生物化學(xué)：10第十章DNA的生物合成

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1、第十章第十章 DNA的生物合成的生物合成DNA BiosynthesisDNA是大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)的載體是大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)的載體DNA的主要生物學(xué)功能：的主要生物學(xué)功能：1. 遺傳信息的載體或貯庫遺傳信息的載體或貯庫 2. 可以進(jìn)行忠實(shí)地復(fù)制，傳代可以進(jìn)行忠實(shí)地復(fù)制，傳代 3. 可接受某些偶然的變化，即突變可接受某些偶然的變化，即突變 第一節(jié)第一節(jié) DNA復(fù)制的基本特性復(fù)制的基本特性 Basic Characters of DNA Replicationn復(fù)制復(fù)制(replication) 指在生物體內(nèi)以親代指在生物體內(nèi)以親代 DNA分子兩條鏈為模板，合成兩個子代分子兩條鏈為模板，合成兩

2、個子代DNA分子的過程分子的過程 AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA兩個子代DNA分子333355555353DNA復(fù)制的基本特性復(fù)制的基本特性 半保留復(fù)制半保留復(fù)制 半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制雙向復(fù)制雙向復(fù)制特定的復(fù)制起點(diǎn)特定的復(fù)制起點(diǎn)需要引物需要引物一、半保留復(fù)制一、半保留復(fù)制(semiconservative replication) nDNA復(fù)制時，親代復(fù)制時，親代DNA雙螺旋解開成為兩雙螺旋解開成為兩條單鏈，各自作為模板，按照堿基

3、配對規(guī)條單鏈，各自作為模板，按照堿基配對規(guī)律合成一條與模板相互補(bǔ)的新鏈，形成兩律合成一條與模板相互補(bǔ)的新鏈，形成兩個子代個子代DNA分子。每一個子代分子。每一個子代DNA分子中分子中都保留有一條來自親代的鏈。這種都保留有一條來自親代的鏈。這種DNA復(fù)復(fù)制的方式稱為半保留復(fù)制。制的方式稱為半保留復(fù)制。 含含15N-DNA的細(xì)菌的細(xì)菌第一代細(xì)菌第一代細(xì)菌第二代細(xì)菌第二代細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)基輕DNA沉降的位置重DNA沉降的位置中等密度DNA沉降的位置DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證明半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證明TGCACGTDNA的半保留復(fù)制的半保留復(fù)制ACGTAGCTGCACGTACGTAGC

4、TGCACGTACGTAGCTGCACGTACGTAGC二、二、DNA復(fù)制的方向和方式復(fù)制的方向和方式模板模板DNA的閱讀方向是的閱讀方向是3 5 新鏈的延伸方向是新鏈的延伸方向是5 3 PPP35PPPOHPCGATAPPPPPP35GCTATTtemplatePrimer and the direction of new strandPMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPPPPPP35GCTATTMechanism of DNA replication35Primer and the direction of new strandtempl

5、atePPPPPP35GCTATT35Primer and the direction of new strandMechanism of DNA replicationtemplatePPPPPP35GCTATTPC35Primer and the direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPC35Primer and the direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPCPG35Pri

6、mer and the direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPGPCPA35Primer and the direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPGPCPA35Primer and the direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPGPCPAPT35Primer and th

7、e direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPGPCPAPT35Primer and the direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPGPCPAPT35Primer and the direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPGPCPAPTPA35Primer and the di

8、rection of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPGPCPAPTPA35Primer and the direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPGPCPAPTPA35OHPrimer and the direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPGPCPAPTPA35OHPrimer and th

9、e direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationPPPPPP35GCTATTPGPCPAPTPA35OHPPPAPrimer and the direction of new strandtemplateMechanism of DNA replicationGo to 35DNA復(fù)制時堿基的配對規(guī)律：復(fù)制時堿基的配對規(guī)律：A=TGCDNA的復(fù)制泡的復(fù)制泡 及復(fù)制叉及復(fù)制叉origin原核生物的原核生物的DNA為環(huán)狀，復(fù)制時要在為環(huán)狀，復(fù)制時要在特定的復(fù)制起始點(diǎn)上特定的復(fù)制起始點(diǎn)上開始解鏈，形成開始解鏈，形成“復(fù)復(fù)制泡制

10、泡”，并向兩個方，并向兩個方向解鏈，形成兩個復(fù)向解鏈，形成兩個復(fù)制叉。制叉。復(fù)制叉復(fù)制叉AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGAGGTACTGTCCATGACGGTGACCTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+555333333355555353親代的DNA復(fù)制叉的形成兩個子代的DNA分子三、半不連續(xù)復(fù)制三、半不連續(xù)復(fù)制n領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈(leading strand) n隨從鏈隨從鏈(lagging strand) n岡崎片段岡崎片段(Okaza

