第12章 DNA的生物合成课件.ppt

1、第第1212章章D N AD N A 的 生 物 合 成的 生 物 合 成DNA Biosynthesis2022年年6月月23日日20时时23分分12022年年6月月23日日20时时23分分2第第1212章章 1865 1865年年，奥地利生物学家奥地利生物学家孟德尔孟德尔(Mendel)总结总结8 8年的年的豌豆杂交豌豆杂交实验提出：实验提出：“hereditary factor(遗传因子遗传因子) )”决定决定生物性生物性状、状、分离定律分离定律和和自由组合定律自由组合定律。 1910 1910年，美国生物学家年，美国生物学家摩尔根摩尔根(Morgan)对对果蝇果蝇进行系统研究，提出进行

2、系统研究，提出基因在染色体上直线排列、基因在染色体上直线排列、连锁连锁遗传遗传和和连锁交换定律连锁交换定律。19331933年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。 1909 1909年年，丹麦生物学家，丹麦生物学家约翰逊约翰逊(Johannsen)进行了进行了年的年的菜菜豆豆自自交交与与纯系纯系实验实验；据希腊文据希腊文“给予生命给予生命”之义，之义，最先最先用用“基因基因” 替代替代了了“遗传因子遗传因子”。2022年年6月月23日日20时时23分分31.1.基因概念的提出和发展基因概念的提出和发展肺炎肺炎双双球菌遗传球菌遗传转化实验转化实验2022年年6月月23日日20时时23分分42.2. 噬菌体

3、侵染细菌实验进噬菌体侵染细菌实验进一步一步携带遗传信息的是携带遗传信息的是DNA鲁利亚鲁利亚(Luria)2022年年6月月23日日20时时23分分63.3.DNARNAProtein中心法则中心法则The Central Dogma1958 F. Crick翻译翻译转录转录反转录反转录复制复制复制复制中心法则的补充：中心法则的补充：1965年发现年发现RNA复制复制1970年发现逆转录酶年发现逆转录酶2022年年6月月23日日20时时23分分74.4.中心法则的中心法则的复制的基本规律复制的基本规律第一节第一节Basic Rules of DNA Replication2022年年6月月23

4、日日20时时23分分8学习要求：学习要求： 掌握复制及其基本规律、半保留复制、双向复掌握复制及其基本规律、半保留复制、双向复制、半不连续性复制、复制叉、复制子、领头链、制、半不连续性复制、复制叉、复制子、领头链、随从链、冈崎片段的概念。随从链、冈崎片段的概念。 熟悉半保留复制的实验依据。熟悉半保留复制的实验依据。2022年年6月月23日日20时时23分分9 DNA DNA复制是一个由多种酶催化，多种蛋白因子复制是一个由多种酶催化，多种蛋白因子参与，并且受到精密调控的复杂过程。参与，并且受到精密调控的复杂过程。 E. coli E. coli 染色质的复制涉及约染色质的复制涉及约3030种蛋白质

5、种蛋白质。 指遗传物质的传代，是以母链指遗传物质的传代，是以母链DNADNA为模板，按为模板，按碱基配对的原则碱基配对的原则, ,合成两个完全相同的子链合成两个完全相同的子链DNADNA分子分子的过程的过程。 (semi-conservative replication) (bidirectional replication) (semi-discontinuous replication) 2022年年6月月23日日20时时23分分10Watson and Crick, 1953.亲代亲代DNADNA荣获荣获1962年诺贝尔医学与生理学奖。年诺贝尔医学与生理学奖。2022年年6月月23日日2

6、0时时23分分121958, M. Mmlson & F. W. Stahl设计的实验设计的实验2022年年6月月23日日20时时23分分131958, M. Messelson & F. W. Stahl设计的实验设计的实验2022年年6月月23日日20时时23分分14按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNA与亲代与亲代DNA A的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。传信息，体现了遗传的保守性。遗传的保守性，遗传的保守性，是物种稳定性的分是物种稳定性的分子基础，但不是绝子基础，但不是绝对的。对的。2022年年6月

7、月23日日20时时23分分1553553353352022年年6月月23日日20时时23分分16 E. Coli E. Coli的称的称ori C，由，由245 bp245 bp的保守序列和控的保守序列和控制元件组成；制元件组成； 酵母的酵母的称称autonomously replicating sequence, 含含含含11 bp富含富含AT的核心序列的核心序列。2022年年6月月23日日20时时23分分1753oriorioriori5355332022年年6月月23日日20时时23分分18复制子复制子(replicon)：独立完成复制的功能单位。：独立完成复制的功能单位。 3 5 3

