组织学与胚胎学课件.ppt

1、生物化学与分子生物学教研室 第第1 14 4章章 DNADNA的生物合成（复制）的生物合成（复制）DNA Biosynthesis ( Replication )生物化学与分子生物学教研室 复制复制(replication)(replication) 是以是以DNA为模板的为模板的DNA合成，合成，是基因组的复制过程。在这个过程中，亲代是基因组的复制过程。在这个过程中，亲代DNA作为作为合成模板，按照碱基配对原则合成子代分子，其化学合成模板，按照碱基配对原则合成子代分子，其化学本质是酶促脱氧核苷酸聚合反应。本质是酶促脱氧核苷酸聚合反应。 复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA生物化学与分子生物学

2、教研室 n本章主要内容：本章主要内容：DNADNA复制的基本规律复制的基本规律DNA复制的酶学和拓扑学变化复制的酶学和拓扑学变化原核生物原核生物DNADNA复制的过程复制的过程真核生物真核生物DNADNA生物合成过程生物合成过程逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式 生物化学与分子生物学教研室 DNADNA复制的基本特征复制的基本特征Basic Rules of DNA Replication第第 一一 节节生物化学与分子生物学教研室 复制的方式复制的方式半保留复制半保留复制 (semi- conservative replication) 双向复制双向复制 (bidirectional r

3、eplication) 半不连续复制半不连续复制 (semi-discontinuous replication) 一、复制的基本规律：一、复制的基本规律： 生物化学与分子生物学教研室 DNADNA生物合成时，母链生物合成时，母链DNADNA解开为两股单链，解开为两股单链，各自作为模板各自作为模板(template)(template)按碱基配对规律，合成按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的与模板互补的子链。子代细胞的DNADNA，一股单链，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的合成。两个子细胞的DNADNA都

4、和亲代都和亲代DNADNA碱基序列一碱基序列一致。这种复制方式称为致。这种复制方式称为半保留复制半保留复制。（一）半保留复制（一）半保留复制概念概念: :生物化学与分子生物学教研室 AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC母链母链DNADNACCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTG复制过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+子代子代DNADNA生物化学与分子生物学教研室 按半保留复制方式，子代按半保留复

5、制方式，子代DNADNA与亲代与亲代DNADNA的的碱基序列一致碱基序列一致，即子代保留了亲代，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的的全部遗传信息，体现了遗传的保守性保守性。半保留复制的意义半保留复制的意义: :遗传的保守性，是物种稳定性的分子遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但基础，但不是绝对的不是绝对的。生物化学与分子生物学教研室 原核生物复制时，原核生物复制时，DNADNA从从起始点起始点向两个方向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉复制叉(replication fork)(replication fork)，称为称为双向复制双向复制。

6、复制中的复制叉的形成复制中的复制叉的形成（二） DNA复制从起始点向两个方向延伸复制从起始点向两个方向延伸复制叉复制叉生物化学与分子生物学教研室 A. 环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B. 复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C. 复制接近终止点复制接近终止点(termination, ter)oriterA B C生物化学与分子生物学教研室 真核生物每个染色体有多个起始点，是多真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个之间的距离定为一个复制子复制子(replicon) 。复。复制子是独立完成复制

7、的功能单位。制子是独立完成复制的功能单位。 53oriorioriori53生物化学与分子生物学教研室 553353oriorioriori53复制子复制子5533解链方向解链方向ori生物化学与分子生物学教研室 （三） DNA一股子链复制的方向与解链方一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制向相反导致半不连续复制3 5 3 3 5 3 5 3 5 解链方向解链方向领头链领头链(leading strand)后随链后随链(lagging strand)生物化学与分子生物学教研室 领头链领头链(leading strand) ：顺着解链方向生成的子顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的

8、，这股链称为领头链。链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。后随链后随链(lagging strand) ：另一股链因为复制的方另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为后随链。，这股不连续复制的链称为后随链。冈崎片段冈崎片段(okazaki fragment) ：复制中复制中后随链后随链上上的不连续片段的不连续片段。半不连续复制：半不连续复制：领头链连续复制而随从链不连续领头链连续复制而随从链不连续复制。复制。生物化学与分子生物学教研室 DNADNA复制的酶学和拓扑学变化复制的酶学和拓扑学变化第第 二二 节

