生物化學(xué)課件：第13章DNA的生物合成

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1、目目 錄錄DNADNAReplicationReplicationRNARNAReplicationReplicationReverse Reverse TranscriptionTranscriptionProteinProteinTranslationTranslationTranscriptionTranscription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 13 13 章章目目 錄錄DNADNA復(fù)制復(fù)制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以親代是指遺傳物質(zhì)的傳代，以親代DNA為模板為模板合成兩個(gè)完全相同

2、的子代合成兩個(gè)完全相同的子代DNA的過程。的過程。復(fù)制復(fù)制親代親代DNA子代子代DNA目目 錄錄DNADNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNADNA合成合成DNADNA復(fù)制概述復(fù)制概述第一節(jié)第一節(jié)目目 錄錄DNA復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn)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半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuous replication)l雙向復(fù)制雙向復(fù)制(bidirectional replication)目目 錄錄一、半保留復(fù)制一、半保留復(fù)制 DNA生物合成時(shí)，親代生物合成時(shí)，親代DNA解開為兩解開為兩股單鏈，各自作為模

3、板股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對按堿基配對規(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地接受過來，另，一股單鏈從親代完整地接受過來，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)GGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCA

4、CTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈母鏈DNA 復(fù)制過程中形成復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉的復(fù)制叉子代子代DNA 目目 錄錄目目 錄錄子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式 全保留式全保留式 半保留式半保留式 混合式混合式 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

5、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)，但但不是絕對的不是絕對的。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 前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈(leading strand)后隨鏈后隨鏈(lagging strand)目目 錄錄順著解鏈方向生成的子鏈，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

6、，這股鏈稱為這股鏈稱為前導(dǎo)鏈（領(lǐng)頭鏈）前導(dǎo)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，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱順著解鏈方向連續(xù)延長，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為為后隨鏈（隨從鏈）后隨鏈（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 錄錄原核生物復(fù)制時(shí)，原核生物復(fù)制時(shí)，DNA從從起始點(diǎn)起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的向兩個(gè)方向

7、解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制雙向復(fù)制。三、雙向復(fù)制三、雙向復(fù)制復(fù)制中的放射自顯影圖象復(fù)制中的放射自顯影圖象目目 錄錄A.環(huán)狀雙鏈環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)及復(fù)制起始點(diǎn)B.復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(diǎn)復(fù)制接近終止點(diǎn)(termination,ter)oriterA B C目目 錄錄真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子復(fù)制。真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子復(fù)制。習(xí)慣上把每個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)到兩邊的終止點(diǎn)之間的習(xí)慣上把每個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)到兩邊的終止點(diǎn)之間的DNA片段定為一個(gè)片段定為一個(gè)復(fù)制子復(fù)制子(replicon)。復(fù)制子是獨(dú)立完成。復(fù)

8、制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。復(fù)制的功能單位。目目 錄錄 DNA復(fù)制的酶學(xué)復(fù)制的酶學(xué)The Enzymology 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，簡寫聚合酶，簡寫 為為 DNA-pol模板模板(template):解開成單鏈的解開成單鏈的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)因子復(fù)制的化學(xué)反應(yīng)復(fù)制

9、的化學(xué)反應(yīng) (dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi 目目 錄錄目目 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；新鏈的延長只可沿新鏈的延長只可沿5 3 方向進(jìn)行方向進(jìn)行。目目 錄錄一、解螺旋酶一、解螺旋酶理順理順DNA鏈鏈拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶(gyrA,B)穩(wěn)定已解開的單鏈穩(wěn)定已解開的單鏈單鏈單鏈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)解開解開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）

10、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雙鏈解雙鏈解開成為兩條單鏈開成為兩條單鏈nDnaB 六聚體結(jié)合在復(fù)制起始部位的六聚體結(jié)合在復(fù)制起始部位的DNA上，水上，水解解ATP供能解開雙鏈，并沿著復(fù)制叉移動(dòng)。供能解開雙鏈，并沿著復(fù)制叉移動(dòng)。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)解鏈過程中正超螺旋的形成解鏈過程中正超螺旋的形成目

11、目 錄錄目目 錄錄拓?fù)洚悩?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，斷端通過鏈，斷端通過切口旋轉(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

12、機(jī)制 目目 錄錄目目 錄錄三、單鏈三、單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 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)單鏈在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整的完整目目 錄錄四、引物酶四、引物酶 引物酶引物酶(primase)復(fù)制起始時(shí)催化生成復(fù)制起始時(shí)催化生成RNA引物的酶引物的酶目目 錄錄五、五、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)簡稱：簡稱：DNA-pol活性：活性：1.53 的聚合活性（對堿基選