8、5 3 5 解链方向解链方向领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)3 5 3 5 2022年年6月月23日日20时时23分分19 原核原核:10002000 个核苷酸（个核苷酸（nt） (相当于相当于1个顺反子，即基因的大小个顺反子，即基因的大小) 真核真核:100200个核苷酸（个核苷酸（nt） (相当于相当于1个核小体个核小体DNA的大小的大小) 2022年年6月月23日日20时时23分分202022年年6月月23日日20时时23分分21学习要求：学习要求： 掌握参与掌握参与DNA复制的主要物质种类，原核和真核生物复制的主要物质种类，原核和

9、真核生物DNA聚合酶作用、种类及特点，拓补异构酶、引物酶、单链聚合酶作用、种类及特点，拓补异构酶、引物酶、单链DNA结结合蛋白和合蛋白和DNA连接酶的作用和特点。连接酶的作用和特点。 熟悉熟悉DNA复制的化学反应、保真性的酶学依据。复制的化学反应、保真性的酶学依据。 了解了解DNA聚合酶的分子结构特点，复制中聚合酶的分子结构特点，复制中DNA分子的拓补分子的拓补学变化。学变化。 dATP, dGTP, dCTP, dTTP；(dNTP) 依赖依赖DNA的的DNA聚合酶，简写为聚合酶，简写为 DNA-pol； 解开成单链的解开成单链的DNA母链；母链； 提供提供3 -OH末端使末端使dNTP可以

10、依次聚合；可以依次聚合；。2022年年6月月23日日20时时23分分22(dNMP)n+ dNTP(dNMP)n+1+ PPiDNA pol2022年年6月月23日日20时时23分分243 5 5 3 3 5 DNA-pol5 3 OHP2022年年6月月23日日20时时23分分255 3 3 5 外外2022年年6月月23日日20时时23分分265 3 DNA-polDNA-pol DNA-pol 2022年年6月月23日日20时时23分分272022年年6月月23日日20时时23分分28u DNA-pol (109kD)2022年年6月月23日日20时时23分分291959年诺贝尔生年诺贝

11、尔生理学医学奖得主理学医学奖得主5 3 2022年年6月月23日日20时时23分分305 3 GC将错配的核苷酸从引物链的将错配的核苷酸从引物链的3端除去端除去 2022年年6月月23日日20时时23分分31323个氨基酸个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/604个氨基酸个氨基酸 5 核酸外切酶活性；核酸外切酶活性；DNA聚合酶活性聚合酶活性N 端端C 端端枯草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶 Klenow片段是实验室合成片段是实验室合成DNA，进行分子，进行分子生物学研究中常用的工具酶。生物学研究中常用的工具酶。 2022年年6月月23日日20时时23分分322022年

12、年6月月23日日20时时23分分33*是由是由A. Kornberg的的二二儿子儿子Tom B. Kornberg发现的。发现的。u (含含10多个亚基的异二聚体多个亚基的异二聚体)2022年年6月月23日日20时时23分分342022年年6月月23日日20时时23分分35定位定位核核核核线粒体线粒体核核核核5353聚合活性聚合活性有有有有有有有有有有3535外切活性外切活性无无无无有有有有有有持续合成持续合成能力能力中等中等低低高高有有PCNA(PCNA(亚亚基基) )时高时高高高功能功能起始引发，起始引发，引物酶引物酶活性活性低保真度低保真度的复制的复制线粒体线粒体DNADNA复制复制延长

13、子链的延长子链的主要酶，主要酶，解旋酶活性解旋酶活性填补空缺，填补空缺，切除修复，切除修复，重组重组2022年年6月月23日日20时时23分分36突变率突变率约为约为1/101/103 3；DNADNA聚合酶聚合酶和和，是子链与母链能准确配对是子链与母链能准确配对( (突变率突变率1/101/104 45 5) )，使遗传，使遗传信息延续和传代的保证；信息延续和传代的保证；和复制和复制等机等机制制，使突变率由，使突变率由1/1068降低降低到到1/10910 。DNADNA聚合酶聚合酶 和和实现的即时校读实现的即时校读，可使突变率由，可使突变率由1/1045降低到降低到1/1068；2022年

