《生物化學(xué)與分子生物學(xué)：第13章 復(fù)制》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《生物化學(xué)與分子生物學(xué)：第13章 復(fù)制（120頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、replication復(fù)制復(fù)制transcriptiontranslation中心法則（中心法則（the central dogma） 第三篇第三篇生命信息的傳遞與調(diào)控生命信息的傳遞與調(diào)控主要內(nèi)容主要內(nèi)容 DNA的生物合成的生物合成 復(fù)制復(fù)制 RNA的生物合成的生物合成 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成 翻譯翻譯 基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA的生物合成的生物合成( (復(fù)制復(fù)制) )DNA Biosynthesis，Replication 第第 13 13 章章本章內(nèi)容本章內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) DNA復(fù)制的基本規(guī)律復(fù)制的基本規(guī)律第二節(jié)第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)復(fù)制
2、的酶學(xué)第三節(jié)第三節(jié) DNA生物合成過(guò)程生物合成過(guò)程第四節(jié)第四節(jié) DNA損傷與修復(fù)損傷與修復(fù)第五節(jié)第五節(jié) 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制的基本規(guī)律復(fù)制的基本規(guī)律Basic Rules of DNA Replication 第一節(jié)第一節(jié)復(fù)制復(fù)制( (replication) ) 以親代以親代DNA為模板合成子代為模板合成子代DNA的過(guò)的過(guò)程。程。復(fù)制復(fù)制親代親代DNA子代子代DNAl半保留復(fù)制半保留復(fù)制-復(fù)制的方式復(fù)制的方式 (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 (bidi
3、rectional replication) DNA復(fù)制的特征復(fù)制的特征全保留式全保留式半保留式半保留式混合式混合式DNA如何進(jìn)行復(fù)制？如何進(jìn)行復(fù)制？三種可能的方式：三種可能的方式：DNA如何進(jìn)行復(fù)制？如何進(jìn)行復(fù)制？DNA半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn) 含含N15-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 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。A TG CC GT A親代DNATCGAA G C TA G C TTCGA子代DNA一、半保留復(fù)制一、半保留復(fù)制 DNA生物合成
4、時(shí)，母鏈生物合成時(shí)，母鏈DNA解開(kāi)為兩解開(kāi)為兩股單鏈，各自作為模板股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配按堿基配對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)對(duì)規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過(guò)，一股單鏈從親代完整地接受過(guò)來(lái)，另一股單鏈則完全重新合成。這種復(fù)來(lái)，另一股單鏈則完全重新合成。這種復(fù)制方式稱(chēng)為制方式稱(chēng)為半保留復(fù)制。半保留復(fù)制。1 1、半保留復(fù)制的概念、半保留復(fù)制的概念* *（semiconservative replication）1）按半保留復(fù)制方式，子代）按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代與親代DNA的的堿基序列一致堿基序列一致，即子代保
5、留了親代的全部遺傳信息，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的體現(xiàn)了遺傳的保守性保守性。2 2、半保留復(fù)制的意義、半保留復(fù)制的意義2）遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定的分子基礎(chǔ)。）遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定的分子基礎(chǔ)。但這種保守性是但這種保守性是相對(duì)相對(duì)的，自然界存在遺傳變異性。的，自然界存在遺傳變異性。二、半不連續(xù)復(fù)制二、半不連續(xù)復(fù)制 新鏈的延長(zhǎng)只可沿新鏈的延長(zhǎng)只可沿5 3 方向進(jìn)行方向進(jìn)行 兩條新鏈的延長(zhǎng)按兩條新鏈的延長(zhǎng)按半不連續(xù)半不連續(xù)方式進(jìn)行方式進(jìn)行5 端端 3 端端核苷酸的連接核苷酸的連接 核酸分子中的核酸分子中的核苷酸之間以核苷酸之間以磷酸磷酸二酯鍵二酯鍵連接形成多連接形成多核苷酸鏈核
