DNA Biosynthesis(Replication)第9章DNA的生物合成1 1目录目录生物化学ppt课件DNA的生物合成精要2 2目录目录n n DNADNA、RNARNA、蛋白质、蛋白质 其一级结构即核苷酸其一级结构即核苷酸 或氨基酸的排列顺序是遗传信息的存在形式。或氨基酸的排列顺序是遗传信息的存在形式。n n DNADNA 是生物遗传的主要物质基础（是生物遗传的主要物质基础（A A、G G、C C、T T）n n 基因基因 是是DNADNA分子中编码分子中编码生物活性产物生物活性产物的的DNADNA片段，片段，其产物主要是蛋白质或是各种其产物主要是蛋白质或是各种RNARNAn n 蛋白质蛋白质 是生命活动的执行是生命活动的执行(体现体现)者者n n 基因组基因组 是指生物体细胞内全部染色体是指生物体细胞内全部染色体DNADNA总和总和 （人类细胞基因组中含（人类细胞基因组中含3 34 4万个编码万个编码 蛋白质的基因）蛋白质的基因）生物遗传信息分子生物遗传信息分子DNA、RNA、蛋白质其一级结构即核苷酸生物遗传3 3目录目录蛋白质蛋白质遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则（central dogma）Francis Crick(1916-2004)DNARNA复复复复 制制制制转转转转 录录录录逆转录逆转录逆转录逆转录翻翻翻翻 译译译译?1958年蛋白质遗传信息传递的中心法则（centraldogma）F4 4目录目录DNADNA的生理功能的生理功能n nDNADNA上的遗传信息通过表达（上的遗传信息通过表达（转录转录和和翻译翻译）产生特定）产生特定蛋白质蛋白质而实现其而实现其功能。功能。n nDNADNA通过通过自我复制自我复制将储存的遗传信将储存的遗传信息稳定地、忠实地从息稳定地、忠实地从亲代亲代DNADNA传递传递到子代到子代DNADNA中。中。DNA的生理功能DNA上的遗传信息通过表达（转录和翻译）产生5 5复制复制(replication)是指遗传物质的传代，以亲代是指遗传物质的传代，以亲代DNA为模板合成子代为模板合成子代DNA的过程。的过程。亲代亲代DNA复制复制子代子代DNA复制(replication)亲代DNA复制子代DNA6 6目录目录n本章主要内容：本章主要内容：复制的基本规律复制的基本规律 DNA复制的反应体系复制的反应体系 复制的过程复制的过程 逆转录逆转录 DNA损伤与修复损伤与修复复制复制(replication)(replication)本章主要内容：复制的基本规律复制(replication)7 7DNADNA的复制的复制DNA Replication第第 一一 节节DNA的复制第一节8 8目录目录n复制的方式复制的方式 半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)n半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication)n双向复制双向复制(bidirectional replication)n复制的高保真性复制的高保真性(high fidelity)一一.复制的基本规律复制的基本规律 复制的方式半保留复制(semi-conservativ9 9目录目录1、半保留复制半保留复制是是DNA复制的基本特征复制的基本特征 DNADNA生生生生物物物物合合合合成成成成时时时时，母母母母链链链链DNADNADNADNA解解解解开开开开为为为为两两两两股股股股单单单单链链链链，各各各各自自自自作作作作为为为为模模模模板板板板(template)(template)按按按按碱碱碱碱基基基基配配配配对对对对规规规规律律律律，合合合合成成成成与与与与模模模模板板板板互互互互补补补补的的的的子子子子链链链链。子子子子代代代代DNADNA，一一一一条条条条单单单单链链链链从从从从亲亲亲亲代代代代完完完完整整整整地地地地接接接接受受受受过过过过来来来来，另另另另一一一一条条条条单单单单链链链链则则则则完完完完全全全全从从从从新新新新合合合合成成成成。两两两两个个个个子子子子代代代代DNADNA都都都都和和和和亲亲亲亲代代代代DNADNA碱碱碱碱基基基基序序序序列列列列一一一一致致致致。这这这这种种种种复复复复制方式称为制方式称为制方式称为制方式称为半保留复制半保留复制半保留复制半保留复制。n半保留复制的概念半保留复制的概念:1、半保留复制是DNA复制的基本特征DNA生物合成时，母链1010AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA复制过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNAATCGATTAATAT+母链DNA复制过程中形成的复制叉子1111目录目录n子链继承母链遗传信息的几种可能方式子链继承母链遗传信息的几种可能方式:全保留式全保留式 半保留式半保留式 混合式混合式 子链继承母链遗传信息的几种可能方式:全保留式1212密度梯度离心实验密度梯度离心实验 含含15N-DNA的细菌的细菌培养于普通培养于普通培养液培养液(14N)第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代 实验结果支持实验结果支持半保留复制半保留复制的设想。的设想。15N-DNA14N-DNA混合混合密度梯度离心实验含15N-DNA的细菌培养于普通培养液(11313目录目录按按半半保保留留复复制制方方式式，子子代代DNA与与亲亲代代DNA A的的碱碱基基序序列列一一致致，即即子子代代保保留留了了亲亲代代的的全全部部遗遗传信息，体现了遗传的传信息，体现了遗传的保守性保守性。n半保留复制的意义半保留复制的意义:按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子1414目录目录2、DNA一股子链复制的方向与解链一股子链复制的方向与解链方向相反导致方向相反导致半不连续复制半不连续复制5 3 解链方向解链方向35领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)3 5 3535领头链连续复制，领头链连续复制，随从链不连续复制，随从链不连续复制，这就是复制的半不连续性这就是复制的半不连续性冈崎片段冈崎片段半不连续复制半不连续复制半不连续复制半不连续复制2、DNA一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制51515目录目录顺顺着着解解链链方方向向生生成成的的子子链链，复复制制是是连连续续进进行行的的，这股链称为这股链称为领头链领头链(leading strand)。