14、年6月月23日日20时时23分分37DNADNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把把DNADNA解开成单链，它才能起模板作用；解开成单链，它才能起模板作用；因此，因此，DNA复制涉及复制涉及DNA双螺旋构象变双螺旋构象变化及解链过程。化及解链过程。 2022年年6月月23日日20时时23分分38 沿着随从链的模板，从沿着随从链的模板，从5533方向，促使复制叉向前延伸；方向，促使复制叉向前延伸；：沿着领头链的模板，从沿着领头链的模板，从33 5 5方向向前移动，促使双链不断解开；方向向前移动，促使双链不断解开；2022年年6月月23日日20时时23分分39 2022

15、年年6月月23日日20时时23分分402022年年6月月23日日20时时23分分412022-6-23422022年年6月月23日日20时时23分分42 (DNA topoisomerase, Topo) 2022年年6月月23日日20时时23分分432022年年6月月23日日20时时23分分44TopoTopo将前方将前方的的正超螺旋转变为负超螺旋正超螺旋转变为负超螺旋； TopoTopo使使DNADNA变为松弛状态变为松弛状态，与转录有关。，与转录有关。TopoTopo和和TopoTopo都能清除前方的正超螺旋。都能清除前方的正超螺旋。通过切断、旋转和再连接，理顺通过切断、旋转和再连接，理

16、顺DNADNA链。链。 2022年年6月月23日日20时时23分分45DNA正超螺旋与负超螺旋正超螺旋与负超螺旋负超螺旋负超螺旋DNA双螺旋双螺旋正超螺旋正超螺旋、2022年年6月月23日日20时时23分分46切割切割DNA双链，此时不需双链，此时不需ATP；尔后；尔后由由ATP供能供能，使，使DNA分子成负超螺旋分子成负超螺旋再连接再连接切口切口。不需不需ATP，切割双链，切割双链DNA中的一条链，中的一条链，使使DNA松弛后松弛后, 连接切口。连接切口。 Topo: Topo：u 临床上使用的某些抗肿瘤药临床上使用的某些抗肿瘤药(如喜树碱、鬼如喜树碱、鬼臼乙叉甙等臼乙叉甙等) 可通过抑制可

17、通过抑制Topo酶活性而杀死肿酶活性而杀死肿瘤细胞。瘤细胞。2022年年6月月23日日20时时23分分47 由由RNase HRNase H与与DNA-polDNA-pol外切酶活性除去冈崎片段外切酶活性除去冈崎片段中的中的RNARNA引物，间隙由引物，间隙由DNA-polDNA-pol填补成填补成DNADNA，缺口由，缺口由DNADNA连接酶催化相邻冈崎片段间的连接酶催化相邻冈崎片段间的3-OH3-OH和和5-P5-P形成形成磷酸二酯键而连成完整的磷酸二酯键而连成完整的DNADNA链。链。只能连只能连接碱基互补基接碱基互补基础上双链中的础上双链中的单链缺口；而单链缺口；而对单独存在的对单独存

18、在的D N A 单 链 或单 链 或RNA单链没有单链没有连接的作用。连接的作用。2022年年6月月23日日20时时23分分482022年年6月月23日日20时时23分分49 在复制中起最后接合缺口在复制中起最后接合缺口( (双链中的单链双链中的单链 缺口缺口) )的作用；的作用； 在在DNADNA修复、重组及剪接过程中起缝合缺修复、重组及剪接过程中起缝合缺 口的作用；口的作用； 基因工程的重要工具酶之一。基因工程的重要工具酶之一。u DNA DNA连接酶功能连接酶功能2022年年6月月23日日20时时23分分50DNADNA复制因子和酶复制因子和酶原核生物原核生物真核生物真核生物功能功能起始

19、识别因子起始识别因子Origin Rec. FactorDna AHU(类组蛋白类组蛋白) )ORC(6(6聚体聚体) )Cdc6、MCM识别、结合复制起始点识别、结合复制起始点解螺旋酶解螺旋酶HelicaseDan B(6(6聚体聚体) )Dna C(6(6聚体聚体) )DNA-pol 解开解开DNADNA双螺旋链双螺旋链单链结合蛋白单链结合蛋白Single Strand BPSSBSSB结合、稳定结合、稳定DNADNA单链单链拓扑酶拓扑酶Topoisomerase拓扑酶拓扑酶 拓扑酶拓扑酶 拓扑酶拓扑酶 清除复制叉前方的超螺旋清除复制叉前方的超螺旋引物酶引物酶PrimaseDna GDNA