6、苷酸鏈。3 5 3 5 3 5 3 5 解鏈方向解鏈方向領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈(leading strand)隨從鏈隨從鏈(lagging strand)3 5 復(fù)制的半不連續(xù)性復(fù)制的半不連續(xù)性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，這股鏈稱(chēng)為這股鏈稱(chēng)為領(lǐng)頭鏈。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(zhǎng)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱(chēng)順著解鏈方向連續(xù)延長(zhǎng)，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱(chēng)為為隨從鏈隨從鏈。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱(chēng)為復(fù)制中的不連續(xù)片段稱(chēng)為岡崎片段岡崎片段(okazaki fragment)。領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)
7、制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，稱(chēng)為復(fù)制領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，稱(chēng)為復(fù)制的的半不連續(xù)性。半不連續(xù)性。 3 3 5 5 3 3 5 5 解鏈方向解鏈方向3 35 53 33 35 5岡崎片段岡崎片段半不連續(xù)復(fù)制動(dòng)畫(huà)半不連續(xù)復(fù)制動(dòng)畫(huà)三、雙向復(fù)制三、雙向復(fù)制復(fù)制開(kāi)始時(shí)，復(fù)制開(kāi)始時(shí)，DNA從從起始點(diǎn)起始點(diǎn)(origin)向兩個(gè)方向兩個(gè)方向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱(chēng)為向解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱(chēng)為雙向復(fù)制雙向復(fù)制。 35535353復(fù)復(fù)制制方方向向復(fù)制中的放射自顯影圖象復(fù)制中的放射自顯影圖象復(fù)制子或復(fù)制單元復(fù)制子或復(fù)制單元 (replicon(replicon) )復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制
8、起始點(diǎn)1. 遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；2. 聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)對(duì)堿基的選擇功能；聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)對(duì)堿基的選擇功能；3. 復(fù)制出錯(cuò)時(shí)復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-pol的及時(shí)的及時(shí)校讀功能。校讀功能。DNA復(fù)制的保真性至少要依賴(lài)三種機(jī)制復(fù)制的保真性至少要依賴(lài)三種機(jī)制 四、復(fù)制四、復(fù)制的高的高保真性保真性定義：定義：DNA聚合酶催化聚合酶催化DNA高度準(zhǔn)確地進(jìn)行復(fù)制高度準(zhǔn)確地進(jìn)行復(fù)制, 稱(chēng)為復(fù)制的保真性稱(chēng)為復(fù)制的保真性(fidelity)。 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)復(fù)制的復(fù)制的中心環(huán)節(jié)中心環(huán)節(jié): :脫
9、氧核苷酸的聚合脫氧核苷酸的聚合 (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi n 解螺旋酶解螺旋酶 n DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶n 單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白一、一、DNA聚合酶聚合酶全稱(chēng)：全稱(chēng)：依賴(lài)依賴(lài)DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)簡(jiǎn)稱(chēng)：簡(jiǎn)稱(chēng)：DNA-pol活性：活性：1. 53 的聚合活性的聚合活性 2. 3 5 外切酶活性外切酶活性 3. 5 3 外切酶活性外切酶活性核酸外切酶活性核酸外切酶活性5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G
10、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?能切除引物和突變的能切除引物和突變的 DNA片段。片段。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 DNA-pol的核酸外切酶活性和及時(shí)校讀的核酸外切酶活性和及時(shí)校讀A：DNA-pol的外切酶活性切除錯(cuò)配堿基；并用的外切酶活性切除錯(cuò)配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對(duì)的底物。其聚合活性摻入正確配對(duì)的底物。B：堿基配對(duì)正確，：堿基配對(duì)正確， DNA-pol不表現(xiàn)活性。不表現(xiàn)活性。（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶（聚合酶（