另另一一子子链链因因为为复复制制的的方方向向与与解解链链方方向向相相反反，不不能能顺顺着着解解链链方方向向连连续续延延长长，这这条条不不连连续续复复制制的的链链称称为为随随从从链链(lagging strand)。复复制制中中的的不不连连续片段称为续片段称为冈崎片段冈崎片段(okazaki fragment)。领领头头链链连连续续复复制制而而随随从从链链不不连连续续复复制制，就就是是复复制的制的半不连续性半不连续性。顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链(1616目录目录n原原原原核核核核生生生生物物物物复复复复制制制制时时时时，DNADNA从从从从起起起起始始始始点点点点(origin)(origin)向向向向两两两两个个个个方方方方向向向向解解解解链链链链，形形形形成成成成两两两两个个个个延延延延伸伸伸伸方方方方向向向向相相相相反反反反的的的的复复复复制制制制叉叉叉叉，称为称为称为称为双向复制双向复制双向复制双向复制。3、DNA复制从起始点向两个方向延复制从起始点向两个方向延伸形成伸形成双向复制双向复制原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链1717A.环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B.复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C.复制接近终止点复制接近终止点(termination,ter)oriterA B CA.环状双链DNA及复制起始点oriterA1818目录目录n真真真真核核核核生生生生物物物物每每每每个个个个染染染染色色色色体体体体有有有有多多多多个个个个起起起起始始始始点点点点，是是是是多多多多复复复复制制制制子子子子的的的的复复复复制制制制。习习习习惯惯惯惯上上上上把把把把两两两两个个个个相相相相邻邻邻邻起起起起始始始始点点点点之之之之间间间间的的的的距距距距离离离离定定定定为为为为一一一一个个个个复复复复制制制制子子子子(replicon)(replicon)。复复复复制制制制子子子子是独立完成复制的功能单位。是独立完成复制的功能单位。是独立完成复制的功能单位。是独立完成复制的功能单位。53oriorioriori53复制子复制子真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两1919真核生物的多复制子复制53oriorioriori5355335533复制子复制子已完成复制的复制子已完成复制的复制子复复制制进进程程真核生物的多复制子复制53oriorioriori532020目录目录复制起始点、复制子与复制叉复制起始点、复制子与复制叉复制起始点、复制子与复制叉2121目录目录2.酶在复制延长时酶在复制延长时对碱基的选择功能对碱基的选择功能1.遵守严格的遵守严格的碱基配对规律碱基配对规律3.复制出错时酶的复制出错时酶的及时校读功能及时校读功能DNA复制的复制的保真性保真性至少要依赖至少要依赖三种机制三种机制 4、复制的高保真性、复制的高保真性2.酶在复制延长时1.遵守严格的3.复制出错时酶的DNA2222目录目录复制的自发突变率约有复制的自发突变率约有1010-9-9，也就是每复制，也就是每复制10109 9个个碱基碱基有一个碱基发生与有一个碱基发生与原原DNADNA模板不配对模板不配对的情况的情况复制的自发突变率复制的自发突变率自发突变自发突变自发突变自发突变变异变异变异变异进化进化进化进化复制的自发突变率约有10-9，也就是每复制109个碱基有一个2323目录目录半保留复制半保留复制semi-conservative replication半不连续复制半不连续复制semi-discontinuous replication复制方向为双向复制方向为双向bidirectional replication高保真性复制高保真性复制high fidelity复制的特点复制的特点 半保留复制半不连续复制复制的特点2424目录目录二二.DNA.DNA复制的反应体系复制的反应体系The Enzymology and Topology of DNA Replication二.DNA复制的反应体系TheEnzymologyan2525目录目录n参与参与DNA复制的物质复制的物质:底物底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP；(dNTP)聚聚合合酶酶(polymerase):依依赖赖DNA的的DNA聚聚合合酶酶，简简写写为为 DNA-pol；模板模板(template):解开成单链的解开成单链的DNA母链；母链；引物引物(primer):与模板互补的与模板互补的RNA片段，提供片段，提供3-OH末末端使端使dNTP可以依次聚合；可以依次聚合；其他的其他的酶和蛋白质因子。酶和蛋白质因子。参与DNA复制的物质:底物(substrate):dAT2626目录目录参与DNA复制的物质DNA复复制系统制系统底物底物dNTPdNTP聚合酶聚合酶DNA-polDNA-pol模板模板解成单链解成单链的的DNADNA母链母链引物引物与模板互补的与模板互补的RNARNA片段片段其它酶其它酶和蛋白质因子和蛋白质因子底物底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶聚合酶(polymerase):依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶简写简写 为为 