20、-pol 合成一小段合成一小段RNARNA引物引物DNADNA聚合酶聚合酶DNA PolymeraseDNA-Pol DNA-Pol 亚基亚基DNA-pol DNA-pol PCNA以亲代以亲代DNA单链单链为为模板模板，按按53方向延长方向延长子链子链DNARNARNA酶酶 H HRNase HRNA酶酶 HDNA-Pol RNA酶酶 HRNase H分解、清除引物分解、清除引物连接酶连接酶Ligase连接酶连接酶连接酶连接酶连接连接DNADNA片段片段参与参与DNADNA复制的主要因子和酶复制的主要因子和酶2022年年6月月23日日20时时23分分51DNADNA生物合成过程生物合成过程第

21、三节第三节The Process of DNA Replication2022年年6月月23日日20时时23分分52学习要求：学习要求： 掌握原核生物掌握原核生物DNA复制过程和各阶段的特点；复制过程和各阶段的特点；掌握端粒和端粒酶概念，掌握端粒和端粒酶概念， 熟悉真核生物熟悉真核生物DNA复制过程和各阶段的特点；复制过程和各阶段的特点；熟悉复制起始、引发体、负超螺旋等概念。熟悉复制起始、引发体、负超螺旋等概念。 了解端粒延长机制。了解端粒延长机制。 原核生物原核生物DNA的复制有一个特定的复制起始的复制有一个特定的复制起始点；点；E. coli的复制起始点称为的复制起始点称为oriC，由，由

22、245 bp的的保守序列和控制元件组成。保守序列和控制元件组成。2022年年6月月23日日20时时23分分53上游有上游有能被能被DnaB(DnaB(解螺旋解螺旋酶酶) )和和DnaCDnaC蛋白识别结合蛋白识别结合 下游有下游有被被DnaADnaA蛋白蛋白( (起始因子起始因子) )识别结合识别结合 DnaA( DnaA(起始因子起始因子) )、DnaB(DnaB(解螺旋酶解螺旋酶) )、DnaCDnaC、HU(HU(类组蛋白类组蛋白) )、拓扑酶、拓扑酶( (即促旋酶即促旋酶) )和和SSBSSB2022年年6月月23日日20时时23分分54Arrangement of sequences

23、 in the E. coli replication origin, oriC. *DUE: DNA unwinding element.Model for initiation of replication at the E. coli origin, oriC. Eight DnaA protein molecules, each with a bound ATP, bind at the R and I sites in the origin. 引物引物3 HO53 5 3 5 HO3 5Dan C解螺旋酶解螺旋酶引物引物HO3 (Dna B)(DnaG)(DnaG)引发体：引发体：含

24、有解螺旋酶含有解螺旋酶(DnaB)、DnaC蛋白、引物酶蛋白、引物酶 (DnaG)和和DNA复制起始区域的复合结构。复制起始区域的复合结构。引引 物：物：是由引物酶催化合成的短链是由引物酶催化合成的短链 RNA分子分子,能提能提 供供3-OH。 2022年年6月月23日日20时时23分分563 AAGACCTATTGCAAT-5 5 TTCTGGATAA-OH3 2022年年6月月23日日20时时23分分57领头链：领头链：合成一段合成一段RNA引物（比冈崎片段的引物引物（比冈崎片段的引物 略长），开始合成后通常一直继续下去。略长），开始合成后通常一直继续下去。2022年年6月月23日日20时

25、时23分分58随从链：随从链：分段进行，需要不断合成分段进行，需要不断合成RNA引物和冈崎引物和冈崎 片段。片段。 2022年年6月月23日日20时时23分分59领头链：领头链：合成一段合成一段RNA引物（比冈崎片段的引物略引物（比冈崎片段的引物略 长），开始合成后通常一直继续下去。长），开始合成后通常一直继续下去。随从链：随从链：分段进行，需要不断合成分段进行，需要不断合成RNA引物和冈崎引物和冈崎 片段。片段。 2022年年6月月23日日20时时23分分60 在营养丰富培养基，在营养丰富培养基，E. Coli 每每20分钟分钟即可分裂一次；其基因组碱基数为即可分裂一次；其基因组碱基数为4.

