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1、 第第十章十章基因信息的傳遞基因信息的傳遞遺傳信息傳遞的中心法則遺傳信息傳遞的中心法則DNA復制復制RNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)翻譯翻譯RNA逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復制復制蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)翻譯翻譯*DNADNA通過基因表達，決定了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)通過基因表達，決定了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能、功能 *DNADNA通過復制，將基因信息代代相傳通過復制，將基因信息代代相傳 *RNARNA參與參與DNADNA遺傳信息的表達遺傳信息的表達 *RNARNA也可作為某些病毒遺傳信息的載體也可作為某些病毒遺傳信息的載體本本 章章 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容1、復制（、復制（replicationreplication）2、基因表達、基因表

2、達轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄（transcriptiontranscription）翻譯（翻譯（translationtranslation）（gene expression)gene expression)第第一節(jié)一節(jié) DNA的生物合成的生物合成 本本節(jié)主要內(nèi)容節(jié)主要內(nèi)容：1 1、DNADNA復制的特征復制的特征2 2、參與參與DNADNA復制的物質(zhì)復制的物質(zhì)3 3、DNADNA生物合成過程生物合成過程5 5、逆轉(zhuǎn)錄和其他復制方式、逆轉(zhuǎn)錄和其他復制方式4 4、DNADNA損傷與修復損傷與修復一、一、DNADNA的的復制復制 (replication)(replication)由親代由親代DNADNA合成兩個

3、相同的子代合成兩個相同的子代 DNADNA的過程。的過程。復制復制親代親代DNA子代子代DNA（一）（一）DNA復制的復制的特征特征n 半保留復制半保留復制 （semi-conservative replication）n 半不連續(xù)復制半不連續(xù)復制 （semi-discontinuous replication）n 雙向復制雙向復制 （bidirectional replication）n 有特定的起點有特定的起點子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式 全保留式全保留式 半保留式半保留式 混合式混合式 一、半保留復制一、半保留復制（一）半保留復制的定義（一）半保留

4、復制的定義 復制時，母鏈的雙鏈復制時，母鏈的雙鏈DNA解開成兩股單鏈，各解開成兩股單鏈，各自作為模板指導子代合成新的互補鏈。子代細胞的自作為模板指導子代合成新的互補鏈。子代細胞的DNA雙鏈，其中一股單鏈從親代完整地接受過來，雙鏈，其中一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全重新合成。由于堿基互補，兩個另一股單鏈則完全重新合成。由于堿基互補，兩個子細胞的子細胞的DNA雙鏈，都和親代母鏈雙鏈，都和親代母鏈DNA堿基序列一堿基序列一致。這種復制方式稱為致。這種復制方式稱為半保留復制半保留復制。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACT

5、GTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈母鏈DNA 復制過程中形成復制過程中形成的復制叉的復制叉子代子代DNA （二）半保留復制的實驗依據(jù)（二）半保留復制的實驗依據(jù)（三）半保留復制的意義（三）半保留復制的意義 使親代使親代DNA所含的信息以極高的準確度所含的信息以極高的準確度傳遞給子代傳遞給子代DNA分子。分子。3 5 3 5 解鏈方向解鏈方向3 5 3 3 5 領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈(leading strand)隨從鏈隨從鏈(lagging strand)二二、復制

6、的半不連續(xù)性復制的半不連續(xù)性 DNA雙螺旋的兩條鏈是反平行的，而雙螺旋的兩條鏈是反平行的，而DNA合成的合成的方向只能是方向只能是53。在在DNA復制時，復制時，1條鏈的合成方向和復制叉的前條鏈的合成方向和復制叉的前進方向相同，可以連續(xù)復制，叫作進方向相同，可以連續(xù)復制，叫作前導鏈前導鏈（leading strand）；而另一條鏈的合成方向和）；而另一條鏈的合成方向和復制叉的前進方向正好相反，不能連續(xù)復制，只復制叉的前進方向正好相反，不能連續(xù)復制，只能分成幾個片段（能分成幾個片段（岡崎片段）岡崎片段）合成，稱之為合成，稱之為滯后滯后鏈鏈（lagging strand）。）。領(lǐng)頭鏈連續(xù)復制而隨從

7、鏈不連續(xù)復制，就是復制領(lǐng)頭鏈連續(xù)復制而隨從鏈不連續(xù)復制，就是復制的的半不連續(xù)復制半不連續(xù)復制。三三、雙向復制雙向復制 雙向復制的定義雙向復制的定義 復制時，復制時，DNA從從起始點（起始點（origin）向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制叉，稱為反的復制叉，稱為雙向復制雙向復制。53oriorioriori535533553復制子復制子3真核生物的雙向復制真核生物的雙向復制四、四、有特定的起始點有特定的起始點u原核生物只有一個復制起始點原核生物只有一個復制起始點u真核生物有多個復制起始點真核生物有多個復制起始點（二）（二）參與參與DNA復制的復制的物質(zhì)

