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1、基因基因 (gene)：合成有功能的蛋白質（多肽）或：合成有功能的蛋白質（多肽）或RNA所所。中心法則中心法則（the central dogma）：1958年提出年提出 轉錄轉錄 翻譯翻譯 DNA RNA 蛋白質蛋白質 逆轉錄（逆轉錄（1970年，年，H.Temin）中心法則表達了遺傳信息在分子水平上傳遞的中心法則表達了遺傳信息在分子水平上傳遞的 基本規(guī)律基本規(guī)律。復復制制轉錄轉錄和和翻譯翻譯的過程，稱為的過程，稱為基因表達。基因表達。第十四章第十四章 DNA的復制與修復的復制與修復第一節(jié) DNA的復制復制復制 (replication):指遺傳物質的傳代，以母鏈指遺傳物質的傳代，以母鏈DN
2、ADNA為模板合為模板合成子鏈成子鏈DNADNA的過程。的過程。分子基礎：堿基配對規(guī)律分子基礎：堿基配對規(guī)律 DNA雙螺旋結構雙螺旋結構化學本質：酶促的單核苷酸的聚合?；瘜W本質：酶促的單核苷酸的聚合。半保留復制（半保留復制（semi-conservative replication)半不連續(xù)復制（半不連續(xù)復制（semi-discontinuous replication)雙向復制（雙向復制（bidirectional replication)復制的基本特點復制的基本特點 DNA復制最重要的特征是復制最重要的特征是半保留復制半保留復制。半保留復制半保留復制(semi-conservative r
3、eplication):DNA DNA復制時，母鏈復制時，母鏈雙螺旋解開成兩股單鏈，各自作雙螺旋解開成兩股單鏈，各自作為模板，為模板，按堿基配對規(guī)律，按堿基配對規(guī)律，合成子鏈合成子鏈。子代雙鏈，。子代雙鏈，一股單鏈是從親代完整地保留過來，另一股單鏈則一股單鏈是從親代完整地保留過來，另一股單鏈則是完全重新合成。是完全重新合成。一、半保留復制一、半保留復制（特點（特點1）復制叉復制叉 原核生物例如原核生物例如E.coliE.coli，是從固定的復制起，是從固定的復制起始點開始始點開始 ，同時向兩個方向進行復制，同時向兩個方向進行復制 稱稱為為雙向復制雙向復制（bidirectional repli
4、cation）orioriori原核生物原核生物復制復制 形形 雙向復制雙向復制（特點（特點2 2，了解），了解）真核生物復制真核生物復制復制的半不連續(xù)性復制的半不連續(xù)性（特點（特點3，了解），了解）原因：原因：同一復制叉上只有一個解鏈方向，同一復制叉上只有一個解鏈方向，兩股母鏈走向相反；兩股母鏈走向相反；但子鏈合成只能是但子鏈合成只能是5 3方向方向；所以：一條鏈連續(xù)所以：一條鏈連續(xù) 一條鏈不連續(xù)一條鏈不連續(xù)1.DnaA蛋白，辨認蛋白，辨認E.coli 的復制起始點的復制起始點2.DnaB蛋白，即蛋白，即解螺旋酶解螺旋酶，使，使DNA雙鏈解開雙鏈解開3.DnaC 蛋白，運送和協(xié)同蛋白，運送和
5、協(xié)同DnaB Dna BDna C解鏈方向解鏈方向二、二、DNA復制的過程復制的過程（一）參與（一）參與DNA復制的酶和蛋白質復制的酶和蛋白質5.單鏈單鏈DNA結合蛋白（結合蛋白（SSB）SSB 作用：維持作用：維持DNA單鏈，保護單鏈完整。單鏈，保護單鏈完整。4.引物酶（引物酶（Dna G)在模板的復制起始位置，催化在模板的復制起始位置，催化RNA引物的合成引物的合成 6.DNA拓撲異構酶（拓撲酶）拓撲異構酶（拓撲酶）拓撲酶拓撲酶、正超螺旋、負超螺旋正超螺旋、負超螺旋拓撲酶拓撲酶：切斷切斷ds DNA中中一股一股，使，使DNA解鏈旋轉解鏈旋轉 不打結，適當時封閉切口，不需不打結，適當時封閉切
