《DNA的復(fù)制和修復(fù)》PPT課件

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1、六、真核生物DNA的復(fù)制 （一）參與復(fù)制的酶及蛋白質(zhì)因子1. DNA聚合酶：pol 、 、 （I） （I V） （M） （I I I） （I I）位置細(xì)胞核細(xì)胞核線粒體細(xì)胞核細(xì)胞核亞基數(shù)目4 1 2 2 13 5 外切酶- - + + +引物合成酶+ - - - -持續(xù)合成能力中等低高有PCNA時(shí)高高準(zhǔn)確性高低高高高 功能引物合成修復(fù)線粒體DNA合成核DNA合成修復(fù) 2. 復(fù)制體的組成（與原核生物相比較）真 核 生 物復(fù) 制 酶 pol/ 進(jìn) 行 性 因 子 增 殖 細(xì) 胞 核 抗 原 （ PCNA）夾 子 裝 置 器 RF-C(replication factor C)引 物 合 成 酶 p

2、ol去 除 引 物 RNaseH1 和 MF-1（ 53外 切 酶 ）滯 后 鏈 修 復(fù) pol 和 DNA連 接 酶消 除 拓 撲 張 力 拓 撲 異 構(gòu) 酶解 螺 旋 酶 T抗 原單 鏈 結(jié) 合 RP-A ( replication protein A) SSBDnaB旋 轉(zhuǎn) 酶pol和 DNA連 接 酶polDnaG復(fù) 合 物夾 子pol 原 核 生 物 A schematic view of the major components at the eukaryotic replication fork.MF-1（單鏈結(jié)合蛋白）（復(fù)制酶）（夾子）（夾子裝置器）（拓?fù)洚悩?gòu)酶）（解旋酶）（引

3、物合成酶）（DNA連接酶） Structure of the PCNA homotrimer. Note that the trimeric PCNA ring of eukaryotes is remarkably similar to its prokaryotic counterpart, the dimeric sliding clamp. （二）真核生物DNA復(fù)制過程1.真核與原核生物在復(fù)制過程上的相同之處： -半 不 連 續(xù) 復(fù) 制 ； -具 有 相 似 的 起 始 、 延 伸 等 過 程 。 原 核 生 物 真 核 生 物復(fù) 制 子 1個(gè) 多 個(gè)起 始 點(diǎn) 1個(gè) （ 可 連 續(xù)

4、啟 動(dòng) 復(fù) 制 ） 多 個(gè)延 伸 速 度 105bp/min 10003000bp/min岡 崎 片 段 10002000個(gè) 核 苷 酸 100200個(gè) 核 苷 酸引 發(fā) 策 略 引 物 合 成 酶 催 化 合 成 引 物 pol催 化 合 成 引 物 和寡 聚 脫 氧 核 苷 酸延 伸 策 略 由 pol異 源 二 聚 體 催 化 前 導(dǎo)鏈 和 滯 后 鏈 的 合 成 兩 個(gè) pol分 別 催 化 前 導(dǎo)鏈 和 滯 后 鏈 的 合 成2. 真核與原核生物DNA復(fù)制一般特點(diǎn)的比較 （三）端粒及端粒的合成1. 端粒（telomere） 真 核 生 物 線 性 染 色 體 末 端 的 特 殊 結(jié)

5、構(gòu) ， 由 許多 成 串 短 的 重 復(fù) 順 序 組 成 ， 具 有 穩(wěn) 定 染 色 體 末端 結(jié) 構(gòu) 的 功 能 。四 膜 蟲 TTGGGG(僅 列 一 條 鏈 的 序 列 )人 TTAGGG 2. 端粒酶（telomerase） 含 有 RNA鏈 的 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 ， 它 以 所 含 RNA為 模板 來 合 成 DNA端 粒 結(jié) 構(gòu) 。3. 端粒的合成 端 粒 酶 結(jié) 合 到 端 粒 的 3末 端 上 ， 酶 分 子 中RNA鏈 5 末 端 識(shí) 別 DNA 3末 端 并 互 補(bǔ) 配 對(duì) 。 以RNA鏈 為 模 板 使 DNA鏈 延 伸 ， 合 成 一 個(gè) 重 復(fù) 單位 后 再 向 前 移