8、物質(zhì) 1底物：四種底物：四種 dNTP：dATP、dTTP、dGTP、dCTP 2聚合酶：依賴聚合酶：依賴DNA的的DNA聚合酶，聚合酶，DNA-pol；3模板：指解開成單鏈的模板：指解開成單鏈的DNA母鏈；母鏈；4引物：提供引物：提供3OH末端，使末端，使dNP可以依可以依 次聚合；次聚合；5其他酶和蛋白質(zhì)因子。其他酶和蛋白質(zhì)因子。參與復制的主要酶類參與復制的主要酶類（一）（一）DNA聚合酶聚合酶（二）解鏈解旋酶（二）解鏈解旋酶（三）引物酶（三）引物酶（四）（四）DNA連接酶連接酶u DNA聚合酶聚合酶 全稱：依賴全稱：依賴DNA的的DNA聚合酶（聚合酶（DDDP）縮寫：縮寫：DNApol

9、活性：活性：1.53 的聚合活性的聚合活性 2.核酸外切酶核酸外切酶活性活性復制的化學反應復制的化學反應 在聚合酶的作用下，一個核苷酸在聚合酶的作用下，一個核苷酸 5 5-P和相和相鄰的核苷酸上核糖的鄰的核苷酸上核糖的3-OH生成磷酸二酯生成磷酸二酯鍵而逐一聚合的形成多核苷酸鏈。鍵而逐一聚合的形成多核苷酸鏈。（dNMP）ndNTP（dNMP）n+l ppi5 A 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?能切除能切除RNA引物和突變的引物和突變的 DNA片段

10、。片段。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性核酸外切酶活性 1原核生物的原核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol IDNA-pol IIDNA-pol（1）DNA聚合酶聚合酶：結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 單一多肽鏈，從單一多肽鏈，從N端到端到C端有端有3個酶促活個酶促活性結(jié)構(gòu)域依次排列：性結(jié)構(gòu)域依次排列：53外切酶、外切酶、35外切酶和外切酶和DNA聚合酶。聚合酶。DNA Pol I在蛋白酶的作用下，可分為大、在蛋白酶的作用下，可分為大、小兩個片段。小片段具有小兩個片段。小片段具有53外切外切酶活性。大片段（又稱為酶活性。大片段（又稱為Klenow片段）片段）

11、具有聚合酶活性及具有聚合酶活性及35 外切酶活性，外切酶活性，它對核酸技術(shù)十分有用。它對核酸技術(shù)十分有用。323個氨基酸個氨基酸小片段小片段5 核酸外切核酸外切酶活性酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604個氨基酸個氨基酸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片段是實驗室合成片段是實驗室合成DNA，進行，進行分子生物學研究中常用的工具酶。分子生物學研究中常用的工具酶。DNA-pol I在活細胞內(nèi)的功能在活細胞內(nèi)的功能 1）53聚合酶的活性：對復制和修復聚合酶的活性：對復制和修復中出現(xiàn)的空隙進行填補。

12、中出現(xiàn)的空隙進行填補。2）35外切酶活性：對復制中錯誤進外切酶活性：對復制中錯誤進行即時校讀，保證復制的準確性。行即時校讀，保證復制的準確性。3）53外切酶活性：可去除外切酶活性：可去除RNA引物引物和突變堿基。和突變堿基。（2）DNA-pol II 53聚合酶活性聚合酶活性 35外切酶活性外切酶活性 無無53外切酶活性外切酶活性 它只是在無它只是在無pol I及及pol 的情況下才起作用，的情況下才起作用，其真正的功能也未完全清楚，可能在其真正的功能也未完全清楚，可能在損傷修損傷修復中有特殊作用。復中有特殊作用。（3）DNA pol-結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 由由1010種亞基組成不對稱異源二聚體。

13、種亞基組成不對稱異源二聚體。核心酶（核心酶（）亞基：亞基：53 聚合酶活性聚合酶活性 亞基：亞基：3 5外切酶活性和堿基選擇功能外切酶活性和堿基選擇功能 亞基亞基:可能起組裝作用可能起組裝作用 亞基：夾穩(wěn)模板鏈并使酶沿模板鏈滑動亞基：夾穩(wěn)模板鏈并使酶沿模板鏈滑動 復合物：促進全酶組裝至模板及增強核心復合物：促進全酶組裝至模板及增強核心 酶活性酶活性DNA-pol (250kD)DNA-pol 在活細胞內(nèi)的功能在活細胞內(nèi)的功能 53聚合酶的活性：聚合酶的活性：是在復制延長中真正催化新鏈核苷酸聚合的是在復制延長中真正催化新鏈核苷酸聚合的酶。酶。35外切酶活性：外切酶活性：對復制中錯誤進行即時校對復

14、制中錯誤進行即時校讀，保證復制的準確性。讀，保證復制的準確性。催化催化DNA聚合聚合參與參與DNA損損傷的應急狀傷的應急狀態(tài)修復態(tài)修復修復合成、修復合成、切除引物、切除引物、填補空隙填補空隙功能功能2040400分子數(shù)分子數(shù)/細胞細胞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 IE.Coli中的中的DNA聚合酶聚合酶2真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶 DNApol，。DNApo1：延長領(lǐng)頭鏈和隨從鏈；：延長領(lǐng)頭鏈和隨從鏈；DNApoI：合成：合成RNA引物；引物；DNApol：校讀、修復和填補缺口。：