6、口，不需ATP。拓撲酶拓撲酶:無無ATP，切斷處于超螺旋狀態(tài)的，切斷處于超螺旋狀態(tài)的ds DNA 某一部位，斷端通過切口使超螺旋松弛，封閉缺口。某一部位，斷端通過切口使超螺旋松弛，封閉缺口。有有ATP，催化斷端恢復連接，松弛狀態(tài)的，催化斷端恢復連接，松弛狀態(tài)的 DNA又進入負超螺旋狀態(tài)。又進入負超螺旋狀態(tài)。復制末期，母鏈與新鏈會互相纏繞，打結或連環(huán)，需復制末期，母鏈與新鏈會互相纏繞，打結或連環(huán)，需拓撲酶拓撲酶。拓撲酶在復制全過程都有作用。拓撲酶在復制全過程都有作用。7.DNA連接酶 連接連接DNADNA鏈鏈3-OH3-OH末端末端和和相鄰相鄰DNADNA鏈鏈5-P5-P末端，末端，使二者生成磷
7、酸二酯鍵。該催化作用使二者生成磷酸二酯鍵。該催化作用需消耗需消耗ATPATP。連接酶連接酶只能連接只能連接堿基互補基礎上的雙鏈堿基互補基礎上的雙鏈DNADNA中中的單鏈缺口。的單鏈缺口。沒有連接單獨存在的沒有連接單獨存在的DNA單鏈單鏈或或RNA單鏈的作用。單鏈的作用。8.RNA酶酶 水解水解RNA引物引物9.原核生物原核生物DNA pol活性活性DNA pol：聚合酶活性，聚合酶活性，3 5外切酶活性（強，即外切酶活性（強，即 時校讀）時校讀）;5 3外切酶活性，切除突變片段外切酶活性，切除突變片段,復復制過程中校讀、修復、填補缺口。制過程中校讀、修復、填補缺口。DNA pol：聚合酶活性、
8、聚合酶活性、3 5外切酶活性外切酶活性。功能不清，在無功能不清，在無pol，時起作用（參與時起作用（參與SOS修復）修復）DNA pol ：聚合酶活性：聚合酶活性,3 5外切酶活性外切酶活性 領頭鏈、隨從鏈的合成。領頭鏈、隨從鏈的合成。真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶 五種（五種（）DNA-pol：具引物酶活性。：具引物酶活性。DNA-pol：在沒有其它在沒有其它DNA-pol時才發(fā)揮時才發(fā)揮 催化作用，催化作用，（SOS修復）修復）DNA-pol：線粒體線粒體DNA(mtDNA)復制復制 DNA-pol：延長子鏈，兼具解螺旋酶的活延長子鏈，兼具解螺旋酶的活 性性。（。（延長領頭鏈、隨從
9、鏈）延長領頭鏈、隨從鏈）DNA-pol：復制中校讀、修復和填補缺口復制中校讀、修復和填補缺口1.起始2.延長3.終止（二）原核生物DNA 復制的過程1.起始：起始：DnaA蛋白蛋白辨認、結合到復制起始點上，引辨認、結合到復制起始點上，引起局部解鏈。起局部解鏈。DnaB（解螺旋酶）（解螺旋酶）在在DnaC協(xié)助下，解開雙協(xié)助下，解開雙鏈，并使解開足夠長度，逐步置換出鏈，并使解開足夠長度，逐步置換出DnaA。SSB（單鏈結合蛋白）（單鏈結合蛋白）參與進來，使參與進來，使DNA保保持開鏈狀態(tài)。持開鏈狀態(tài)。DnaBDnaB、DnaCDnaC、DnaGDnaG和和 DNADNA的起始復制區(qū)的起始復制區(qū)域域