9、节The Enzymology and Topology of DNA Replication生物化学与分子生物学教研室 n参与参与DNADNA复制的物质复制的物质: : 底物底物(substrate)：dATP, dGTP, dCTP, dTTP； 模板模板(template)：解开成单链的解开成单链的DNA母链；母链； 引物引物(primer)：提供提供3 -OH末端使末端使dNTP可以依次可以依次聚合；聚合； 聚合酶聚合酶(polymerase):(polymerase): 依赖依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶，简聚合酶，简写为写为 DNA-polDNA-pol； 其他的其他的酶酶

10、和蛋白质因子。和蛋白质因子。生物化学与分子生物学教研室 核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi生物化学与分子生物学教研室 n聚合反应的特点:DNA 新链生成需新链生成需引物引物和和模板模板； 新链的延长只可沿新链的延长只可沿5 3 方向进行。方向进行。生物化学与分子生物学教研室 一、DNA聚合酶催化核苷酸之间聚合全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)简称：简称：DNA-pol活性：活性：1) 51) 53 3 的聚合活性的聚合活性2) 2

11、) 核酸外切酶活性核酸外切酶活性生物化学与分子生物学教研室 5 C G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G 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:?能切除突变的能切除突变的DNADNA片段。片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。n核酸外切酶活性核酸外切酶活性: : 生物化学与分子生物学教研室 DNA-pol DNA-pol DNA-pol （一）原核生物的（一）原核生物的DNADNA聚合酶分为三型聚合酶分为三型生物化学

12、与分子生物学教研室 催化催化DNA聚合聚合参与参与DNA损损伤的应急状态伤的应急状态修复修复修复合成、修复合成、切除引物、切除引物、填补空隙填补空隙功能功能20？400分子数分子数/ /细胞细胞10？1亚基数亚基数+5 5 外切酶活性外切酶活性+ 5 5 外切酶活性外切酶活性+5 5 聚合酶活性聚合酶活性pol IIIpol IIpol I原核生物中的原核生物中的DNA聚合酶聚合酶生物化学与分子生物学教研室 n功能：功能：1. DNA-pol （109kD）对复制中的错误进行校读，对复制和修复对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。中出现的空隙进行填补。生物化学与分子生物学教

13、研室 323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/Klenow 片段片段 604个氨基酸个氨基酸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 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是实验室合成片段是实验室合成DNA，进行，进行分子生物学研究中常用的工具酶。分子生物学研究中常用的工具酶。 生物化学与分子生物学教研室 2. DNA-pol （120kD） DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。基因发生突变，细菌依然能存活。 DNA-pol 对模板的特异性不高，即使在已发生对模板的特异性不高，即使在已发生损伤

14、的损伤的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此认为，它参与此认为，它参与DNA损伤的应急状态修复。损伤的应急状态修复。生物化学与分子生物学教研室 n功能：功能：3.DNA-pol (250kD)是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。目录目录个核心酶个核心酶1个个 -复合物（复合物（ 、 、 、 、 、 6种亚基）种亚基）1对对 -亚基（可滑动的亚基（可滑动的DNA夹子）夹子）DNA聚合酶聚合酶全酶结构全酶结构全酶结构包括：全酶结构包括：生物化学与分子生物学教研室 （二）常见的真核细胞（二）常见的真核细胞DNADNA聚合

15、酶有五种聚合酶有五种起始引起始引发，引发，引物酶活物酶活性性+-高高高高高高？中中12.514.04.016.5分子量分子量(kD)DNA-pol填补引物填补引物空隙，切空隙，切除修复，除修复，重组重组线粒体线粒体DNADNA复复制制5 5 3 3 聚合酶活性聚合酶活性16.5参与损参与损伤与修伤与修复复生物学功能生物学功能3 3 5 5 外切酶活性外切酶活性延长子链延长子链的主要酶，的主要酶，解螺旋酶解螺旋酶活性活性+25.5生物化学与分子生物学教研室 二、二、DNADNA聚合酶的碱基选择和校对功能聚合酶的碱基选择和校对功能实现复制的保真性实现复制的保真性 复制按照碱基配对规律进行，是遗传信

16、息能复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本原理。准确传代的基本原理。 此外还需酶学的机制来保证复制的保真性。此外还需酶学的机制来保证复制的保真性。生物化学与分子生物学教研室 遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；复制出错时复制出错时DNA-polDNA-pol的及时校读功能。的及时校读功能。nDNADNA复制的保真性至少要依赖三种机制：复制的保真性至少要依赖三种机制：生物化学与分子生物学教研室 （一）复制的保真性依赖正确的碱基选择（一）复制的保真性依赖正确的碱基选择 DNADNA聚合酶靠其大分子结构