15、校讀、修復和填補缺口。DNApol：在沒有其他：在沒有其他DNApol時時 發(fā)揮催化功能。發(fā)揮催化功能。DNApo1：催化線粒體：催化線粒體DNA的合成的合成真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶填填補補引引物物空空隙隙，切切除除修修復復，重重組組延延長長子子鏈鏈的的主主要要酶酶，解解螺螺旋旋酶酶活活性性線線粒粒體體DNA復復制制低低保保真真度度的的復復制制起起始始引引發(fā)發(fā)，引引物物酶酶活活性性功功能能+-3 5 核核酸酸外外切切酶酶活活性性高高高高高高？中中5 3 聚聚合合活活性性25.512.514.04.016.5分分子子量量（kD）DNA-pol填填補補引引物物空空隙隙，切切除除修修復

16、復，重重組組延延長長子子鏈鏈的的主主要要酶酶，解解螺螺旋旋酶酶活活性性線線粒粒體體DNA復復制制低低保保真真度度的的復復制制起起始始引引發(fā)發(fā)，引引物物酶酶活活性性功功能能+-3 5 核核酸酸外外切切酶酶活活性性高高高高高高？中中5 3 聚聚合合活活性性25.512.514.04.016.5分分子子量量（kD）DNA-pol（二）與復制起始及解鏈解旋相關(guān)的酶類（二）與復制起始及解鏈解旋相關(guān)的酶類 在復制起始時需要多種酶和蛋白因子，共同在復制起始時需要多種酶和蛋白因子，共同起解開、理順起解開、理順DNA鏈，維持鏈，維持DNA在一段時間在一段時間內(nèi)處于單鏈狀態(tài)的作用。內(nèi)處于單鏈狀態(tài)的作用。理順理順D

17、NA鏈鏈拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶(gyrA,B)穩(wěn)定已解開的單鏈穩(wěn)定已解開的單鏈單鏈單鏈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)運送和協(xié)同運送和協(xié)同DnaBDnaC(dnaC)解開解開DNA雙鏈雙鏈解螺旋酶解螺旋酶DnaB(dnaB)辨認起始點辨認起始點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制起始的相關(guān)蛋白質(zhì)原核生物復制起始的相關(guān)蛋白質(zhì)1.與復制起始及解鏈相關(guān)的酶類及蛋白與復制起始及解鏈相關(guān)的酶類及蛋白（1）DnaA蛋白蛋白（2）DnaB蛋白（解螺旋酶）蛋白（解螺旋酶）（3）DnaC蛋白蛋白（1）DnaA蛋白

18、蛋白 DnaA蛋白是由相同亞基組成的四聚體。蛋白是由相同亞基組成的四聚體。復制起始時，復制起始時，DnaA蛋白辨認并結(jié)合蛋白辨認并結(jié)合E.coli上上復制起始點復制起始點oriC，1020個DnaA蛋白相互靠近形成蛋白相互靠近形成DNA蛋白質(zhì)復蛋白質(zhì)復合體結(jié)構(gòu)，促使合體結(jié)構(gòu)，促使oriC局部解鏈。局部解鏈。E.Coli 基因圖基因圖復制起始點（復制起始點（E E.coli-oriC.coli-oriC）GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATTACACA-TT

19、TGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245串聯(lián)重復序列串聯(lián)重復序列反向重復序列反向重復序列5 3 5 3 識別區(qū)識別區(qū)AT富含區(qū)富含區(qū)（2 2）DnaB蛋白蛋白 解螺旋酶解螺旋酶、復制蛋白復制蛋白rep，利用利用ATPATP供能，供能，作用于氫鍵，使作用于氫鍵，使DNADNA雙鏈解開成為兩條單鏈。雙鏈解開成為兩條單鏈。Dna BDna C解鏈方向解鏈方向（3）DnaC蛋白蛋白 Dna C蛋白的作用是將具有解鏈酶活性的蛋白的作用是將具有解鏈酶活性的Dna B蛋白運送到復制模板，并協(xié)同蛋白運

20、送到復制模板，并協(xié)同Dna B 蛋白的作用。蛋白的作用。解鏈過程中，解鏈過程中，DNADNA分子會過度擰緊、打結(jié)、分子會過度擰緊、打結(jié)、纏繞、連環(huán)等現(xiàn)象。纏繞、連環(huán)等現(xiàn)象。2DNA拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶（DNA topoisomerase）DNADNA拓撲異構(gòu)酶，改變拓撲異構(gòu)酶，改變DNADNA分子構(gòu)象，分子構(gòu)象，理順理順DNADNA鏈，使復制能順利進行。鏈，使復制能順利進行。分類：拓撲酶分類：拓撲酶和拓撲酶和拓撲酶 作用特點：對作用特點：對DNA分子的作用是既能水分子的作用是既能水解，又能連接磷酸二酯鍵。解，又能連接磷酸二酯鍵。DNA分子一邊解鏈，一邊復制，拓撲酶分子一邊解鏈，一邊復制，拓撲酶

