《動(dòng)物生物化學(xué)》本科教學(xué)PPT課件,動(dòng)物生物化學(xué),動(dòng)物,生物化學(xué),本科,教學(xué),PPT,課件 第十章DNA的生物合成的生物合成 半保留復(fù)制參與DNA生物合成的酶以DNA為模板合成DNA的過程DNA損傷與修復(fù)以RNA為模板合成DNA的過程中心法則中心法則 復(fù)制復(fù)制 DNA 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄 復(fù)制復(fù)制 RNA 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 翻譯翻譯 復(fù)制：復(fù)制：親代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成與親代相同的子代DNA或RNA的過程。轉(zhuǎn)錄：轉(zhuǎn)錄：以DNA為模板，按照堿基配對(duì)原則將其所含的遺傳信息傳給RNA，形成一條與DNA鏈互補(bǔ)的RNA的過程。翻譯：翻譯：亦叫轉(zhuǎn)譯，以mRNA為模板，將mRNA的密碼解讀成蛋白質(zhì)的AA順序的過程。逆轉(zhuǎn)錄：逆轉(zhuǎn)錄：以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，生成DNA的過程。Reverse transcription 第一節(jié)第一節(jié) DNA半保留半保留復(fù)制復(fù)制模板模板-指導(dǎo)指導(dǎo)DNADNA生物合成的分子生物合成的分子是能提供合成一條互補(bǔ)鏈所需精確信息的核酸鏈?zhǔn)悄芴峁┖铣梢粭l互補(bǔ)鏈所需精確信息的核酸鏈.復(fù)制方式復(fù)制方式半保留復(fù)制半保留復(fù)制定義定義:以以DNADNA分子中的每一條鏈為模板分子中的每一條鏈為模板,通過堿基通過堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，合成兩個(gè)新的子代互補(bǔ)配對(duì)原則，合成兩個(gè)新的子代DNADNA分子分子,每個(gè)每個(gè)新新DNADNA分子的兩條鏈中，一條鏈來自親代分子的兩條鏈中，一條鏈來自親代DNA,DNA,另另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?。一條鏈?zhǔn)切潞铣傻?。一、半保留?fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)一、半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈母鏈DNA 復(fù)制過程中形成復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉的復(fù)制叉子代子代DNA 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（混合式全保留式（混合式 ）半保留式半保留式密度梯度實(shí)驗(yàn)密度梯度實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制半保留復(fù)制的設(shè)想。的設(shè)想。含重氮含重氮-DNA的細(xì)菌的細(xì)菌培養(yǎng)于普培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液通培養(yǎng)液 第一代第一代繼續(xù)培養(yǎng)于繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液普通培養(yǎng)液 第二代第二代梯度離心結(jié)果梯度離心結(jié)果親代親代DNA分子分子第一子代分子第一子代分子第二子代分子第二子代分子15N-DNA14N-DNA混合混合123DNA半保留復(fù)制及實(shí)驗(yàn)依據(jù)半保留復(fù)制及實(shí)驗(yàn)依據(jù)按按半半保保留留復(fù)復(fù)制制方方式式，子子代代DNADNA與與親親代代DNADNA的的堿堿基基序序列列一一致致，即即子子代代保保留留了了親親代代的的全全部部遺遺傳傳信信息息，體體現(xiàn)現(xiàn)了了遺遺傳傳的的保保守守性性，即即遺遺傳傳信信息的息的穩(wěn)定性穩(wěn)定性。遺遺傳傳的的保保守守性性，是是物物種種穩(wěn)穩(wěn)定定性性的的分分子子基基礎(chǔ)，礎(chǔ)，但不是絕對(duì)的但不是絕對(duì)的。二、二、半保留復(fù)制的意義半保留復(fù)制的意義 第二節(jié)第二節(jié) 參與參與DNADNA生物合成的酶生物合成的酶一、一、DNADNA聚合酶催化聚合酶催化DNADNA合成的聚合反應(yīng)合成的聚合反應(yīng) 聚合反應(yīng)：聚合反應(yīng)：n1dATP DNADNA聚合酶聚合酶DNA +n2dGTP 2DNA+(n1+2+3+4)PPi模板模板 n3dCTP Mg2+n4dTTP 水解水解DNA聚合酶聚合酶:依賴依賴DNADNA的的DNADNA合成酶，合成酶，簡寫簡寫DNA-pol催化反應(yīng)的催化反應(yīng)的基本基本特點(diǎn)特點(diǎn) （1 1）以四種脫氧核苷三磷酸）以四種脫氧核苷三磷酸（dNTPdNTP）為底物；為底物；（2 2）反應(yīng)需要有）反應(yīng)需要有DNADNA模板的指導(dǎo)；模板的指導(dǎo)；（3 3）反應(yīng)需要有）反應(yīng)需要有3 3-OHOH存在；存在；（4 4）DNADNA鏈的合成方向?yàn)殒湹暮铣煞较驗(yàn)? 