11、ki fragment) 33555復(fù)制叉的解鏈方向3533555復(fù)制叉的解鏈方向35領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈隨從鏈隨從鏈岡崎片段岡崎片段四、復(fù)制的保真性四、復(fù)制的保真性n新鏈的延伸過程嚴(yán)格遵守堿基配對的規(guī)律，新鏈的延伸過程嚴(yán)格遵守堿基配對的規(guī)律，即即AT，G C 。nDNA聚合酶對堿基的選擇能力，能選擇與親代模聚合酶對堿基的選擇能力，能選擇與親代模板鏈正確配對的堿基進(jìn)入子鏈相應(yīng)的位置。板鏈正確配對的堿基進(jìn)入子鏈相應(yīng)的位置。 n校讀修正錯配堿基，通過校讀修正錯配堿基，通過DNA聚合酶的聚合酶的35外外切切酶活性，在堿基發(fā)生錯配時，及時切除并更換酶活性，在堿基發(fā)生錯配時，及時切除并更換上正確堿基。上正確堿基

12、。 第二節(jié)第二節(jié) DNA復(fù)制的反應(yīng)體系復(fù)制的反應(yīng)體系Reaction System for DNA ReplicationnDNA復(fù)制的反應(yīng)體系組成有：復(fù)制的反應(yīng)體系組成有： 模板模板(template)，DNA的兩條單鏈均作為模板的兩條單鏈均作為模板主要的復(fù)制酶，主要的復(fù)制酶，DNA dependent DNA polymerase or DDDP, DNA pol引物引物(primer)，是一段短的特殊，是一段短的特殊RNA底物底物(substrate)， dNTP 其他的酶和蛋白質(zhì)因子，包括拓樸異構(gòu)酶、解螺旋其他的酶和蛋白質(zhì)因子，包括拓樸異構(gòu)酶、解螺旋酶、酶、DNA單鏈結(jié)合蛋白、引物酶、

13、單鏈結(jié)合蛋白、引物酶、DNA連接酶等連接酶等 一、一、DNA聚合酶聚合酶nDNA dependent DNA polymerase，DDDP，或，或DNA pol 功能：功能：53聚合活性聚合活性外切活性外切活性53外切活性外切活性35外切活性外切活性Go to 26355353外切活性外切活性3553355335外切活性外切活性355335533553(一一)原核生物原核生物DNA聚合酶聚合酶nE coli中的中的DNA聚合酶，已知有三種，分別為聚合酶，已知有三種，分別為DNA pol I，DNA pol II，DNA pol III53聚合活性聚合活性外切活性外切活性53外切活性外切活性3

14、5外切活性外切活性切除引物切除引物校讀作用校讀作用DNA聚合酶聚合酶的校讀作用的校讀作用3535DNA pol I的的355外切活性外切活性錯配堿基錯配堿基AGAGCTTA AA GCGTGCGGTATGTCTCGAAT TA CGCACGCCAC DNA pol DNA pol DNA pol 分子組成分子組成單一多肽鏈單一多肽鏈不清不清10種亞基的不對稱二種亞基的不對稱二聚體聚體生物學(xué)活性生物學(xué)活性（1）53聚合聚合活性活性聚合活性低聚合活性低有有聚合活性高聚合活性高（2）35外切外切酶活性酶活性有有有有有有（3）53外切外切酶活性酶活性有有無無無無功能功能校讀作用校讀作用無其他酶時發(fā)揮無

15、其他酶時發(fā)揮作用作用主要的復(fù)制酶主要的復(fù)制酶修復(fù)填補(bǔ)修復(fù)填補(bǔ)校讀作用校讀作用Ecoli 中三種中三種DNA聚合酶的比較聚合酶的比較DNA pol 的不對稱異源二聚體結(jié)構(gòu)的不對稱異源二聚體結(jié)構(gòu)復(fù)合物復(fù)合物核心酶核心酶222( )22核心酶核心酶DNA 聚合酶種類聚合酶種類生物學(xué)功能生物學(xué)功能DNA 聚合酶聚合酶有引物酶活性，參與復(fù)制的引發(fā)過程有引物酶活性，參與復(fù)制的引發(fā)過程DNA 聚合酶聚合酶主要參與主要參與DNA的修復(fù)過程的修復(fù)過程DNA 聚合酶聚合酶參與線粒體中參與線粒體中DNA的復(fù)制的復(fù)制DNA 聚合酶聚合酶是最主要的復(fù)制酶，參與鏈的延伸是最主要的復(fù)制酶，參與鏈的延伸DNA 聚合酶聚合酶參