21、是在復制全過程中都是有作用的。是在復制全過程中都是有作用的。拓撲異拓撲異構(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)；適當時候封解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當時候封閉切口，閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應反應不需不需ATP。拓撲異拓撲異構(gòu)酶構(gòu)酶切斷切斷DNA分子分子兩股兩股鏈，斷端通過鏈，斷端通過切口旋轉(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分子進入負超螺旋狀態(tài)。分子進入負超螺旋狀態(tài)。作用機制作用機制 拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶作用機制：作用機制：3單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（

22、single stranded DNA binding protein，SSB）的作用是在復制中的作用是在復制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護單鏈的完整。維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護單鏈的完整。模板的模板的DNA總要處于單鏈狀態(tài)，而總要處于單鏈狀態(tài)，而DNA分子分子只要符合堿只要符合堿基基配對，又總會有形成雙鏈的傾向，配對，又總會有形成雙鏈的傾向，以使分子達到穩(wěn)定狀態(tài)和免受胞內(nèi)廣泛存在的以使分子達到穩(wěn)定狀態(tài)和免受胞內(nèi)廣泛存在的核酸酶降解核酸酶降解。（三）引物酶（三）引物酶 DNA聚合酶不能從頭合成聚合酶不能從頭合成DNA鏈，只能延長鏈，只能延長已有的已有的DNA或或RNA引物鏈。引物鏈。引物酶引物酶

23、（primase）在復制起始時催化）在復制起始時催化引物引物（primerprimer）合成，合成，提供提供3 3-OHOH末端，使末端，使DNA-polDNA-pol能夠催化能夠催化dNTPdNTP聚合。聚合。引物酶屬引物酶屬DNA指導的指導的RNA 聚合酶，但不同于聚合酶，但不同于催化轉(zhuǎn)錄過程的催化轉(zhuǎn)錄過程的RNA聚合酶。在聚合酶。在E.coli，引物，引物酶是酶是dnaG基因的產(chǎn)物基因的產(chǎn)物DnaG。（四）（四）DNA連接酶連接酶（DNA ligase）連接連接DNA鏈鏈3-OH末端和相鄰末端和相鄰DNA鏈的鏈的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

24、而把兩段相鄰的鄰的DNA鏈連成完整的鏈。鏈連成完整的鏈。特點：連接酶連接堿基互補基礎(chǔ)上的雙鏈中的特點：連接酶連接堿基互補基礎(chǔ)上的雙鏈中的單鏈缺口，它并沒有連接單獨存在的單鏈缺口，它并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。功能：在復制中起最后接合缺口的作用，在功能：在復制中起最后接合缺口的作用，在DNA修復、重組、剪接中也起縫合缺口作用，修復、重組、剪接中也起縫合缺口作用，也是也是基因工程的重要工具酶之一基因工程的重要工具酶之一。POO-O-OHO5POO-O-O335DNA連接酶連接酶ATPADP5353三種酶催化生成磷酸二酯鍵的比較三種酶催化生成磷酸二酯鍵的比較三

25、三、原核生物原核生物DNA生物合成生物合成（一）復制的起始（一）復制的起始（二）復制的延長（二）復制的延長（三）復制的終止（三）復制的終止 1、DNA解鏈解鏈 2、引發(fā)體的形成并合成引物、引發(fā)體的形成并合成引物 3、超螺旋的轉(zhuǎn)型、超螺旋的轉(zhuǎn)型（一）復制的起始（一）復制的起始DnaADnaA蛋白辨認起始點蛋白辨認起始點,形成起始復合物形成起始復合物DnaBDnaB蛋白解螺旋蛋白解螺旋DnaCDnaC蛋白協(xié)助蛋白協(xié)助DnaBDnaB在多種蛋白質(zhì)參與下，在多種蛋白質(zhì)參與下，DNADNA解開成單鏈解開成單鏈SSBSSB維持單鏈穩(wěn)定維持單鏈穩(wěn)定 Dna A Dna B、Dna CDNA拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)

26、酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 引發(fā)體的形成引發(fā)體的形成含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA復制起始區(qū)域的復合結(jié)構(gòu)稱為復制起始區(qū)域的復合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體引發(fā)體。引物的合成引物的合成Dna ADna B、Dna CDNA拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶引物酶引物酶OHSSB3 5 3 5 引物酶引物酶OH（三）超螺旋的轉(zhuǎn)型（三）超螺旋的轉(zhuǎn)型 解鏈將導致下游發(fā)生打結(jié)現(xiàn)象或解鏈將導致下游發(fā)生打結(jié)現(xiàn)象或DNA超超螺旋的其他部分過度擰轉(zhuǎn)。螺旋的其他部分過度擰轉(zhuǎn)。拓撲酶通過切斷、旋轉(zhuǎn)和再連結(jié)的作用，拓撲酶通過切斷、旋轉(zhuǎn)和再連結(jié)的作用，實現(xiàn)實現(xiàn)DNA超螺旋的轉(zhuǎn)型超螺旋的轉(zhuǎn)型。復制起始