10、，形成一個復合結構，稱形成一個復合結構，稱引發(fā)體引發(fā)體。引發(fā)體。引發(fā)體在在DNA上移動，上移動，生成生成RNARNA引物引物。DNA解鏈引起下游打結或形成正超螺旋，解鏈引起下游打結或形成正超螺旋，拓拓撲酶撲酶消結或松弛螺旋。消結或松弛螺旋。引物合成引物合成Dna ADna B、Dna CDNA拓撲異構酶拓撲異構酶引物酶引物酶OHSSB3 5 3 5 DNADNA聚合酶催化游離的脫氧核苷酸結合到聚合酶催化游離的脫氧核苷酸結合到新鏈新鏈3 3 末端，使其不斷延長。末端，使其不斷延長。5 5 3 35 5DNA-polDNA-pol DNA-polDNA-pol2.2.復制延長的過程復制延長的過程d
11、ATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTP領頭鏈領頭鏈 (leading strandleading strand)DNA復制方向是復制方向是5 3，順著解鏈方向生成順著解鏈方向生成的子鏈，其復制是連續(xù)進行的，所得到一條的子鏈，其復制是連續(xù)進行的，所得到一條連續(xù)的子鏈。連續(xù)的子鏈。5 53 33 3 5 5 3 3 5 5 解鏈方向解鏈方向3 3 5 5 3 3 5 5 解鏈方向解鏈方向 復制方向與解鏈方向相反，須等待解開足復制方向與解鏈方向相反，須等待解開足夠長度的模板鏈才能繼續(xù)復制夠長度的模板鏈才能繼續(xù)復制 ，所得到一條由，所得到一條由不連續(xù)片段組成的子鏈不連續(xù)片段組成
12、的子鏈 。隨從鏈隨從鏈(lagging strandlagging strand)岡崎片段岡崎片段（Okazaki fragment Okazaki fragment）3 35 53 33 35 5原核生物的復制終止原核生物的復制終止 1 1，多為環(huán)狀多為環(huán)狀DNADNA分子，雙向復制的復制片分子，雙向復制的復制片段在復制的終止點段在復制的終止點ter（terminationtermination）處匯合。處匯合。oriter E.coli8232oriterSV405002 2，隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接岡崎片段岡崎片段 RNA酶酶 水解去水解去RNA引物引物 DN
13、A pol 延長岡崎片段，填補空缺延長岡崎片段，填補空缺 DNA連接酶連接酶 縫合切口、形成完整的縫合切口、形成完整的DNA鏈鏈555RNARNA酶酶OHP5DNADNA聚合酶聚合酶dNTP55PATPADP+Pi55DNADNA連接酶連接酶隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接真核生物的復制終止真核生物的復制終止1 1，染色體，染色體DNADNA呈線狀，復制在末端停止呈線狀，復制在末端停止5555水解、聚合、連接水解、聚合、連接55552 2，連接不連續(xù)片段，連接不連續(xù)片段端粒和端粒酶端粒和端粒酶參與原核生物參與原核生物DNA復制的各種蛋白質復制的各種蛋白質*名稱：名稱：功能功
