1、生物体生物体DNADNA合成的方式合成的方式 DNADNA复制复制 DNADNA损伤时的修复损伤时的修复 某些病毒以某些病毒以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA（逆转录）（逆转录）复复制制(replication)指指遗遗传传物物质质的的传传代代，以以母链母链DNADNA为模板合成子链为模板合成子链DNADNA的过程。的过程。复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA目目 录录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参与参与DNADNA复制的酶和蛋白因子复制的酶和蛋白因子复制的过程复制的过程 反转录反转录 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复目目 录录第一节第一节 DNADNA
2、复制的基本规律复制的基本规律 一、一、DNADNA复制是以半保留方式进行复制是以半保留方式进行 DNA DNA复制时，复制时，亲代双链亲代双链DNADNA解开为两条解开为两条单链单链，各自作为模板，按照碱基配对的原，各自作为模板，按照碱基配对的原则则 合成合成两两个子代个子代DNADNA，每一子代分子中各，每一子代分子中各有一条链来自亲代，另一条是新合成的，有一条链来自亲代，另一条是新合成的，这种复制方式叫这种复制方式叫半保留复制半保留复制。GGAACGTACCCTTGCATGGGAACGTACCCTTGCATGGGAACGTACCCTTGCATG通过半保留复制，子代通过半保留复制，子代DNA
3、和亲代的和亲代的DNA是一致的是一致的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传信信息，体现了息，体现了遗传的保守性遗传的保守性。遗传的保守性，是物种稳定性遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但的分子基础，但不是绝对的不是绝对的。半保留复制的意义半保留复制的意义:目目 录录 二、二、DNADNA复制从起始点开始呈双向复制复制从起始点开始呈双向复制 原核生物复制时，原核生物复制时，DNADNA从从起始点起始点(origin)(origin)向两个方向解链，形成两个向两个方向解链，形成两个延
4、伸方向相反的复制叉，称为延伸方向相反的复制叉，称为双向复双向复制制。原核生物原核生物原核生物原核生物:1:1:1:1个个个个oriorioriori真核生物真核生物真核生物真核生物:多个多个多个多个oriorioriori复制子：习惯上把两个相邻复制起点之间的一段复制子：习惯上把两个相邻复制起点之间的一段复制子：习惯上把两个相邻复制起点之间的一段复制子：习惯上把两个相邻复制起点之间的一段DNADNADNADNA定为一个复制子。定为一个复制子。定为一个复制子。定为一个复制子。复制起始点复制起始点(origin(origin，ori):ori):DNADNA复制时特定的起始部位复制时特定的起始部位
5、。三、三、DNADNA的复制是半不连续的的复制是半不连续的 领头链领头链：顺着解链方向生成的子链，复制顺着解链方向生成的子链，复制 是连续进行的。是连续进行的。随从链随从链：另一股链因复制的方向与解链方向：另一股链因复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，复制相反，不能顺着解链方向连续延长，复制是不连续进行的。是不连续进行的。复制中的不连续片段称为复制中的不连续片段称为岡崎片段岡崎片段(okazaki(okazaki fragment)fragment)。复制的复制的半不连续性半不连续性:领头链连续复制而随从链不连续复制。领头链连续复制而随从链不连续复制。参与参与DNADNA复制的
6、酶和蛋白因子复制的酶和蛋白因子 第二节第二节DNADNA复制的体系复制的体系 底物底物 dNTP,N=A,T,C,GdNTP,N=A,T,C,G 聚合酶聚合酶 DNA-polDNA-pol 依赖依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶聚合酶 模板模板 DNADNA单链单链 引物引物 RNARNA或延长中的或延长中的DNADNA子链，提供子链，提供 3 3-OH-OH末端使末端使dNTPdNTP可以依次聚合可以依次聚合 其他酶和蛋白质因子其他酶和蛋白质因子 聚合反应的特点聚合反应的特点DNA DNA 新链生成需新链生成需引物引物和和模板模板 新链的延长只可沿新链的延长只可沿5 5 3 3 方向进行
7、方向进行 一、一、DNADNA聚合酶是聚合酶是DNADNA复制的主要酶复制的主要酶 全称：依赖全称：依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)(DNA-dependent DNA polymerase)简称：简称：DNA-polDNA-pol 活性活性：5 53 3 的聚合活性的聚合活性 5 53 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 3 35 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 (dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi 53 的聚合活的聚合活性性5 G C A T A C A T G A T 3|3 C G T A T G