26、64.610106 6 bpbp, , DNA为为单点双向复制，单点双向复制，可推算出复制速可推算出复制速度约度约11115 kb/min(1,900 bp/s)； 真核染色体真核染色体DNA为为多点双向复制多点双向复制，复，复制叉移动速度约制叉移动速度约13 kb/min (1650 bp/s)；复制子长度为复制子长度为100200 kb ，约约3060分分钟内完成复钟内完成复制制(25110 bp/s)；完成染色体完成染色体复制时间通常要用复制时间通常要用68小时。小时。2022年年6月月23日日20时时23分分61oriter E.coli8232SV40 ori ter5002022年

27、年6月月23日日20时时23分分62 Tus (terminus utilization substance)蛋白蛋白具具有反解旋酶活性，有反解旋酶活性，Tus-ter复合物复合物可以抑制可以抑制的解旋作用，阻止复制叉前进。的解旋作用，阻止复制叉前进。 Tus蛋白除了使复制叉停止运动以外，还可能蛋白除了使复制叉停止运动以外，还可能造成复制体解体；解体后大约仍造成复制体解体；解体后大约仍，这时通过修复方式填补空缺。，这时通过修复方式填补空缺。2022年年6月月23日日20时时23分分632022年年6月月23日日20时时23分分64When DNA replicated, its strands

28、 are separated by the enzyme helicase. Single strand DNA binding protein keeps the strand from re-annealing. One DNA strand we called the leading strand, which form from 5 prime to 3 prime end, using DNA polymerase III, no problem here. But the lagging strand presents problem. It has formed from 5 p

29、rime to 3 prime too. It forms pieces called Okazaki fragments. First a RNA primase lays down the RNA primer, then DNA polymerase III lays down new DNA. the process repeats again and again. DNA polymerase I replaces the RNA primer ith DNA, finally DNA ligase links the Okazaki fragments.2022年年6月月23日日2

30、0时时23分分65 细胞完成一轮分裂细胞完成一轮分裂的 过 程 称 为的 过 程 称 为，分为，分为4期；期；在良好营养条件下培养在良好营养条件下培养细胞，历时约细胞，历时约。 复制仅发生在细胞复制仅发生在细胞分裂的合成期分裂的合成期( (S期期) )，而，而且只复制一次。且只复制一次。2022年年6月月23日日20时时23分分66 解链解链 引发体形成引发体形成 生成引物生成引物 起始点称起始点称( autonomous replication sequence, ARS),结构较结构较ori C短短( 酵母：为酵母：为150 bp 含有含有 11 bp富含富含AT的的 核心序列的片段核心序

31、列的片段; 多起点（多复制子）多起点（多复制子） 时序性（分组激活，非同步进行）时序性（分组激活，非同步进行）2022年年6月月23日日20时时23分分67 DNA-pol （引物酶活性）（引物酶活性） DNA-pol （解螺旋酶活性）（解螺旋酶活性） 拓扑异构酶拓扑异构酶 复制因子复制因子(RF，如：，如：RFA、RFC) 增殖细胞核抗原增殖细胞核抗原(proliferation cell nuclear antigen，PCNA) 蛋白激酶磷酸化激活各种蛋白激酶磷酸化激活各种RF而调控细胞周期进而调控细胞周期进入入S期，相关期，相关cyclin和和CDK相互作用，实现对相互作用，实现对DN

32、A复复制的多样化和精确的调节。制的多样化和精确的调节。 2022年年6月月23日日20时时23分分68ARSORC识别结合识别结合ARS、Cdc6与与ORC结合、结合、MCM 2 7成环状复成环状复合体，组装成合体，组装成CDK 使使pre-RC磷酸化激活，磷酸化激活，复制起点复制起点DNA解旋、募集解旋、募集DNA聚合酶，起始复制。聚合酶，起始复制。Cdc6: Cell division cycle 6，细，细胞分裂周期蛋白胞分裂周期蛋白6MCM: minchromosome maitenance proteins，小染色体维持蛋白，小染色体维持蛋白领头链领头链3 5 3 5 亲代亲代DNA

