考研科目動物生物化學 DNA的生物合成復制PPT課件

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1、本章主要內(nèi)本章主要內(nèi)容容一一 DNA的復制過程的復制過程二二 DNA的損傷和修復的損傷和修復第1頁/共116頁重點：重點：中心法則的內(nèi)容和中心法則的內(nèi)容和DNA復制復制 的過程。的過程。 難點：難點：DNA復制的過程。復制的過程。 第2頁/共116頁 DNA是是生物遺傳生物遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，生物機體的遺傳信息以生物機體的遺傳信息以密碼的形式編碼密碼的形式編碼在在DNA分子上分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序，并通過列順序，并通過DNA的復制的復制由親代傳遞由親代傳遞給子代。給子代。第3頁/共116頁 在后代的生長發(fā)育過程中，在后代的生長發(fā)育過程中，遺傳信

2、息遺傳信息自自DNA轉(zhuǎn)錄給轉(zhuǎn)錄給RNA，然后，然后翻譯成特異的蛋翻譯成特異的蛋白質(zhì)白質(zhì)，以執(zhí)行各種生命功能，使后代表現(xiàn)，以執(zhí)行各種生命功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀。出與親代相似的遺傳性狀。第4頁/共116頁A 以以DNA為模板，合成為模板，合成相應相應DNA分子分子的過程。的過程。B 以以DNA為模板，合成為模板，合成相應相應RNA分子分子的過程。的過程。C 以以RNA為模板，合成為模板，合成相應蛋白質(zhì)相應蛋白質(zhì)的過程。的過程。 中心法則揭示了遺傳信息的傳遞方向。中心法則揭示了遺傳信息的傳遞方向。1958年年F.Crick提出中心法則提出中心法則第5頁/共116頁Reverse tr

3、anscription遺傳信息傳遞的中心法則第6頁/共116頁 中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們動規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對對細胞的生長、發(fā)育、遺傳、變異細胞的生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)等生命現(xiàn)象有了更深刻的認識，而且以這方面的理論象有了更深刻的認識，而且以這方面的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。第7頁/共116頁復制：復制：親代親代DNA或或RNA在一系列酶的作用在一系列酶的作用 下，生成與親代相同的子代

4、下，生成與親代相同的子代DNA或或 RNA的過程。的過程。轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄：以以DNA為模板，按照堿基配對原則為模板，按照堿基配對原則 將其所含的遺傳信息傳給將其所含的遺傳信息傳給RNA，形，形 成一條與成一條與DNA鏈互補的鏈互補的RNA的過程。的過程。幾個重要概念幾個重要概念第8頁/共116頁翻翻 譯：譯：亦叫轉(zhuǎn)譯，以亦叫轉(zhuǎn)譯，以mRNA為模板，將為模板，將 mRNA的密碼解讀成蛋白質(zhì)的的密碼解讀成蛋白質(zhì)的AA 順序的過程順序的過程。逆轉(zhuǎn)錄：逆轉(zhuǎn)錄：以以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作 用下，生成用下，生成DNA的過程。的過程。第9頁/共116頁一一 DNA的的復制復制 (re

5、plication)復制復制親代親代DNA子代子代DNA 由親代由親代DNA合成兩個相同的子代合成兩個相同的子代DNA的過程。的過程。 第10頁/共116頁1 半保留復制半保留復制 (semi-conservative replication)2 雙向復制雙向復制 (bidirectional replication)3 半不連續(xù)復制半不連續(xù)復制(semi-discontinuous replication)4 其他復制類型其他復制類型復制的類型復制的類型第11頁/共116頁1 DNA的半保留復的半保留復制制 由親代由親代DNA生成子代生成子代DNA時，每個時，每個新形成的子代新形成的子代DN

6、A中，一條鏈來中，一條鏈來自親代自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，而另一條鏈則是新合成的，這種這種復制方式叫復制方式叫半保留復制。半保留復制。（1）概念）概念第12頁/共116頁第13頁/共116頁（2 2）半保留復制的實驗證據(jù)）半保留復制的實驗證據(jù) 1958年年Meselson & stahl用用同位素同位素示蹤標記示蹤標記加加密度梯度離心技術(shù)密度梯度離心技術(shù)，證明了，證明了DNA是采取半保留的方式進行復制。是采取半保留的方式進行復制。第14頁/共116頁第15頁/共116頁 15N DNA14N- 15N DNA14N DNA14N- 15N DNA親代親代DNA分子分子第一代第一代D