16、與修復(fù)過程參與修復(fù)過程(二二) 真核生物真核生物DNA聚合酶聚合酶二、二、DNA解螺旋酶、解螺旋酶、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶、單鏈拓?fù)洚悩?gòu)酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白n(一一) DNA解螺旋酶解螺旋酶(helicase) 每解開一對堿基，需消耗每解開一對堿基，需消耗2分子分子ATP 功能：功能： 使使DNA雙鏈解開成為單鏈雙鏈解開成為單鏈 現(xiàn)知為現(xiàn)知為Dna B蛋白蛋白 n(二二) DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase )功能：功能： 使使DNA超螺旋旋松，理順超螺旋，便于超螺旋旋松，理順超螺旋，便于DNA解鏈解鏈 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特點(diǎn)：特

17、點(diǎn)： 表表10-2 Ecoli 的拓?fù)洚悩?gòu)酶的拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶亞型亞型topoDNA gyrase ( topo) )topo topo 功能功能切斷切斷DNA雙鏈中的一股，雙鏈中的一股，松弛后再封閉松弛后再封閉切斷切斷DNA的雙股鏈，的雙股鏈，松弛后再封閉松弛后再封閉是否需要是否需要ATP不需要不需要需要需要n(三三) DNA單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白( DNA single strand binding protein, DBP or SSB)功能：功能： 與解開的與解開的DNA單鏈結(jié)合，穩(wěn)定并保護(hù)單鏈結(jié)合，穩(wěn)定并保護(hù)DNA單鏈單鏈 *防止單鏈重新形成雙螺旋

18、，保持模板的單鏈防止單鏈重新形成雙螺旋，保持模板的單鏈狀態(tài)以便于復(fù)制狀態(tài)以便于復(fù)制*防止單鏈模板被核酸酶水解防止單鏈模板被核酸酶水解 意義：意義： 三、引物酶和引發(fā)體三、引物酶和引發(fā)體(primase, primosome )n引物酶，即引物酶，即Dna G蛋白，催化引物的生成蛋白，催化引物的生成n引發(fā)體，由引發(fā)體，由ori C，Dna A、Dna B、Dna C及及Dna G組成組成 引物引物為一段短的為一段短的RNA片段片段為什么需要引物？為什么需要引物？DNA 聚合酶不能催化游離的聚合酶不能催化游離的dNTP聚合聚合Formation of an open complex at Ori

19、C四、四、DNA連接酶連接酶(DNA ligase)n功能功能催化催化DNA分子中兩段相鄰單鏈片段的連接，分子中兩段相鄰單鏈片段的連接，但不能連接單獨(dú)存在的但不能連接單獨(dú)存在的DNA單鏈單鏈 DNA連接酶催化的反應(yīng)是耗能的，在真核連接酶催化的反應(yīng)是耗能的，在真核生物中利用生物中利用ATP供能，而在原核生物中則消耗供能，而在原核生物中則消耗NAD+ 5 3 5 3 POHD N A 連 接 酶ATP(NAD+)ADP+Pi (NMN +AMP )5 3 3 5 DNA連接酶的作用連接酶的作用真核生物真核生物原核生物原核生物第三節(jié)第三節(jié) DNA復(fù)制過程復(fù)制過程DNA Replication Pro

20、cess 生物體在細(xì)胞分裂之前要完成生物體在細(xì)胞分裂之前要完成DNA復(fù)復(fù)制。制。DNA復(fù)制是一個連續(xù)酶促反應(yīng)的復(fù)雜復(fù)制是一個連續(xù)酶促反應(yīng)的復(fù)雜過程，大致分為過程，大致分為復(fù)制的起始復(fù)制的起始、延伸延伸及及終止終止三三個階段個階段 。一、原核生物一、原核生物DNA復(fù)制的基本過程復(fù)制的基本過程n(一一) 復(fù)制的起始復(fù)制的起始 原核生物原核生物DNA復(fù)制起始以形成復(fù)制起始以形成引發(fā)體引發(fā)體(primosome)，催化，催化引物引物(primer)的生成為標(biāo)的生成為標(biāo)志。志。 1. DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶松解超螺旋，解螺旋酶使拓?fù)洚悩?gòu)酶松解超螺旋，解螺旋酶使DNA雙鏈解開雙鏈解開SSB3 5 3 5 Dna

21、 BDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶Dna ADna C 復(fù)制是在一個特定的起始點(diǎn)上開始，復(fù)制是在一個特定的起始點(diǎn)上開始，E coli的復(fù)制起始的復(fù)制起始點(diǎn)點(diǎn)ori C有特殊的堿基組成，四個有特殊的堿基組成，四個9核苷酸組成的一致性序列核苷酸組成的一致性序列TTATCCACA能被能被Dna A所識別及結(jié)合，在所識別及結(jié)合，在Dan C的幫助下，的幫助下，解螺旋酶解螺旋酶Dna B結(jié)合到該區(qū)，使結(jié)合到該區(qū)，使DNA局部解鏈。局部解鏈。E. coli的的ori C結(jié)構(gòu)。剪頭所示為四個結(jié)構(gòu)。剪頭所示為四個9核苷酸序列，黑括弧內(nèi)所示為核苷酸序列，黑括弧內(nèi)所示為245個個堿基組成的最小復(fù)制起始區(qū)。堿基組成的最