11、E. Coli）催化催化DNA復(fù)制復(fù)制參與參與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1011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 I1（109kD109kD）DNA聚合酶的聚合酶的三種酶活性三種酶活性. .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
12、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。 作用作用: : 5 53 3 外切酶：外切酶： 去除去除RNARNA引物引物 3 35 5 外切酶：外切酶： 切除錯(cuò)配堿基，起校正作用切除錯(cuò)配堿基，起校正作用 5 53 3 聚合酶活性：聚合酶活性： 填補(bǔ)兩個(gè)岡崎片段之間的缺口填補(bǔ)兩個(gè)岡崎片段之間的缺口功能功能* *：切除引物、進(jìn)行校讀，對(duì)復(fù)制和切除引物、進(jìn)行校讀，對(duì)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)。2.DNA-pol （120kD）3 35 5 外切酶外
13、切酶功能功能* * 是原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶。是原核生物復(fù)制延長(zhǎng)中真正起催化作用的酶。 3. DNA-pol (250kD)由由1010種亞基組成不對(duì)稱(chēng)的種亞基組成不對(duì)稱(chēng)的聚合體聚合體具有具有53的聚合活性和的聚合活性和 35外切酶活性外切酶活性 DNApol III 全酶可同時(shí)催化前導(dǎo)鏈和后隨鏈全酶可同時(shí)催化前導(dǎo)鏈和后隨鏈 中岡崎片段的合成中岡崎片段的合成負(fù)責(zé)切除負(fù)責(zé)切除RNARNA引物，并引物，并填補(bǔ)空隙。填補(bǔ)空隙。原核生物中參與復(fù)制的聚合酶原核生物中參與復(fù)制的聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶 負(fù)責(zé)合成負(fù)責(zé)合成DNA新鏈。新鏈。DNADNA聚合酶聚合酶Pol ：催化催化Pol
14、：催化前導(dǎo)鏈和后隨鏈的延長(zhǎng)催化前導(dǎo)鏈和后隨鏈的延長(zhǎng)Pol ：在復(fù)制過(guò)程中起校讀、修復(fù)和填在復(fù)制過(guò)程中起校讀、修復(fù)和填 補(bǔ)缺口的作用。補(bǔ)缺口的作用。Pol ：缺乏其它：缺乏其它聚合酶聚合酶時(shí)發(fā)揮催化作用時(shí)發(fā)揮催化作用Pol ：負(fù)責(zé)線粒體負(fù)責(zé)線粒體DNADNA復(fù)制復(fù)制（二）真核生物的（二）真核生物的DNA聚合酶及其作用聚合酶及其作用DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。解成單鏈，它才能起模板作用。Dna BDna C解鏈方向解鏈方向二、解螺旋酶二、解螺旋酶(Dna B)利用利用ATP供能，作用于氫鍵，使供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈
15、解開(kāi)成為兩條單鏈雙鏈解開(kāi)成為兩條單鏈1010 8 8 局部解鏈后局部解鏈后隨著雙鏈的打開(kāi)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？隨著雙鏈的打開(kāi)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？解鏈過(guò)程中，解鏈過(guò)程中，DNADNA分子會(huì)過(guò)度擰緊、打分子會(huì)過(guò)度擰緊、打結(jié)、纏繞、連環(huán)等現(xiàn)象。結(jié)、纏繞、連環(huán)等現(xiàn)象。 拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用既能水解既能水解 、又能連接磷酸二酯鍵、又能連接磷酸二酯鍵克服解鏈過(guò)程中的打結(jié)、纏繞現(xiàn)象克服解鏈過(guò)程中的打結(jié)、纏繞現(xiàn)象 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(lèi)類(lèi)三、三、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?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
16、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(guò)鏈，斷端通過(guò)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)制作用機(jī)制 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用的作用拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用的作用切斷切斷- -旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)- -再連結(jié)再連結(jié)四、單鏈四、單鏈DNA結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（SSB)在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整護(hù)單鏈的完整 上述酶的總作用：上述酶的總作用：