7、NA 分子分子第二代第二代DNA 分子分子第16頁/共116頁 （3 3）半保留復制的意義）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所含的信息以極高的準確 度傳遞給子代度傳遞給子代DNA分子。分子。 DNA通過復制和基因表達這兩種主要通過復制和基因表達這兩種主要 功能，決定了功能，決定了生物的特性和類型生物的特性和類型并體并體 現(xiàn)了遺傳過程的現(xiàn)了遺傳過程的相對保守性相對保守性。第17頁/共116頁2 雙向復制（雙向復制（bidirectional replication） DNA從起始點（從起始點（origin）向兩個方向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制向解鏈，形成兩

8、個延伸方向相反的復制叉，叉，稱為雙向復制稱為雙向復制。（1）雙向復制的概念）雙向復制的概念第18頁/共116頁DNA的雙向和單向復制復制叉復制叉起始點起始點起始點起始點起始點起始點復制叉復制叉復制叉復制叉單向復制單向復制雙向復制雙向復制第19頁/共116頁A. 環(huán)狀雙鏈環(huán)狀雙鏈DNA及復制起始點及復制起始點B. 復制中的兩個復制叉復制中的兩個復制叉C. 復制接近終止點復制接近終止點(termination, ter)oriterA B C(2)原核生物原核生物DNA雙向復制雙向復制第20頁/共116頁環(huán)狀環(huán)狀DNA的復制的復制 ABC環(huán)狀環(huán)狀 DNA復制時所形復制時所形成的成的Q結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)起始點

9、起始點復制叉復制叉的推進的推進第21頁/共116頁（3 3）真核生物的雙向復真核生物的雙向復制制 真核生物每個染色體有真核生物每個染色體有多個起始點多個起始點，是多復制子的復制。，是多復制子的復制。 習慣上把習慣上把兩個相鄰起始點之間兩個相鄰起始點之間的距離定為一個的距離定為一個復制子復制子(replicon) ，復制復制子是獨立完成復制的功能單位。子是獨立完成復制的功能單位。 第22頁/共116頁（4 4）復制起始點、復制子與復制）復制起始點、復制子與復制叉叉第23頁/共116頁3 3 復制的半不連續(xù)性復制的半不連續(xù)性 DNA雙螺旋的兩條鏈是反平行雙螺旋的兩條鏈是反平行的，催化的，催化DNA

10、合成的合成的聚合酶只能沿聚合酶只能沿著著53方向進行方向進行 。 第24頁/共116頁 在在DNA復制時，一復制時，一條鏈的合成方向條鏈的合成方向和和復制叉的前進方向相同，可以連續(xù)復復制叉的前進方向相同，可以連續(xù)復制，制，叫作前導鏈（叫作前導鏈（leading strand）。）。第25頁/共116頁 而另一條鏈的合成方向和復制叉的前進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，只能分成幾方向正好相反，不能連續(xù)復制，只能分成幾個片段個片段（岡崎片段）（岡崎片段）合成，稱之為合成，稱之為滯后鏈（滯后鏈（lagging strand）。）。 前導前導鏈連續(xù)復制而隨從鏈不連續(xù)復制，

11、鏈連續(xù)復制而隨從鏈不連續(xù)復制，就是復制的就是復制的半不連續(xù)復制半不連續(xù)復制。第26頁/共116頁3 5 3 5 3 53 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)DNA的半不連續(xù)復制的半不連續(xù)復制35 第27頁/共116頁半不連續(xù)復制第28頁/共116頁4 其他的復制方式其他的復制方式 （1）滾環(huán)復制）滾環(huán)復制（2）取代環(huán)復制）取代環(huán)復制（3）反轉(zhuǎn)錄合成）反轉(zhuǎn)錄合成DNA第29頁/共116頁(1) 滾環(huán)復制滾環(huán)復制3 -OH5 -P5 5 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5第30頁/共116頁dNTPDNA-pol (