27、的過程復制起始的過程 1DnaA蛋白辨認結(jié)合蛋白辨認結(jié)合oriC的重復序列，并與的重復序列，并與DNA形成復合物，引起解鏈；形成復合物，引起解鏈；2DnaB在在DnaC的輔助下結(jié)合于初步打開的的輔助下結(jié)合于初步打開的雙鏈，并用其解螺旋酶活性開鏈；雙鏈，并用其解螺旋酶活性開鏈；3拓撲酶通過切斷、旋轉(zhuǎn)和再連結(jié)的作用，實拓撲酶通過切斷、旋轉(zhuǎn)和再連結(jié)的作用，實現(xiàn)現(xiàn)DNA超螺旋的轉(zhuǎn)型；超螺旋的轉(zhuǎn)型；4SSB結(jié)合在已開鏈的結(jié)合在已開鏈的DNA模板上，使模板上，使DNA在一定的范圍內(nèi)保持開鏈狀態(tài)。在一定的范圍內(nèi)保持開鏈狀態(tài)。5引物酶介入，形成的引發(fā)體，可按照模板的引物酶介入，形成的引發(fā)體，可按照模板的配對序

28、列，催化配對序列，催化NTP的聚合，生成引物。的聚合，生成引物。（二）復制的延長（二）復制的延長 脫氧單核苷酸逐個加入而延長脫氧單核苷酸逐個加入而延長DNA新鏈，新鏈，其化學反應本質(zhì)是生成磷酸二酯鍵。其化學反應本質(zhì)是生成磷酸二酯鍵。催化此反應的酶：催化此反應的酶：原核生物：原核生物：DNA-pol 真核生物：真核生物：DNA-pol催化不連續(xù)復制催化不連續(xù)復制 DNA-pol催化連續(xù)復制催化連續(xù)復制（）復制延長的生化過程（）復制延長的生化過程 復制起始時，母鏈即已解開，兩股單鏈復制起始時，母鏈即已解開，兩股單鏈都是模板，其作用是按堿基配對規(guī)律指都是模板，其作用是按堿基配對規(guī)律指引核苷酸加入到新

29、鏈引核苷酸加入到新鏈。每次加入的單個核苷酸，都是以每次加入的單個核苷酸，都是以dNTP為為原料，復制時子鏈從原料，復制時子鏈從5向向3延長。延長。復制延長速度相當快。復制延長速度相當快。E.coli每秒鐘能加每秒鐘能加入的核苷酸數(shù)達入的核苷酸數(shù)達2500個。個。（二）復制的半不連續(xù)性和岡崎片段（二）復制的半不連續(xù)性和岡崎片段 在形成雙螺旋結(jié)構(gòu)時，在形成雙螺旋結(jié)構(gòu)時，DNA雙鏈的走向是雙鏈的走向是相反的。相反的。復制經(jīng)解鏈后，兩股單鏈在復制叉上也是復制經(jīng)解鏈后，兩股單鏈在復制叉上也是走向相反。走向相反。復制，包括引物合成，只能從復制，包括引物合成，只能從5向向3延伸。延伸。而在同一復制叉上，解鏈

30、的方向只可能有而在同一復制叉上，解鏈的方向只可能有一個。一個。復制方向與解鏈方向不一致復制方向與解鏈方向不一致 可以理解不連續(xù)復制的成因可以理解不連續(xù)復制的成因1 1領(lǐng)頭鏈連續(xù)復制領(lǐng)頭鏈連續(xù)復制 順著解鏈方向而生成的子鏈，復制是連順著解鏈方向而生成的子鏈，復制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈（續(xù)進行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈（leading strand)。2隨從鏈不連續(xù)復制隨從鏈不連續(xù)復制 復制的方向與解鏈方向相反生成的子鏈稱為復制的方向與解鏈方向相反生成的子鏈稱為隨從鏈隨從鏈（lagging strand）。隨從鏈隨從鏈的復制必須等待模板鏈解開至足夠長的復制必須等待模板鏈解開至足夠長度，才能從度，

31、才能從53方向生成引物然后復制。方向生成引物然后復制。隨從鏈隨從鏈在延長時，又要等到下一段暴露出足在延長時，又要等到下一段暴露出足夠長而度的模板，夠長而度的模板，再次再次生成引物而延長。這生成引物而延長。這就是不連續(xù)復制。就是不連續(xù)復制。隨從鏈的合成隨從鏈的合成3岡崎片段岡崎片段 隨從鏈不連續(xù)復制的片段稱為岡崎片段，隨從鏈不連續(xù)復制的片段稱為岡崎片段，其大小在其大小在10002000個核苷酸。個核苷酸。每一個不連續(xù)復制的片段每一個不連續(xù)復制的片段5-端都帶有端都帶有一個一個RNA引物。引物。片段的復制完成后，片段的復制完成后，RNA引物會被除去引物會被除去而代之以而代之以DNA片段，因此復制至