17、松弛雙、超螺旋松弛雙、超螺旋打開(kāi)雙鏈打開(kāi)雙鏈維持維持 DNADNA分子于單鏈狀態(tài)分子于單鏈狀態(tài)DNA結(jié)合蛋白的作用？結(jié)合蛋白的作用？n五、引物酶五、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引物的酶引物的酶作用作用* *: :所有細(xì)胞和多數(shù)病毒的所有細(xì)胞和多數(shù)病毒的DNA復(fù)制，首先利用復(fù)制，首先利用模板模板合成一段合成一段RNA引物引物（長(zhǎng)度一般長(zhǎng)度一般1112個(gè)堿基），這個(gè)堿基），這一過(guò)程為一過(guò)程為引發(fā)（引發(fā)（priming）。）。POO-O-OHO5POO-O-O335DNA連接酶連接酶ATPADP5353六、六、DNA連接酶連接酶連接連接DNA鏈鏈3 -OH末端
18、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DNA連接酶在連接酶在復(fù)制復(fù)制中起最后接合缺中起最后接合缺口的作用?？诘淖饔谩Ｔ谠贒NA損傷損傷修復(fù)、體外重組修復(fù)、體外重組起縫合起縫合缺口作用。缺口作用。是基因工程的重要工具酶之一。是基因工程的重要工具酶之一。功能功能* *35 復(fù)制叉復(fù)制叉（replicative fork)前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈后隨鏈后隨鏈解解鏈鏈方方向向連接酶連接酶復(fù)制中主要酶的作用復(fù)制中主要酶的作用D
19、NA生物合成過(guò)程生物合成過(guò)程The Process of DNA Replication第三節(jié)第三節(jié)（一）復(fù)制的起始（一）復(fù)制的起始（思考：需要哪些酶參加？）（思考：需要哪些酶參加？）需要解決兩個(gè)問(wèn)題：需要解決兩個(gè)問(wèn)題：1. DNA解開(kāi)成單鏈，提供模板。解開(kāi)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。n單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白（ Dna A Dna B、 Dna CDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 引發(fā)體的形成引發(fā)體的形成復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱(chēng)為引發(fā)體復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱(chēng)為引發(fā)體3 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短鏈引物
20、是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。分子。 引物引物3 HO5引物引物酶酶合成引物合成引物理順理順DNA鏈鏈拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶 (gyrA, B)穩(wěn)定已解開(kāi)的單鏈穩(wěn)定已解開(kāi)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(kāi)解開(kāi)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）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)（二）復(fù)制的延長(zhǎng)：合成前導(dǎo)鏈與隨從鏈（二）復(fù)制的延長(zhǎng)：合成前導(dǎo)鏈
21、與隨從鏈復(fù)制的延長(zhǎng)指在復(fù)制的延長(zhǎng)指在DNA-pol 催化下，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐個(gè)加到引物或延長(zhǎng)的方式逐個(gè)加到引物或延長(zhǎng)中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵的的不斷生成。不斷生成。 復(fù)復(fù)制制過(guò)過(guò)程程簡(jiǎn)簡(jiǎn)圖圖復(fù)制延長(zhǎng)過(guò)程中，若發(fā)生堿基的錯(cuò)誤配復(fù)制延長(zhǎng)過(guò)程中，若發(fā)生堿基的錯(cuò)誤配對(duì)，則由對(duì)，則由DNA-pol I發(fā)揮其發(fā)揮其3 3 5 5 外切酶外切酶活性活性，切去錯(cuò)配堿基，再利用其，切去錯(cuò)配堿基，再利用其5 5 3 3 聚合酶聚合酶活性活性加入正確堿基，此即為加入正確堿基，此即為即時(shí)校讀即時(shí)校讀功能。功能。 復(fù)復(fù) 制制 過(guò)過(guò) 程程 動(dòng)動(dòng) 畫(huà)畫(huà) 原核生
22、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)制的終止復(fù)制終止時(shí)，不連續(xù)的岡崎片斷要接合成完整復(fù)制終止時(shí)，不連續(xù)的岡崎片斷要接合成完整的的DNA新鏈。新鏈。上述過(guò)程主要由上述過(guò)程主要由DNA-pol I和和DNA連接酶連接酶發(fā)揮發(fā)揮作用。首先利用作用。首先利用DNA-pol I的的5 5 3 3 外切酶活性，切外切酶活性，切除引物，再利用其除引物，再利用其5 5 3 3 聚合酶活性聚合酶活性填補(bǔ)引物切除填補(bǔ)引物切除后的空缺。