17、协调非共价（氢键）聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。 嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。 生物化学与分子生物学教研室 （二）核酸外切酶活性在复制中辨认切除错配（二）核酸外切酶活性在复制中辨认切除错配碱基并加以校正碱基并加以校正核酸外切酶核酸外切酶(exonuclease)(exonuclease)是指能从核酸链是指能从核酸链的末端把核苷酸依次水解出来的酶，外切酶的末端把核苷酸依次水解出来的酶，外

18、切酶是有方向性的。是有方向性的。 生物化学与分子生物学教研室 A A：DNA-polDNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。性掺入正确配对的底物。B B：碱基配对正确，：碱基配对正确， DNA-polDNA-pol不表现活性。不表现活性。DNA pol 的校读功能的校读功能生物化学与分子生物学教研室 三、复制中的解链伴有三、复制中的解链伴有DNADNA分子拓分子拓扑学变化扑学变化DNADNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNADNA解成单链，它才能起模板作用。解成单链，它才能起模板作用。生

19、物化学与分子生物学教研室 （一）解螺旋酶（一）解螺旋酶（helicasehelicase）Dna BDna C解链方向解链方向生物化学与分子生物学教研室 DNA聚合酶不能从头合成聚合酶不能从头合成DNA链，只能延链，只能延长已有的长已有的DNA或或RNA引物链。引物链。引物酶引物酶在复制起始时催化在复制起始时催化RNA引物引物合成，合成，提供提供3 -OH末端，使末端，使DNA-pol能够催化能够催化dNTP聚合。聚合。（二）引物酶（二）引物酶（PrimasePrimase）生物化学与分子生物学教研室 53 5RNA引引物物55RNA引引物物3 引物酶属引物酶属DNA指导的指导的RNA聚合酶聚

20、合酶，但不同于催，但不同于催化转录过程的化转录过程的RNA聚合酶。在聚合酶。在E.coli，引物酶是，引物酶是dnaG基因的产物基因的产物DnaG。生物化学与分子生物学教研室 （三）（三） 单链单链DNADNA结合蛋白（结合蛋白（SSBSSB） 在复制中维持模板处于单链状态并保护单链在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。的完整。生物化学与分子生物学教研室 108局部解链后局部解链后（四）（四）DNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶复制过程正超螺旋的形成：复制过程正超螺旋的形成：改变改变DNA超螺旋状态、理顺超螺旋状态、理顺DNA链链生物化学与分子生物学教研室 解链过程中正超螺旋的形成解链过程

21、中正超螺旋的形成生物化学与分子生物学教研室 既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键。、又能连接磷酸二酯键。 拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶n拓扑异构酶分类：拓扑异构酶分类：n拓扑异构酶作用特点：拓扑异构酶作用特点：生物化学与分子生物学教研室 拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNADNA解解链旋转不致打结；适当时候封闭链旋转不致打结；适当时候封闭切口，切口，DNADNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATPATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA分子分子两股两股链，断端通过链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。切口旋转使超螺旋松弛。

22、利用利用ATPATP供能，连接断端，供能，连接断端， DNADNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态。n作用机制：作用机制：生物化学与分子生物学教研室 n拓扑酶的作用方式：拓扑酶的作用方式：生物化学与分子生物学教研室 生物化学与分子生物学教研室 连接连接DNA链链3 -OH末端和相邻末端和相邻DNA链链5 -P末端，使二者生成末端，使二者生成磷酸二酯键磷酸二酯键，从而把两段相，从而把两段相邻的邻的DNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。1. DNA1. DNA连接酶的作用方式：连接酶的作用方式：（五）（五）DNADNA连接酶（连接酶（DNA ligaseDNA ligase）

23、生物化学与分子生物学教研室 HO5335DNA连接酶连接酶ATPADP53532. DNA连接酶的作用：连接酶的作用：OP O-O-OOP OO-O生物化学与分子生物学教研室 在复制中起最后接合缺口的作用。在复制中起最后接合缺口的作用。 在在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。 也是基因工程的重要工具酶之一。也是基因工程的重要工具酶之一。3. DNA3. DNA连接酶的功能：连接酶的功能：生物化学与分子生物学教研室 原核生物原核生物DNADNA复制过程复制过程The Process of DNA Replication in prokaryotes第第