22、小復(fù)制起始區(qū)。GATC為為Bgl II內(nèi)切酶識別位點(diǎn)。內(nèi)切酶識別位點(diǎn)。 GGATCCTGgnTATTAAAAAGAAGATCTnTTTATTTAGAGATCTGTTnTATT101150200nTTtAAGATCAAnnnnnTggnAAGGATCncTAnCTGTGAATGATCGGTGA201250TtnAnCAgAGTTATCCACAntnGAnnGcnn-GATGTGATCTCTTATTAGGATCGnnntnnnnTGTGGATAAgnngGATCCnnTCCTGGnCCGTATAAGCTGGGATCAnAATGngGGnTTATACACAgCtCAAAAncgnACaaCGGTTa

23、TTCTTTGGATAACTACCGGTTGATCCAAGCTT50151100151SSB3 5 3 5 Dna BDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶引物引物酶酶Dna CDna A含有解螺旋酶含有解螺旋酶(Dna B )、Dna A、DnaC、引物酶和引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。發(fā)體。 2. 引發(fā)體的組裝及引物的形成引發(fā)體的組裝及引物的形成3 5 3 5 引物引物酶酶在引發(fā)體引物酶的作用下，催化合成一段短的在引發(fā)體引物酶的作用下，催化合成一段短的RNA作為引物作為引物 (二二) 復(fù)制的延伸復(fù)制的延伸 n當(dāng)引物合成后，當(dāng)引物合成后，DNA聚合酶可在引物

24、的聚合酶可在引物的3-OH基礎(chǔ)上逐步催化脫氧核苷酸的聚合，以基礎(chǔ)上逐步催化脫氧核苷酸的聚合，以3-5磷酸二酯鍵相連，使新鏈不斷向前延磷酸二酯鍵相連，使新鏈不斷向前延伸。伸。3 5 3 5 DNA pol III本質(zhì)：本質(zhì)： 3-5磷酸二酯鍵的不斷生成磷酸二酯鍵的不斷生成DNA復(fù)制的延伸過程復(fù)制的延伸過程領(lǐng)頭鏈的合成領(lǐng)頭鏈的合成(DNA pol III)DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶II( DNA gyrase )隨從鏈的合成隨從鏈的合成RNA 引物引物RNA 引物引物引物酶引物酶隨從鏈的合成隨從鏈的合成(DNA pol III)解螺旋酶解螺旋酶復(fù)制叉的前進(jìn)方向復(fù)制叉的前進(jìn)方向(三三) 復(fù)制的終止復(fù)

25、制的終止 n從一個親代從一個親代DNA分子到兩個子代分子到兩個子代DNA分子分子的合成結(jié)束的合成結(jié)束 n細(xì)菌的環(huán)狀細(xì)菌的環(huán)狀DNA從兩個復(fù)制叉向前復(fù)制延從兩個復(fù)制叉向前復(fù)制延伸，在同一個終止點(diǎn)上結(jié)束伸，在同一個終止點(diǎn)上結(jié)束n兩個復(fù)制叉上的延伸速度可以是不同的兩個復(fù)制叉上的延伸速度可以是不同的nE coli的復(fù)制起始點(diǎn)在的復(fù)制起始點(diǎn)在82位點(diǎn)，終止點(diǎn)在位點(diǎn)，終止點(diǎn)在32位點(diǎn)位點(diǎn)E. Coli 基因組結(jié)構(gòu)基因組結(jié)構(gòu)復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制終止點(diǎn)復(fù)制終止點(diǎn)82位點(diǎn)位點(diǎn)32位點(diǎn)位點(diǎn) 在復(fù)制的終止階段，要切除引物，并填在復(fù)制的終止階段，要切除引物，并填補(bǔ)引物切除后留下的空隙。對于補(bǔ)引物切除后留下的空隙。

26、對于E coli DNA的復(fù)制，主要由的復(fù)制，主要由DNA pol 發(fā)揮這一作用。發(fā)揮這一作用。最后，由最后，由DNA連接酶將不連續(xù)的片段進(jìn)行連連接酶將不連續(xù)的片段進(jìn)行連接，從而成為完整的接，從而成為完整的DNA分子。分子。二、真核生物二、真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)復(fù)制的特點(diǎn) n真核生物真核生物DNA復(fù)制也比原核生物的復(fù)制過復(fù)制也比原核生物的復(fù)制過程復(fù)雜得多，在細(xì)胞的程復(fù)雜得多，在細(xì)胞的S期完成期完成DNA復(fù)制復(fù)制 n真核生物真核生物DNA復(fù)制為多點(diǎn)雙向復(fù)制，有多復(fù)制為多點(diǎn)雙向復(fù)制，有多個復(fù)制起始點(diǎn)，形成多個復(fù)制子個復(fù)制起始點(diǎn)，形成多個復(fù)制子n真核生物的真核生物的DNA復(fù)制與核小體裝配同步進(jìn)行復(fù)