8、 T A C T G A C T 5 3 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。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。功能功能：对复制中的错误进行校读，对复制和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修复中出现的空隙进行填补;去除去除引物引物.DNA-pol :（多功能酶）（多功能酶）（一）原核生物的（一）原核生物的DNA-pol（I II III）3种酶活性种酶活性DNA-polDNA-polI I 可水解为两个片段：可水解为两个片段：小片段：小片段：5 5 3 3 核酸外切酶活性核酸外切酶
9、活性 大片段：大片段：(Klenow片段片段 工具酶工具酶）DNA聚合酶活性聚合酶活性 3 3 5 5核酸外切酶活性核酸外切酶活性DNA-pol（120kD）在无在无polIpolI、IIIIII时起作用，功能尚不清楚时起作用，功能尚不清楚 它参与它参与DNADNA损伤的应急状态修复。损伤的应急状态修复。2种酶活性种酶活性 5 3聚合活性聚合活性 3 5外切酶活性外切酶活性1010种亚基组成的不对称二聚体种亚基组成的不对称二聚体 组成核心酶组成核心酶具有具有 5 5 3 3聚合活性聚合活性 3 3 5 5外切酶活性外切酶活性 DNA-pol ：功能功能是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。是
10、原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。原核生物的原核生物的原核生物的原核生物的DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶 （二）真核生物的（二）真核生物的DNADNA聚合酶（聚合酶（5 5种）种）DNA-pol DNA-pol 起始引发，有引物酶活性起始引发，有引物酶活性DNA-pol DNA-pol 延长子链的主要酶，有解螺旋延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性酶活性 DNA-pol DNA-pol 参与低保真度的复制参与低保真度的复制DNA-pol DNA-pol 校读、修复和填补缺口校读、修复和填补缺口DNA-pol DNA-pol 在线粒体在线粒体DNADNA复制中起催化作用复制中起催化作用真核
11、生物的真核生物的真核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶二、引物酶是一种特殊的二、引物酶是一种特殊的RNARNA聚合酶，用聚合酶，用于引物的合成于引物的合成 引物酶引物酶:是一种是一种RNARNA聚合酶聚合酶，在复制的起始点催化，在复制的起始点催化合成合成 RNARNA引物的酶。引物的酶。引物酶引物酶能直接在单链能直接在单链DNADNA模板上催化游离的模板上催化游离的NTPNTP合合成一小段成一小段RNARNA，并由这一小段，并由这一小段RNARNA引物提供引物提供3 3-OH-OH，经经DNADNA聚合酶催化链的延伸。聚合酶催化链的延伸。三、三、DNADNA复制还需要多种复制
12、还需要多种DNADNA解旋、解链解旋、解链的酶与蛋白质的酶与蛋白质1 1、解螺旋酶（解螺旋酶（helicase）利用利用ATP供能，作用于氢键，使供能，作用于氢键，使DNA双双链解开成为两条单链。链解开成为两条单链。2、单链结合蛋白（单链结合蛋白（single strand binding protein，SSB）在复制中维持模板处于单链状态并保护在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。单链的完整。3 3、DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA top)作用作用：DNADNA复制时复制时松弛超螺旋，以利复制叉松弛超螺旋，以利复制叉的行进及的行进及DNADNA合成，合成后再使其恢复成超合成，合
13、成后再使其恢复成超螺旋螺旋特点特点既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键、又能连接磷酸二酯键 拓扑异构酶拓扑异构酶 拓扑异构酶拓扑异构酶分分 类类拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNADNA解解链旋转不致打结；适当时候封闭链旋转不致打结；适当时候封闭切口，切口，DNADNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATPATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA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ATPATP供能，连接断端，供能，连接断端，DNADNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态
