基础生化-2011第九章 DNA的生物合成课件.ppt

1、第九章第九章 DNADNA的生物合成的生物合成第一节第一节 DNADNA的复制的复制第二节第二节 DNADNA的损伤修复的损伤修复第三节第三节 反转录反转录第一节第一节 DNADNA的复制（的复制（replication）一、一、复制的一般特点复制的一般特点二、复二、复制的方式制的方式半保留复制半保留复制四、参与复制的酶和蛋白质四、参与复制的酶和蛋白质三、三、DNADNA的复制起点和复制方式的复制起点和复制方式五、复制的过程五、复制的过程六、六、DNADNA复制的忠实复制的忠实性性一、一、复制的一般特点复制的一般特点1.1.模板、前体、模板、前体、MgMg2+2+。2.DNA2.DNA的解链的

2、解链3.3.半保留复制半保留复制4.4.需要引物需要引物5.5.链延伸的方向链延伸的方向6.6.固定的起点（复制起始区有共有特征）固定的起点（复制起始区有共有特征）7.7.复制的方向（双、单）复制的方向（双、单）8.8.半不连续复制半不连续复制返回节返回节二、二、 复制的方式复制的方式半保留复制半保留复制P515二、二、 复制的方式复制的方式半保留复制半保留复制1.1.半保留复制半保留复制WatsonWatson和和CrickCrick在提出在提出DNADNA双螺旋结构模型时即推测，双螺旋结构模型时即推测，DNADNA在复在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链制时首先两条链

3、之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的分别做模板各自合成一条新的DNADNA链，这样新合成的子代链，这样新合成的子代DNADNA分分子中一条链来自亲代子中一条链来自亲代DNADNA，另一条链是新合成的，这种复制方，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制。式为半保留复制。 P515（2 2）19631963年，年，CairnsCairns用放射自显影法，用放射自显影法， 3 3H-H-脱氧胸苷标记大肠杆脱氧胸苷标记大肠杆菌菌DNA,DNA,在显微镜下首次观察到完整的正在复制的染色体在显微镜下首次观察到完整的正在复制的染色体DNADNA。三、三、DNADNA的复制

4、起点和复制方式的复制起点和复制方式（一）（一）DNADNA的复制起点的复制起点复制从特定的位点开始，这一位置叫复制从特定的位点开始，这一位置叫复制原点复制原点。原核生物的原核生物的DNADNA上一般只有一个复制原点，但在迅速生长上一般只有一个复制原点，但在迅速生长时期，第一轮复制尚未完成，就在起点处启动第二轮复制；时期，第一轮复制尚未完成，就在起点处启动第二轮复制；真核生物则有多个复制原点，可以同时启动复制过程。真核生物则有多个复制原点，可以同时启动复制过程。1. 1. 复制子复制子(replicon)(replicon)：基因组能独立进行复制的单位。基因组能独立进行复制的单位。2. 2. 复

5、制起点（复制起点（originorigin）：）：P516P5163. 3. 复制方向：复制方向：单向或双向单向或双向浓度不同的浓度不同的3 3H-H-脱氧胸苷标记大肠杆菌脱氧胸苷标记大肠杆菌DNADNA。1.1.复制（大肠杆菌为代表）复制（大肠杆菌为代表）2.2.滚环复制滚环复制3.D-3.D-环复制（取代环式）环复制（取代环式）4.4.真核细胞的复制真核细胞的复制（二）（二） DNADNA的复制方式的复制方式P518P518滚环复制滚环复制(rolling circle replication)(rolling circle replication)是一些简单是一些简单低等生物或染色体以外

6、的低等生物或染色体以外的DNADNA复制的特殊形式。复制的特殊形式。535353返回节返回节滚环复制滚环复制dNTPDNA-pol D环复制环复制(D-loop replication) 是线粒体是线粒体DNA (mitochondrial DNA，mtDNA)和叶绿体和叶绿体DNA的复制形式。两条链复制起点分开的复制形式。两条链复制起点分开n1d ATPn2d CTPn3d GTPn4d TTPDNA聚合酶聚合酶DNA模板模板DNA+（n1+n2+n3+n4) )PPi四、参与复制的酶和蛋白质四、参与复制的酶和蛋白质（一）（一） DNA聚合酶聚合酶(依赖于依赖于DNA的的DNA polyme

7、ase)1.原核生物原核生物 DNA聚合酶聚合酶该酶的催化特点直接决定了该酶的催化特点直接决定了DNADNA复制的基本特点。复制的基本特点。P519P519 底物底物 模板指导：加入核苷酸的种类由模板决定模板指导：加入核苷酸的种类由模板决定 需要引物链：只能催化脱氧核苷酸加到已有核苷需要引物链：只能催化脱氧核苷酸加到已有核苷酸链的酸链的3-OH3-OH上。上。 链的延伸方向：链的延伸方向：5 35 3 产物的性质与模板相同产物的性质与模板相同P520P520DNADNA聚合酶的反应特点：聚合酶的反应特点：DNA polymerase DNA polymerase 是主要的复制酶是主要的复制酶E