23、最后的一個(gè)磷酸二酯鍵由后的空缺。最后的一個(gè)磷酸二酯鍵由DNADNA連接酶作連接酶作用，使后隨鏈形成一條完整的用，使后隨鏈形成一條完整的DNA新鏈。新鏈。5 5 5 DNA-pol OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA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 哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期DNA合成合成 (synthesis) 期期G1G2SM人人為為分分成成起始、延長(zhǎng)、終止三個(gè)階段起始、延長(zhǎng)、終止三個(gè)階段二、真核生物的二、真核生物的DNA生物合成生物合成 真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)，是多真核生物每個(gè)染色體有多個(gè)起始點(diǎn)
24、，是多復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制有時(shí)序性，復(fù)制有時(shí)序性，即復(fù)制子以即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步起動(dòng)。分組方式激活而不是同步起動(dòng)。 復(fù)制的起始需要復(fù)制的起始需要DNA-pol（引物酶活性）引物酶活性）和和pol（解螺旋酶活性）參與。還需拓?fù)涿福ń饴菪富钚裕﹨⑴c。還需拓?fù)涿负蛷?fù)制因子和復(fù)制因子(replication factor, RF)。 （一）復(fù)制的起始（一）復(fù)制的起始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(zhǎng)（二）復(fù)制的延長(zhǎng)復(fù)制叉前進(jìn)速度慢（核小體解體過(guò)程）復(fù)制叉前進(jìn)速度慢（核小體解體過(guò)程） 染色體染色體DNA呈線狀，
25、復(fù)制在末端停止。呈線狀，復(fù)制在末端停止。 復(fù)制中岡崎片段的連接，復(fù)制子之間的復(fù)制中岡崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。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，去除后留下空隙。引物，去除后留下空隙。（三）復(fù)制的終止（三）復(fù)制的終止5 5 5 Pol OHP5 Pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA連接酶連接酶 Pol 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：5, 端末端引物去除后如何填補(bǔ)空隙？端末端引物去除后如何填補(bǔ)空隙？TTTTGGGGTTTTGGGG端粒端粒 端粒就像端粒就像DNADNA的帽子，保護(hù)的帽子，保護(hù)DNADNA重要信息不丟失重要信息不丟失 端粒酶端粒
26、酶(telomerase)端粒酶的催端粒酶的催化延長(zhǎng)作用化延長(zhǎng)作用爬爬行行模模型型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)一步加工非標(biāo)準(zhǔn)配對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)配對(duì)參與復(fù)制的終止參與復(fù)制的終止 填補(bǔ)引物切除后的空隙填補(bǔ)引物切除后的空隙與衰老的關(guān)系與衰老的關(guān)系: : 與腫瘤的關(guān)系與腫瘤的關(guān)系: : 許多惡性許多惡性 滾環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制(rolling circle replication)簡(jiǎn)介：其它復(fù)制方式簡(jiǎn)介：其它復(fù)制方式是某些低等生物的復(fù)制形式，如是某些低等生物的復(fù)制形式，如病病毒毒和和噬菌體噬菌體等。等。3 -OH5 -P5 5 5 3 3 3 3 5滾環(huán)復(fù)制滾環(huán)復(fù)制5 5 3 3 5 dNT
27、PDNA-pol D環(huán)復(fù)制環(huán)復(fù)制(D-loop replication) 是是線粒體線粒體DNA (mitochondrial DNA，mtDNA)的復(fù)制形式。的復(fù)制形式。 ，DNA損傷（突變）與修復(fù)損傷（突變）與修復(fù)DNA Damage (Mutation) and Repair第四節(jié)第四節(jié)基因組的分子結(jié)構(gòu)或其序列發(fā)生改基因組的分子結(jié)構(gòu)或其序列發(fā)生改變稱(chēng)為變稱(chēng)為基因突變?；蛲蛔?。DNA損傷損傷 (DNA damage) 泛指一切泛指一切DNA結(jié)構(gòu)和功能的變化。結(jié)構(gòu)和功能的變化。包括各種突變和包括各種突變和DNA鏈的斷裂等。鏈的斷裂等。從分子水平來(lái)看，突變就是從分子水平來(lái)看，突變就是DNA分
28、分子上堿基的改變。子上堿基的改變。 一、一、突變的定義突變的定義二、引發(fā)突變的因素二、引發(fā)突變的因素 自發(fā)性自發(fā)性: : 自然錯(cuò)配率約為自然錯(cuò)配率約為1010-9 -91010-10-10 左右。左右。 物理因素物理因素: : 如如UV (ultra violet)UV (ultra violet)、各種輻射、各種輻射。 化學(xué)因素化學(xué)因素: : 烷化劑、堿基類(lèi)似物、以及其他一些烷化劑、堿基類(lèi)似物、以及其他一些人工合成或環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì)，這些誘發(fā)突人工合成或環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì)，這些誘發(fā)突變的化學(xué)物質(zhì)變的化學(xué)物質(zhì), ,稱(chēng)為致癌劑。稱(chēng)為致癌劑。 生物因素生物因素: : 抗菌素類(lèi)、黃曲霉素和病毒