DNA-pol模板模板(template):解开成单链的解开成单链的DNA母链母链引物引物(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解螺旋酶解螺旋酶引物酶引物酶单链单链DNA结合蛋白结合蛋白DNA连接酶等连接酶等参与DNA复制的物质DNA复底物聚合酶模板引物其它酶底物(s2727目录目录1、核苷酸和核苷酸之间生成、核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键磷酸二酯键是复制的基本化学反应是复制的基本化学反应(dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPiHOP PPGPPi1、核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键是复制的基本化学反应(d28285端端3端端CGA聚合反应机理聚合反应机理5端3端CGA聚合反应机理2929生物化学ppt课件DNA的生物合成精要3030目录目录2、DNA聚合酶催化核苷酸之间聚合聚合酶催化核苷酸之间聚合n全称：全称：全称：全称：依赖依赖依赖依赖DNADNA的的的的DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶(DNA-dependent (DNA-dependent DNA polymerase)DNA polymerase)n简称：简称：简称：简称：DNA-polDNA-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2、DNA聚合酶催化核苷酸之间聚合全称：依赖DNA的DNA聚31315 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 53 5 外切酶活性外切酶活性:5 3 外切酶活性外切酶活性:?能切除突变的能切除突变的 DNA片段或片段或RNA引物。引物。能辨认错配的碱基对，并将能辨认错配的碱基对，并将碱基错配核苷酸碱基错配核苷酸水解。水解。n核酸外切酶活性核酸外切酶活性:5AGCTTCAG3232目录目录（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶分为三型聚合酶分为三型DNA-pol DNA-pol DNA-pol （一）原核生物的DNA聚合酶分为三型DNA-pol3333 原核生物中的三种DNA聚合酶原核生物中的三种DNA聚合酶3434目录目录n功能：功能：DNA-pol（109kD）对复制中的错误进行校读，对复制和修复对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。中出现的空隙进行填补。1、DNA聚合酶活性聚合酶活性 2、5 核酸外切酶活核酸外切酶活性性3、5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性功能：DNA-pol（109kD）对复制中的错误进行校读3535目录目录DNA-pol的核酸外切酶校读活性的核酸外切酶校读活性B B：如果碱基配对正确，：如果碱基配对正确，DNA-polIDNA-polI则不表现外切酶活性；只表则不表现外切酶活性；只表现聚合酶活性。现聚合酶活性。DNA-pol I外切活性外切活性聚合活性聚合活性dCTPA A：碱基配对错误，：碱基配对错误，DNA-DNA-polIpolI表现外切酶活性，切表现外切酶活性，切除错配碱基；并用其聚合除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物活性掺入正确配对的底物模板链模板链新合成链新合成链模板链模板链新合成链新合成链DNA-pol的核酸外切酶校读活性B：如果碱基配对正确，D3636目录目录n功能：功能：DNA-pol (250kD)是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。1、DNA聚合酶活性聚合酶活性 2、5 核酸外切酶活核酸外切酶活性性核心酶核心酶核心酶核心酶-复合物复合物功能：DNA-pol(250kD)是原核生物复制延长中3737目录目录n nPolIIIPolIIIPolIIIPolIII全酶全酶全酶全酶（二聚体）（二聚体）（二聚体）（二聚体）每一个单体都具有催化活每一个单体都具有催化活每一个单体都具有催化活每一个单体都具有催化活性，一个作用于领头链，另一个作用于随从链，性，一个作用于领头链，另一个作用于随从链，性，一个作用于领头链，另一个作用于随从链，性，一个作用于领头链，另一个作用于随从链，使两股链在使两股链在使两股链在使两股链在同一地方同一时间进行合成同一地方同一时间进行合成同一地方同一时间进行合成同一地方同一时间进行合成。n n随从链母链环绕随从链母链环绕随从链母链环绕随从链母链环绕360360360360度，形成局部片断与领头链度，形成局部片断与领头链度，形成局部片断与领头链度，形成局部片断与领头链靠近，沿靠近，沿靠近，沿靠近，沿同一方向同一方向同一方向同一方向进行合成。进行合成。进行合成。进行合成。（亚基）亚基）（核心酶）（核心酶）5 5 PolIII全酶（二聚体）每一个单体都具有催化活性，一个作用3838目录目录（二）常见的真核细胞（二）常见的真核细胞DNA聚合酶有五种聚合酶有五种DNA-pol 引物合成，随从链的部分合成。引物合成，随从链的部分合成。延长子链的主要酶。延长子链的主要酶。参与低保真度的复制，参与损伤修复。参与低保真度的复制，参与损伤修复。在复制过程中起校读、修复和填补缺在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。口的作用。在线粒体在线粒体DNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol （二）常见的真核细胞DNA聚合酶有五种DNA-pol引物3939目录目录真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶填补引物填补引物空隙，切空隙，切除修复，除修复，重组重组延长子延长子链的主链的主要酶，要酶，解螺旋解螺旋酶活性酶活性线粒体线粒体DNA复复制制参与损参与损伤修复伤修复引物酶引物酶作用作用功能功能+-3 5 外切酶外切酶高高高高高高？