8、.Coli 三种三种DNA聚合酶比较聚合酶比较切去引物切去引物RNA，DNA修复修复DNA修复修复DNA复制复制DNADNA聚合酶聚合酶和和是易错的是易错的DNADNA聚合酶（聚合酶（19991999）P522模模 板板聚合酶活聚合酶活性位点性位点引物引物3 5 外外切酶位点切酶位点大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶I I的的凹槽空间凹槽空间为多功能酶：为多功能酶：有限水解后得到的大片有限水解后得到的大片段段KlenowKlenow具有具有3535外切酶活性；外切酶活性；聚合酶和聚合酶和3535外切外切酶活性紧密结合；酶活性紧密结合；小片段有小片段有5 35 3外切外切酶活性；酶活性；

9、校校 读读DNA聚合酶聚合酶I的的3535核酸外切核酸外切DNADNA复制过程受到双重核对：聚合酶的选择（错误率复制过程受到双重核对：聚合酶的选择（错误率1010-5-5）、）、3535外切酶的校对（错误率外切酶的校对（错误率5 5* *1010-7-7）。）。5353核酸外切核酸外切DNA polymerase III的亚基组成的亚基组成核心酶核心酶夹子装配器夹子装配器滑动钳滑动钳是异二聚体，有两种形式：核心酶、全酶是异二聚体，有两种形式：核心酶、全酶P522P522使使DNADNA解开的双链可以同时进行复制。解开的双链可以同时进行复制。 E. coli DNA 聚合酶聚合酶不对称二聚体不对

10、称二聚体 滑动钳滑动钳钳钳载载复复合合物物核心酶核心酶复杂的结构使其具有更高的忠实性、协同性和持续性。复杂的结构使其具有更高的忠实性、协同性和持续性。可滑动的可滑动的 夹持器亚基夹持器亚基催化亚基催化亚基3 5 外切酶亚基外切酶亚基前导链前导链 合成合成后随链后随链 合成合成 夹持器夹持器装置装置催化亚基催化亚基 亚基保持核心酶亚基保持核心酶 的二聚体结构的二聚体结构DNA聚合酶聚合酶催化活性催化活性功功 能能5353聚合聚合3535核酸外核酸外切切5353核酸外核酸外切切真真核核生生物物DNADNA聚合酶聚合酶 切掉引物后，补上正确切掉引物后，补上正确的的DNADNA片段片段DNADNA聚合

11、酶聚合酶 核核DNADNA的修复的修复DNADNA聚合酶聚合酶g g 线粒体线粒体DNADNA复制和修复复制和修复DNADNA聚合酶聚合酶 负责核负责核DNADNA先导链的延先导链的延长长 DNADNA聚合酶聚合酶核核DNADNA的复制和修复的复制和修复2. 2. 真核生物常见的真核生物常见的DNADNA聚合酶聚合酶 P531P531其它其它 DNA聚合酶一般缺乏聚合酶一般缺乏53核酸外切活性核酸外切活性 （二）（二） 使使DNADNA双螺旋解开的酶和蛋白质双螺旋解开的酶和蛋白质1.1.解螺旋酶解螺旋酶( (helicase)helicase)（1）具有依赖）具有依赖DNA（单链）的（单链）的

12、NTPase活性，每解开一对碱基活性，每解开一对碱基需要水解需要水解2分子分子ATP。（2）具有移位酶活性可沿被结合的）具有移位酶活性可沿被结合的DNA链单向移动。如大肠链单向移动。如大肠杆菌中的杆菌中的rep蛋白蛋白，方向为方向为35 ；参与复制的；参与复制的DnaB蛋白蛋白 5 3 。2.2.单链结合蛋白单链结合蛋白(single-strand binding Protein，SSBP)： 大肠杆菌大肠杆菌SSBSSB分子量分子量7575，60006000，由，由4 4个相同亚基构成。个相同亚基构成。作用：稳定单链作用：稳定单链DNADNA。SSBSSB与解链后的与解链后的DNADNA单链

13、结合，结合后的单链结合，结合后的DNADNA分子僵硬，不易弯曲，有利于单链分子僵硬，不易弯曲，有利于单链DNADNA分子的稳定，避免分子的稳定，避免核酸酶进攻；同时降低了核酸酶进攻；同时降低了TmTm值，进一步促进值，进一步促进DNADNA的解链。的解链。P526P5263.3.拓扑异构酶拓扑异构酶通过催化通过催化DNADNA链断裂、旋转和重新连接改变链断裂、旋转和重新连接改变DNADNA拓扑学性质。拓扑学性质。生物体内生物体内DNADNA通常处于负超螺旋状态，此时有利于解链。通常处于负超螺旋状态，此时有利于解链。（1 1）类型）类型酶酶作用：作用：DNADNA一条链的断裂和连接，无能量消耗。