33、5 3 3 5 随从链随从链DNA-polDNA-pol：在在PCNAPCNA和和RF-CRF-C协同下，替代协同下，替代DNA-DNA-polpol继继续续催化领头链和随从链合成。催化领头链和随从链合成。DNA-DNA-polpol：催化催化1010个碱基引物和头个碱基引物和头20203030个碱基组成个碱基组成的的DNADNA合成；合成；2022年年6月月23日日20时时23分分70353553核小体核小体引物引物注：当随从链延长了大致相当于一个或若干个核小注：当随从链延长了大致相当于一个或若干个核小 体的长度体的长度( (135 bp，或，或135 bp的若干倍的若干倍) )就要重就要重

34、 新合成引物长度。新合成引物长度。2022年年6月月23日日20时时23分分715PHO3P53 OHHO5PP5HO33 OHP55P3 OH 真核生物染色体真核生物染色体DNA是线性结构，染色体两端新链的是线性结构，染色体两端新链的引物被去除后，分别留下引物被去除后，分别留下和和。 （三）复制终止和端粒酶（三）复制终止和端粒酶引物水解（引物水解（RNA酶）酶）补缺（补缺（DNA-pol ）连接（连接酶）连接（连接酶）1、复制终止复制终止基本过程基本过程2022年年6月月23日日20时时23分分72 两端单链两端单链DNA母链不填补成双链，就会母链不填补成双链，就会被核内被核内DNase酶解

35、，造成子代染色体末端缩酶解，造成子代染色体末端缩短。短。 某些低等生物出现少数特例，经多次复制后的某些低等生物出现少数特例，经多次复制后的染色体越来越短，造成末端相邻的一些重要基因丢染色体越来越短，造成末端相邻的一些重要基因丢失、遗传信息完整性破坏。失、遗传信息完整性破坏。2022年年6月月23日日20时时23分分73端粒端粒染色体染色体 是指真核生物染色是指真核生物染色体末端体末端DNA 与它的结与它的结合蛋白紧密结合而形成合蛋白紧密结合而形成的特殊结构。的特殊结构。 稳定染色体末端结构；稳定染色体末端结构； 防止染色体间末端连接；防止染色体间末端连接； 补偿补偿DNA 5DNA 5末端在清

36、除末端在清除RNARNA引物后造成的空缺。引物后造成的空缺。2022年年6月月23日日20时时23分分74 端粒的结构特点端粒的结构特点TTTTGGGGTTTTGGGG 端粒的共同结构是富含端粒的共同结构是富含(TmGn)x重复序列重复序列，重，重复的次数由几十到数千不等，并能反折成二级结构。复的次数由几十到数千不等，并能反折成二级结构。 水解引物后每个染色体的水解引物后每个染色体的3末端比末端比5末端长末端长, ,伸伸出约出约1216个单核苷酸链，这一特殊结构可募集一个单核苷酸链，这一特殊结构可募集一种称为种称为的特殊的特殊酶。酶。P5HO33 OHP55P3 OH2022年年6月月23日日

37、20时时23分分75端粒酶端粒酶RNA(hTR, RNA(hTR, 能与染能与染色体的色体的3ssDNA3ssDNA互补互补) )端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白1(hTP1)1(hTP1)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(hTRT)(hTRT) 能够延伸其能够延伸其DNADNA底物的底物的33端；端； 以自己的以自己的RNARNA组分作为模板，组分作为模板， 以染色体以染色体3端端ssDNA作引物。作引物。2022年年6月月23日日20时时23分分762022年年6月月23日日20时时23分分77-OH-OH-OH细胞分裂细胞分裂 细胞分裂细胞分裂 抗抗衰衰老老2022年年6月月23日日20时时23

38、分分78但某些肿瘤形成时可产生端粒缺失、融合、但某些肿瘤形成时可产生端粒缺失、融合、或缩短等现象。或缩短等现象。癌细胞可通过某些机制启动端粒酶基因的表达，癌细胞可通过某些机制启动端粒酶基因的表达，使染色体端粒稳定地维持一定的长度，使癌细胞使染色体端粒稳定地维持一定的长度，使癌细胞得以持续增殖、转移并获得永生。得以持续增殖、转移并获得永生。大多数增殖活跃的肿瘤细胞（约大多数增殖活跃的肿瘤细胞（约85%85%）端粒）端粒酶活性增高。酶活性增高。端粒酶可作为端粒酶可作为为病变组织良恶性鉴别指标，及为病变组织良恶性鉴别指标，及抗癌治疗的靶位点。抗癌治疗的靶位点。2022年年6月月23日日20时时23分