14、。作用机制作用机制 HO5335DNA连接酶连接酶ATPADP5353四、四、DNADNA连接酶连接复制中产生的单链缺口连接酶连接复制中产生的单链缺口连接连接DNADNA双链中的单链缺口。双链中的单链缺口。特点特点：连接碱基互补基础上双链中的单链缺口连接碱基互补基础上双链中的单链缺口 不能连接单独存在的不能连接单独存在的DNADNA或或RNARNA单链单链作用方式：作用方式：连接连接DNADNA链链3 3-OH-OH末端和相邻末端和相邻DNADNA链链5 5-P-P末端，末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNADNA链连接成一条完整的链。链连接成
15、一条完整的链。DNADNA复制的过程复制的过程第三节第三节一、复制的起始 （一）（一）DNADNA的解链：解开成单链，提供模板。的解链：解开成单链，提供模板。（二）引物（二）引物RNA的合成：引物酶的作用下，以的合成：引物酶的作用下，以NTPNTP为原料，以解开的一段为原料，以解开的一段DNA链为模板合成链为模板合成引物，提供引物，提供3-OH末端。末端。复制开始复制开始超螺旋超螺旋DNA拓扑酶拓扑酶松弛松弛解链酶解链酶解开双链解开双链SSB解开、理顺解开、理顺DNADNA链、链、维持维持DNADNA单链单链状态状态3 5 3 5 引物是引物是由引物酶催化合成的短链由引物酶催化合成的短链RNA
16、分子。分子。引物引物3 HO5引物引物酶酶引物的合成引物的合成 引物引物酶酶3 HO二、二、DNA链的延长链的延长复制的延长复制的延长：指在指在DNA-polDNA-pol催化下，催化下，dNTPdNTP以以dNMPdNMP的方的方式逐个加入引物或延长中的子链上式逐个加入引物或延长中的子链上3-OH3-OH末端通末端通过磷酸二酯键相连，合成两条新的过磷酸二酯键相连，合成两条新的DNADNA子链子链 。化学本质化学本质：磷酸二酯键的不断生成：磷酸二酯键的不断生成 催化此反应的酶：催化此反应的酶：原核生物：原核生物：DNA-pol DNA-pol 真核生物：真核生物：DNA-polDNA-pol随
17、从链上要不断的生成引物，并在引物的基础上随从链上要不断的生成引物，并在引物的基础上合成一段段合成一段段“冈崎片段冈崎片段”。复复制制过过程程简简图图三、终止阶段三、终止阶段 包括引物包括引物RNARNA的切除、空缺部位的填补的切除、空缺部位的填补 及及最最后后由由连连接接酶酶连连接接DNADNA片片段段成成完完整整的的DNADNA分子分子。5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 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真核生物复制的终止引物去除后要形成端粒结构真核生物复制的终止引物去除后要形成端粒结构.端粒端
18、粒(telomere)：指真核生物染色体线性指真核生物染色体线性DNA分子末端分子末端的结构。可维持染色体的稳定性和的结构。可维持染色体的稳定性和DNA复制的完整性。复制的完整性。端粒酶端粒酶(telomerase)：由由RNA和蛋白质组成的一种核糖核和蛋白质组成的一种核糖核蛋白，自身携带的蛋白，自身携带的RNA为模板，由端粒酶催化合成一为模板，由端粒酶催化合成一段端粒段端粒DNA序列，所以端粒酶是一类特殊的逆转录酶序列，所以端粒酶是一类特殊的逆转录酶 。四、真核染色体四、真核染色体DNADNA在每个细胞周期中只在每个细胞周期中只能复制一次能复制一次真核染色体复制只在真核染色体复制只在S S期
19、发生一次期发生一次第四节第四节逆转录过程逆转录过程 一、逆转录的概念及意义一、逆转录的概念及意义 逆转录逆转录指遗传信息从指遗传信息从RNARNA流向流向DNADNA，是是RNARNA指导下的指导下的DNADNA合成过程，即以合成过程，即以RNARNA为为模板，四种模板，四种dNTPdNTP为原料，合成与为原料，合成与RNARNA互补的互补的DNADNA单链。单链。逆转录逆转录酶酶逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase)(reverse transcriptase)催化逆转录过程的酶称逆转录酶，催化逆转录过程的酶称逆转录酶，RNARNA病毒中都含有此酶。病毒中都含有此酶。
20、具有三种酶活性：具有三种酶活性：RNARNA指导的指导的DNADNA聚合酶聚合酶 RNARNA酶酶 DNADNA指导的指导的DNADNA聚合酶聚合酶合成过程合成过程 RNA RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNADNA-RNA杂化杂化双链双链RNARNA酶酶单链单链DNADNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNADNA 意义意义 补充了中心法则。补充了中心法则。加深了对加深了对RNARNA病毒致癌、致病的认识。病毒致癌、致病的认识。利用利用反转录酶，进行基因操作，制备反转录酶，进行基因操作，制备 cDNAcDNA。二、逆转录病毒和癌基因二、逆转录病毒和癌基因 逆逆转转录录病病毒毒RNARNA