13、擇性）的聚合活性（對堿基選擇性）2.3 5 ，53 核酸外切酶活性（校讀功能）核酸外切酶活性（校讀功能）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 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，并將其水解。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對，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1.遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律；遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律；2.聚合酶在復(fù)制延長時(shí)對堿基的選擇功能；聚合酶在復(fù)制延長時(shí)對堿基的選擇功能；3.復(fù)制出錯(cuò)時(shí)復(fù)制出錯(cuò)

14、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（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聚合酶聚合酶催化催化DNA聚合聚合參與參與DNA損損傷的應(yīng)急狀傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)態(tài)修復(fù)修復(fù)合成、修復(fù)合成、切除引物、切除引物、填補(bǔ)空隙填補(bǔ)空隙功能功能2040400分子數(shù)分子數(shù)/細(xì)胞細(xì)胞1071亞基數(shù)亞基數(shù)+-+5 外切酶活性外切酶活性+5 外切酶活性外切酶活性+5 聚合酶活性聚合酶活性pol IIIpol IIpol IE.C

15、oli中的中的DNA聚合酶聚合酶目目 錄錄功能功能：對復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對復(fù)制和對復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對復(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)。DNA-pol （109kD）目目 錄錄323個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸小片段小片段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 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（120

16、kD）DNA-pol II基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活?；虬l(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The model of DNA-pol III form the catalytic core Links two cores act as a clampDNA-pol 功能功能：原核生物復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。：原核生物復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。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。延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。延長子鏈的主要酶，有

17、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。在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺在復(fù)制過程中起校讀、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 錄錄六、六、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

18、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作用。連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。在在DNA修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用。修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用。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。功能功能目目 錄錄DNA復(fù)制的過程復(fù)制的過程The Process of DNA Replication第三節(jié)第三節(jié)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)問題：需要解決兩個(gè)問題：1.DNA解開成單鏈，提供模板。解開成單鏈，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

19、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 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.復(fù)制起始點(diǎn)的辨認(rèn)結(jié)合復(fù)制起始點(diǎn)的辨認(rèn)結(jié)合目目 錄錄 Dna A Dna B、Dna CDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)?/p>

20、異構(gòu)酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 2.引發(fā)體引發(fā)體和引物和引物含有解螺旋酶、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（二）復(fù)制的延長復(fù)制的延長指在復(fù)制的延長指在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長中的子鏈上，的方式逐個(gè)加入引物或延長中的子鏈上，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

21、 錄錄 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol目目 錄錄前導(dǎo)鏈的合成前導(dǎo)鏈的合成目目 錄錄后隨鏈的合成后隨鏈的合成目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄階階段段一一階階段段二二階階段段三三階階段段四四復(fù)復(fù)制制過過程程簡簡圖圖目目 錄錄目目 錄錄 原核生物基因是環(huán)狀原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)片段在復(fù)制的終止點(diǎn)(ter)處匯合。處匯合。oriter E.coli8232 ori terSV40500（三）復(fù)制的終止（三）復(fù)制的終止目目 錄錄目目 錄錄哺乳動(dòng)物的哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期細(xì)胞周期

22、DNA合成期合成期G1G2SM二、真核生物的二、真核生物的DNA生物合成生物合成 細(xì)胞能否分裂，決定于進(jìn)入細(xì)胞能否分裂，決定于進(jìn)入S期及期及M期這兩個(gè)關(guān)期這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。鍵點(diǎn)。G1S及及G2M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。性有關(guān)。蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復(fù)制因子而蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復(fù)制因子而實(shí)施調(diào)控作用。實(shí)施調(diào)控作用。目目 錄錄 真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制。復(fù)制有時(shí)序性復(fù)制有時(shí)序性，即復(fù)制子以分組方式激活，即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步起動(dòng)。而不是同步起動(dòng)。復(fù)制的起始需要復(fù)制的起始需要D

23、NA-pol（引物酶活性）和（引物酶活性）和pol（解螺旋酶活性）參與。還需拓?fù)涿负蛷?fù)制因子（解螺旋酶活性）參與。還需拓?fù)涿负蛷?fù)制因子(replication factor,RF)。增殖細(xì)胞核抗原增殖細(xì)胞核抗原(proliferation cell nuclear antigen,PCNA)在復(fù)制起始和延長中起關(guān)鍵作用。在復(fù)制起始和延長中起關(guān)鍵作用。（一）復(fù)制的起始（一）復(fù)制的起始目目 錄錄3 5 5 3 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈3 5 3 5 親代親代DNA隨從鏈隨從鏈引物引物核小體核小體（二）復(fù)制的延長（二）復(fù)制的延長目目 錄錄 染色體染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。呈線狀，復(fù)制在末端停止。復(fù)制中