39、分792022年年6月月23日日20时时23分分80起始点起始点 多多 点点, ARS/RC 单单 点点, oriC/Dna A 速度速度 慢（原核的慢（原核的1/10） 快快引物大小引物大小 短（约短（约10个核苷酸）个核苷酸） 长（约数十个核苷酸）长（约数十个核苷酸）冈奇片段冈奇片段 少（约少（约100200个）个） 多（约多（约10002000个）个）酶酶 DNA聚合酶聚合酶- DNA聚合酶聚合酶 III端粒酶端粒酶 有有 无无真核生物真核生物 原核生物原核生物真核与原核生物复制的主要区别真核与原核生物复制的主要区别2022年年6月月23日日20时时23分分81Reverse Trans

40、cription and Other DNA Replication Ways2022年年6月月23日日20时时23分分82学习要求：学习要求： 掌握反转录概念、作用特点、作用过程及生物掌握反转录概念、作用特点、作用过程及生物学意义。了解滚环复制和学意义。了解滚环复制和D环复制。环复制。 逆转录逆转录酶酶1.1.逆转录酶活性：以逆转录酶活性：以RNA为模板为模板( (tRNA为引物为引物) )合成合成DNADNA2.RNase H 2.RNase H 活性：水解活性：水解RNA-DNARNA-DNA杂合分子中的杂合分子中的RNARNA3.DNA-pol3.DNA-pol活性：以活性：以DNAD

41、NA为模板合成为模板合成DNADNA 逆转录酶没有逆转录酶没有3535外切酶活性外切酶活性, ,无校对功能。无校对功能。 2022年年6月月23日日20时时23分分83图图12-18 反转录酶催化反转录酶催化RNA转转变为双链变为双链cDNA的途径的途径AAnATTnT 55mRNA反转录酶反转录酶mRNAcDNA3TTnTAAnARnase HTTnT3cDNA核酸酶核酸酶S1双链双链cDNA35 35 5B试管内合成试管内合成cDNA逆转录酶逆转录酶2022年年6月月23日日20时时23分分852022年年6月月23日日20时时23分分86受体受体:CD4辅受体：辅受体：CCR5/RANT

42、ES 或或 CXCR4/SDF-1gp120（1）扩展了中心法则；表明）扩展了中心法则；表明RNA可同时兼有遗传信可同时兼有遗传信 息传代与表达的功能。息传代与表达的功能。（2）对反转录病毒的研究，有助于肿瘤和艾滋等疾）对反转录病毒的研究，有助于肿瘤和艾滋等疾 病发病机制和诊治的研究。病发病机制和诊治的研究。（3）cDNA 法、反转录病毒载体已成为基因工程和法、反转录病毒载体已成为基因工程和 基因治疗的重要工具。基因治疗的重要工具。 2022年年6月月23日日20时时23分分87AZT(3AZT(3叠氮叠氮-2, 3-2, 3双脱氧胸腺核苷双脱氧胸腺核苷) )是已用是已用于艾滋病临床治疗的于艾

43、滋病临床治疗的抑制反转录酶抑制反转录酶的药物的药物 AZT AZT经经T T淋巴细胞吸收淋巴细胞吸收后转变为后转变为AZTAZT三磷酸酯。三磷酸酯。 一方面一方面AZTAZT三磷酸酯三磷酸酯与与HIVHIV反转录酶有高亲和反转录酶有高亲和力力，竞争性抑制了酶对，竞争性抑制了酶对dNTPdNTP的结合；的结合； 另一方面另一方面AZTAZT可被加可被加接到合成中的接到合成中的DNADNA链链33端，端，但但AZTAZT没有没有3-OH3-OH，故病，故病毒毒DNADNA合成被迅速终止。合成被迅速终止。2022年年6月月23日日20时时23分分8820072007年，艾滋病疫苗研究接连受挫：年，艾

44、滋病疫苗研究接连受挫： 9 9月底，美国国立卫生研究院月底，美国国立卫生研究院(NIH) (NIH) 在最后在最后一刻决定：停止一项耗资达一刻决定：停止一项耗资达1.31.3亿美元的艾滋病亿美元的艾滋病疫苗试验。疫苗试验。 9 9 月中旬，默克制药公司宣布，其耗时月中旬，默克制药公司宣布，其耗时1010年研制的艾滋病疫苗中期临床试验失败；年研制的艾滋病疫苗中期临床试验失败；默克默克的疫苗被认为是最有希望的艾滋病疫苗。的疫苗被认为是最有希望的艾滋病疫苗。20092009年，艾滋病疫苗研究再现新希望：年，艾滋病疫苗研究再现新希望： 20092009，美国和泰国研究人员在泰国首都曼，美国和泰国研究人