6、 動(dòng) 一 個(gè) 單 位 。 3單 鏈 可 回 折 作 為引 物 ， 合 成 其 互 補(bǔ) 鏈 。 (a)Telomeres on human chromosomes consist of the hexanucleotide sequence TTAGGG repeated between 1000 and 1700 times. (b) Like other telomerases, human telomerase is a ribonucleoprotein. Problem posed in the replication of linear DNA : the end of one da

7、ughter strand will be shortened after each round of replication. Synthesis of telomeric DNA by telomerase extends the 3-end. 七、生物體DNA復(fù)制的基本特點(diǎn) 復(fù) 制 方 式 為 半 保 留 復(fù) 制 。 復(fù) 制 起 始 于 特 定 位 置 ； 原 核 生 物 、 病 毒 是 單 復(fù) 制子 ， 具 一 個(gè) 復(fù) 制 起 點(diǎn) ； 真 核 生 物 是 多 復(fù) 制 子 ， 具 多個(gè) 復(fù) 制 起 點(diǎn) 。 復(fù) 制 有 單 向 和 雙 向 復(fù) 制 （ 后 者 更 為 常 見 ） 。 復(fù) 制

8、 時(shí) ， DNA鏈 由 53延 伸 ， 需 RNA引 物 ， 復(fù) 制 過 程 為 半 不 連 續(xù) 復(fù) 制 。 第二節(jié) DNA的損傷及修復(fù) 導(dǎo)致DNA損傷的因素生物因素：物理因素：化學(xué)因素：復(fù) 制 錯(cuò) 誤 等 。紫外線電離輻射如：HNO2 烷化劑可 使 同 一 條 鏈 上 相 鄰 嘧 啶 形 成嘧 啶 二 聚 體（TT, CT, CC） 打 斷 DNA雙 鏈 或 單 鏈 ， 破 壞 堿 基使 堿 基 脫 氨 基 ， AI, CU， 造 成堿 基 錯(cuò) 配可 導(dǎo) 致 堿 基 錯(cuò) 配 、 DNA交 聯(lián) 、 堿 基脫 嘌 呤 等 修復(fù)系統(tǒng) 錯(cuò) 配 修 復(fù) 直 接 修 復(fù) 切 除 修 復(fù) 重 組 修 復(fù)

9、傾 錯(cuò) 修 復(fù) （一）錯(cuò)配修復(fù)（mismatch repair）定 義 ： 復(fù) 制 后 的 DNA在 短 時(shí) 間 內(nèi) GATC序 列 是 半 甲 基化 的 ， 一 旦 發(fā) 現(xiàn) 錯(cuò) 配 堿 基 ， 包 括 錯(cuò) 配 堿 基 在 內(nèi) 的 未甲 基 化 的 新 鏈 可 被 切 除 ， 并 以 甲 基 化 的 鏈 為 模 板 進(jìn)行 修 復(fù) 合 成 。 （二）直接修復(fù)某 些 損 傷 的 核 苷 酸 和 錯(cuò) 配 的 堿 基 可 以 被 某 些蛋 白 質(zhì) 識(shí) 別 和 修 復(fù) ， 這 些 蛋 白 質(zhì) 為 了 能 夠 找出 特 別 損 傷 部 位 可 以 連 續(xù) 監(jiān) 測(cè) DNA。 這 些 蛋白 質(zhì) 不 切 斷 D

10、NA或 切 除 堿 基 而 是 直 接 實(shí) 施 修復(fù) ， 這 樣 的 損 傷 修 復(fù) 機(jī) 制 稱 為 直 接 修 復(fù) 。 可 見 光 激 活 光 復(fù) 活 酶 ， 其 可 以 分 解由 于 紫 外 線 照 射 形 成 的 嘧 啶 二 聚 體 ， 恢復(fù) DNA的 正 常 結(jié) 構(gòu) 。光復(fù)活修復(fù)（photoreactivation repair） 此 修 復(fù) 方 式 從 低 等 生 物 到 鳥 類 皆 有 ，在 植 物 中 比 較 重 要 。 DNA is distorted at the site of T-T dimer. 通 過 光 復(fù) 活 酶 修 復(fù) 胸 腺 嘧 啶 二 聚 體 的 過 程 （