12、2) D環(huán)復制環(huán)復制(D-loop replication) 線粒體線粒體DNA (mitochondrial DNA，mtDNA)的復制形式。的復制形式。 第31頁/共116頁 1970年年Temin和和Baltimore同時分別同時分別從從勞氏肉瘤病毒勞氏肉瘤病毒和和小白鼠白血病病毒小白鼠白血病病毒等等致病致病RNA病毒中分離出逆轉(zhuǎn)錄酶。病毒中分離出逆轉(zhuǎn)錄酶。 定義定義:以以RNA為模板在為模板在逆轉(zhuǎn)錄酶的逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下作用下合成合成DNA的過程稱為逆轉(zhuǎn)錄。的過程稱為逆轉(zhuǎn)錄。（3 3）反轉(zhuǎn)錄）反轉(zhuǎn)錄第32頁/共116頁逆轉(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

13、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第33頁/共116頁 以以RNA為模板合成為模板合成DNA(cDNA）。）。反轉(zhuǎn)錄酶有三個作用反轉(zhuǎn)錄酶有三個作用 水解水解RNA模板：模板：專一水解專一水解RNA-DNA雜交分子中的雜交分子中的RNA，起，起5 3和和3 5核酸外切酶的作用。核酸外切酶的作用。 以新合成單鏈以新合成單鏈DNA為模板合成第為模板合成第二條二條DNA。第34頁/共116頁第35頁/共116頁逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶發(fā)現(xiàn)的意義發(fā)現(xiàn)的意義 逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物逆轉(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)。

14、學研究中的重大發(fā)現(xiàn)。 至少在某些生物，至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳同樣兼有遺傳 信息傳代與表達功能。信息傳代與表達功能。 拓寬了病毒學研究的領(lǐng)域。拓寬了病毒學研究的領(lǐng)域。 第36頁/共116頁5 與與DNA復制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)復制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)（1）DNA聚合酶聚合酶（2）引物酶）引物酶（3）DNA連接酶連接酶（4）DNA復制起始的酶及蛋白復制起始的酶及蛋白第37頁/共116頁（1）DNA聚合酶 以四種脫氧核糖核苷酸（dNTP）作底物。第38頁/共116頁 反應需要接受模板的指導，可以利用 DNA雙鏈作為模板，亦可以單鏈DNA 作為模板。第39頁/共116頁N3 5 5 OOH OH

15、PPP-O-CH2OH 反應需要有游離的反應需要有游離的3 3- -羥基作為引物。羥基作為引物。PPi第40頁/共116頁5 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?切除復制時合成的切除復制時合成的RNA引物。引物。 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。 外切酶活性外切酶活性第41頁/共116頁3 5 3 5 解鏈方向解鏈方向3 533 5 先導鏈先導鏈(leading strand

16、)(leading strand)隨從鏈隨從鏈(lagging strand)(lagging strand)引物引物引物引物引物引物第42頁/共116頁原核生物中的原核生物中的DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶: 單體多功能酶單體多功能酶。 5 3 聚合酶功能。聚合酶功能。 3 5 外切酶活性外切酶活性（錯配堿基）。（錯配堿基）。 5 3 外切酶活性外切酶活性（主要是對（主要是對DNA損傷的修復，在損傷的修復，在DNA復制時復制時RNA引引物切除及其空隙的填補）。物切除及其空隙的填補）。第43頁/共116頁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/

17、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 第44頁/共116頁 DNA聚合酶聚合酶：多亞基酶，多亞基酶， 5 3 聚合酶功能聚合酶功能 3 5 外切酶活性，外切酶活性， 無無5 3 外切酶活性。外切酶活性?？赡茉谛迯涂赡茉谛迯妥贤夤庖鸬淖贤夤庖鸬腄NA損傷中起作用。損傷中起作用。第45頁/共116頁 DNA聚合酶聚合酶：是原核生物是原核生物DNA復制復制 的主要聚合酶，由的主要聚合酶，由10種亞基組成。種亞基組成。 具有具有5 3DNA聚合酶活性；聚合酶活性； 具有具有3 5