14、能:DnaA蛋白蛋白辨認起始點辨認起始點DnaB蛋白蛋白解螺旋，解開解螺旋，解開DNA雙鏈雙鏈DnaC蛋白蛋白協(xié)助解螺旋酶協(xié)助解螺旋酶拓撲異構酶拓撲異構酶理順理順DNA鏈鏈SSB穩(wěn)定解開的單鏈穩(wěn)定解開的單鏈DnaG蛋白蛋白催化催化RNA引物生成引物生成DNA聚合酶聚合酶催化催化DNA子鏈延長子鏈延長RNA酶酶水解水解RNA引物引物DNA聚合酶聚合酶即時校讀、填補即時校讀、填補gapDNA連接酶連接酶連接連接nick 一些簡單低等生物或染色體一些簡單低等生物或染色體以外的以外的DNA采采取的特殊復制方式。取的特殊復制方式。滾環(huán)復制滾環(huán)復制rolling circle replication（了解
15、）第二節(jié) DNA的損傷和修復 一、原核DNA的損傷和修復 二、真核DNA的損傷和修復(略）一、原核生物的一、原核生物的DNA損傷和修復損傷和修復 DNA易受物理或化學因素侵害而發(fā)生改變，導致突變。但易受物理或化學因素侵害而發(fā)生改變，導致突變。但是是DNA的損傷一般只作用于一條鏈，兩條鏈同時損傷的機的損傷一般只作用于一條鏈，兩條鏈同時損傷的機會很少，所以修復時，不受損傷的一條鏈可以作為模板。會很少，所以修復時，不受損傷的一條鏈可以作為模板。1.直接修復方式：直接修復方式：光修復光修復 UV光修復酶光修復酶自殺酶：修復烷基對自殺酶：修復烷基對DNADNA的損傷的損傷（二）切除修復：（二）切除修復：
16、細胞內細胞內 DNA損傷損傷最主要的修復機制，其過程包括：最主要的修復機制，其過程包括：結合結合 切除切除補片補片連接連接DNA局部損傷，局部損傷，UvrA、UvrB辨認、結合損傷部位，辨認、結合損傷部位，隨后隨后UvrC置換置換UvrA，結合到損傷部位結合到損傷部位UvrC切除損傷部位切除損傷部位12ntDNA pol 催化補缺催化補缺DNA ligase催化連接切口催化連接切口3.丟失堿基和去堿基部位丟失堿基和去堿基部位的修復：的修復：異常堿基異常堿基存在存在,如如U，I，DNA糖苷酶糖苷酶可將其切除，留下無堿基部位?？蓪⑵淝谐粝聼o堿基部位。Pol I填補，填補，連接酶連接。連接酶連接
17、。4.甲基化指導的甲基化指導的不配對不配對修復：修復：E.coli中甲基化酶，能使模板鏈的中甲基化酶，能使模板鏈的A甲基化（新鏈無此甲基化（新鏈無此作用）。這樣可區(qū)分新鏈、舊鏈。作用）。這樣可區(qū)分新鏈、舊鏈。當錯配發(fā)生時，蛋白質當錯配發(fā)生時，蛋白質Mut S可發(fā)現(xiàn)錯配部位，蛋白可發(fā)現(xiàn)錯配部位，蛋白Mut L、Mut H共同作用，切除無甲基化鏈上錯配部位臨近共同作用，切除無甲基化鏈上錯配部位臨近的一段核苷酸，然后的一段核苷酸，然后pol III聚合，連接酶連接。聚合，連接酶連接。第三節(jié)第三節(jié) 突變、單核苷酸多態(tài)性突變、單核苷酸多態(tài)性 與個體差異與個體差異一、突變一、突變突變：也稱突變：也稱DNA
18、損傷，指遺傳物質結構改變損傷，指遺傳物質結構改變引起遺傳信息的改變。引起遺傳信息的改變。（突變既有不利的一面，亦有有利的一面）突變既有不利的一面，亦有有利的一面）（一）突變的類型（一）突變的類型 1.點突變（點突變（point mutation）指指DNA分子上一個堿基的變異分子上一個堿基的變異（二）缺失（二）缺失（deletiondeletion）、插入、插入 (insertion)(insertion)缺失缺失：一個堿基：一個堿基或一段或一段核苷酸鏈從核苷酸鏈從 DNADNA大分子上消失。大分子上消失。插入插入：原來沒有的一個堿基：原來沒有的一個堿基或一段或一段核核 苷酸鏈插入到苷酸鏈插入