14、一条链的断裂和连接，无能量消耗。举例举例: :大肠杆菌拓扑异构酶大肠杆菌拓扑异构酶可减少负超螺旋；对正超螺旋无可减少负超螺旋；对正超螺旋无作用（原核）作用（原核）（2 2）类型）类型型酶型酶作用：作用：DNADNA两条链同时断裂和再连接，引入超螺旋时消耗两条链同时断裂和再连接，引入超螺旋时消耗ATPATP。举例：细菌的举例：细菌的DNADNA旋转酶（拓扑异构酶旋转酶（拓扑异构酶）可引入负超螺旋（）可引入负超螺旋（需需ATPATP提供能量），有利于复制解链、及时消除复制叉前方的提供能量），有利于复制解链、及时消除复制叉前方的正超螺旋、分开复制结束后缠绕在一起的两个子代正超螺旋、分开复制结束后缠绕

15、在一起的两个子代DNADNA。P525P525合成合成RNARNA引物，又叫引物，又叫引物合成酶引物合成酶、引发酶。、引发酶。 它以单链它以单链DNADNA为模板，以为模板，以ATPATP、GTPGTP、CTPCTP、UTPUTP为原料，为原料，从从5 5 33 方向合成出方向合成出RNARNA片段，即引物。片段，即引物。 原核细胞是原核细胞是DNADNA聚合酶聚合酶或或RNaseHRNaseH（水解与（水解与DNADNA杂交的杂交的RNARNA链）。链）。 真核细胞是真核细胞是RNaseHRNaseH（三）（三） 引物酶引物酶( (primrase)primrase)（四）（四） 切除引物的

16、酶切除引物的酶 （五）（五） DNADNA连接酶连接酶 ( (DNA ligase)DNA ligase)1.1.作用：缝合切口和片段作用：缝合切口和片段催化双链催化双链DNADNA内相邻核苷酸的内相邻核苷酸的3 3 -OH-OH和和5 5 -Pi-Pi形成磷酸二酯键。形成磷酸二酯键。不仅参与复制，也参与不仅参与复制，也参与DNADNA修复和重组。修复和重组。2.2.连接反应需要能量：连接反应需要能量：E.coliE.coli 和某些和某些细菌中由细菌中由NADNAD+ +提供；真核、病毒和噬菌体提供；真核、病毒和噬菌体由由ATPATP提供。提供。3535OHOHP PP523P523 端粒是

17、位于染色体末端的特殊结构，由很多成串的短重端粒是位于染色体末端的特殊结构，由很多成串的短重复序列组成。一条链富含复序列组成。一条链富含G，互补链富含，互补链富含C。在决定细胞寿命。在决定细胞寿命中起重要作用。中起重要作用。5 3 3 5 5 3 3 5 （六）（六） 端粒酶（真核）端粒酶（真核）P532线形复制时末端线形复制时末端RNARNA引物的切除会导致链的缩短。引物的切除会导致链的缩短。端粒酶端粒酶是一种依赖于是一种依赖于RNARNA的的DNADNA聚合酶，聚合酶，RNA-RNA-蛋白质蛋白质复合体。复合体。它以其它以其RNARNA为模板为模板, , 通过逆转录过程对末端通过逆转录过程对

18、末端DNADNA链进链进行延长。维持染色体结构的完整。行延长。维持染色体结构的完整。爬行模式爬行模式返回节返回节P532五、复制的过程（大肠杆菌为例）五、复制的过程（大肠杆菌为例） （一）（一） 复制的起始复制的起始就目前所知，起始阶段是就目前所知，起始阶段是DNADNA复制中唯一可以受调节的阶段复制中唯一可以受调节的阶段，复制过程的调控主要取决于，复制过程的调控主要取决于复制启动的频率复制启动的频率，而，而DNADNA延长延长的速度大体上是恒定的。的速度大体上是恒定的。 DNADNA的复制是由引发体识别并结合于复制原点而被启动的复制是由引发体识别并结合于复制原点而被启动的，其机理比较复杂，目

19、前还不十分明了。的，其机理比较复杂，目前还不十分明了。P527E.coliE.coli复制起始点复制起始点orioriC C的结构（的结构（P527P527）跨度为跨度为245bp245bp，有，有3 3组串联重复序列和组串联重复序列和2 2对反向重复序列对反向重复序列 。20-4020-40个个DnaADnaA各自带各自带1 1个个ATPATP结合在结合在4bp4bp重复重复序列序列在在13bp13bp序列上解链序列上解链DnaB/DnacDnaB/Dnac解开双螺解开双螺旋形成复制叉旋形成复制叉复制起始点、复制子与复制叉复制起始点、复制子与复制叉复制原点处复制原点处DNADNA双螺旋局部解