11、三）切除修復(fù)(excision repair)v定義：v 包括：堿 基 切 除 修 復(fù) （ base-excision repair）核 苷 酸 切 除 修 復(fù) （ nucleotide-excision repair） 在 一 系 列 酶 的 作 用 下 ， 將 DNA分 子 中 受 損 傷部 分 切 除 掉 ， 并 以 完 整 鏈 的 一 條 鏈 為 模 板 ， 合 成切 去 的 部 分 ， 使 DNA恢 復(fù) 正 常 結(jié) 構(gòu) 的 過 程 。 （四）重組修復(fù)v定義： 含 有 嘧 啶 二 聚 體 或 其 他 結(jié) 構(gòu) 損 傷 的 DNA進(jìn) 行 復(fù) 制時(shí) ， 子 代 DNA鏈 在 損 傷 部 位

12、出 現(xiàn) 缺 口 。 通 過 遺 傳 重 組 ，從 完 整 的 母 鏈 上 將 相 應(yīng) 的 片 段 移 至 子 鏈 的 缺 口 處 ， 然后 用 再 合 成 的 多 核 苷 酸 鏈 補(bǔ) 上 母 鏈 的 空 缺 。 （五）應(yīng)急反應(yīng)(SOS)和易錯(cuò)修復(fù) 許 多 可 造 成 DNA損 傷 或 抑 制 復(fù) 制 的 處 理 均 能 引起 一 系 列 復(fù) 雜 的 誘 導(dǎo) 反 應(yīng) ， 稱 為 SOS反 應(yīng) 。 1. 應(yīng)急反應(yīng)包括：DNA損 傷 修 復(fù)誘 變 效 應(yīng)細(xì) 胞 分 裂 的 抑 制溶 原 性 細(xì) 菌 釋 放 噬 菌 體（ 細(xì) 胞 癌 變 也 與 SOS反 應(yīng) 有 關(guān) ） 傾 錯(cuò) 的 DNA聚 合 酶

13、IV、 V避免差錯(cuò)的修復(fù)（error free repair）傾向差錯(cuò)的修復(fù)（error prone repair）2. SOS反應(yīng)誘導(dǎo)的修復(fù)系統(tǒng)錯(cuò) 配 修 復(fù) 、 直 接 修 復(fù) 、切 除 修 復(fù) 、 重 組 修 復(fù)3. SOS反應(yīng)機(jī)制 由Rec A蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的。 4. SOS反應(yīng)的意義 SOS反 應(yīng) 包 括 兩 方 面 ： DNA修 復(fù) 和 導(dǎo) 致 變異 。 修 復(fù) 可 使 DNA恢 復(fù) 正 常 結(jié) 構(gòu) ， 而 變 異 可 增加 物 種 生 存 的 機(jī) 會(huì) ， 在 進(jìn) 化 中 是 十 分 有 意 義 的 。 第三節(jié) RNA指導(dǎo)下的DNA的合成 逆轉(zhuǎn)錄作用（revers

14、e transcription） 是 以 RNA為 模 板 ， 即 按 照 RNA中 的核 苷 酸 順 序 合 成 DNA的 過 程 。 1964 年 ， Temin 提 出 前 病 毒 學(xué) 說 ， 即 在 致 癌RNA病 毒 的 感 染 過 程 中 存 在 一 個(gè) DNA中 間 體（ 前 病 毒 ） 。 1970年 ， Temin和 Baltimore分 別 從 致 癌 RNA病毒 中 發(fā) 現(xiàn) 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 。（一）逆轉(zhuǎn)錄酶（reverse transcriptase）的發(fā)現(xiàn)致 癌 RNA病 毒 是 一 大 群 能 引 起 鳥 類 、 哺 乳 類 等 動(dòng) 物 白 血 病 和肉 瘤 以 及