45、员在泰国首都曼谷联合宣布谷联合宣布, ,一种新型试验疫苗可使人体感染一种新型试验疫苗可使人体感染艾滋病病毒的风险降低艾滋病病毒的风险降低31.2%31.2%。中国艾滋病疫苗类型：复制型多价活病毒重组疫苗中国艾滋病疫苗类型：复制型多价活病毒重组疫苗疫苗载体：疫苗载体：疫苗原毒株：疫苗原毒株：HIV-1 CRF-07株，中国流行最广毒株。株，中国流行最广毒株。可选用的重组可选用的重组DNADNA抗原成分：抗原成分：gag、pol、env和和nef基因。基因。是自。是自19261926年从天花患者的年从天花患者的疱痂中分离出来的病毒，经连续传代减毒而获得。疱痂中分离出来的病毒，经连续传代减毒而获得。

46、 一期临床实验：一期临床实验：20052005年年3 3月月1212日开始，在广西进行，日开始，在广西进行，共有共有4949名志愿者接受了疫苗的注射。名志愿者接受了疫苗的注射。 二期临床实验：二期临床实验：20092009仍在广西进行，将有仍在广西进行，将有230230名志愿名志愿者开展一系列实验研究。者开展一系列实验研究。 经过基因操作技术将经过基因操作技术将4 4个毒力基因剔除，用个毒力基因剔除，用4 4个个HIVHIV基基因取代。因取代。研究进展：研究进展：2022年年6月月23日日20时时23分分90 某些低等生物中存在一种单向复制的特殊方某些低等生物中存在一种单向复制的特殊方式式滚环

47、复制（滚环复制（rolling circle replicationrolling circle replication）。）。如如174174和和M13噬菌体噬菌体，爪蟾卵爪蟾卵rDNA。2022年年6月月23日日20时时23分分91 线粒体线粒体DNADNA（mitochondrial DNA, mtDNAmitochondrial DNA, mtDNA）采）采用另一种单向复制的特殊方式，称为用另一种单向复制的特殊方式，称为D-D-环或取代环环或取代环式（式（displacement loopdisplacement loop）复制。）复制。2022年年6月月23日日20时时23分分92D

48、NA Damage (Mutation) and Repair2022年年6月月23日日20时时23分分93学习要求：学习要求： 掌握掌握DNA损伤损伤(突变突变)的概念、突变的类型，切除的概念、突变的类型，切除修复的基本原理。熟悉突变的意义、引发因素，光修修复的基本原理。熟悉突变的意义、引发因素，光修复、复、SOS修复及重组修复的概念。了解光修复、修复及重组修复的概念。了解光修复、SOS修复及重组修复的机制。修复及重组修复的机制。 基因组基因组DNA分子序列的异常变化，称分子序列的异常变化，称为为DNA突变突变( (mutation) )，或，或DNA损伤损伤( (DNA damage) )

49、。（1 1）突变是进化、分化的分子基础）突变是进化、分化的分子基础（2 2）突变导致基因基因多态性产生）突变导致基因基因多态性产生（3 3）突变是某些疾病的发病基础）突变是某些疾病的发病基础（4 4）突变可导致死亡）突变可导致死亡2022年年6月月23日日20时时23分分94 物理因素物理因素: 紫外线紫外线 (ultraviolet, UV)、各种辐射。、各种辐射。 化学因素：化学因素： 化学诱变剂，大多数是致癌物。化学诱变剂，大多数是致癌物。 生物诱变剂：生物诱变剂： *如可移动遗传因子，即能在基因组中移如可移动遗传因子，即能在基因组中移 动的动的DNA序列。序列。 如：病毒如：病毒(如逆

50、转录病毒如逆转录病毒)2022年年6月月23日日20时时23分分95 DNA分子上的碱基错配又称点突变分子上的碱基错配又称点突变 (point mutation)发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。转转换换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。嘧啶变嘌呤。颠颠换换(mismatch)(mismatch)2022年年6月月23日日20时时23分分96镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) Hb (HbS) 亚基亚基N-Val His Leu Thr Pro