5 3 3 （5 5）產(chǎn)物的性質(zhì)與模板相同，是模板復(fù)制物。）產(chǎn)物的性質(zhì)與模板相同，是模板復(fù)制物。催化反應(yīng)的連續(xù)性：催化反應(yīng)的連續(xù)性：（持續(xù)合成能力）（持續(xù)合成能力）DNA聚合酶不離開模板連續(xù)聚合酶不離開模板連續(xù)加接一定數(shù)量的核苷酸催化形成加接一定數(shù)量的核苷酸催化形成磷酸二酯鍵的過程。磷酸二酯鍵的過程。不同不同DNA聚合酶催化反應(yīng)的聚合酶催化反應(yīng)的連續(xù)性不同。連續(xù)性不同。復(fù)制按照堿基配對(duì)規(guī)律進(jìn)行，是遺傳信息復(fù)制按照堿基配對(duì)規(guī)律進(jìn)行，是遺傳信息能準(zhǔn)確傳代的基本原理。能準(zhǔn)確傳代的基本原理。復(fù)制保真性的酶學(xué)機(jī)制：復(fù)制保真性的酶學(xué)機(jī)制：（一）（一）DNA-DNA-polpol的核酸外切酶活性和及時(shí)校對(duì)的核酸外切酶活性和及時(shí)校對(duì) （二）復(fù)制的保真性和堿基選擇（二）復(fù)制的保真性和堿基選擇催化催化DNADNA合成的精確性合成的精確性 DNA-pol的核酸外切酶活性和及時(shí)校讀的核酸外切酶活性和及時(shí)校讀DNADNA聚合酶的校對(duì)作用：聚合酶的校對(duì)作用：3535外切酶活性外切酶活性 當(dāng)當(dāng)DNADNA聚合反應(yīng)中出現(xiàn)錯(cuò)配的核苷酸時(shí)，聚合反應(yīng)中出現(xiàn)錯(cuò)配的核苷酸時(shí)，DNADNA聚合酶的聚合酶的3535外切酶功能被激活，除去外切酶功能被激活，除去錯(cuò)配的核苷酸，然后再開始錯(cuò)配的核苷酸，然后再開始DNADNA的聚合反應(yīng)。的聚合反應(yīng)。提高提高DNADNA復(fù)制精度復(fù)制精度100-1000100-1000倍。倍。大腸桿菌細(xì)胞中復(fù)制錯(cuò)誤率約為大腸桿菌細(xì)胞中復(fù)制錯(cuò)誤率約為1/101/109 9-1/101/1010105 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?能切除突變的能切除突變的 DNA片段。片段。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。核酸外切酶活性核酸外切酶活性 1.1.遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；2.2.聚合酶在復(fù)制延長時(shí)對(duì)堿基的選擇功能；聚合酶在復(fù)制延長時(shí)對(duì)堿基的選擇功能；3.3.復(fù)制出錯(cuò)時(shí)復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-DNA-polpol的及時(shí)校對(duì)功能。的及時(shí)校對(duì)功能。DNA復(fù)制的保真性至少要依賴三種機(jī)制復(fù)制的保真性至少要依賴三種機(jī)制（一）、大腸桿菌的（一）、大腸桿菌的DNADNA聚合酶聚合酶 分類分類 主要功能主要功能 PolPol I I 切除引物、復(fù)制及切除引物、復(fù)制及DNADNA修復(fù)修復(fù) PolPol II DNA II DNA修復(fù)修復(fù) PolPol III III 主要復(fù)制酶主要復(fù)制酶 PolPol 1V 1V 損傷旁路修復(fù)損傷旁路修復(fù) PolPol V V 損傷旁路修復(fù)損傷旁路修復(fù)500000500000150015003-2003-200催化反應(yīng)連續(xù)性催化反應(yīng)連續(xù)性無無無無有有5 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性10-20100100400分子數(shù)分子數(shù)/細(xì)胞細(xì)胞多亞基多亞基多亞基多亞基44（7 7）單肽鏈單肽鏈組成組成830109分子量分子量(kD)可能可能不可能不可能 可能可能基因突變后的致死性基因突變后的致死性無無無無有有5 3 核酸外切酶活性核酸外切酶活性400分子數(shù)分子數(shù)/細(xì)胞細(xì)胞多亞基多亞基10 10 不對(duì)稱二聚體不對(duì)稱二聚體單肽鏈單肽鏈 1 1組成組成88分子量分子量(kD)DNA-pol IIIDNA-polIIDNA-polI大腸桿菌三種主要大腸桿菌三種主要DNADNA聚合酶比較聚合酶比較結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 polA polB polC（dnaE）聚合速度（核苷酸聚合速度（核苷酸/秒）秒）16-20 40 250-1000功能功能：切除引物，對(duì)復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空切除引物，對(duì)復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)，對(duì)復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀。隙進(jìn)行填補(bǔ)，對(duì)復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀。DNA-pol （103kD）323個(gè)氨基酸個(gè)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個(gè)氨基酸個(gè)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(shí)驗(yàn)室合成片段是實(shí)驗(yàn)室合成DNA，進(jìn)行進(jìn)行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。DNA-pol（88kD）DNA-pol II基因發(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活?；虬l(fā)生突變，細(xì)菌依然能存活。它參與它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。最適模板是雙鏈最適模板是雙鏈DNA中的空隙中的空隙單鏈單鏈DNA。功能功能是原核生物復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。是原核生物復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。DNA-pol (830kD)DNA-pol 的亞基組成的亞基組成亞基亞基 數(shù)目數(shù)目 功能功能 2 聚合活性聚合活性 2 35外切酶校對(duì)功能外切酶校對(duì)功能 核心聚合酶核心聚合酶 2 組建核心酶組建核心酶 2 核心酶二聚化核心酶二聚化 2 依賴依賴DNA的的ATP酶酶 1 形成形成 復(fù)合物復(fù)合物 1 形成形成 復(fù)合物復(fù)合物 “鉗鉗”安置復(fù)合物安置復(fù)合物 1 形成形成 復(fù)合物復(fù)合物 (夾子裝配器夾子裝配器)1 形成形成 復(fù)合物復(fù)合物 4 每二個(gè)亞基形成滑動(dòng)夾子每二個(gè)亞基形成滑動(dòng)夾子,以提高酶持續(xù)合成能力以提高酶持續(xù)合成能力大腸桿菌大腸桿菌DNA聚合聚合酶酶結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)和功能DNADNA聚合酶聚合酶 兩個(gè)兩個(gè) 亞基夾住亞基夾住DNADNADNADNA聚合酶聚合酶 異二聚體異二聚體引物的結(jié)引物的結(jié)合和識(shí)別合和識(shí)別 延長因子延長因子核心酶核心酶校對(duì)校對(duì)促使核心促使核心酶二聚化酶二聚化 DNA聚合酶聚合酶的異二聚體的異二聚體前導(dǎo)鏈的合成前導(dǎo)鏈的合成滯后鏈的合成滯后鏈的合成功能功能:每二個(gè)每二個(gè) 亞基形成一亞基形成一個(gè)滑動(dòng)夾子，象鉗子個(gè)滑動(dòng)夾子，象鉗子一樣夾住一樣夾住DNADNA并可向并可向前滑動(dòng)，使聚合酶在前滑動(dòng)，使聚合酶在完成復(fù)制前不離開完成復(fù)制前不離開DNADNA，從而提高酶持從而提高酶持續(xù)合成能力。續(xù)合成能力。DNA-pol 的的 亞基二聚體亞基二聚體DNA-pol 和和DNA-pol 涉及涉及DNA的錯(cuò)誤傾向修復(fù)（的錯(cuò)誤傾向修復(fù)（SOS）缺乏復(fù)制準(zhǔn)確性缺乏復(fù)制準(zhǔn)確性突變頻率高突變頻率高可以克服復(fù)制障礙，提高存活率可以克服復(fù)制障礙，提高存活率DNA聚合酶聚合酶右手結(jié)構(gòu)特征右手結(jié)構(gòu)特征（二）、真核細(xì)胞內(nèi)有五種（二）、真核細(xì)胞內(nèi)有五種DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶 定位定位亞基數(shù)目亞基數(shù)目外切酶活性外切酶活性引物合成酶引物合成酶活性活性持續(xù)合成能力持續(xù)合成能力抑制劑抑制劑功能功能細(xì)胞核細(xì)胞核4 4中等中等蚜腸霉素蚜腸霉素引物合成引物合成細(xì)胞核細(xì)胞核1 1低低雙脫氧雙脫氧TTPTTP修復(fù)修復(fù)線粒體線粒體2 23 3 55外切酶外切酶高高雙脫氧雙脫氧TTPTTP線粒體線粒體DNADNA合成合成細(xì)胞核細(xì)胞核2 2 3 3 55外切酶外切酶有有PCNAPCNA時(shí)時(shí)高高蚜腸霉素蚜腸霉素核核DNADNA合成合成細(xì)胞核細(xì)胞核1 15 5 3 3 外外切酶切酶高高蚜腸霉蚜腸霉素素填補(bǔ)引填補(bǔ)引物空缺物空缺修復(fù)修復(fù)二、二、DNADNA分子的拓?fù)鋵W(xué)變化和相關(guān)酶分子的拓?fù)鋵W(xué)變化和相關(guān)酶解螺旋酶解螺旋酶 利用利用ATPATP供能，作用于氫鍵，使供能，作用于氫鍵，使DNADNA雙雙鏈解開成為兩條單鏈。