24、岡崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。復(fù)制中岡崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。染色體兩端染色體兩端DNA子鏈上最后復(fù)制的子鏈上最后復(fù)制的RNA引物，引物，去除后留下空隙。去除后留下空隙。（三）復(fù)制的終止（三）復(fù)制的終止5 3 3 5 5 3 3 5+5 3 3 3 3 5 5 目目 錄錄目目 錄錄 端粒端粒(telomere)指真核生物染色體線性指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。分子末端的結(jié)構(gòu)。功能功能 維持染色體的穩(wěn)定性維持染色體的穩(wěn)定性 維持維持DNA復(fù)制的完整性復(fù)制的完整性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 由末端單鏈由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。末端末端DNA序列是多次重復(fù)的富

25、含序列是多次重復(fù)的富含G、C堿基堿基的短的短 序列。序列。TTTTGGGGTTTTGGGG目目 錄錄端粒酶端粒酶(telomerase)端粒酶端粒酶RNA(human telomerase RNA,hTR)端粒酶協(xié)同蛋白端粒酶協(xié)同蛋白 (human telomerase associated protein 1,hTP1)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶 (human telomerase reverse transcriptase,hTRT)組成組成端粒酶的催端粒酶的催化延長作用化延長作用爬爬行行模模型型目目 錄錄DNADNA聚合酶復(fù)制子鏈聚合酶復(fù)制子鏈進(jìn)一步加工進(jìn)一步加工目目 錄錄目目 錄錄目

26、目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù) 第四節(jié)第四節(jié)目目 錄錄基因組基因組DNA的分子結(jié)構(gòu)改變或其序列的的分子結(jié)構(gòu)改變或其序列的改變稱為改變稱為基因突變（基因突變（gene mutation）或）或DNA損傷（損傷（DNA damage）。）。從分子水平來看，突變就是從分子水平來看，突變就是DNA分子上分子上堿基的改變。堿基的改變。原因：原因：復(fù)制中發(fā)生錯(cuò)誤復(fù)制中發(fā)生錯(cuò)誤環(huán)境因素導(dǎo)致突變環(huán)境因素導(dǎo)致突變目目 錄錄引發(fā)突變的因素引發(fā)突變的因素自發(fā)性突變自發(fā)性突變物理因素物理因素 紫外線紫外線(ultra violet,UV)、各種輻射、各種輻射 UV目目 錄錄High Energ

27、y Radiation causes even more damage目目 錄錄引起引起DNA損傷的化學(xué)因素?fù)p傷的化學(xué)因素目目 錄錄目目 錄錄引發(fā)突變的因素引發(fā)突變的因素自發(fā)性突變自發(fā)性突變物理因素物理因素紫外線紫外線(ultra violet,UV)、各種輻射、各種輻射化學(xué)因素化學(xué)因素生物因素：生物因素：黃曲霉素、病毒感染黃曲霉素、病毒感染目目 錄錄二、突變的類型二、突變的類型 堿基替換（原來稱為錯(cuò)配堿基替換（原來稱為錯(cuò)配)移碼突變：缺失、插入移碼突變：缺失、插入 重排重排 動(dòng)態(tài)突變（三核苷酸重復(fù)擴(kuò)展）動(dòng)態(tài)突變（三核苷酸重復(fù)擴(kuò)展）目目 錄錄DNA分子上的堿基替換稱分子上的堿基替換稱點(diǎn)突變點(diǎn)突

28、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。或嘧啶變嘌呤。2.顛換顛換（一）堿基替換（一）堿基替換目目 錄錄堿基替換的后果堿基替換的后果目目 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基因基因正常成人正常成人Hb(HbA)亞基亞基N-val his leu thr pro glu glu C

29、 肽鏈肽鏈CTC GAG基因基因目目 錄錄（二）（二）移碼突變和移碼突變和缺失缺失、插入插入缺失：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：原來沒有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入原來沒有的一個(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。目目 錄錄Frame shift mutation（移碼突變移碼突變）5.TCACGACATATG

30、.35.TCAGCGACATATG.3SerArgHisMetSerAlaThrTyr5.TCAGACATATG.3SerAspIleinsertdeletenormalFrame shift is the most serious mutation!飛鳥飛鳥盡盡，良弓藏，矯兔死，走狗烹，敵國滅，謀臣亡，良弓藏，矯兔死，走狗烹，敵國滅，謀臣亡飛鳥良飛鳥良,弓藏矯弓藏矯,兔死走，狗烹敵，國滅謀，臣亡兔死走，狗烹敵，國滅謀，臣亡目目 錄錄（三）重排（三）重排DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排由基因重排引起的地中海貧血由基因重排引起的地中海貧血目目 錄錄（