19、到DNADNA大分子中間。大分子中間。插入和缺失都可引起的插入和缺失都可引起的框移突變框移突變(frame-shift mutation frame-shift mutation)3.重排重排（re-arrangementre-arrangement）DNADNA分子內發(fā)生較大片斷的位移和交換，也稱為重組。分子內發(fā)生較大片斷的位移和交換，也稱為重組。位移：位移：一段核苷酸一段核苷酸序列在序列在一處的缺失和在另一處的插入一處的缺失和在另一處的插入，可可以在新位點上顛倒方向。以在新位點上顛倒方向。交換：交換：兩段核苷酸序列對應地兩段核苷酸序列對應地發(fā)生缺失和插入。發(fā)生缺失和插入。1.自發(fā)突變：復制
20、的過程中引入的錯誤，低于百自發(fā)突變：復制的過程中引入的錯誤，低于百萬分之一。萬分之一。2.物理因素：物理因素：（1）紫外線）紫外線UV（2）各種輻射）各種輻射3.化學因素化學因素 不少化學誘變劑同時是致癌物。不少化學誘變劑同時是致癌物。4.病毒因素：病毒因素：RNA病毒以前病毒的形式整合到基病毒以前病毒的形式整合到基因組中。因組中。（三）突變的后果（三）突變的后果 （了解）（了解）1.點突變點突變的后果的后果：密碼改變，密碼改變，AA不改變。不改變。密碼改變，密碼改變，AA改變，但是改變，但是 （1）改變的）改變的AA不在蛋白質的重要位點上，不在蛋白質的重要位點上，（2）改變的）改變的AA在蛋
21、白質的重要位點上，但是，疏水在蛋白質的重要位點上，但是，疏水AA替換疏水替換疏水AA。（3）改變的）改變的AA在蛋白質的重要位點上，且在蛋白質的重要位點上，且AA的性質極的性質極為不同。為不同。2.缺失和插入缺失和插入的后果的后果 缺失和插入缺失和插入3n個個nt，且在兩個密碼子之間。，且在兩個密碼子之間。影響：缺失或添加多個影響：缺失或添加多個AA 缺失和插入缺失和插入3n個個nt，且不在兩個密碼子之間。，且不在兩個密碼子之間。影響：缺失或添加多個影響：缺失或添加多個AA，還改變，還改變1個受影響個受影響的的AA。缺失和插入不是缺失和插入不是3n個個nt，造成框移突變。，造成框移突變。3.重
22、排重排的后果的后果 重排到兩個基因的中間，不影響其他基因。重排到兩個基因的中間，不影響其他基因。重排到一個基因的內部，破壞該基因。重排到一個基因的內部，破壞該基因。重排區(qū)域的大小不能容納整個基因，被移動的重排區(qū)域的大小不能容納整個基因，被移動的基因就不完整?；蚓筒煌暾?。4.突變的分類突變的分類 突變對宿主不利突變對宿主不利 突變對宿主有利突變對宿主有利 突變對宿主沒有影響，導致基因多態(tài)性產(chǎn)生突變對宿主沒有影響，導致基因多態(tài)性產(chǎn)生二、二、單核苷酸多態(tài)性與個體差異單核苷酸多態(tài)性與個體差異個體的差異主要由個體的差異主要由SNP決定，如體貌特征、性格、決定，如體貌特征、性格、疾病易感性，甚至有些遺傳性疾病也是由一個疾病易感性，甚至有些遺傳性疾病也是由一個SNP決定的。但是許多決定的。但是許多SNP與生理作用的直接與生理作用的直接聯(lián)系還不清楚。聯(lián)系還不清楚。個體個體SNP的差異決定了藥物的療效和毒性的差異決定了藥物的療效和毒性 受體蛋白的基因多態(tài)性受體蛋白的基因多態(tài)性 參與藥物吸收、轉運、代謝、排泄的蛋白質的參與藥物吸收、轉運、代謝、排泄的蛋白質的基因多態(tài)性?；蚨鄳B(tài)性。
有機生化PPT課件第十四章 DNA的復制和修復