18、外切酶活性；外切酶活性； 沒有沒有5 3外切酶活性。外切酶活性。第46頁/共116頁 DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 亞基數(shù)目亞基數(shù)目 單體酶單體酶 多亞基酶多亞基酶 多亞多亞基酶基酶 53聚合活性聚合活性 + + + 35外切活性外切活性 + + + 53外切活性外切活性 + - -對對DNA損傷損傷的修復；切的修復；切除除RNA引物引物修復紫外修復紫外光引起的光引起的DNA損傷損傷復制的主要復制的主要聚合酶，提聚合酶，提高復制的保高復制的保真性真性大腸桿菌中三種大腸桿菌中三種DNA聚合酶聚合酶第47頁/共116頁（2 2）引發(fā)）引發(fā)酶酶( (primase) )

19、 DnaG基因基因編碼，由特異的編碼，由特異的RNA聚合聚合酶合成的酶合成的3羥基的一段羥基的一段RNA（510個核個核苷酸），此酶為苷酸），此酶為引發(fā)酶引發(fā)酶，。在復制起始時，。在復制起始時催化引物（催化引物（primer）合成，提供）合成，提供3 -OH末末端。端。第48頁/共116頁3 5 3 5 解鏈方向解鏈方向3 533 5 先導鏈先導鏈(leading strand)隨從鏈隨從鏈(lagging strand)引物引物引物第49頁/共116頁 DNA聚合酶校對復制中的錯誤聚合酶校對復制中的錯誤核苷酸，導致在形成核苷酸，導致在形成新的磷酸二酯鍵新的磷酸二酯鍵前檢測前一個堿基是否正確前

20、檢測前一個堿基是否正確，決定了，決定了不能從頭合成。不能從頭合成。為何先合成為何先合成RNA引物，然后切除？引物，然后切除？第50頁/共116頁復制的復雜性，但保證了復制的忠實性。復制的復雜性，但保證了復制的忠實性。 先合成一個低忠實性的先合成一個低忠實性的RNA標記標記的的DNA，當，當DNA開始聚合以后在以開始聚合以后在以5到到3核酸外切酶的功能切除，以脫氧苷核酸外切酶的功能切除，以脫氧苷酸代替酸代替。第51頁/共116頁 DNA復制的忠實性復制的忠實性A DNA聚合酶聚合酶和和的作用，嚴格遵守堿基配對規(guī)律。的作用，嚴格遵守堿基配對規(guī)律。B DNA聚合酶聚合酶的的3 5外切酶活性，錯配堿基

21、的修正。外切酶活性，錯配堿基的修正。C RNA引物的合成與切除。引物的合成與切除。D DNA聚合酶的方向（聚合酶的方向（ 5 3 ）。）。E 修復作用。修復作用。第52頁/共116頁（3）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，末端，使二者生成磷使二者生成磷酸二酯鍵酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的，從而把兩段相鄰的DNA鏈連成完整的鏈。鏈連成完整的鏈。第53頁/共116頁DNA連接酶的作用 DNA連接酶在復制中起最后接合缺口連接酶在復制中起最后接合缺口 的作用。的作用。 在在DNA修復、重組及剪接中也起縫合修復、重組及剪接

22、中也起縫合 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。第54頁/共116頁（4）DNA復制起始的酶類復制起始的酶類及蛋白及蛋白 DnaA蛋白 DnaB蛋白 DnaC蛋白 DNA拓撲異構(gòu)酶 單鏈DNA結(jié)合蛋白第55頁/共116頁 大腸桿菌的復制起點為大腸桿菌的復制起點為oriC，是由，是由245個堿基對組成，這些序列在大多數(shù)個堿基對組成，這些序列在大多數(shù)細菌中是高度保守的，細菌中是高度保守的，關(guān)鍵序列是關(guān)鍵序列是3個個13bp序列和序列和4個個9bp序列。序列。第56頁/共116頁復制起始點（復制起始點（E.coli-oriC） 3個個13bp序列序列GATC