29、等?？咕仡?lèi)、黃曲霉素和病毒等。三、突變的分子改變類(lèi)型三、突變的分子改變類(lèi)型* *錯(cuò)配錯(cuò)配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement)框移突變框移突變(frame-shift) DNA分子上的堿基錯(cuò)配稱(chēng)分子上的堿基錯(cuò)配稱(chēng)點(diǎn)突變點(diǎn)突變(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?；蜞奏ぷ冟堰?。 2. 顛換顛換（一）堿基
30、替換（一）堿基替換( (錯(cuò)配錯(cuò)配) )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 肽鏈肽鏈CTC GAG基因基因堿基替換后可能的后果堿基替換后可能的后果*（二）（二）移碼突變移碼突變?nèi)笔В喝笔В阂粋€(gè)核苷酸一個(gè)核苷酸或一段核苷酸鏈從或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。大分子上消失。插入：插入：原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)核苷酸或一段核苷原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)核苷酸或一段核苷 酸鏈插入到酸鏈插入到DNADN
31、A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，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。造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。 缺失或插入都可能導(dǎo)致缺失或插入都可能導(dǎo)致移碼突變移碼突變。谷谷 酪酪 蛋蛋 絲絲5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 纈纈 組組 纈纈正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突變?nèi)笔б鹂蛞仆蛔兛蛞仆蛔?？框移突變？（三）（三?重重 排排重排指重排指DNA分子內(nèi)發(fā)生較大片段的交換，但分子內(nèi)發(fā)生較大片段的交換，但不涉及遺傳物質(zhì)的丟失與增加。不涉及遺傳物質(zhì)的丟失與增加。
32、1、倒位：倒位：移位的移位的DNA片段在新的位點(diǎn)上出現(xiàn)了片段在新的位點(diǎn)上出現(xiàn)了 方向的反置方向的反置2、易位：易位：指指DNA片段從基因組的某一位置轉(zhuǎn)移片段從基因組的某一位置轉(zhuǎn)移 或交換到另一位置?；蚪粨Q到另一位置。3、融合融合：兩個(gè)染色體發(fā)生共價(jià)連接，或線性的：兩個(gè)染色體發(fā)生共價(jià)連接，或線性的 染色體被環(huán)化。染色體被環(huán)化。由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型（四）（四） 動(dòng)態(tài)突變動(dòng)態(tài)突變短串聯(lián)重復(fù)序列拷貝數(shù)不斷增加，導(dǎo)致遺傳病發(fā)生短串聯(lián)重復(fù)序列拷貝數(shù)不斷增加，導(dǎo)致遺傳病發(fā)生如:Huntington 舞蹈病正常等位基因編碼區(qū)內(nèi)：正常等位基因編碼區(qū)內(nèi)： CAG
33、 的重復(fù)是的重復(fù)是10 30 次左右。次左右。動(dòng)態(tài)突變后重復(fù)達(dá)動(dòng)態(tài)突變后重復(fù)達(dá) 40 120次。次。（三核苷酸重復(fù)擴(kuò)展突變）（三核苷酸重復(fù)擴(kuò)展突變）四、基因突變的后果四、基因突變的后果* *（一）（一）僅改變基因型，不改變表型僅改變基因型，不改變表型（二）（二）導(dǎo)致遺傳性疾病的發(fā)生導(dǎo)致遺傳性疾病的發(fā)生（三）致死性突變（三）致死性突變（四）（四）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ) 五、五、DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)修復(fù)修復(fù)(repairing) 是對(duì)已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，是對(duì)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)。使其回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。修復(fù)的主要類(lèi)型修復(fù)的主
34、要類(lèi)型* *直接修復(fù)直接修復(fù) ( (light repairing)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 SOS修復(fù)修復(fù) (SOS repairing) （一）直接修復(fù)（一）直接修復(fù)光修復(fù)酶光修復(fù)酶(photolyase) UV光復(fù)活光復(fù)活v直接修復(fù)：直接修復(fù)：指無(wú)需去除堿基或核苷酸，只需一種酶經(jīng)一步指無(wú)需去除堿基或核苷酸，只需一種酶經(jīng)一步反應(yīng)修復(fù)反應(yīng)修復(fù)DNA損傷的修復(fù)機(jī)制。損傷的修復(fù)機(jī)制。（研究最詳細(xì)的修復(fù)系統(tǒng)）（研究最詳細(xì)的修復(fù)系統(tǒng)）核苷酸切除系統(tǒng)核苷酸切除系統(tǒng)切除修復(fù)相關(guān)基因：切除修復(fù)相關(guān)