20、链，形成双螺旋局部解链，形成“眼状眼状”结构结构 复制眼复制眼复制眼形成后，其两端的叉子状结构称为复制叉。复制眼形成后，其两端的叉子状结构称为复制叉。引发体引导引物酶到达复制叉位置合成引物。引发体引导引物酶到达复制叉位置合成引物。Dna ADna BDna CDNA拓异构酶5335含有解螺旋酶（含有解螺旋酶（ DnaBDnaB蛋白）、蛋白）、DnaCDnaC蛋白（招募）、引物酶和蛋白（招募）、引物酶和DNADNA复制起始区域的复合结构称为引发体。复制起始区域的复合结构称为引发体。引物合成方向也是引物合成方向也是5 5 33 方向。长度约为十几个到几十个核苷方向。长度约为十几个到几十个核苷酸不等

21、。酸不等。参与复制起始的蛋白因子参与复制起始的蛋白因子 名称名称 功能功能 DnaADnaA蛋白蛋白 辨认起始点辨认起始点 解螺旋酶（解螺旋酶（DnaBDnaB，RepRep） 解开解开DNADNA双链双链DnaC DnaC 协助解螺旋酶协助解螺旋酶 引物酶（引物酶（DnaGDnaG） 催化催化RNARNA引物生成引物生成SSB SSB 稳定解开的单链稳定解开的单链拓扑异构酶拓扑异构酶 理顺理顺DNADNA链链P527（二）复制的延伸（二）复制的延伸DNADNA聚合酶聚合酶加入到引发体上，这种由加入到引发体上，这种由DNADNA和多种蛋白质和多种蛋白质组装形成用于组装形成用于DNADNA复制的

22、复合体称为复制的复合体称为复制体复制体。延伸需要形成复制体，同时进行前导链和后随链的合成。延伸需要形成复制体，同时进行前导链和后随链的合成。1. 复制体的形成复制体的形成2. 复制叉推进的方式复制叉推进的方式P529一条链上一条链上DNADNA合成方向和复制叉移动方向相同，而在另一条模板合成方向和复制叉移动方向相同，而在另一条模板上却是相反的。复制时两条链如何能够同时作为模板合成新链上却是相反的。复制时两条链如何能够同时作为模板合成新链呢？呢？3 5 3 5 解链方向解链方向3 5 3 5 19681968年日本人冈崎提出半不连续复制模型年日本人冈崎提出半不连续复制模型实验设计：实验设计：用用

23、3 3H-H-脱氧胸苷标记噬菌体脱氧胸苷标记噬菌体T4T4感染的大肠杆菌感染的大肠杆菌碱性密度梯度离心分离标记的碱性密度梯度离心分离标记的DNADNA产物产物结果：结果：短时间首先出现较短的短时间首先出现较短的DNADNA（约（约1000nt1000nt），接着出），接着出现较大分子。现较大分子。DNADNA连接酶变异的温度敏感株则积累大量连接酶变异的温度敏感株则积累大量DNADNA片段片段说明：说明：DNADNA复制时先合成短片段，然后由连接酶连复制时先合成短片段，然后由连接酶连成大分子成大分子若用若用DNADNA连接酶变异的温度敏感株进行实验？连接酶变异的温度敏感株进行实验？3 5 3 5

24、 3 5 3 5 解链方向解链方向前导链前导链(leading strand)后随链后随链(lagging strand)DNADNA的半不连续复制的半不连续复制3 5 前导链和后随链；半不连续复制；冈崎片段前导链和后随链；半不连续复制；冈崎片段 引物酶引物酶在复制原点附近合成一段在复制原点附近合成一段RNARNA引物；引物；DNADNA聚合酶聚合酶 ( (原原核细胞核细胞) )在引物的在引物的33末端逐个添加脱氧核苷酸。末端逐个添加脱氧核苷酸。 随着复制叉的推进，亲代随着复制叉的推进，亲代DNADNA双螺旋不断被解开，先导链也双螺旋不断被解开，先导链也不断延伸直到复制终点。不断延伸直到复制终

25、点。 前导链的合成前导链的合成 后随链的合成后随链的合成引物的合成：引物的合成：引物酶引物酶催化生成多个引物。催化生成多个引物。冈崎片段的合成：冈崎片段的合成：DNADNA聚合酶聚合酶( (原核细胞原核细胞) )冈崎片段的连结：冈崎片段的连结：DNADNA聚合酶聚合酶一面以其一面以其DNADNA聚合活性在上游冈崎片段聚合活性在上游冈崎片段的的3-3-OHOH末端添加脱氧核苷酸，一面以其末端添加脱氧核苷酸，一面以其5353核酸核酸外切活性切除引物，直至将引物全部切除。外切活性切除引物，直至将引物全部切除。DNADNA连接连接酶酶将最后的缺口补好。将最后的缺口补好。 前导链和随后链合成的协调前导链