中中5 3 聚合酶聚合酶25.512.514.04.016.5分子量（分子量（kDDNA-pol填补引物填补引物空隙，切空隙，切除修复，除修复，重组重组延长子延长子链的主链的主要酶要酶，解螺旋解螺旋酶活性酶活性线粒体线粒体DNA复复制制功能功能+-3 5 高高高高高高低低中中5 3 25.512.514.04.016.5分子量（分子量（DNA-pol真核生物的DNA聚合酶填补引物空隙，切除修复，重组延长子链的4040目录目录理顺理顺DNA链链拓扑异构酶拓扑异构酶(,)稳定已解开的单链稳定已解开的单链单链单链DNA结合蛋白结合蛋白SSB催化催化RNA引物生成引物生成引物酶引物酶DnaG(dnaG)运送和协同运送和协同DnaBDnaC(dnaC)解开解开DNA双链双链解螺旋酶解螺旋酶DnaB(dnaB)识别并结合起始点识别并结合起始点DnaA(dnaA)蛋白质（基因）蛋白质（基因）通用名通用名功能功能原核生物与复制相关蛋白质原核生物与复制相关蛋白质3 3、与复制相关的其他酶、与复制相关的其他酶理顺DNA链拓扑异构酶(,)稳定已解开的单链单链DNA结4141目录目录解螺旋酶解螺旋酶(helicase)利用利用ATP供能，作用于供能，作用于氢键，使氢键，使DNA双链解开成为两条单链。双链解开成为两条单链。引物酶引物酶(primase)复制起始时催化生成复制起始时催化生成RNA引物的酶。引物的酶。单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA binding protein,SSB)在复制中维持模板处于单链状在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。态并保护单链的完整。DnaBDnaG2ATP/2ATP/碱基对碱基对碱基对碱基对解螺旋酶(helicase)利用ATP供能，作用于氢键4242目录目录 DNA的高级结构是超螺旋结构的高级结构是超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方同相同，即延双螺旋方同相同，即延右手右手方向方向扭曲。扭曲。负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反即延双螺旋方向相反即延左手左手方向方向扭曲。扭曲。DNA的高级结构是超螺旋结构超螺旋结构(superheli4343原核生物原核生物DNA的环状超螺旋结构的环状超螺旋结构原核生物原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形多为环状，以负超螺旋的形式存在，平均每式存在，平均每200200碱基就有一个超螺旋形成。碱基就有一个超螺旋形成。原核生物DNA的环状超螺旋结构原核生物DNA多为环状，以负超4444目录目录生物化学ppt课件DNA的生物合成精要4545目录目录108超螺旋局部解开超螺旋局部解开 DNA拓扑异构酶拓扑异构酶改变改变DNA超螺旋状态、超螺旋状态、理顺理顺DNA链链108超螺旋局部解开DNA拓扑异构酶改变DNA超螺4646目录目录DNA复制解螺旋时延同一轴反向旋转，复制解螺旋时延同一轴反向旋转，DNA分子分子打结，缠绕。在复制叉前产生正超螺旋。打结，缠绕。在复制叉前产生正超螺旋。DNA复制解螺旋时延同一轴反向旋转，DNA分子打结，缠绕。在4747目录目录拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNA解解链旋转不致打结；适当时候封闭切链旋转不致打结；适当时候封闭切口，口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNA分子分子两股两股链，断端通过链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。切口旋转使超螺旋松弛。利用利用ATP供能，连接断端，供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态。n作用机制：作用机制：拓扑异构酶切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结4848目录目录放大放大超超螺旋螺旋放大放大双双螺旋螺旋拓扑异构酶拓扑异构酶的作用方式的作用方式OH3P-5拓拓扑扑酶酶I拓扑酶拓扑酶I 切断切断DNA双链中的一股，使两个双链中的一股，使两个螺旋变为一个，适当时候再封闭缺口螺旋变为一个，适当时候再封闭缺口DNA解链旋转不致打结解链旋转不致打结 放大超螺旋放大双螺旋拓扑异构酶的作用方式OH3P-5拓4949目录目录拓扑酶拓扑酶的作用方式：的作用方式：拓扑酶的作用方式：5050目录目录4、DNA连接酶连接连接酶连接DNA双链中的双链中的单链缺口单链缺口连连接接DNA链链3-OH末末端端和和相相邻邻DNA链链5-P末末端端，使使二二者者生生成成磷磷酸酸二二酯酯键键，从从而而把把两两段相邻的段相邻的DNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。n DNA连接酶连接酶(DNA ligase)作用方式：作用方式：4、DNA连接酶连接DNA双链中的单链缺口连接DNA链3-5151HO5335DNA连接酶连接酶ATPADP5353nDNA连接酶的作用：连接酶的作用：DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶HO5335DNA连接酶ATPADP53535252目录目录DNA连接酶在连接酶在复制中复制中起最后封闭缺口的作用。起最后封闭缺口的作用。在在DNA修复、重组修复、重组中也起封闭缺口作用。中也起封闭缺口作用。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之一。n功能：功能：DNA连接酶在复制中起最后封闭缺口的作用。功能：5353目录目录（一）复制起始：（一）复制起始：DNA解链形成引发体解链形成引发体需要解决两个问题：需要解决两个问题：1.DNA解开成解开成单链单链，提供模板。，提供模板。2.形成形成引发体引发体，合成引物，提供，合成引物，提供3-OH末端。末端。