23、TNTTNTTT 4個個9bp序列序列TTATCCACA5 3 5 3 DnaA蛋白的結(jié)合位點蛋白的結(jié)合位點A的甲基化控制的甲基化控制復制何時開始復制何時開始第57頁/共116頁 DnaA蛋白蛋白 DnaA蛋白是由相同亞基組成的四聚蛋白是由相同亞基組成的四聚體體。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上復制起始點上復制起始點oriC，促使促使oriC局部局部解鏈。解鏈。第58頁/共116頁 DnaB蛋白解螺旋蛋白解螺旋蛋白：作用于氫鍵作用于氫鍵，使，使DNA雙鏈雙鏈 解開成為兩條單鏈。解開成為兩條單鏈。DnaB解鏈方向解鏈方向第59頁/共116頁 DnaC蛋

24、白 DnaC蛋白的作用是將具有解鏈酶活蛋白的作用是將具有解鏈酶活性的性的DnaB蛋白運送到復制模板蛋白運送到復制模板，并協(xié)同，并協(xié)同DnaB蛋白的作用。蛋白的作用。Dna BDna C解鏈方向解鏈方向第60頁/共116頁DnaB、DnaCDnaG（引發(fā)酶） DnaA蛋白復合物第61頁/共116頁 解鏈過程中，解鏈過程中，DNA分子會過度擰緊、打分子會過度擰緊、打結(jié)、纏繞、連環(huán)等現(xiàn)象，出現(xiàn)正超螺旋。結(jié)、纏繞、連環(huán)等現(xiàn)象，出現(xiàn)正超螺旋。第62頁/共116頁 DNA拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶（DNA topoisomerase） DNA分子一邊解鏈，一邊復制，分子一邊解鏈，一邊復制， DNA拓撲異構(gòu)酶是能

25、夠松解拓撲異構(gòu)酶是能夠松解DNA超螺超螺旋結(jié)構(gòu)的酶。旋結(jié)構(gòu)的酶。 第63頁/共116頁1010 8 8 局部解鏈后局部解鏈后DNA復制過程中正超螺旋的形成復制過程中正超螺旋的形成第64頁/共116頁拓撲異構(gòu)酶使使DNA的一條的一條鏈鏈斷裂和再連接，斷裂和再連接，使使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)DNA變變?yōu)樗沙跔顟B(tài)為松弛狀態(tài)。反應不需反應不需ATP。拓撲異構(gòu)酶有稱旋轉(zhuǎn)酶，有稱旋轉(zhuǎn)酶，DNA分子分子兩兩條條鏈鏈斷斷裂和再連接裂和再連接，引入負超螺旋狀態(tài)引入負超螺旋狀態(tài)，反應需要，反應需要ATP 。第65頁/共116頁 單 鏈 單 鏈 D N A 結(jié) 合 蛋 白結(jié) 合 蛋 白 （singl

26、e stranded DNA binding protein，SSB） 由由四個亞基四個亞基組成，與組成，與DNA亞基的組成表亞基的組成表現(xiàn)明顯的現(xiàn)明顯的協(xié)同效應協(xié)同效應。 在復制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護在復制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護單鏈的完整。單鏈的完整。 第66頁/共116頁 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分子只要符合堿墓配對，又總會有形成雙鏈分子只要符合堿墓配對，又總會有形成雙鏈的傾向的傾向，以使分子達到穩(wěn)定狀態(tài)和免受胞內(nèi)，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。廣泛存在的核酸酶降解。第67頁/共116頁第68頁/共116頁 引發(fā)體的

27、形成引發(fā)體的形成 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶引物酶SSB3 5 3 5 引物酶含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶蛋白、引物酶和和DNA復制起始區(qū)域的復合結(jié)構(gòu)稱為引復制起始區(qū)域的復合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。發(fā)體。第69頁/共116頁引發(fā)體沿模板鏈引發(fā)體沿模板鏈53方向移動，具方向移動，具有識別合成起始位點的功能，移動到一有識別合成起始位點的功能，移動到一定位置上即可引發(fā)定位置上即可引發(fā)RNA引物的合成。引物的合成。 第70頁/共116頁理理順順DNA鏈鏈拓拓撲撲異異構(gòu)構(gòu)酶酶(gyrA, B)穩(wěn)穩(wěn)定定已已解解開開的的單單鏈鏈單單鏈鏈DNA結(jié)結(jié)合合蛋蛋白白S