32、最后，片段，因此復制至最后，兩股子鏈都是兩股子鏈都是DNA鏈。鏈。3 3 5 5 3 3 5 5 解鏈方向解鏈方向3 35 53 33 35 5岡崎片段岡崎片段在同一個復制叉上，領(lǐng)頭鏈在同一個復制叉上，領(lǐng)頭鏈的復制先于后隨鏈，但兩鏈的復制先于后隨鏈，但兩鏈是在是在同一同一DNApol 催化下催化下進行。即隨從鏈的模板可折進行。即隨從鏈的模板可折疊或環(huán)繞成環(huán)狀，與前導鏈疊或環(huán)繞成環(huán)狀，與前導鏈正在延長的區(qū)域?qū)R，使領(lǐng)正在延長的區(qū)域?qū)R，使領(lǐng)頭鏈和隨從鏈的生長點都處頭鏈和隨從鏈的生長點都處在在DNApol 催化位點上。催化位點上。解鏈方向就是酶的前進方向，解鏈方向就是酶的前進方向，也是復制叉延伸方

33、向。也是復制叉延伸方向。復復制制延延長長簡簡圖圖（三）復制的終止（三）復制的終止 原核生物基因是環(huán)狀原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復制的，雙向復制的復制片段在復制的終止點復制片段在復制的終止點(ter)處匯合。處匯合。復制的起始點和終止點剛好把環(huán)狀復制的起始點和終止點剛好把環(huán)狀DNA分為兩個半圓，兩個方向各進行分為兩個半圓，兩個方向各進行180，同，同時在終止點匯合。時在終止點匯合。為了定位方便，習慣把為了定位方便，習慣把E.coli的的DNA分為分為100等分。等分。E.coli復制起始點復制起始點oriC在在82位位點，復制終點點，復制終點ter（termination）在）在32位位點。

34、點。Ecoli 基因圖基因圖oriter E.coli8232teroriC5 5 DNA-pol 5 OHP5 DNA-pol dNTP5 5 P5 5 ATP ADP+PiDNA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)性片段的連接逆轉(zhuǎn)錄和其他復制方式逆轉(zhuǎn)錄和其他復制方式Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways第四節(jié)第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase)逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶 （一）逆轉(zhuǎn)錄（一）逆轉(zhuǎn)錄 在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下以在逆轉(zhuǎn)錄

35、酶的作用下以RNA為模板合成為模板合成DNA的過程。此過程中，核酸合成與轉(zhuǎn)的過程。此過程中，核酸合成與轉(zhuǎn)錄（錄（DNARNA）過程遺傳信息的流動）過程遺傳信息的流動方向相反（方向相反（RNADNA），故稱為），故稱為逆轉(zhuǎn)逆轉(zhuǎn)錄（錄（reverse transcription)。（二）逆轉(zhuǎn)錄病毒（二）逆轉(zhuǎn)錄病毒 RNA病毒的基因組是病毒的基因組是RNA而不是而不是DNA，其復制，其復制方式是逆轉(zhuǎn)錄，故稱為方式是逆轉(zhuǎn)錄，故稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus）。）。RNA病毒感染活細胞后，要先經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄成為雙病毒感染活細胞后，要先經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄成為雙鏈鏈DNA，通過基因重組方式，參加入宿主細胞，

36、通過基因重組方式，參加入宿主細胞基因組，并隨宿主細胞復制和表達。這種重組基因組，并隨宿主細胞復制和表達。這種重組方式稱為整合（方式稱為整合（integration）。）。病毒基因的整合可能是病毒致癌的重要方式。病毒基因的整合可能是病毒致癌的重要方式。（三）逆轉(zhuǎn)錄酶（三）逆轉(zhuǎn)錄酶 能催化以單鏈能催化以單鏈RNA為模板合成雙鏈為模板合成雙鏈DNA的反應的反應的酶稱為的酶稱為逆轉(zhuǎn)錄酶（逆轉(zhuǎn)錄酶（reverse transcriptase)。它兼有三種酶的活性：它兼有三種酶的活性：RNA指導的指導的DNA聚合酶，聚合酶，DNA指導的指導的DNA聚合酶和聚合酶和RNase H活性?；钚浴Ｋ^所謂RNas

37、e H活性是指除去雜合分子中的活性是指除去雜合分子中的RNA。它可以從它可以從53和和35兩個方向水解兩個方向水解DNARNA。逆轉(zhuǎn)錄酶和其他逆轉(zhuǎn)錄酶和其他DNA聚合酶一樣，合成聚合酶一樣，合成DNA的的方向為方向為53，并且不能從頭合成，并且不能從頭合成DNA，也需，也需要引物，是病毒本身的一種要引物，是病毒本身的一種tRNA。二、逆轉(zhuǎn)錄過程二、逆轉(zhuǎn)錄過程 1以單鏈以單鏈RNA的基因組為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的基因組為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶(RNA指導的指導的DNA聚合酶聚合酶)的催化下，合成一條單的催化下，合成一條單鏈鏈DNA；2產(chǎn)物與模板生成產(chǎn)物與模板生成RNA DNA雜化雙鏈，雜化雜化雙鏈，雜化雙

38、鏈中的雙鏈中的RNA被逆轉(zhuǎn)錄酶被逆轉(zhuǎn)錄酶(RNase H)水解；水解；3以新合成的單鏈以新合成的單鏈DNA為模板，為模板，逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶(DNA指導的指導的DNA聚合酶聚合酶)催化合成第二鏈的催化合成第二鏈的DNA。逆轉(zhuǎn)錄病毒細胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象逆轉(zhuǎn)錄病毒細胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象RNA 模板模板逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA 雜雜化雙鏈化雙鏈RNA酶酶單鏈單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶 A AA A T T T TAAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合酶聚合酶堿水解堿水解 T T T T分子生物學研究可應分子生物學研究可應用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程