三、原核生物的三、原核生物的DNA复制过程复制过程（一）复制起始：DNA解链形成引发体需要解决两个问题：1.5454E.coli复制起始点复制起始点 oriC-特殊的序列约特殊的序列约245bp GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 245 串联重复序列串联重复序列 反向重复序列反向重复序列5 3 5 3 1.DNA解链解链识别区识别区富含富含A A、T T区区E.coli复制起始点oriC-特殊的序列约245bp5555目录目录解链过程解链过程n nDnaA、B、C三种蛋白参与DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaCDnaADnaA蛋白蛋白四个相同亚基组成四个相同亚基组成识别区识别区解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶解螺旋酶 DNADNA解成单链解成单链解成单链解成单链解链过程DnaA、B、C三种蛋白参与DnaBDnaCDnaA5656目录目录3 5 DNA拓扑异构酶拓扑异构酶 Dna A含有含有DnaB（解螺旋酶）、（解螺旋酶）、DnaC蛋白、蛋白、引物酶引物酶（DnaG）和）和DNA复制起始区域的复合结构称为复制起始区域的复合结构称为引发体。引发体。Dna A3 5 Dna B、Dna CSSB引物引物酶酶 识别区识别区识别区识别区2 2.引发体的形成引发体的形成35DNA拓扑异构酶DnaA含有DnaB（解螺5757目录目录3 5 3 5 引物引物3 HO5引物引物酶酶3.引物的形成引物的形成引物引物酶酶引物是由引物酶催化合成的引物是由引物酶催化合成的短链短链RNA。引发体的生成引发体的生成引发体的生成引发体的生成3535引物3HO5引物酶3.引物的形成引物5858目录目录（二）复制的延长过程：领头链连续复制，（二）复制的延长过程：领头链连续复制，随从链不连续复制随从链不连续复制复复制制的的延延长长指指在在DNA-pol催催化化下下，dNTP以以dNMP的的方方式式逐逐个个加加入入引引物物或或延延长长中中的的子子链链上上，其化学本质是其化学本质是磷酸二酯键磷酸二酯键的不断生成。的不断生成。（二）复制的延长过程：领头链连续复制，随从链不连续复制复制的5959目录目录n领头链的合成：领头链的合成：领头链沿着领头链沿着5 5 33 方向可以连续地延长。方向可以连续地延长。领头链的合成：领头链沿着53方向可以连续地延长。6060n随从链的合成随从链的合成随从链的合成6161目录目录复制的延长复制的延长 复制的延长6262同一复制叉上领头链和随从链由相同的同一复制叉上领头链和随从链由相同的DNA-polDNA-pol催化延长催化延长 同一复制叉上领头链和随从链由相同的DNA-pol催化延长6363目录目录n nPolIIIPolIIIPolIIIPolIII全酶全酶全酶全酶（二聚体）（二聚体）（二聚体）（二聚体）每一个单体都具有催化活每一个单体都具有催化活每一个单体都具有催化活每一个单体都具有催化活性，一个作用于领头链，另一个作用于随从链，性，一个作用于领头链，另一个作用于随从链，性，一个作用于领头链，另一个作用于随从链，性，一个作用于领头链，另一个作用于随从链，使两股链在使两股链在使两股链在使两股链在同一地方同一时间进行合成同一地方同一时间进行合成同一地方同一时间进行合成同一地方同一时间进行合成。n n随从链母链环绕随从链母链环绕随从链母链环绕随从链母链环绕360360360360度，形成局部片断与领头链度，形成局部片断与领头链度，形成局部片断与领头链度，形成局部片断与领头链靠近，沿靠近，沿靠近，沿靠近，沿同一方向同一方向同一方向同一方向进行合成。进行合成。进行合成。进行合成。（亚基）亚基）（核心酶）（核心酶）5 5 PolIII全酶（二聚体）每一个单体都具有催化活性，一个作用6464目录目录原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，两个复制叉在复制的，两个复制叉在复制的终止点终止点(ter)处汇合。处汇合。（三）复制的终止过程：切除引物、填补（三）复制的终止过程：切除引物、填补空缺、连接切口空缺、连接切口原核生物基因是环状DNA，两个复制叉在复制的终止点(ter)6565目录目录5 5 5 DNA-polDNA-pol5-3外切酶外切酶OHP5 DNA-polDNA-pol5-3聚合酶聚合酶dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶n 随从链上不连续性片段的连接：随从链上不连续性片段的连接：555DNA-polOHP5DNA-poldNT6666目录目录复制的终止复制的终止复制的终止复制的终止复制的终止6767目录目录复复 制制 过过 程程 动动 画画复制过程动画6868某些低等生物的DNA（M13噬菌体）或染色体以外的DNA（质粒）。采取滚环复制的方式。滚环复制滚环复制某些低等生物的DNA（M13噬菌体）或染色体以外的DNA（质6969目录目录滚环复制方式滚环复制方式OH-3P-5A蛋白（具有核酸内切酶活性，在7070滚环复制滚环复制滚环复制7171目录目录四、真核生物四、真核生物DNA复制复制P181四、真核生物DNA复制P1817272目录目录1 1真核生物每个染色体有很多个起始点，是真核生物每个染色体有很多个起始点，是 多复制子多复制子复制。复制。真核生物复制与原核基本相似真核生物复制与原核基本相似真核生物复制速度不如原核生物，整体复制真核生物复制速度不如原核生物，整体复制速度并不慢。速度并不慢。1真核生物每个染色体有很多个起始点，是7373目录目录2 2 2 2真核生物真核生物真核生物真核生物随从链随从链随从链随从链的冈崎片段较短，的冈崎片段较短，的冈崎片段较短，的冈崎片段较短，100-200100-200100-200100-200 个核苷酸。原核生物为个核苷酸。原核生物为个核苷酸。原核生物为个核苷酸。原核生物为1000-20001000-20001000-20001000-2000个核苷酸。个核苷酸。个核苷酸。个核苷酸。3 3 3 3复制的起始过程复杂，起始需要复制的起始过程复杂，起始需要复制的起始过程复杂，起始需要复制的起始过程复杂，起始需要DNA-pol DNA-pol（引引引引 物酶活性物酶活性物酶活性物酶活性）和）和）和）和pol pol（解螺旋酶活性解螺旋酶活性解螺旋酶活性解螺旋酶活性），还需拓扑酶），还需拓扑酶），还需拓扑酶），还需拓扑酶 和复制因子和复制因子和复制因子和复制因子(RFARFA和和和和RFCRFC）。）。）。）。