21、信信息息中中包包括括有有病病毒毒颗颗粒粒蛋蛋白白基基因因、逆逆转转录录酶酶基基因因、核核心心蛋蛋白白基基因因和和被膜蛋白基因的基本结构。被膜蛋白基因的基本结构。有时还含有病毒癌基因有时还含有病毒癌基因。DNADNA损伤与修复损伤与修复第五节第五节一、一、DNADNA损伤的类型和意义损伤的类型和意义 DNA DNA损伤（损伤（DNA damageDNA damage）：）：各种体内外因各种体内外因素导致的素导致的DNADNA组成与结构发生变化。有的可组成与结构发生变化。有的可称为突变称为突变，从分子水平来看，突变就是从分子水平来看，突变就是DNADNA分子上碱基的改变。分子上碱基的改变。（一）（
22、一）DNADNA损伤有多种类型损伤有多种类型DNADNADNADNA损伤常可分为几种类型：损伤常可分为几种类型：损伤常可分为几种类型：损伤常可分为几种类型：碱基脱落碱基脱落碱基脱落碱基脱落 碱基结构破坏碱基结构破坏碱基结构破坏碱基结构破坏 碱基错配碱基错配碱基错配碱基错配 DNADNADNADNA单链或双链断裂单链或双链断裂单链或双链断裂单链或双链断裂 DNADNADNADNA链的共价交联链的共价交联链的共价交联链的共价交联 DNADNA损伤可致损伤可致碱基错配碱基错配(point mutation)(point mutation)缺失缺失 (deletion)(deletion)插入插入 (
23、insertion)(insertion)重排重排 (rearrangement)(rearrangement)1 1、错配、错配 (mismatch)(mismatch)DNA DNA分子上的碱基错配称分子上的碱基错配称点突变点突变(point mutation)(point mutation)。转换转换：发生在同型碱基之间，即嘌呤代替发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。颠换颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。啶或嘧啶变嘌呤。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-va
24、l 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2 2、缺失缺失 、插入、插入 、框移框移 缺失缺失(deletion)(deletion)：一个碱基或一段核苷酸：一个碱基或一段核苷酸链从链从DNADNA大分子上消失。大分子上消失。插入插入(insertion)(insertion)：原来没有的一个碱基：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到或一段核苷酸链插入到DNADNA大分子中间。大分子中间。框移框移(frame-shif
25、t)(frame-shift)突变突变 ：三联体密码的：三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。序发生改变。谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突变缺失引起框移突变（二）（二）DNADNA损伤有双重生物学意义损伤有双重生物学意义DNADNA损伤是生物进化、分化的基础，突变与遗损伤是生物进化、分化的基础，突变与遗传的保守性存在着对立而又统一的规律。传的保守性存在着对立而又统一的规律。DNA DNA分子的损
26、伤，可能导致生物体某些功能异常。分子的损伤，可能导致生物体某些功能异常。二、二、DNADNA损伤修复有多种方式损伤修复有多种方式 在一定条件下，机体可以纠正在一定条件下，机体可以纠正DNADNA上错配上错配的碱基，清除的碱基，清除DNADNA链上的损伤，恢复其正常链上的损伤，恢复其正常的结构，称为的结构，称为DNADNA损伤修复损伤修复 （一）切除修复是人体细胞修复（一）切除修复是人体细胞修复DNADNA损伤的损伤的重要方式重要方式 切除修复切除修复(excision repairing)(excision repairing)是细胞是细胞内最重要和有效的修复方式，包括碱基切内最重要和有效的修
27、复方式，包括碱基切除修复与核苷酸切除修复除修复与核苷酸切除修复2 2种形式。种形式。可分为可分为4 4个基本步骤个基本步骤：识别识别 切除切除 修复合成修复合成 链的连接链的连接（二）其他的修复方式（二）其他的修复方式 光修复：通过光修复酶使紫外线照射引起的嘧啶光修复：通过光修复酶使紫外线照射引起的嘧啶光修复：通过光修复酶使紫外线照射引起的嘧啶光修复：通过光修复酶使紫外线照射引起的嘧啶二聚体解聚的修复方式。二聚体解聚的修复方式。二聚体解聚的修复方式。二聚体解聚的修复方式。重组修复：重组修复：重组修复：重组修复：即从同源即从同源DNADNA的母链上将相应核苷酸序的母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列来列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列来弥补母链的空缺。弥补母链的空缺。SOSSOSSOSSOS修复：修复：修复：修复：当当DNADNA损伤广泛难以继续复制时，由此损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应而诱发出一系列复杂的反应