27、制與核小體裝配同步進(jìn)行 n真核生物的真核生物的DNA末端有端粒結(jié)構(gòu)，由端粒酶末端有端粒結(jié)構(gòu)，由端粒酶催化形成催化形成 Replication fork dynamics in eukaryrotes真核生物的真核生物的DNA復(fù)制叉及其復(fù)制過程復(fù)制叉及其復(fù)制過程orioriori真核生物真核生物DNA的多點(diǎn)雙向復(fù)制的多點(diǎn)雙向復(fù)制 兩個復(fù)制起始點(diǎn)之間的一段序列為兩個復(fù)制起始點(diǎn)之間的一段序列為一個復(fù)制單位，也稱復(fù)制子一個復(fù)制單位，也稱復(fù)制子三、滾環(huán)復(fù)制三、滾環(huán)復(fù)制n一些簡單的環(huán)狀一些簡單的環(huán)狀DNA如質(zhì)粒、病毒如質(zhì)粒、病毒DNA或或F因子經(jīng)接合作用轉(zhuǎn)移因子經(jīng)接合作用轉(zhuǎn)移DNA時，采用滾環(huán)復(fù)制時，采用

28、滾環(huán)復(fù)制 (rolling cycle replication ) n滾環(huán)復(fù)制時，親代雙鏈滾環(huán)復(fù)制時，親代雙鏈DNA的一條鏈在復(fù)制的一條鏈在復(fù)制起點(diǎn)處被切開，起點(diǎn)處被切開， 5 端游離出來。端游離出來。DNA pol 可以將脫氧核苷酸聚合在可以將脫氧核苷酸聚合在3-OH端。端。n外環(huán)的外環(huán)的5-端不斷向外側(cè)伸展，作為模板指導(dǎo)端不斷向外側(cè)伸展，作為模板指導(dǎo)另一條鏈的合成延伸另一條鏈的合成延伸 3 -OH5 -P3 -OH5 -P5 5 3 3 5 5 5 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 55 5 5 3 3 3 3 5DNA的滾環(huán)復(fù)制的滾環(huán)復(fù)制四、端粒四、端粒DNA及端粒酶及端粒酶n由特

29、殊由特殊DNA即短的即短的GC豐富區(qū)重復(fù)序列豐富區(qū)重復(fù)序列(repeats of short, GC-rich sequences)及及蛋白質(zhì)組成，覆蓋在染色體兩個末端的龐大蛋白質(zhì)組成，覆蓋在染色體兩個末端的龐大結(jié)構(gòu)，稱為端粒結(jié)構(gòu)，稱為端粒 n端粒的概念端粒的概念n對維持染色體對維持染色體DNA的穩(wěn)定，防止的穩(wěn)定，防止DNA鏈的鏈的縮短有重要意義縮短有重要意義 n端粒的功能端粒的功能n端粒的特征序列端粒的特征序列n端粒的重復(fù)序列有種屬特異性，在四膜蟲為端粒的重復(fù)序列有種屬特異性，在四膜蟲為TTGGGG / AACCCC；在脊椎動物包括人；在脊椎動物包括人為為TTAGGG / AATCCC n端

30、粒酶端粒酶(telomerase)n是一種由是一種由RNA及蛋白質(zhì)組成的復(fù)合酶及蛋白質(zhì)組成的復(fù)合酶n以端粒酶中的以端粒酶中的RNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄而延伸為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄而延伸末端的末端的DNA 人的端粒酶人的端粒酶(telomerase)組成組成 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) 第四節(jié)第四節(jié) DNA損傷、突變和修

31、復(fù)損傷、突變和修復(fù)DNA Damage (Mutation) and RepairnDNA突變突變(DNA mutation )或基因突變是指或基因突變是指DNA分子中有堿基的改變，也稱分子中有堿基的改變，也稱DNA損傷損傷(DNA Damage ) nDNA堿基的改變可發(fā)在復(fù)制過程中，或在堿基的改變可發(fā)在復(fù)制過程中，或在某些理化因素作用下引起某些理化因素作用下引起DNA突變突變一、引起一、引起DNA損傷的因素?fù)p傷的因素n1. 物理因素，如紫外線，幅射等物理因素，如紫外線，幅射等 紫外線可使紫外線可使DNA分子中相鄰的兩個嘧分子中相鄰的兩個嘧啶堿基發(fā)生共價交聯(lián)形成嘧啶二聚體。啶堿基發(fā)生共價交聯(lián)