增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原 （PCNAPCNA）在起始和延长中都起关键作用。）在起始和延长中都起关键作用。）在起始和延长中都起关键作用。）在起始和延长中都起关键作用。2真核生物随从链的冈崎片段较短，100-20037474目录目录4 4真核生物真核生物DNADNA复制与核小体组装同步进行，复制与核小体组装同步进行，复制完成后随即组装成染色体。复制完成后随即组装成染色体。真核生物染色体真核生物染色体DNA呈线状呈线状，在，在DNA复制过程中复制过程中子代子代DNA5末端的末端的RNA引物引物被去除后，留下空隙。被去除后，留下空隙。5.5.端粒酶参与解决染色体末端复制问题端粒酶参与解决染色体末端复制问题4真核生物DNA复制与核小体组装同步进行，真核生物染色体D7575目录目录5 3 3 5 5 3 3 5+5 3 3 3 3 5 5 53355335+53333557676目录目录n n端粒（端粒（telomere）是指真核生物染色是指真核生物染色体体线性线性DNA分子末分子末端端的结构部分，通的结构部分，通常膨大成常膨大成粒状粒状。P182端粒（telomere）是指真核生物染色体线性DNA分子末端7777目录目录功能功能 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 保证保证DNA复制的完整性复制的完整性端粒的结构特点端粒的结构特点 由由3 末端末端单链单链DNA序列序列和蛋白质构成。和蛋白质构成。3 末端末端DNA序列是序列是多次重复多次重复的富含的富含G、T碱碱基的基的短序列短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG3 3 5 5功能维持染色体的稳定性端粒的结构特点由3末端单链D7878目录目录端粒酶端粒酶(telomerase)端端粒粒酶酶是是一一种种RNA-蛋蛋白白质质复复合合体体，以以其其RNA为为模模板板，通通过过逆逆转转录录过过程程对对染染色色体体末末端端DNA链链进行延长。进行延长。端粒酶的分子结构端粒酶的分子结构端粒酶(telomerase)端粒酶是一种RNA-蛋白质复合7979目录目录端粒酶端粒酶RNA(hTR)端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白(hTP1)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(hTRT)端粒酶的组成端粒酶的组成端粒酶的组成端粒酶的组成功能功能提供提供RNARNA模板模板、催化、催化逆转录逆转录、通过通过爬行模型爬行模型的机制的机制维持染色体的完整。维持染色体的完整。端粒酶RNA(hTR)端粒酶的组成功能8080端粒酶的端粒酶的RNA端粒端粒DNA末端末端1 1、端粒酶靠、端粒酶靠hTRhTR（AnCnAnCn）x x与与端粒端粒DNA DNA 3 3 末端末端GT重复序列结合重复序列结合内在模板内在模板RNA2 2、以端粒酶、以端粒酶RNARNA为模板，为模板，逆转录逆转录，延长，延长端粒端粒DNA DNA 3 3 末端末端3 3、端粒酶移位、空出、端粒酶移位、空出RNARNA模板，再次延长模板，再次延长端粒端粒DNA DNA 3 3 末端，末端，同时同时DNADNA母链反摺利于下游复制延伸。母链反摺利于下游复制延伸。端粒酶的端粒酶的RNA4 4、延伸足够长度后端粒酶脱离母链，代之以、延伸足够长度后端粒酶脱离母链，代之以DNA-PolDNA-Pol。此时。此时 母链母链3-OHOH反折，同时作为引物和模板，完成末端双链复反折，同时作为引物和模板，完成末端双链复制。制。端粒酶的端粒酶的RNADNA-Pol端粒酶的RNA端粒DNA末端1、端粒酶靠hTR（AnCn）x8181目录目录n D环复制环复制(D-loop replication)是线粒体是线粒体DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)的复制形式。的复制形式。五、线粒体五、线粒体DNA复制复制dNTPDNA-pol D环复制(D-loopreplication)是线粒体8282目录目录特点：特点：1.1.两条链两条链复制起始点复制起始点不在同一位置不在同一位置.2.2.两条链两条链不是同时合成的不是同时合成的.3.3.两条链合成的方向相反两条链合成的方向相反.4.4.两条链都是两条链都是连续合成的连续合成的.随从链起始点随从链起始点领头链起始点领头链起始点随从链继续随从链继续替代链领头领头链完成链完成特点：1.两条链复制起始点不在同一位置.随从链起始点领头链起8383目录目录逆转录和逆转录和逆转录病毒逆转录病毒Reverse Transcription&Reverse Transcription virus第二节第二节逆转录和逆转录病毒第二节8484目录目录逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase)逆转录逆转录(reverse transcription)逆转录逆转录酶酶一、逆转录病毒的基因组是一、逆转录病毒的基因组是RNA，其复制方式是逆转录其复制方式是逆转录RNARNADNADNA逆转录酶(reversetranscriptase)8585目录目录逆转录酶催化三种反应：逆转录酶催化三种反应：以以以以RNARNA为模板指导的为模板指导的为模板指导的为模板指导的DNADNA合成合成合成合成 (逆转录逆转录酶）酶）水解水解水解水解RNARNA（RNARNA水解酶）水解酶）水解酶）水解酶）以以以以DNADNA为模板指导的为模板指导的为模板指导的为模板指导的DNADNA合成（合成（合成（合成（DNADNA聚合酶）聚合酶）聚合酶）聚合酶）逆转录酶催化三种反应：8686目录目录n逆转录病毒细胞内的逆转录现象逆转录病毒细胞内的逆转录现象:RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA杂化双链杂化双链RNA酶酶单链单链DNADNADNA聚合酶聚合酶双链双链DNA逆转录逆转录逆转录逆转录逆转录病毒细胞内的逆转录现象:RNA模板逆转录酶DNA-R8787目录目录逆转录酶发现的理论和实践意义：逆转录酶发现的理论和实践意义：1.1.