15、其 它 腫 瘤 的 病 毒 。 這 類 病 毒 侵 染 細(xì) 胞 后 并 不 引 起 細(xì)胞 死 亡 ， 卻 可 以 使 細(xì) 胞 發(fā) 生 惡 性 轉(zhuǎn) 化 。 1975年 ， 獲 諾貝 爾 生 理 醫(yī) 學(xué)獎(jiǎng) 。 （二）逆轉(zhuǎn)錄酶的性質(zhì)活性： RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力 DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活力 核糖核酸酶H的活力以 4種 dNTP為 底 物需 要 有 模 板 和 引 物聚 合 方 向 ： 53 需 Mg2+（ Mn2+） 數(shù)目：70個(gè)/ 病毒粒子 結(jié)構(gòu)：含、兩個(gè)亞基 逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組通常有兩條相同的（+）RNA鏈所組成，在靠近5端的區(qū)域以氫鍵結(jié)合在一起。 5端具有帽子結(jié)構(gòu)，3端具有多聚腺苷酸。

16、靠近5有1分子宿主tRNA，作為逆轉(zhuǎn)錄引物。典型逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組長(zhǎng)約7000-100000核苷酸，攜帶3個(gè)基因（gag，編碼核心蛋白、pol，編碼蛋白酶、整合酶、逆轉(zhuǎn)錄酶、env，編碼膜蛋白)?；蚪MRNA的兩端具有同樣的序列，成為正向重復(fù)。 General structure of an integrated retrovirus genome. The long terminal repeats (LTRs) have sequences needed for the regulation and initiation of transcription. The sequence deno

17、ted is required for packaging retroviral RNAs into mature virus particles. （三）逆 轉(zhuǎn) 錄 病 毒 生 活 史 :逆 轉(zhuǎn) 錄 病 毒在 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 的 催 化 下 ， 以 病 毒 的 RNA為 模 板 合 成， 形 成 RNA-DNA雜 化 體 ， 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶將 雜 化 體 中 的 RNA降 解 ， 同 時(shí) 以 剩 下 的 DNA鏈 為 模 板合 成 另 一 條 互 補(bǔ) 的 DNA鏈 ，雙 鏈 DNA 中利 用 宿 主 復(fù) 制 和 轉(zhuǎn) 錄 機(jī) 器 生 產(chǎn) 大 量 的 轉(zhuǎn) 錄 出 的 mRNA翻 譯 成 病 毒

18、的 包 膜 蛋 白 ， 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶和 殼 體 蛋 白將 病 毒 RNA、 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 和 殼 體 蛋 白 組 裝 成 病 毒 的核 殼 體核 殼 體 結(jié) 合 包 膜 蛋 白 形 成逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 沒 有 3-5外 切 酶 活 性 或 校 正 活 性 ， 所 以 它的 錯(cuò) 誤 率 比 任 何 DNA聚 合 酶 都 高 +病毒RNA侵染宿主細(xì)胞RNA-cDNA雜交分子RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶-DNA整合入染色體基因組DNA指導(dǎo)的DNA聚合酶- +雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄過程核糖核酸酶H病毒RNA 自身蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯+ cDNA： 幾 乎 所 有 真 核 生 物 mRNA分 子 的 3 末 端 都 有一 段 polyA,當(dāng) 加 入 寡 聚 dT作 為 引 物 時(shí) ， mRNA就 可 作為 模 板 ， 在 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 催 化 下 在 體 外 合 成 與 其 互 補(bǔ) 的DNA， 稱 為 cDNA。 （四）逆轉(zhuǎn)錄酶應(yīng)用與逆轉(zhuǎn)錄研究意義逆轉(zhuǎn)錄酶的應(yīng)用（如：cDNA的獲得、逆轉(zhuǎn)錄病毒病毒作為信息載體作為基因治療等）研究意義：揭示HIV病毒和嗜肝DNA病毒的致病機(jī)理與防治研究用于分子生物學(xué)研究的材料