32、形成嘧啶二聚體。 OHHOHHHHPNNHOOOHOHHHHPiNHNOOOOHOUV光修復(fù)酶OHOHHHHHPNNHOOOHOOHOHHHHPiNHNOOOOOTurn to 81n2. 化學(xué)因素化學(xué)因素 包括一些藥物、化學(xué)試劑、食品添加劑、包括一些藥物、化學(xué)試劑、食品添加劑、工業(yè)排出廢物、汽車排放廢氣、某些農(nóng)藥等工業(yè)排出廢物、汽車排放廢氣、某些農(nóng)藥等。 亞硝酸鹽或亞硝胺類可使堿基發(fā)生突變，亞硝酸鹽或亞硝胺類可使堿基發(fā)生突變，如胞嘧啶脫氨突變?yōu)槟蜞奏と绨奏っ摪蓖蛔優(yōu)槟蜞奏?氮芥類烷化劑能使堿基或核糖被烷基化。氮芥類烷化劑能使堿基或核糖被烷基化。 苯并比類使苯并比類使DNA中嘌呤堿基產(chǎn)生共價

33、交聯(lián)中嘌呤堿基產(chǎn)生共價交聯(lián)。nAmes試驗(yàn)試驗(yàn) 是一種回復(fù)突變試驗(yàn)，用于新化學(xué)品、是一種回復(fù)突變試驗(yàn)，用于新化學(xué)品、藥物遺傳毒性的初篩。藥物遺傳毒性的初篩。利用組氨酸依賴性鼠沙門氏菌為檢測菌株，利用組氨酸依賴性鼠沙門氏菌為檢測菌株，受試物如有誘變性，可使回復(fù)突變菌落明顯增受試物如有誘變性，可使回復(fù)突變菌落明顯增加，并有劑量依賴性。加，并有劑量依賴性。 n3. 生物因素生物因素某些病毒或噬菌體的感染，可導(dǎo)致基因的突某些病毒或噬菌體的感染，可導(dǎo)致基因的突變，與某些腫瘤或癌癥的發(fā)生密切相關(guān)。變，與某些腫瘤或癌癥的發(fā)生密切相關(guān)。乙肝病毒為噬肝細(xì)胞的部分雙鏈乙肝病毒為噬肝細(xì)胞的部分雙鏈DNA病毒，病毒，

34、可整合至宿主染色體可整合至宿主染色體DNA，其整合及表達(dá)產(chǎn)物，其整合及表達(dá)產(chǎn)物均可引起宿主細(xì)胞基因突變及表達(dá)失常。均可引起宿主細(xì)胞基因突變及表達(dá)失常。 乙肝病毒感染人群發(fā)生肝癌的危險度為非乙肝病毒感染人群發(fā)生肝癌的危險度為非感染人群的感染人群的100倍以上倍以上。二、基因突變類型二、基因突變類型n1. 點(diǎn)突變點(diǎn)突變 n2. 缺失、插入及框移突變?nèi)笔?、插入及框移突變n3. 重排重排DNA分子上的堿基發(fā)生錯配稱為點(diǎn)突變，包分子上的堿基發(fā)生錯配稱為點(diǎn)突變，包括堿基的轉(zhuǎn)換、顛換括堿基的轉(zhuǎn)換、顛換 包括多個堿基或一段核苷酸序列的缺失、插包括多個堿基或一段核苷酸序列的缺失、插入入 ，常導(dǎo)致翻譯的讀碼框架改

35、變，稱框移突變，常導(dǎo)致翻譯的讀碼框架改變，稱框移突變DNA分子中的某個片段從一位置轉(zhuǎn)到另一個位分子中的某個片段從一位置轉(zhuǎn)到另一個位置，或不同置，或不同DNA分子間分子間DNA片段的轉(zhuǎn)移及重新組合片段的轉(zhuǎn)移及重新組合 三、三、DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)即通過細(xì)胞內(nèi)一系列酶系統(tǒng)的作用，消除即通過細(xì)胞內(nèi)一系列酶系統(tǒng)的作用，消除DNA分子上的突變部位，使其恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)分子上的突變部位，使其恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)n主要類型主要類型光修復(fù)光修復(fù)(light repair) 切除修復(fù)切除修復(fù)(excision repair) 重組修復(fù)重組修復(fù)(recombinational repair) SOS修復(fù)修復(fù)(SOS r