24、 三三 节节生物化学与分子生物学教研室 DNADNA的复制过程的复制过程复制的起始复制的起始 链的延长链的延长 复制的终止复制的终止生物化学与分子生物学教研室 一、复制起始：一、复制起始：DNADNA解链形成引发体解链形成引发体 需要解决两个问题：需要解决两个问题：1. DNA解开成单链，提供模板。解开成单链，提供模板。2. 形成引发体，合成引物，提供形成引发体，合成引物，提供3 -OH末端。末端。生物化学与分子生物学教研室 E.coli复制起始点复制起始点oriCGATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 1 13 17

25、 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245串联重复序列串联重复序列反向重复序列反向重复序列5 3 5 3 1 1. . DNADNA解链解链生物化学与分子生物学教研室 3 5 3 5 2 2. . 引发体的形成和引物合成引发体的形成和引物合成含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaCDnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNADNA复复制起始区域的复合结构称为制起始区域的复合结构称为引发体引发体。 Dna ADNA拓扑异构酶拓扑异构

26、酶Dna B、 Dna C引物引物酶酶SSB生物化学与分子生物学教研室 3 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短链引物是由引物酶催化合成的短链RNARNA分子。分子。引物引物3 HO5引物引物酶酶生物化学与分子生物学教研室 引发体和复制叉的生成引发体和复制叉的生成生物化学与分子生物学教研室 二、二、DNADNA的延长的延长复制的延长指在复制的延长指在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是其化学本质是磷酸二酯键的不断生成磷酸二酯键的不断生成。 生物化学与分子生物学教研室 5 5 3 35 5dATP

27、dGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol生物化学与分子生物学教研室 n领头链的合成：领头链的合成：领头链的子链沿着领头链的子链沿着5 5 33 方向可以连续地延长。方向可以连续地延长。生物化学与分子生物学教研室 n后随链的合成后随链的合成生物化学与分子生物学教研室 n同一复制叉上领头链和随从链由相同同一复制叉上领头链和随从链由相同的的DNA-polDNA-pol催化延长催化延长 生物化学与分子生物学教研室 复复制制过过程程简简图图冈崎片段冈崎片段生物化学与分子生物学教研室 原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNADNA，双向复制的复制片段，双向复制

28、的复制片段在复制的终止点在复制的终止点(ter)(ter)处汇合。处汇合。oriter E.coli8232SV40 ori ter500三、复制的终止三、复制的终止生物化学与分子生物学教研室 5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 子链中的子链中的RNARNA引物被取代：引物被取代：生物化学与分子生物学教研室 DNA DNA连接酶连接酶生物化学与分子生物学教研室 真核生物真核生物DNADNA生物合成过程生物合成过程The Process of DNA Biosynthesis in eukaryotes第第 四四 节节

29、生物化学与分子生物学教研室 哺乳动物的哺乳动物的细胞周期细胞周期DNA合成期合成期G1G2SM 真核生物真核生物 DNA 复制在细胞周期的复制在细胞周期的S期进行，期进行，也可分为起始、延长和终止三个阶段，每个阶也可分为起始、延长和终止三个阶段，每个阶段的基本过程与原核生物段的基本过程与原核生物DNA复制相似，但存复制相似，但存在不少差异。在不少差异。 生物化学与分子生物学教研室 真核生物与原核生物真核生物与原核生物DNA复制的差异：复制的差异： 真核生物复制子多、冈崎片段短、复制叉前真核生物复制子多、冈崎片段短、复制叉前进速度慢等；进速度慢等； DNA复制从引发进入延伸阶段发生复制从引发进入

30、延伸阶段发生DNA聚合聚合酶酶 / 转换；转换； 切除冈崎片段切除冈崎片段RNA引物的是核酸酶引物的是核酸酶RNAse H和和FEN1等。等。 生物化学与分子生物学教研室 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。而不是同步起动。 复制的起始需要复制的起始需要DNA-pol (引物酶活性引物酶活性)和和pol (解螺旋酶活性解螺旋酶活性)参与。还需拓扑酶和复制因子参与。还需拓扑酶和复制因子(RF)。 一、真核生物复制的起始与原核基本相似一、真核生物复制的