39、目的基因的重要方因工程目的基因的重要方法之一，此法稱為法之一，此法稱為cDNA法。法。以以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與錄合成的與mRNA堿基序列互堿基序列互補的補的DNA鏈。鏈。試管內(nèi)合成試管內(nèi)合成cDNA三、逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象的生物學意義三、逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象的生物學意義（一）逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象是分子生物（一）逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象是分子生物學研究中的重大發(fā)現(xiàn)學研究中的重大發(fā)現(xiàn) RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達功能。同樣兼有遺傳信息傳代與表達功能。（二）對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了病毒（二）對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了病毒致癌理論。致癌理論。（三）分子生物學研究應用逆轉(zhuǎn)錄酶

40、（三）分子生物學研究應用逆轉(zhuǎn)錄酶（cDNAcDNA法法)，作為獲取基因工程目的基因，作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一。的重要方法之一。第五節(jié)第五節(jié)DNA損傷（突變）與修復損傷（突變）與修復DNA Damage(Mutation)and Repair 一、突變的定義一、突變的定義 二、突變的意義二、突變的意義 三、引發(fā)突變的因素三、引發(fā)突變的因素 四、突變的分子改變類型四、突變的分子改變類型 五、五、DNA損傷的修復損傷的修復一、突變的定義：一、突變的定義：個別脫氧核糖核苷酸殘基甚至片段個別脫氧核糖核苷酸殘基甚至片段DNA在在構(gòu)成、復制或表型功能上的異常變化，稱構(gòu)成、復制或表型功能上的異常

41、變化，稱為突變（為突變（Mutation），），也稱為也稱為DNA損傷損傷（DNA damage）。）。遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變引起遺傳信息的改變。遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變引起遺傳信息的改變。二、突變的意義二、突變的意義（）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ) 自發(fā)突變或自然突變自發(fā)突變或自然突變 （二）突變導致基因型改變（二）突變導致基因型改變 多態(tài)性：個體之間的基因型差別。多態(tài)性：個體之間的基因型差別。（三）突變導致死亡（三）突變導致死亡 突變發(fā)生在對生命過程至關(guān)重要的基因上，可突變發(fā)生在對生命過程至關(guān)重要的基因上，可導致個體、細胞的死亡。導致個體、細胞的死亡。（四）突變是某些疾病的發(fā)病

42、基礎(chǔ)（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ) 有害的突變有害的突變?nèi)⒁l(fā)突變的因素三、引發(fā)突變的因素（一）自發(fā)突變（一）自發(fā)突變（二）誘發(fā)突變（二）誘發(fā)突變 1物理因素：物理因素：主要指紫外線和各種輻射，主要指紫外線和各種輻射，如紫外線可引起如紫外線可引起DNA鏈上相鄰鏈上相鄰的兩個的兩個嘧啶嘧啶堿基堿基發(fā)生共價結(jié)合，生成嘧啶二聚體。發(fā)生共價結(jié)合，生成嘧啶二聚體。2化學因素：化學因素：化工原料、化工產(chǎn)品和副化工原料、化工產(chǎn)品和副產(chǎn)品，各種工業(yè)的排放物、農(nóng)藥、食品防產(chǎn)品，各種工業(yè)的排放物、農(nóng)藥、食品防腐劑或添加劑，以至汽車排放的廢氣。腐劑或添加劑，以至汽車排放的廢氣。嘧啶二聚體的形成與解聚嘧啶二聚體的形

43、成與解聚常常見見的的化化學學誘誘變變劑劑化化合合物物類類別別作作用用點點分分子子改改變變堿堿基基類類似似物物如如：5-BUA 5-BU G-A-T-G-C-羥羥胺胺類類（NH2OH）T C-T-A-C-G-亞亞硝硝酸酸鹽鹽（NO2）C U-G-C-A-T-烷烷化化劑劑如如：氮氮芥芥類類，NitrominsG mGG mGDNA缺缺失失G四、突變分子改變的類型四、突變分子改變的類型 錯配錯配(mismatch)缺失缺失(deletion)插入插入(insertion)重排重排(rearrangement)框移框移(frame-shift)（一）錯配（一）錯配（mismatch）DNA分子上的堿基

44、錯配稱分子上的堿基錯配稱點突變點突變(point mutation)。點突變發(fā)生在基因的編碼區(qū)域，點突變發(fā)生在基因的編碼區(qū)域，可導致氨基酸的改變。可導致氨基酸的改變。1.轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換：發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替發(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。另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。2.顛換：顛換：發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。啶或嘧啶變嘌呤。鐮形紅細胞貧血病人鐮形紅細胞貧血病人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