36、epair) 1、光修復(fù)、光修復(fù)(light repair) n300600nm范圍內(nèi)的光波可激活細(xì)胞內(nèi)的范圍內(nèi)的光波可激活細(xì)胞內(nèi)的光修復(fù)酶光修復(fù)酶(photolyase)，該酶能特異地識，該酶能特異地識別共價交聯(lián)的嘧啶二聚體，斷裂兩個嘧啶別共價交聯(lián)的嘧啶二聚體，斷裂兩個嘧啶環(huán)間形成的共價鍵，使二聚體解聚，恢復(fù)環(huán)間形成的共價鍵，使二聚體解聚，恢復(fù)DNA原來的結(jié)構(gòu)原來的結(jié)構(gòu) Go to 752、切除修復(fù)、切除修復(fù)(excision repair) n(1) 堿基切除修復(fù)堿基切除修復(fù)(base excision repair，BER) 切除修復(fù)可分為切除修復(fù)可分為堿基切除修復(fù)堿基切除修復(fù)和和核苷酸

37、切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)等方式，其基本過程包括識別、切除、修補(bǔ)和連接。等方式，其基本過程包括識別、切除、修補(bǔ)和連接。指切除和替換由內(nèi)源性化學(xué)物質(zhì)作用產(chǎn)生指切除和替換由內(nèi)源性化學(xué)物質(zhì)作用產(chǎn)生的的DNA堿基損傷，堿基損傷， DNA糖基化酶糖基化酶(DNA glycosylase)參與此過程。參與此過程。 UG T G A A C G T T A G C C G C T A AU G A A T C G C A T G C AC A C T T G C A A T C G G C G A T T A C T T A G C G T A C G TG T G A A C G T T A G C C G

38、C T A A G A A T C G C A T G C AC A C T T G C A A T C G G C G A T T A C T T A G C G T A C G TDNA糖基化酶G T G A A C G T T A G C C G C C G C A T G C AC A C T T G C A A T C G G C G A T T A C T T A G C G T A C G TG T G A A C G T T A G C C G C T A AT G A A T C G C A T G C AC A C T T G C A A T C G G C G A T T

39、 A C T T A G C G T A C G TDNA內(nèi)切酶+磷酸二酯酶DNA聚合酶+DNA連接酶555555553333333DNA堿基切除修復(fù)堿基切除修復(fù)n(2) 核苷酸切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù) (nucleotide excision repair, NER)原核細(xì)胞中，由原核細(xì)胞中，由Uvr A、Uvr B 和和Uvr C蛋白形成蛋白形成ABC切除核苷酸酶復(fù)合物，在損傷點(diǎn)切除核苷酸酶復(fù)合物，在損傷點(diǎn)5 端第端第8個磷酸個磷酸二酯鍵和二酯鍵和3 端第端第15個磷酸二酯鍵切除包括損傷部位在個磷酸二酯鍵切除包括損傷部位在內(nèi)的一段堿基，留下缺口由內(nèi)的一段堿基，留下缺口由DNA聚合酶聚合酶I和

40、和DNA連接連接酶來修補(bǔ)酶來修補(bǔ) G T G A A C G T T A G C C G CT A G C A T G C AC A C T T G C A A T C G G C G A T T A C T T A G C G T A C G TG T G A A C G T T A G C C G C T A AT G A A T C G C A T G C AC A C T T G C A A T C G G C G A T T A C T T A G C G T A C G TUvr C切除損傷部位的核苷酸DNA pol I填補(bǔ)缺口，DNA 連接酶連接UvrA UvrB 識別并結(jié)合損傷

41、部位核苷酸UvrC替換UvrAUvr AUvr BUvr BUvrC原核生物核苷酸的切除修復(fù)原核生物核苷酸的切除修復(fù)3. 重組修復(fù)重組修復(fù)(recombinational repair) n當(dāng)當(dāng)DNA分子損傷來不及修復(fù)完善時所采用的修復(fù)分子損傷來不及修復(fù)完善時所采用的修復(fù)機(jī)制機(jī)制 以正常鏈為模板填補(bǔ)缺口交換正常片段人類這種切除核苷酸酶活性由人類這種切除核苷酸酶活性由810個蛋個蛋白協(xié)同完成白協(xié)同完成 著色性干皮病基因著色性干皮病基因(xereoderma pigmentosum pomplementary group，XP) 產(chǎn)物為產(chǎn)物為XPAXPG，ERCC系列系列有切除核苷酸酶活性有切除核