26、和随后链合成的协调后随链绕成突环，从而使冈崎片段的延伸方向与先导链的延伸方后随链绕成突环，从而使冈崎片段的延伸方向与先导链的延伸方向一致，它们的向一致，它们的33末端分别落在末端分别落在DNADNA聚合酶聚合酶全酶的双活性部位。全酶的双活性部位。因此，随着聚合酶的移动，两条链同时延伸。因此，随着聚合酶的移动，两条链同时延伸。复制叉内前导链和后随链由同一个复制叉内前导链和后随链由同一个DNADNA聚合酶聚合酶二聚体催化。二聚体催化。P529DNADNA聚合酶聚合酶催化前导链和随从链同时合成催化前导链和随从链同时合成合成冈崎片段需要合成冈崎片段需要DNADNA聚合酶聚合酶不断与模不断与模板脱开，然

27、后在新位置上与模板结合，这板脱开，然后在新位置上与模板结合，这是由是由 夹子和夹子装配器完成的。夹子和夹子装配器完成的。（三）复制的终止（三）复制的终止复制的终止没有特殊的信号复制的终止没有特殊的信号原核生物中：原核生物中： 其环状的其环状的DNADNA从单点开始双向复制，当两个复制叉在复制原点从单点开始双向复制，当两个复制叉在复制原点的对面处相遇并合并时，结束复制，形成两个环状的对面处相遇并合并时，结束复制，形成两个环状DNADNA分子。分子。 真核生物中：真核生物中：多个复制原点形成多个复制眼，复制叉的推进使复制眼增大，直多个复制原点形成多个复制眼，复制叉的推进使复制眼增大，直至各个复制眼

28、融合，复制终止，形成两个线状至各个复制眼融合，复制终止，形成两个线状DNADNA分子。分子。P529P529返回节返回节六、六、DNADNA复制的忠实性复制的忠实性差错率为差错率为10-9-10-10四种四种dNTP浓度的平衡浓度的平衡新合成的子链与母链之间碱基配对严格性新合成的子链与母链之间碱基配对严格性DNA聚合酶对底物专一性聚合酶对底物专一性DNA聚合酶的自我校对作用聚合酶的自我校对作用DNA修复机制修复机制使用引物使用引物RNA 返回章返回章P524P524一、一、DNADNA损伤的原因损伤的原因第二节第二节 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复二、二、DNADNA损伤的类型损伤的类型

29、三、三、DNA DNA 修复机制修复机制四、四、DNADNA突变突变一、一、 DNADNA损伤的原因损伤的原因（一）细胞内在因素（一）细胞内在因素（二）外界环境因素（二）外界环境因素1. 复制错误复制错误2. DNA结构的不稳定结构的不稳定3. 活性氧的破坏活性氧的破坏1. 化学诱变剂：化学诱变剂：（1）碱基修饰剂）碱基修饰剂亚硝酸亚硝酸 （嘌呤或嘧啶脱氨）（嘌呤或嘧啶脱氨）: A-T转变为转变为I-C黄曲霉素（最强致癌物）黄曲霉素（最强致癌物） P538 亚硝酸盐使亚硝酸盐使C C脱氨变成脱氨变成U U，经过复制就可使，经过复制就可使DNADNA上的上的G-CG-C变成变成A-TA-T碱基对

30、。碱基对。 （2 2）碱基类似物）碱基类似物5-5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU5-BU）是胸腺嘧啶类似物，）是胸腺嘧啶类似物， 能产生两种互变能产生两种互变异构体，一种是酮式，一种是烯醇式。异构体，一种是酮式，一种是烯醇式。酮式可与酮式可与A A互补配对，烯醇式可与互补配对，烯醇式可与G G互补配对，因此，当互补配对，因此，当5-5-BUBU掺入掺入DNADNA复制时使复制时使ATAT转换为转换为GCGC，会导致碱基转换突变。，会导致碱基转换突变。，（3 3）嵌入染料）嵌入染料一些扁平的稠环分子，如原黄素、溴化乙锭等，插入到一些扁平的稠环分子，如原黄素、溴化乙锭等，插入到DNADNA碱基对之