31、起始与原核基本相似生物化学与分子生物学教研室 增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（proliferation cell nuclear antigen，PCNA）在复制起始和延长在复制起始和延长中起关键中起关键作用，作用， PCNAPCNA 形成闭合环形的可滑动形成闭合环形的可滑动DNADNA夹子，在夹子，在RFCRFC的作用下结合于引物模板链，的作用下结合于引物模板链，可以使可以使DNA-pol 获得持续合成能力。获得持续合成能力。PCNA水平也是检验水平也是检验细胞增殖的重要指标。细胞增殖的重要指标。生物化学与分子生物学教研室 DNA-pol 和和pol 分别兼有解螺旋酶和引物分别兼有解螺旋酶

32、和引物酶活性。在复制叉及引物生成后，酶活性。在复制叉及引物生成后，pol 通通过过PCNA的协同作用逐步取代的协同作用逐步取代pol ，在，在RNA引物的引物的3 -OH基础上连续合成领头链。基础上连续合成领头链。随从链合成方式也与其相似。随从链合成方式也与其相似。 二、真核生物复制的延长发生二、真核生物复制的延长发生DNADNA聚合聚合酶酶/转换转换生物化学与分子生物学教研室 3 5 5 3 领头链领头链3 5 3 5 亲代亲代DNA后随链后随链引物引物核小体核小体三、真核生物三、真核生物DNADNA合成后立即组装成核小体合成后立即组装成核小体 生物化学与分子生物学教研室 染色体染色体DNA

33、呈线状，复制在末端停止。呈线状，复制在末端停止。复制中有冈崎片段的连接，还有复制子之间的复制中有冈崎片段的连接，还有复制子之间的连接。连接。染色体两端染色体两端DNA子链上最后复制的子链上最后复制的5端端RNA引物，去除后留下缺口。引物，去除后留下缺口。四、端粒酶参与解决染色体末端复制问题四、端粒酶参与解决染色体末端复制问题生物化学与分子生物学教研室 n线性线性DNADNA复制复制的末端的末端 前导链前导链产生产生完整完整的子染的子染色单体。色单体。后随链后随链3 3 端留下缩短的端留下缩短的未复制的未复制的ssDNA区区。生物化学与分子生物学教研室 5 3 3 5 5 3 3 5 +5 3

34、3 3 3 5 5 生物化学与分子生物学教研室 端粒端粒(telomere)： 指真核生物染色体指真核生物染色体线性线性DNA分子末端分子末端的结构。的结构。端粒酶参与解决染色体末端复制问题端粒酶参与解决染色体末端复制问题生物化学与分子生物学教研室 端粒的功能：端粒的功能：维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性维持维持DNA复制的完整性复制的完整性端粒的结构特点：端粒的结构特点：由末端由末端单链单链DNA序列序列和和蛋白质蛋白质构成。构成。末端末端DNA序列是多次重复的富含序列是多次重复的富含TG碱基碱基的短序列。的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG生物化学与分子生物学教研室 端粒酶端粒酶

35、(telomerase)端粒酶端粒酶RNA (hTR)端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白( hTP1)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(hTRT) 组成：组成： 生殖细胞生殖细胞、胚胎细胞胚胎细胞和和肿瘤细胞肿瘤细胞中有端粒酶，中有端粒酶，但正常人但正常人体细胞体细胞中无端粒酶，每进行一次中无端粒酶，每进行一次DNADNA复复制，缩短的序列是端粒序列。制，缩短的序列是端粒序列。生物化学与分子生物学教研室 端粒酶的爬行模型端粒酶的爬行模型生物化学与分子生物学教研室 逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式Reverse Transcription & Other DNA Replication Ways第

36、五节第五节生物化学与分子生物学教研室 某些病毒的遗传物质是某些病毒的遗传物质是RNARNA。少数低等生物如少数低等生物如M13M13噬菌体，它的感染型噬菌体，它的感染型只含只含单链单链DNADNA。原核生物的质粒，真核生物的线粒体原核生物的质粒，真核生物的线粒体DNADNA，都是都是染色体外存在的染色体外存在的DNADNA。这些非染色体基因组，采用这些非染色体基因组，采用特殊的方式特殊的方式进进行复制。行复制。生物化学与分子生物学教研室 逆转录逆转录(reverse transcription)(reverse transcription) 在逆转在逆转录酶的作用下，以录酶的作用下，以RNAR