完善了完善了“中心法则中心法则”，遗传信息也可以从，遗传信息也可以从RNARNA传递传递 到到DNADNA。2.2.促进了促进了分子生物学分子生物学、生物化学生物化学和和病毒学病毒学的研究，的研究，为为肿瘤肿瘤的防治提供了新的线索。的防治提供了新的线索。3.3.逆转录酶已经成为分子生物学研究的逆转录酶已经成为分子生物学研究的重要工具酶重要工具酶。逆转录酶发现的理论和实践意义：8888DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage(Mutation)&Repair第三节第三节DNA损伤（突变）与修复第三节8989目录目录DNA突突变变具具体体指指个个别别脱脱氧氧核核苷苷酸酸残残基基至至DNA片片段段在在构构成成、复复制制或或表表型型功功能能的的异异常常变变化化，也称为也称为DNA损伤损伤(DNA damage)。从从分分子子水水平平来来看看，突突变变就就是是DNA分分子子上上碱碱基基的改变。的改变。DNA突变具体指个别脱氧核苷酸残基至DNA片段在构成、复制或9090目录目录一、引发一、引发DNA突变的因素突变的因素（一）自发突变（一）自发突变1.1.1.1.自发脱碱基自发脱碱基自发脱碱基自发脱碱基：由于：由于：由于：由于N-N-N-N-糖苷键的自发断裂，引起嘌呤糖苷键的自发断裂，引起嘌呤糖苷键的自发断裂，引起嘌呤糖苷键的自发断裂，引起嘌呤 或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。或嘧啶碱基的脱落。每日可达近万个核苷酸残基。2.2.2.2.自发脱氨基自发脱氨基自发脱氨基自发脱氨基：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶，腺：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶，腺：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶，腺：胞嘧啶自发脱氨基可生成尿嘧啶，腺 嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到嘌呤自发脱氨基可生成次黄嘌呤。每日可达几十到 几百个核苷酸残基。几百个核苷酸残基。几百个核苷酸残基。几百个核苷酸残基。3.3.3.3.复制错配复制错配复制错配复制错配：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，：由于复制时碱基配对错误引起的损伤，发生频率较低。发生频率较低。发生频率较低。发生频率较低。一、引发DNA突变的因素（一）自发突变1.自发脱碱基：由于N9191目录目录（二）（二）多种化学或物理因素可诱发突变多种化学或物理因素可诱发突变n实实验验室室用用来来诱诱发发突突变变，也也是是生生活活环环境境中中导导致突变的因素，主要有致突变的因素，主要有物理和化学物理和化学因素。因素。（二）多种化学或物理因素可诱发突变实验室用来诱发突变，也是9292目录目录n物理因素：物理因素：紫外线紫外线(ultra violet,UV)、各种辐射、各种辐射 UV物理因素：紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐9393n化学因素：化学因素：常见的化学诱变剂常见的化学诱变剂化合物类别化合物类别作作 用用 点点分子改变分子改变碱基类似物碱基类似物如：如：5-BUA-5-BU-G-A-T-G-C-羟胺类羟胺类（NH2OH）C-A-C-G-A-T-亚硝酸盐亚硝酸盐（NO2）C U-G-C-A-T-烷化剂烷化剂如：氮芥类，如：氮芥类，NitrominsG 烷基化烷基化GG GDNA缺失缺失G化工产品，工业排放物，农药，食品防腐剂和添加化工产品，工业排放物，农药，食品防腐剂和添加化工产品，工业排放物，农药，食品防腐剂和添加化工产品，工业排放物，农药，食品防腐剂和添加剂，剂，剂，剂，汽车尾气。导致突变的化合物大约已有汽车尾气。导致突变的化合物大约已有汽车尾气。导致突变的化合物大约已有汽车尾气。导致突变的化合物大约已有6 6万多种万多种万多种万多种化学因素：常见的化学诱变剂化合物类别作用点分子改变碱基类似物9494目录目录二、引起突变的分子改变类型有多种二、引起突变的分子改变类型有多种错配错配(mismatch)缺失缺失(deletion)插入插入(insertion)重排重排(rearrangement)框移框移(frame-shift)二、引起突变的分子改变类型有多种错配(mismatch)框9595目录目录DNA分子上的单一碱基的变异又称分子上的单一碱基的变异又称点突变点突变。（一）错配可导致编码氨基酸的改变（一）错配可导致编码氨基酸的改变发生在发生在同型碱基同型碱基之间，即嘌呤代替另之间，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.转换转换发生在发生在异型碱基异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。或嘧啶变嘌呤。2.颠换颠换DNA分子上的单一碱基的变异又称点突变。（一）错配可导致编码9696镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)亚基亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链肽链CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb(HbA)亚基亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因n镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)亚基N-valh9797目录目录正常红细胞正常红细胞镰形红细胞贫血病人的红细胞镰形红细胞贫血病人的红细胞正常红细胞镰形红细胞贫血病人的红细胞9898目录目录（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变排列顺序发生改变缺失：缺失：一个或一段核苷酸链从一个或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。大分子上消失。