45、N-val his leu thr pro glu glu C 肽鏈肽鏈CTC GAG基因基因膀胱癌細胞膀胱癌細胞c-rasH基因點突變基因點突變（二）缺失、插入和框移突變（二）缺失、插入和框移突變 缺失：缺失：一個堿基或一段核苷酸鏈從一個堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。大分子上消失。插入：插入：原來沒有的一個堿基或一段核苷原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插入到酸鏈插入到DNA大分子中間。大分子中間?？蛞仆蛔儯喝?lián)體密碼的閱讀方式改變，框移突變：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，其后果是翻譯出的蛋白質(zhì)可能完全不同其后果是翻譯出

46、的蛋白質(zhì)可能完全不同。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鹂蛞仆蛔儯ㄈ┲嘏牛ㄈ┲嘏牛╮earrangement）DNA分子內(nèi)發(fā)生較大片段的交換，稱為重組分子內(nèi)發(fā)生較大片段的交換，稱為重組或重排。或重排。移位的移位的DNA可以在新位點上顛倒方向反置可以在新位點上顛倒方向反置（倒位），也可以在染色體之間發(fā)生交換重（倒位），也可以在染色體之間發(fā)生交換重組。組。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、DNA損傷

47、的修復（損傷的修復（DNA repairing）修復是指針對已發(fā)生了的缺陷而施行的修復是指針對已發(fā)生了的缺陷而施行的補救機制。補救機制。修復的主要類型：修復的主要類型：（一）光修復（一）光修復(light repairing)（二）切除修復（二）切除修復(excision repairing)（三）重組修復（三）重組修復(recombination repairing)（四）（四）SOS修復修復 （一）光修復（一）光修復 光修復過程是通過光修復酶（光修復過程是通過光修復酶（photolyase）催化而完成的，僅需催化而完成的，僅需300600nm波長照射波長照射即可活化，普遍存在于各種生物，人

48、體細胞即可活化，普遍存在于各種生物，人體細胞中也有發(fā)現(xiàn)。中也有發(fā)現(xiàn)。通過此酶作用，可使嘧啶二聚體分解為原來通過此酶作用，可使嘧啶二聚體分解為原來的非聚合狀態(tài)，的非聚合狀態(tài)，DNA完全恢復正常。完全恢復正常。光修復光修復光修復酶光修復酶(photolyase)UV（二）切除修復（二）切除修復（excision repairing）細胞內(nèi)最重要的修復機制，包括去除損傷細胞內(nèi)最重要的修復機制，包括去除損傷DNA，填補空隙和連接。填補空隙和連接。1、原核生物、原核生物DNA損傷修復：損傷修復：UvrA，UvrB辨認及結(jié)合辨認及結(jié)合DNA損傷部位；損傷部位；UvrC在解螺旋酶的協(xié)助下切除損傷部位。在解螺

49、旋酶的協(xié)助下切除損傷部位。DNA-pol和連接酶和連接酶填補空隙和連接。填補空隙和連接。2、真核生物、真核生物DNA損傷修復：損傷修復：XP類蛋白辨認和切除損傷類蛋白辨認和切除損傷DNA部位，切除后部位，切除后留下的空隙，則由留下的空隙，則由DNA-pol 及及加以修復。加以修復。E.coli的的切除修復方式切除修復方式UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA連接酶連接酶ATP（三）重組修復（三）重組修復（recombination repairing）當當DNA分子的損傷面較大，還來不及修復完善分子的損傷面較大，還來不及修復完善就進行復制時，損傷部位因無模板指引，復制就進

50、行復制時，損傷部位因無模板指引，復制出來的新子鏈會出現(xiàn)缺口，這時，就靠重組蛋出來的新子鏈會出現(xiàn)缺口，這時，就靠重組蛋白白RecA的核酸酶活性將另一股健康的母鏈與的核酸酶活性將另一股健康的母鏈與缺口部分進行交換，以填補缺口。缺口部分進行交換，以填補缺口。損傷鏈移到己完成復制的鏈上，如果損傷又只損傷鏈移到己完成復制的鏈上，如果損傷又只發(fā)生在雙鏈發(fā)生在雙鏈DNA中的一股單鏈，則下一輪的復中的一股單鏈，則下一輪的復制損傷鏈就只占制損傷鏈就只占DNA的的14，不斷復制后，其，不斷復制后，其比例就越來越低，稱為把損傷鏈比例就越來越低，稱為把損傷鏈“稀釋稀釋”掉。掉。重組修復重組修復（四）（四）SOS修復修

51、復 是一類應急性的修復方式。由于是一類應急性的修復方式。由于DNA損傷廣泛損傷廣泛至難以繼續(xù)復制，由此而誘發(fā)出一系列復雜的至難以繼續(xù)復制，由此而誘發(fā)出一系列復雜的反應。反應。在在E.coli，各種與修復有關(guān)的基因，組成一個，各種與修復有關(guān)的基因，組成一個稱為稱為調(diào)節(jié)子調(diào)節(jié)子(regulon)的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。特點：反應特異性低，對堿基的識別、選擇能特點：反應特異性低，對堿基的識別、選擇能力差。通過力差。通過SOS修復，復制如能繼續(xù)，細胞是修復，復制如能繼續(xù)，細胞是可存活的。然而，可存活的。然而，DNA保留的錯誤會較多，引保留的錯誤會較多，引起較廣泛、長期的突變。起較廣泛、長期的突變。