28、SB催催化化RNA引引物物生生成成引引物物酶酶DnaG(dnaG)運運送送和和協(xié)協(xié)同同DnaBDnaC(dnaC)解解開開DNA雙雙鏈鏈解解螺螺旋旋酶酶DnaB(dnaB)辨辨認認起起始始點點DnaA(dnaA)蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)（基基因因）通通用用名名功功能能原原核核生生物物復復制制起起始始的的相相關(guān)關(guān)蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)第71頁/共116頁復制起始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，并的重復序列，并與與 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)合于初步打開的雙雙 鏈，并用其解螺旋酶活性開鏈；鏈，并用其

29、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，拓撲酶通過切斷、旋轉(zhuǎn)和再連結(jié)的作用，實實 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在在 一定的范圍內(nèi)保持開鏈狀態(tài)。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，可按照模板引物酶介入，形成的引發(fā)體，可按照模板的的 配對序列，催化配對序列，催化NTP的聚合，生成引物。的聚合，生成引物。第72頁/共116頁起始的過起始的過程程辨認并結(jié)合起始位點辨認并結(jié)合起始位點打開雙螺旋打開雙螺旋防止復螺旋防止復螺旋單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白 解鏈酶解鏈酶引物引物引物酶引物酶DnaA合成合

30、成第73頁/共116頁（5）復制的延伸）復制的延伸半不連續(xù)復制和半保留復制。半不連續(xù)復制和半保留復制。在在DNA-pol催化下，催化下，dNTP以以dNMP的的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，其方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，其化學本質(zhì)是化學本質(zhì)是磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵的不斷生成。的不斷生成。 第74頁/共116頁 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol 復制延長的過程復制延長的過程第75頁/共116頁 前導鏈連續(xù)復制前導鏈連續(xù)復制 順著解鏈方向而生成的子鏈，復順著解鏈方向而生成的子鏈，復制是制是連續(xù)進行連續(xù)進行的。的

31、。第76頁/共116頁 隨從鏈不連續(xù)復制隨從鏈不連續(xù)復制 隨從鏈隨從鏈的復制必須等待模板鏈解開的復制必須等待模板鏈解開至足夠長度，才能從至足夠長度，才能從53 53 方向生成方向生成引物然后復制引物然后復制( (形成岡崎片斷，不連續(xù)復形成岡崎片斷，不連續(xù)復制制) )。第77頁/共116頁隨從鏈的合成第78頁/共116頁 在同一個復制叉上，在同一個復制叉上，前導前導鏈的復制先鏈的復制先于后隨鏈于后隨鏈，但兩鏈，但兩鏈均在均在DNApol 催化下催化下進行。進行。 隨從鏈的模板可隨從鏈的模板可折疊或環(huán)繞成環(huán)狀折疊或環(huán)繞成環(huán)狀，與前導鏈正在延長的區(qū)域?qū)R，使領(lǐng)頭鏈與前導鏈正在延長的區(qū)域?qū)R，使領(lǐng)頭鏈

32、和隨從鏈的延長和隨從鏈的延長點都處在點都處在DNApol 催化催化位點上。位點上。第79頁/共116頁第80頁/共116頁復制延長簡圖第81頁/共116頁蛋白蛋白Mr亞基數(shù)亞基數(shù)功能功能SSB756004結(jié)合單鏈結(jié)合單鏈DNADnaB蛋白蛋白(解螺旋酶解螺旋酶)3000006DNA解螺旋解螺旋,引物體成分引物體成分引物酶引物酶(DnaG蛋白蛋白)600001RNA引物合成引物合成,引物體成引物體成分分DNA聚合酶聚合酶9000001820新鏈延長新鏈延長DNA聚合酶聚合酶I1030001除去引物除去引物,填充缺口填充缺口DNA連接酶連接酶740001連接連接DNA旋轉(zhuǎn)酶旋轉(zhuǎn)酶(DNA拓撲拓撲異

33、構(gòu)酶異構(gòu)酶 )4000004超螺旋超螺旋參與鏈的延伸階段的蛋白質(zhì)和酶參與鏈的延伸階段的蛋白質(zhì)和酶第82頁/共116頁（6 6）復制的終止）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，雙向復制的復制片段在復制的終止點復制的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)復制的起始點和終止點剛好把環(huán)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，同時在終止點匯合，同時在終止點匯合。 第83頁/共116頁oriter E.coli8232 ori terSV40500第84頁/共116頁（7）RNA引物的切除引物的切除 RNA引物