31、四）動(dòng)態(tài)突變：三核苷酸重復(fù)擴(kuò)展（四）動(dòng)態(tài)突變：三核苷酸重復(fù)擴(kuò)展短串聯(lián)重復(fù)序列的拷貝數(shù)目的變化短串聯(lián)重復(fù)序列的拷貝數(shù)目的變化如：亨廷頓舞蹈病如：亨廷頓舞蹈病:一種家族顯性遺傳型疾一種家族顯性遺傳型疾病?；颊哂捎诨蛲蛔兓蛘叩谒膶θ旧?。患者由于基因突變或者第四對染色體內(nèi)體內(nèi) DNA上上CAG三核甘酸重復(fù)序列過三核甘酸重復(fù)序列過度擴(kuò)張度擴(kuò)張,造成腦部神經(jīng)細(xì)胞持續(xù)退化，機(jī)造成腦部神經(jīng)細(xì)胞持續(xù)退化，機(jī)體細(xì)胞錯(cuò)誤地制造一種名為體細(xì)胞錯(cuò)誤地制造一種名為“亨廷頓蛋亨廷頓蛋白質(zhì)白質(zhì)(多聚谷氨酰胺多聚谷氨酰胺)”的有害物質(zhì)。這些的有害物質(zhì)。這些異常蛋白質(zhì)積聚成塊，損壞部分腦細(xì)胞異常蛋白質(zhì)積聚成塊，損壞部分腦細(xì)胞

32、，特別是那些與肌肉控制有關(guān)的細(xì)胞，特別是那些與肌肉控制有關(guān)的細(xì)胞，導(dǎo)致患者神經(jīng)系統(tǒng)逐漸退化，神經(jīng)沖動(dòng)導(dǎo)致患者神經(jīng)系統(tǒng)逐漸退化，神經(jīng)沖動(dòng)彌散，動(dòng)作失調(diào)，出現(xiàn)不可控制的顫搐彌散，動(dòng)作失調(diào)，出現(xiàn)不可控制的顫搐，并能發(fā)展成癡呆，甚至死亡。，并能發(fā)展成癡呆，甚至死亡。目目 錄錄（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）蛋白質(zhì)分子的多態(tài)性（三）蛋白質(zhì)分子的多態(tài)性（四）發(fā)生遺傳及其相關(guān)疾病（四）發(fā)生遺傳及其相關(guān)疾?。ㄎ澹┩蛔儗?dǎo)致死亡（五）突變導(dǎo)致死亡 三、突變的后果三、突變的后果目目 錄錄四、四、DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)修復(fù)修復(fù)(

33、repairing)是對已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其是對已發(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)。直接修復(fù)：裂口的修復(fù)、烷基的轉(zhuǎn)移、光復(fù)活直接修復(fù)：裂口的修復(fù)、烷基的轉(zhuǎn)移、光復(fù)活切除修復(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）光復(fù)活（一）光復(fù)活光修復(fù)酶光修復(fù)酶(photolyase)UV目目 錄錄UvrAUvrBUvrCOHPDNA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

34、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) 畫畫目目 錄錄A human DNA repair defect:Xeroderma pigmentosum (著色性干皮病著色性干皮病)Multiple skin cancers due to unrepaired UV damage to DNA目目 錄錄（三）（三）重組修復(fù)重組修復(fù)復(fù)制復(fù)制RecRec A A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)，由此而誘發(fā)出一系列損傷廣泛難以

35、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)。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)稱為，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個(gè)稱為調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)子子(regulon)的網(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，對堿基的識別、選擇能力差。通過這種修復(fù)特異性低，對堿基的識別、選擇能力差。通過SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而DNA保留的錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長期的突變。保留的錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長期的突變。目目 錄錄逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 第五節(jié)第五節(jié)目目 錄錄逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase)逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄(r

36、everse transcription)逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄酶酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶 目目 錄錄逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 A AA A T T T TAAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合酶聚合酶堿水解堿水解 T T T T分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此法的基因的重要方法之一，此法稱為稱為cDNA法。法。以以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與錄合成的與mRNA堿基序列互堿基序列互補(bǔ)的補(bǔ)的DNA鏈。鏈。試管內(nèi)合成試管內(nèi)合成cDNAcDNA complementary DNA 目目 錄錄二、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義二、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義 逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(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)。逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：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。對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了對逆轉(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。