插入：插入：原来没有的一个或一段核苷酸链插入到原来没有的一个或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。大分子中间。缺失或插入都可导致缺失或插入都可导致框移突变框移突变。框移突变框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。白质氨基酸排列顺序发生改变。（二）缺失、插入和框移突变造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变缺9999目录目录n缺失引起框移突变：缺失引起框移突变：缺失引起框移突变：100100目录目录（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病DNADNA分子内较大片段从一个位置转到另一个分子内较大片段从一个位置转到另一个位置，或不同位置，或不同DNADNA分子间较大片段的重新组分子间较大片段的重新组合，称为合，称为重排或重组重排或重组。（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病DNA分子内较大片段101101目录目录n由基因重排引起的两种地中海贫血基因型：由基因重排引起的两种地中海贫血基因型：基因重排基因重排基因重排基因重排由基因重排引起的两种地中海贫血基因型：基因重排102102目录目录DNADNA损伤（突变）可能造成两种结果：损伤（突变）可能造成两种结果：损伤（突变）可能造成两种结果：损伤（突变）可能造成两种结果：其一是导致其一是导致其一是导致其一是导致复制或转录障碍复制或转录障碍复制或转录障碍复制或转录障碍（如（如（如（如胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体胸腺嘧啶二聚体）；）；）；）；其二是导致其二是导致其二是导致其二是导致基因突变基因突变基因突变基因突变（如（如（如（如胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶自发脱氨基转变为自发脱氨基转变为自发脱氨基转变为自发脱氨基转变为尿嘧啶尿嘧啶尿嘧啶尿嘧啶），使），使），使），使DNA DNA 序列发生序列发生序列发生序列发生永久性改变永久性改变永久性改变永久性改变。进化进化进化进化使细胞拥有使细胞拥有使细胞拥有使细胞拥有灵敏的机制灵敏的机制灵敏的机制灵敏的机制，以识别和修复这些损，以识别和修复这些损，以识别和修复这些损，以识别和修复这些损伤，否则细胞无法维持正常活动。伤，否则细胞无法维持正常活动。伤，否则细胞无法维持正常活动。伤，否则细胞无法维持正常活动。DNA损伤（突变）可能造成两种结果：103103目录目录三、三、DNA损伤的修复损伤的修复修复修复(repairing)光修复光修复切除修复切除修复重组修复重组修复SOS修复修复 修复的主要类型修复的主要类型 是是DNA受损伤后的补救，受损伤后的补救，使其恢复正常结构。使其恢复正常结构。三、DNA损伤的修复修复(repairing)光修复修复的104104目录目录（一）光修复（一）光修复光修复酶光修复酶(photolyase)UV（一）光修复光修复酶(photolyase)UV105105目录目录这是细胞内这是细胞内主要的主要的修复方式。修复方式。其过程包括其过程包括去除损伤的去除损伤的DNA，填补空缺填补空缺和和连接缺口连接缺口。（二）切除修复（二）切除修复这是细胞内主要的修复方式。（二）切除修复106106目录目录1.1.碱基切除修复碱基切除修复（base excision repairing，BER）包括甲基化的、脱氨基、氧化的碱基、包括甲基化的、脱氨基、氧化的碱基、无碱基位点无碱基位点的修复的修复错误的碱基错误的碱基 DNADNA糖基化酶糖基化酶切除错误的碱基切除错误的碱基DNA聚合酶填补聚合酶填补DNA连接酶封闭缺口连接酶封闭缺口AP内切核酸酶内切核酸酶及及AP裂解酶裂解酶切切除磷酸核糖除磷酸核糖1.碱基切除修复（baseexcisionrepair107107目录目录2 2核苷酸切除修复核苷酸切除修复（nucleotide excision repairing，NER）n n核核苷苷酸酸切切除除修修复复在在各各种种损损伤伤中中起起作作用用，原原核核生物中切除修复过程比较简单生物中切除修复过程比较简单n n真核生物中切除修复过程比较复杂，大约需真核生物中切除修复过程比较复杂，大约需要要2525种蛋白因子参加种蛋白因子参加n n原核和真核都需要相应的原核和真核都需要相应的核酸内切酶核酸内切酶、DNADNA聚合酶聚合酶、DNADNA连接酶连接酶完成修复完成修复2核苷酸切除修复（nucleotideexcision108108UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA连接酶连接酶ATPnE.coliE.coli的的切除修复机切除修复机制制切除修复切除修复切除修复切除修复切除修复切除修复切除修复切除修复1 1UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶OHPDNA连接109109目录目录着色性干皮病（着色性干皮病（xeroderma pigmentosum）缺乏缺乏核酸内切酶核酸内切酶，切除修复切除修复机制不能进行，当皮肤受到紫外机制不能进行，当皮肤受到紫外线照射后，线照射后，DNADNA损伤不能修复，这类患者损伤不能修复，这类患者易患皮肤癌易患皮肤癌。着色性干皮病（xerodermapigmentosum）缺110110损伤的模板损伤的模板有缺口子链有缺口子链有损伤有损伤DNADNA正常的模板正常的模板无缺口子链无缺口子链复制复制RecA随复制次数增多，损伤链所占比例越来越小，逐渐被随复制次数增多，损伤链所占比例越来越小，逐渐被“稀释稀释”掉掉（三）重组修复（三）重组修复重组修复重组修复重组修复重组修复损伤的模板有缺口子链有损伤DNA正常的模板无缺口子链复制Re111111目录目录（四）（四）SOS修复修复当当DNADNA损损伤伤广广泛泛难难以以继继续续复复制制时时，这这种种紧紧急急状状态态将诱导将诱导SOSSOS修复修复。这这种种修修复复特特异异性性低低，对对碱碱基基的的识识别别、选选择择能能力力差差。通通过过SOSSOS修修复复，细细胞胞是是可