34、由大腸桿菌DNA聚合酶酶5 3外切酶活性完成，留下的空隙由該酶聚合活性填補。第85頁/共116頁（8）岡崎片段的連接）岡崎片段的連接 修復的岡崎片斷由修復的岡崎片斷由DNA連接酶封閉連接酶封閉缺口，小片段連接成完整的子代鏈。最缺口，小片段連接成完整的子代鏈。最末端岡崎片斷的末端岡崎片斷的RNA引物切除后可求助引物切除后可求助于另半圈的于另半圈的DNA的的DNA鏈向前延伸來填鏈向前延伸來填補。補。第86頁/共116頁第87頁/共116頁末端末端DNA序列是多次重復的富含序列是多次重復的富含T、G堿基堿基的短序列的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG真核生物染色體線性真核生物染色體線性DNA分

35、子末端的結(jié)構(gòu)分子末端的結(jié)構(gòu)。(9) 端粒端粒 (telomere)第88頁/共116頁功能功能: 穩(wěn)定染色體的末端結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定染色體的末端結(jié)構(gòu)。 防止染色體間末端連接。防止染色體間末端連接。 補償補償RNA引物切除后造成的空缺。引物切除后造成的空缺。第89頁/共116頁 線性DNA的末端復制的問題第90頁/共116頁當端粒長度下降到當端粒長度下降到某一臨界值某一臨界值時，細胞終止時，細胞終止分裂：衰老、死亡分裂：衰老、死亡“多莉”的衰老 研究端粒丟失的速率，預測人類的壽命 研究推測端粒酶與腫瘤的關(guān)系第91頁/共116頁端粒酶端粒酶 (telomerase) 含有含有RNA鏈的逆轉(zhuǎn)錄酶，能以鏈的逆

36、轉(zhuǎn)錄酶，能以RNA為模板合成為模板合成DNA的端粒結(jié)構(gòu)。的端粒結(jié)構(gòu)。第92頁/共116頁端粒酶的催化延長作用爬爬行行模模型型第93頁/共116頁DNADNA聚合酶復制子鏈進一步加工以RNA的A、C為模板以DNA的A、C為模板第94頁/共116頁DNA Damage(Mutation) and Repair 1. DNA 的損傷的損傷 2. 損傷修復系統(tǒng)損傷修復系統(tǒng) 二二 DNA損傷（突變）與修復損傷（突變）與修復第95頁/共116頁1 DNA的損傷（的損傷（ DNA damage ） 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在在DNA的構(gòu)成、復制或的構(gòu)成、復制或表型功能上的

37、異常變化，稱為表型功能上的異常變化，稱為DNA損傷。也稱為損傷。也稱為 突變突變（Mutation）。）。（1）定義定義第96頁/共116頁遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為信息改變，均可稱為突變。突變。在復制過程中發(fā)生的在復制過程中發(fā)生的DNA突變稱為突變稱為DNA損傷損傷(DNA damage)。從分子水平來看，突變就是從分子水平來看，突變就是DNA分分子上堿基的改變。子上堿基的改變。 第97頁/共116頁 （2 2）引發(fā)損傷）引發(fā)損傷的因素的因素 物理因素：物理因素：指紫外線和各種輻射，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

38、相鄰的兩個嘧啶鏈上相鄰的兩個嘧啶堿基發(fā)生共價結(jié)合，生成嘧啶二聚體。堿基發(fā)生共價結(jié)合，生成嘧啶二聚體。第98頁/共116頁 如如TT，TC，CC等二聚體。這些嘧啶二聚等二聚體。這些嘧啶二聚體由于形成了共價鍵連接的體由于形成了共價鍵連接的環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)，因而，因而會引起復制障礙。會引起復制障礙。 第99頁/共116頁 化學因素化學因素：化工原料化工原料、化工產(chǎn)品、化工產(chǎn)品和副產(chǎn)品，各種工業(yè)的排放物、農(nóng)藥、和副產(chǎn)品，各種工業(yè)的排放物、農(nóng)藥、食品防腐劑或添加劑食品防腐劑或添加劑，以至汽車排放的，以至汽車排放的廢氣。廢氣。第100頁/共116頁（3 3）突變的分子改變類型）突變的分子改變類型錯配錯