31、间，使碱基对间的距离撑大约一倍，占据一个碱碱基对之间，使碱基对间的距离撑大约一倍，占据一个碱基对的位置，基对的位置，DNADNA复制时造成新合成的链插入或缺失，结果复制时造成新合成的链插入或缺失，结果造成移码突变。造成移码突变。v外环境中的射线外环境中的射线：X-X-射射线、紫外线等线、紫外线等 高剂高剂量的紫外辐射使量的紫外辐射使DNADNA链上链上邻近的嘧啶核苷酸之间邻近的嘧啶核苷酸之间形成化学键，生成二聚形成化学键，生成二聚体；此外还有脱嘌呤作体；此外还有脱嘌呤作用和脱氨基作用用和脱氨基作用. . 相相邻邻的的胸胸腺腺嘧嘧啶啶紫外线照射紫外线照射环环丁丁烷烷胸胸腺腺嘧嘧啶啶二二聚聚体体2

32、. 物理：紫外辐射和离子辐射物理：紫外辐射和离子辐射返回节返回节二、二、DNADNA损伤的类型损伤的类型1. 碱基丢失或脱落碱基丢失或脱落2. 碱基转换（碱基转换（A、C的脱氨转变为的脱氨转变为 I 、U ）3. 碱基修饰碱基修饰4. 碱基交联（二聚体）碱基交联（二聚体）5. 碱基错配碱基错配（一）碱基损伤（一）碱基损伤（二）（二）DNA链损伤链损伤严重严重1. 链的断裂（放疗）链的断裂（放疗）2. DNA链的交联链的交联3. DNA与蛋白质的交联与蛋白质的交联三、三、DNA DNA 修复机制修复机制DNADNA修复是细胞对修复是细胞对DNADNA受损伤后的一种反应它可能使受损伤后的一种反应它

33、可能使DNADNA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能。结构恢复原样，重新能执行它原来的功能。但修复有时并非能完全消除但修复有时并非能完全消除DNADNA的损伤，只是使细胞的损伤，只是使细胞能耐受能耐受DNADNA损伤继续生存；也许这未能完全修复而存损伤继续生存；也许这未能完全修复而存留下来的损伤会在适合的条件下显示出来（如细胞留下来的损伤会在适合的条件下显示出来（如细胞的癌变等）。的癌变等）。在人类基因组中已经确认至少在人类基因组中已经确认至少130130个以上的基个以上的基因参与因参与DNADNA修复。修复。 （一）（一） 错配修复错配修复 错配修复需要识别错配修复需要识别“新新”、“旧旧

34、”链，如果识别链，如果识别错误，则导致错配被固定。错误，则导致错配被固定。 大肠杆菌的大肠杆菌的 DamDam甲基化酶可使旧（母）链甲基化酶可使旧（母）链DNADNA的的GATCGATC序列中序列中A A的的N6N6位甲基化。复制后位甲基化。复制后DNADNA短期内保持半短期内保持半甲基化的甲基化的GATCGATC序列，如发现错配则将未甲基化的核苷序列，如发现错配则将未甲基化的核苷酸链切除，以甲基化链为模板修复合成即可。酸链切除，以甲基化链为模板修复合成即可。 错配修复有缺陷会造成癌症等疾病。错配修复有缺陷会造成癌症等疾病。P533MutS识别、结合到错配部位识别、结合到错配部位MutSL移动

35、到移动到GATC序列序列MutL与与MutS结合结合MutH核酸内切酶与核酸内切酶与MutSL结结合，并在未甲基化链合，并在未甲基化链GATC位位点点5端切开端切开核酸外切酶切除核酸链核酸外切酶切除核酸链DNA聚合酶聚合酶III和和DNA连接酶连接酶合成并连接新链。合成并连接新链。（二）直接修复（二）直接修复1 1. .光修复（光复活）光修复（光复活） 由由DNADNA光裂合酶（光裂合酶（photolyasephotolyase）催化。该酶需要光（催化。该酶需要光（400400 700 700 nmnm）才能激活，它能切除嘧啶二聚体之间的连才能激活，它能切除嘧啶二聚体之间的连键键( (C-CC

36、-C键键) )，从而修复由紫外照射而造成的损伤。，从而修复由紫外照射而造成的损伤。直接将受到损伤的部位转变为正常的部位，不切除错误片段直接将受到损伤的部位转变为正常的部位，不切除错误片段P533光修复光修复光修复酶光修复酶(photolyase) UV细菌、真菌、植物、很多脊椎动物有该酶，在植物中特别重细菌、真菌、植物、很多脊椎动物有该酶，在植物中特别重要。胎盘类哺乳动物没有。要。胎盘类哺乳动物没有。2.2.烷基化碱基的直接修复（了解）烷基化碱基的直接修复（了解）碱基的烷基化会改变碱基配对性质。碱基的烷基化会改变碱基配对性质。如：如：O O6 6- -甲基鸟嘌呤的修复甲基鸟嘌呤的修复烷基转移酶