37、NA为模板合成为模板合成DNADNA的过程。的过程。 逆转录酶逆转录酶一、逆转录病毒的基因组一、逆转录病毒的基因组RNARNA以以逆转录机制复制逆转录机制复制生物化学与分子生物学教研室 （一）逆转录过程（一）逆转录过程逆转录酶逆转录酶RNA酶酶逆转录酶逆转录酶RNARNA-DNA 杂交体杂交体单链单链 DNA双链双链 DNA生物化学与分子生物学教研室 l整合到宿主细胞的染色体整合到宿主细胞的染色体DNADNA中中生物化学与分子生物学教研室 分子生物学研究可应用逆分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法的基因的重要方法之一，此法称为称为

38、cDNAcDNA法。法。 以以mRNAmRNA为模板，经逆转录为模板，经逆转录合成的与合成的与mRNAmRNA碱基序列互补的碱基序列互补的DNADNA链。链。 n试管内合成试管内合成cDNA:cDNA:cDNA cDNA complementary DNAcomplementary DNA ：逆转录酶逆转录酶 A AA A T T T TAAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合酶聚合酶碱水解碱水解 T T T T生物化学与分子生物学教研室 （二）逆转录的发现发展了中心法则（二）逆转录的发现发展了中心法则 1. 1. 逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中

39、的重大发现，中的重大发现，发展了中心法则发展了中心法则。 2. 2. 逆转录现象说明至少在某些生物，逆转录现象说明至少在某些生物，RNARNA同样同样兼有遗传信息兼有遗传信息传代与表达传代与表达功能。功能。3. 3. 对逆转录病毒的研究，拓宽了对逆转录病毒的研究，拓宽了2020世纪初已注世纪初已注意到的意到的病毒致癌理论病毒致癌理论。 生物化学与分子生物学教研室 dNTPDNA-pol D D环复制环复制(D-loop replication)(D-loop replication) 是线粒体是线粒体DNA (mitochondrial DNADNA (mitochondrial DNA，mt

40、DNA)mtDNA)的复制形式。的复制形式。 二、真核生物线粒体二、真核生物线粒体DNADNA按按D D环方式复制环方式复制生物化学与分子生物学教研室 D-D-环复制时需合成引物。环复制时需合成引物。 mtDNAmtDNA为双链，第一个引物以内环为模板延伸。为双链，第一个引物以内环为模板延伸。至第二个复制起始点时，又合成另一个反向引至第二个复制起始点时，又合成另一个反向引物，以外环为模板进行反向的延伸。最后完成物，以外环为模板进行反向的延伸。最后完成两个双链环状两个双链环状DNADNA的复制。复制中呈字母的复制。复制中呈字母D D形状形状而得名。而得名。 D D环复制的特点是复制起始点不在双链

41、环复制的特点是复制起始点不在双链DNADNA同一同一位点，内、外环复制有时序差别。位点，内、外环复制有时序差别。生物化学与分子生物学教研室 中心法则阐明的遗传信息传递方式中心法则阐明的遗传信息传递方式ARNA-DNA-蛋白质B蛋白质-RNA-DNACRNA-蛋白质-DNADDNA-RNA-蛋白质EDNA-蛋白质-RNA DNA连接酶在下列哪一个过程中是不需要的连接酶在下列哪一个过程中是不需要的 ADNA修复 BDNA复制CDNA断裂和修饰 D基因工程制备重组DNAEDNA剪接生物化学与分子生物学教研室 DNA复制起始过程，下列酶和蛋白质的作用复制起始过程，下列酶和蛋白质的作用次序是：次序是：1

42、DNA-pol ；2SSB；3引引物酶；物酶；4解螺旋酶：解螺旋酶：Al，2，3，4B4，2，3, 1C3，l，2，4 D1，4，3，2E2，3，4，l DNA复制时，模板序列复制时，模板序列5-TAGA-3，将合成，将合成下列哪种互补结构：下列哪种互补结构：A5-TCAT-3 B5 -ATCA-3C5-UCUA-3 D5-GCGA-3E5-TCTA-3生物化学与分子生物学教研室 在在DNA复制中复制中RNA引物的作用是引物的作用是 A使DNA聚合酶III活化B使DNA双链解开C提供5末端作合成新DNA链起D提供3-OH末端作合成新DNA链起点E提供3-OH末端作合成新RNA链起点问答：原核生物DNA复制的特点