39、配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement)框移框移(frame-shift) 第101頁/共116頁 DNA分子上的堿基錯配稱分子上的堿基錯配稱點突變點突變(point mutation)發(fā)生在同型堿基之間，即發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤嘌呤代替代替另一另一嘌呤嘌呤，或，或嘧啶嘧啶代替另一代替另一嘧啶嘧啶。 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換發(fā)生在異型堿基之間，即發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧嘌呤變嘧啶啶或或嘧啶變嘌呤嘧啶變嘌呤。 顛換顛換 錯配錯配第102頁/共116頁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-v

40、al 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基因基因第103頁/共116頁 缺失、插入和框移缺失、插入和框移缺失：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大分子大分子上消失。上消失。插入：插入：原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插入到入到DNA大分子中間。大分子中間。 框移突變框移突變：三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成：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

41、變。蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。 缺失或插入都可導致缺失或插入都可導致框移突變框移突變。第104頁/共116頁谷谷 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鹂蛞仆蛔兊?05頁/共116頁 重排重排DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排。重組或重排。 第106頁/共116頁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第107頁/共116頁2 DNA損傷的修復（損傷的修復（DNA repairing）

42、 修復的主要類型：修復的主要類型： （1）光修復）光修復(light repairing) （2）暗修復）暗修復 切除修復切除修復(excision repairing) 重組修復重組修復(recombination repairing) SOS修復修復 第108頁/共116頁（1）光修復）光修復 光修復過程是通過光修復過程是通過光修復酶光修復酶催化而完催化而完成，可見光激活（成，可見光激活（400nm）此酶活性，可）此酶活性，可使嘧啶二聚體分解為原來的非聚合狀態(tài)，使嘧啶二聚體分解為原來的非聚合狀態(tài)，DNA完全恢復正常。完全恢復正常。第109頁/共116頁光修復酶光修復酶(photolyase

43、) UV分解環(huán)丁基的C CC C鍵第110頁/共116頁（2）切除修復（）切除修復（excision repairing） 又稱復制前修復。在一系列酶的作又稱復制前修復。在一系列酶的作用下，將用下，將DNA分子中分子中受損傷部分切除受損傷部分切除掉掉，并以，并以完整的那一條鏈為模板完整的那一條鏈為模板，合成，合成出切去的部分，然后使出切去的部分，然后使DNA恢復正常結(jié)恢復正常結(jié)構(gòu)的過程。構(gòu)的過程。 第111頁/共116頁E.coli的切除修復方式UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA連接酶連接酶ATP 切 補 修 封第112頁/共116頁（3）重組修復重組修復（recom

44、bination repairing） 復制后通過分子內(nèi)重組，從復制后通過分子內(nèi)重組，從完整的完整的親代鏈上把相應堿基順序的片段移至子親代鏈上把相應堿基順序的片段移至子代鏈缺口處代鏈缺口處，使之成為完整的分子。親，使之成為完整的分子。親鏈上的缺口由聚合酶鏈上的缺口由聚合酶1 1和連接酶填補完和連接酶填補完整，這就稱為重組修復。整，這就稱為重組修復。 第113頁/共116頁（4）SOS修復（產(chǎn)生差錯的修復） 特點：特點：反應特異性低，對堿基的識別反應特異性低，對堿基的識別和和選擇能力差。選擇能力差。DNA得到了修復和導致變得到了修復和導致變異。異。DNA保留的錯誤會較多，引起較廣泛、保留的錯誤會較多，引起較廣泛、長期的突變。長期的突變。 致癌因素致癌因素X射線、紫外線和黃曲霉素導射線、紫外線和黃曲霉素導致致SOS修復。修復。第114頁/共116頁思考題1 中心法則的內(nèi)容。2 DNA聚合酶的功能。3 半保留復制、半不連續(xù)復制、岡崎片斷。4 參與DNA復制的主要酶及蛋白的作用。5 原核生物復制的過程。6 遺傳的忠實性。7 DNA的損傷和修復系統(tǒng)。第115頁/共116頁感謝您的觀看！第116頁/共116頁