42、苷酸酶活性XP產(chǎn)物功能產(chǎn)物功能該系列基因如產(chǎn)生突變，可造成切除修復(fù)缺該系列基因如產(chǎn)生突變，可造成切除修復(fù)缺陷，對光尤其是紫外光非常敏感，癌變率很高。陷，對光尤其是紫外光非常敏感，癌變率很高。4. SOS修復(fù)修復(fù)( SOS repairing )生物體內(nèi)生物體內(nèi)DNA損傷面較大的緊急狀態(tài)損傷面較大的緊急狀態(tài)下誘導(dǎo)產(chǎn)生的一種修復(fù)機(jī)制。下誘導(dǎo)產(chǎn)生的一種修復(fù)機(jī)制。不能將大范圍內(nèi)受損傷的不能將大范圍內(nèi)受損傷的DNA完全精完全精確地修復(fù)，留下的錯誤較多，故也稱為錯誤確地修復(fù)，留下的錯誤較多，故也稱為錯誤傾向修復(fù)傾向修復(fù)(error-prone repair )。 在一定程度下保證細(xì)胞的存活，但有較在一定程

43、度下保證細(xì)胞的存活，但有較高的突變率。高的突變率。n第一個發(fā)現(xiàn)的第一個發(fā)現(xiàn)的DNA修復(fù)缺陷性遺傳病修復(fù)缺陷性遺傳病: 著色性干皮病著色性干皮病(xeroderma pigmentosum, XP)是一種人類常染色體隱是一種人類常染色體隱性遺傳病。性遺傳病。臨床表現(xiàn)：臨床表現(xiàn)： 患者患者DNA切除修復(fù)功能缺陷，對紫外線照切除修復(fù)功能缺陷，對紫外線照射引起的皮膚細(xì)胞射引起的皮膚細(xì)胞DNA損傷不能修復(fù)，長期受損傷不能修復(fù)，長期受日光或紫外線照射時易發(fā)生皮膚癌，常伴有神日光或紫外線照射時易發(fā)生皮膚癌，常伴有神經(jīng)系統(tǒng)障礙，智力低下等經(jīng)系統(tǒng)障礙，智力低下等。第五節(jié)第五節(jié) 逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象和逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象和逆

44、轉(zhuǎn)錄酶Reverse transcription and Reverse transcriptase, or antitranscriptase n逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄( transcription )概念概念含有逆轉(zhuǎn)錄酶的含有逆轉(zhuǎn)錄酶的RNA病毒是通過逆轉(zhuǎn)錄病毒是通過逆轉(zhuǎn)錄(反反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄)過程傳遞遺傳信息的，即以過程傳遞遺傳信息的，即以RNA為模板，為模板，指導(dǎo)指導(dǎo)DNA的合成，也稱為反轉(zhuǎn)錄或逆轉(zhuǎn)錄。的合成，也稱為反轉(zhuǎn)錄或逆轉(zhuǎn)錄。 n逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase, or antitranscriptase ) 是一種依賴是一種依賴RNA的的DNA聚合酶聚合酶(RNA

45、dependent DNA polymerase，RDDP)，是，是一多功能酶。一多功能酶。G U G A A C G U U A G C C G C U A A U G A A U C G C A U G C AC A C T T G C A A T C G G C G A T T A C T T A G C G T A C G TG U G A A C G U U A G C C G C U A A U G A A U C G C A U G C AC A C T T G C A A T C G G C G A T T A C T T A G C G T A C G TG T G A A

46、C G T T A G C C G C T A A T G A A T C G C A T G C AC A C T T G C A A T C G G C G A T T A C T T A G C G T A C G T逆轉(zhuǎn)錄酶Rnase H逆轉(zhuǎn)錄酶RNA模板雜化雙鏈單鏈cDNA雙鏈cDNA555555333333逆轉(zhuǎn)錄過程逆轉(zhuǎn)錄過程大多數(shù)逆轉(zhuǎn)錄病毒有致癌作用，因而將其大多數(shù)逆轉(zhuǎn)錄病毒有致癌作用，因而將其稱之為稱之為RNA腫瘤病毒。腫瘤病毒。 RNA腫瘤病毒對動物的致瘤作用非常廣泛，腫瘤病毒對動物的致瘤作用非常廣泛，可誘發(fā)白血病、肉瘤、淋巴瘤和乳腺瘤等。可誘發(fā)白血病、肉瘤、淋巴瘤和乳腺瘤等。 已知已知RNA病毒：病毒：人類免疫缺陷病毒人類免疫缺陷病毒(human immuno- deficiency virus, HIV)，可引起艾滋病。，可引起艾滋病。小鼠白血病病毒小鼠白血病病毒MuLV ，可引起淋巴瘤及白，可引起淋巴瘤及白血病。血病。 總總 結(jié)結(jié)一、一、DNA復(fù)制的基本特性復(fù)制的基本特性二、二、 DNA復(fù)制的反應(yīng)體系復(fù)制的反應(yīng)體系三、三、 DNA復(fù)制的基本過程復(fù)制的基本過程四、四、 DNA損傷與修復(fù)損傷與修復(fù)五、五、 逆轉(zhuǎn)錄與逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄與逆轉(zhuǎn)錄酶謝謝 謝！謝！