37、烷基转移酶，O O6 6- -甲基鸟嘌呤甲基转移酶最常见。该酶以甲基鸟嘌呤甲基转移酶最常见。该酶以“自自杀杀”方式催化反应。以其活性中心的方式催化反应。以其活性中心的CysCys残基作为甲基受体，残基作为甲基受体，但得到甲基就失活了。随后被选择性降解。但得到甲基就失活了。随后被选择性降解。以一个酶分子为代价修复一个损伤的碱基。以一个酶分子为代价修复一个损伤的碱基。稳定压倒一切稳定压倒一切指在一系列酶的作用下，识别指在一系列酶的作用下，识别DNADNA分子的损伤部位并将其切分子的损伤部位并将其切除，并以完整的那一条链为模板修复合成并连接，使损伤的除，并以完整的那一条链为模板修复合成并连接，使损伤

38、的DNADNA恢复正常结构的过程。恢复正常结构的过程。1.1.核苷酸切除修复（核苷酸切除修复（nucleotide excision repair, NERnucleotide excision repair, NER）2.2.碱基切除修复（碱基切除修复（base excision repair, BERbase excision repair, BER）两种。两种。 两者的主要差别是：前者识别损伤对两者的主要差别是：前者识别损伤对DNADNA双螺旋造成的扭曲双螺旋造成的扭曲，后者直接识别受损伤的碱基。，后者直接识别受损伤的碱基。（三）（三） 切除修复（普遍）切除修复（普遍）P534空缺由空缺

39、由DNA-polDNA-pol和连接酶合成并连接。和连接酶合成并连接。E.coli的切除的切除修复机制修复机制P535结构变形结构变形是细胞内最是细胞内最重要和有效的修重要和有效的修复机制。复机制。其过程是：切其过程是：切补补切切缝缝 由专一性由专一性核酸内切酶催化核酸内切酶催化，在损伤处附近切断，在损伤处附近切断 由由DNADNA聚合酶聚合酶在断口处进行在断口处进行DNADNA合成合成 由由55- -核酸外切酶核酸外切酶将损伤部位切掉将损伤部位切掉 由由连接酶连接酶将新合成的将新合成的DNADNA链与原来的链连接链与原来的链连接 NER缺陷与癌症和遗传疾病缺陷与癌症和遗传疾病 核苷酸切除修复

40、缺陷与癌症的发生有关。核苷酸切除修复缺陷与癌症的发生有关。着色性干皮病着色性干皮病是由于体内是由于体内NERNER系统缺陷引起皮肤细胞系统缺陷引起皮肤细胞对日光或紫外线特别敏感，其所形成的对日光或紫外线特别敏感，其所形成的T-TT-T二聚体因二聚体因为缺乏能切除为缺乏能切除T-TT-T二聚体的二聚体的特异性核酸内切酶特异性核酸内切酶所致，所致，以致在后续的复制中造成遗传信息改变，最终出现皮以致在后续的复制中造成遗传信息改变，最终出现皮肤癌。肤癌。损伤并未消除，但损伤并未消除，但被被“稀释稀释”了。了。 （四）（四） 重组修复重组修复 一种复制后修复。一种复制后修复。不管损伤，先复制不管损伤，先

41、复制P536( (五五) SOS) SOS修复（跨越合成）修复（跨越合成） 1.SOS1.SOS反应：染色体反应：染色体DNADNA受到严重损伤时细胞做出的受到严重损伤时细胞做出的应激反应。应激反应。广泛存在于生物中，是生物在不利环境中求得生存广泛存在于生物中，是生物在不利环境中求得生存的一种基本功能。的一种基本功能。2.SOS2.SOS反应诱导的修复系统：反应诱导的修复系统：避免差错的修复、易错修复避免差错的修复、易错修复返回节返回节DNADNA聚合酶具有校聚合酶具有校对功能，在对功能，在DNADNA损损伤部位合成时，伤部位合成时，再次引入的核苷再次引入的核苷酸不能配对还会酸不能配对还会被切

42、除，因此会被切除，因此会在原地打转，或在原地打转，或脱落造成脱落造成DNADNA合成合成中止。中止。3.3.易错修复的生理意义易错修复的生理意义细胞在潜在致死性压力下，细胞在潜在致死性压力下，诱导产生缺乏校对功能的诱导产生缺乏校对功能的DNADNA聚合酶聚合酶和和，它能在，它能在DNADNA的损伤部位进行复制，的损伤部位进行复制，从而避免了死亡，但产生很高的变异率。从而避免了死亡，但产生很高的变异率。四、四、DNADNA突变突变 DNA分子上可遗传的结构变化通称为突变。（一）点突变（置换）（一）点突变（置换）1.1.转换转换( (transition)transition)：同类碱基之间的置换