35、基因： uvrA 、 uvrB、 uvrC、uvrD切除修復(fù)相關(guān)蛋白：切除修復(fù)相關(guān)蛋白： UvrA 、 UvrB、 UvrC、UvrD形成形成依賴(lài)依賴(lài)ATP的內(nèi)切酶的內(nèi)切酶解旋酶解旋酶UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHP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，主要有效的修復(fù)機(jī)制，主要由由DNA-pol和和連接酶連接酶完成。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（三）重組修復(fù)（三）重組修復(fù)( (recombination repairing) 這是這是DNA的復(fù)制的復(fù)制過(guò)程中所采用的一種有過(guò)程中所采用的一種有差錯(cuò)的修復(fù)方式。差錯(cuò)的修復(fù)方式
36、。 復(fù)制同時(shí)的修復(fù)復(fù)制同時(shí)的修復(fù)重組修復(fù)的動(dòng)畫(huà)重組修復(fù)的動(dòng)畫(huà)（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)，由此損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時(shí)，由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。 這種修復(fù)特異性低，對(duì)堿基的識(shí)別、選這種修復(fù)特異性低，對(duì)堿基的識(shí)別、選擇能力差。通過(guò)擇能力差。通過(guò)SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而DNA保留的保留的錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長(zhǎng)期的突變。錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致較廣泛、長(zhǎng)期的突變。著色性干皮病著色性干皮病(XP)(XP)屬屬DNADNA修復(fù)缺陷所致的遺修復(fù)缺陷所致的遺傳性共濟(jì)失調(diào)綜合征。是常染色體隱性遺
37、傳性共濟(jì)失調(diào)綜合征。是常染色體隱性遺傳病。傳病。逆逆 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄錄Reverse Transcription第五節(jié)第五節(jié)一、逆轉(zhuǎn)錄一、逆轉(zhuǎn)錄（reverse transcription）以以RNA為模板合成互補(bǔ)為模板合成互補(bǔ)DNA（cDNA) 的過(guò)程的過(guò)程 二、逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程+ dNTPs逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶tRNA(引物引物)dNTPs病毒病毒RNARNADNA雜雜化鏈化鏈DNA(-)雙鏈雙鏈DNAcDNA 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶的三大功能：的三大功能：(1)(1) 以以RNARNA為模板催化為模板催化DNADNA合成合成, , 即即依賴(lài)依賴(lài)RNARNA的的DNAD
38、NA聚合酶活性聚合酶活性(2) (2) 水解雜化水解雜化RNARNA鏈鏈, ,即即 RNaseRNase 活性活性(3) (3) 以以DNADNA為模板催化合成為模板催化合成DNA,DNA,即即依賴(lài)依賴(lài)DNADNA的的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性逆轉(zhuǎn)錄酶沒(méi)有逆轉(zhuǎn)錄酶沒(méi)有3 5 外切酶活性，導(dǎo)致誤差率較高。外切酶活性，導(dǎo)致誤差率較高。病毒病毒RNARNART逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶三、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義三、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)。究中的重大發(fā)現(xiàn)。 逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說(shuō)明：至少在某些生物，逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說(shuō)明：至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。對(duì)逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了對(duì)逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了20世紀(jì)初已世紀(jì)初已注意到的病毒致癌理論。注意到的病毒致癌理論。
生物化學(xué)與分子生物學(xué)：第13章 復(fù)制