43、：同类碱基之间的置换2.2.颠换颠换( (tansversion)tansversion)：异类碱基之间的置换：异类碱基之间的置换突变的结果：突变的结果：（1）决定同样的氨基酸：沉默突变）决定同样的氨基酸：沉默突变（2）决定不同的氨基酸：错义突变或中性突变）决定不同的氨基酸：错义突变或中性突变（3）突变为终止密码子或反之：无义突变或通读突变）突变为终止密码子或反之：无义突变或通读突变P537（二）移码突变（移框突变）（二）移码突变（移框突变）1.1.插入插入2.2.缺失缺失（三）隐性和显性突变（三）隐性和显性突变非非3 3的整倍数个核苷酸的插入或缺失的整倍数个核苷酸的插入或缺失返回章返回章第三

44、节第三节 逆转录作用逆转录作用（RNA指导的指导的DNA合成）合成）二、逆转录酶二、逆转录酶三、病毒三、病毒RNARNA的反转录过程的反转录过程 一、逆转录定义一、逆转录定义定义定义: : 以以RNARNA为模板为模板, ,逆逆转录酶转录酶催化按照催化按照RNARNA中的核中的核苷酸顺序合成苷酸顺序合成DNADNA的过程称为逆转录的过程称为逆转录(reverse (reverse transcription, RT)transcription, RT)。v反转录现象不仅在反转录病毒中发现，也存在于反转录现象不仅在反转录病毒中发现，也存在于细菌、古细菌和真核生物中（细菌、古细菌和真核生物中（HI

45、V、乙肝（、乙肝（BV）、）、真核细胞端粒酶）真核细胞端粒酶）P589P589一、逆转录一、逆转录v实验发现：实验发现： Temin 发现放线菌素发现放线菌素D（抑制以（抑制以DNA为模板的反为模板的反应）抑制致癌应）抑制致癌RNA病毒的复制，但不一致普通病毒的复制，但不一致普通RNA病毒的复病毒的复制。制。vTemin 1964年提出前病毒学说年提出前病毒学说v1970年年Temin和和Baltimore同时分别从同时分别从(鸡鸡)劳氏肉瘤病毒和小劳氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒等致病白鼠白血病病毒等致病RNA病毒中分离出反转录酶，迄今已病毒中分离出反转录酶，迄今已知的致癌知的致癌RNA病毒都

46、含有反转录酶。获病毒都含有反转录酶。获1975年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。二、逆转录酶二、逆转录酶1.1.逆转录酶的发现逆转录酶的发现（1 1）逆转录酶是多功能酶，兼有）逆转录酶是多功能酶，兼有3 3种酶的活性：种酶的活性： RNARNA指导的指导的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 DNADNA指导的指导的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 RNase HRNase H的活性，专一水解的活性，专一水解RNA-DNARNA-DNA杂交分子中的杂交分子中的RNARNA，可沿，可沿5 5 3 3 和和3 3 5 5 两个方向起核酸外切酶的作用。两个方向起核酸外切酶的作用。（2 2）逆转录酶也和）逆转录酶也

47、和DNADNA聚合酶一样聚合酶一样, , 沿沿553 3 方向合方向合成成DNA, DNA, 并要求引物（可以是寡聚脱氧核糖核苷酸或寡聚并要求引物（可以是寡聚脱氧核糖核苷酸或寡聚核糖核苷酸）。但没有核糖核苷酸）。但没有33 55外切酶活性缺乏校对能外切酶活性缺乏校对能力（抗药性）。力（抗药性）。2.2.逆转录酶的特点逆转录酶的特点3.反转录酶发现的理论和实践意义：反转录酶发现的理论和实践意义：促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究，促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目前反转录酶已为肿瘤的防治提供了新的线索。目前反转录酶已经成为研究这些学科的有力工具。经成为

48、研究这些学科的有力工具。5353TTTTpoly A tail35CCC353GGG5整合整合入细胞基因组入细胞基因组逆转录活性逆转录活性RNaseHRNaseH活性活性RNA:DNARNA:DNA杂合链杂合链RNARNA模板模板cDNAcDNA双链双链DNADNA（前病毒）（前病毒）DNA polDNA pol活性活性三、病毒三、病毒RNARNA的反转录过程的反转录过程 （1010步）步）（以前病毒形式整合到宿主细胞（以前病毒形式整合到宿主细胞DNADNA中，从而使细胞恶性转化）中，从而使细胞恶性转化） P592P592 cDNAcDNA（complementary DNA, cDNAcomplementary DNA, cDNA）: :利用反转录酶可合成出与任何利用反转录酶可合成出与任何RNARNA模板（模板（mRNAmRNA，tRNAtRNA或或rRNArRNA）的碱基序列互补的）的碱基序列互补的DNADNA互补互补DNADNA名词解释名词解释半保留复制半保留复制 半不连续复制半不连续复制 反转录反转录 互补互补DNA问答题问答题1.原核生物原核生物DNA复制所需的酶及因子的作用复制所需的酶及因子的作用2.半保留复制的实验证据有哪些？半保留复制的实验证据有哪些？3.DNA损伤修复的方式有哪些？损伤修复的方式有哪些？