和單鏈鏈解開成為兩條單鏈。和單鏈DNADNA結(jié)合。結(jié)合。沿沿5 5 3 3 方向移動(dòng)：解螺旋酶方向移動(dòng)：解螺旋酶、沿沿3 3 5 5 方向移動(dòng)：方向移動(dòng)：reprep蛋白蛋白其中一種由其中一種由dnadnaB B基因編碼的基因編碼的DnaBDnaB蛋白（蛋白（5 5 3 3 方向移動(dòng)）參與復(fù)制，其余參與修復(fù)。方向移動(dòng)）參與復(fù)制，其余參與修復(fù)。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶（拓?fù)洚悩?gòu)酶（Topo）-通過通過水解、連接磷酸二酯鍵改變水解、連接磷酸二酯鍵改變DNADNA的拓?fù)溥B系數(shù)的拓?fù)溥B系數(shù)LkLk值而影響其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)值而影響其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1010 8 8 DNA 復(fù)制過程復(fù)制過程雙螺旋局部解鏈后雙螺旋局部解鏈后產(chǎn)生拓?fù)鋵W(xué)張力產(chǎn)生拓?fù)鋵W(xué)張力解鏈過程中正超螺旋的形成解鏈過程中正超螺旋的形成拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶-參與轉(zhuǎn)錄參與轉(zhuǎn)錄 切斷切斷DNA雙鏈中雙鏈中一股一股鏈，使鏈，使DNA一條鏈一條鏈通過切口，再封閉切口，改變通過切口，再封閉切口，改變DNA的拓?fù)涞耐負(fù)溥B系數(shù)連系數(shù)。反應(yīng)反應(yīng)不需不需ATP。原核生物：減少原核生物：減少負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋 真核生物：消除負(fù)超螺旋和正超螺旋真核生物：消除負(fù)超螺旋和正超螺旋作用機(jī)制作用機(jī)制 拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶-參與復(fù)制參與復(fù)制 切斷切斷DNA分子分子兩股兩股鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。超螺旋松弛。利用利用ATP供能供能，連接斷端，連接斷端，DNA分子進(jìn)入分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。負(fù)超螺旋狀態(tài)。原核生物：引入負(fù)超螺旋原核生物：引入負(fù)超螺旋 真核生物：消除負(fù)超螺旋和正超螺旋真核生物：消除負(fù)超螺旋和正超螺旋作用機(jī)制作用機(jī)制 單鏈單鏈DNADNA結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（SSBSSB）在復(fù)制中維持在復(fù)制中維持DNADNA模板處于單鏈狀態(tài)模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。并保護(hù)單鏈的完整。功能：功能：穩(wěn)定解開的單鏈穩(wěn)定解開的單鏈阻止復(fù)性阻止復(fù)性防止防止被核酸酶降解。被核酸酶降解。由四個(gè)相同亞基組成。由四個(gè)相同亞基組成。原核生物結(jié)合原核生物結(jié)合DNADNA時(shí)表現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)時(shí)表現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)。三、引物酶三、引物酶催化形成催化形成RNARNA引物的引物的RNARNA聚合酶。聚合酶。反應(yīng)不需要反應(yīng)不需要3OH需要需要DNA模板模板不同于轉(zhuǎn)錄過程的不同于轉(zhuǎn)錄過程的RNARNA聚合酶聚合酶合成方向合成方向5 5 3RNA引物一般長幾個(gè)至十幾個(gè)核苷酸-連接連接DNADNA雙鏈中的單鏈切口雙鏈中的單鏈切口 反反應(yīng)應(yīng)需需要要能能量量。大大腸腸桿桿菌菌和和其其它它細(xì)細(xì)菌菌的的DNADNA連連接接酶酶要要求求NADNAD+提提供供能能量量；在在高高等等生物和噬菌體中，則要求生物和噬菌體中，則要求ATPATP提供能量。提供能量。T T4 4噬噬菌菌體體的的DNADNA連連接接酶酶不不僅僅能能連連接接雙雙鏈鏈DNADNA上上的的粘粘性性切切口口，而而且且能能連連接接無無粘粘性性末端的平頭雙鏈末端的平頭雙鏈DNADNA。四、四、DNADNA連接酶連接酶HO5335DNA連接酶連接酶ATPADP5353DNADNA連接酶作用機(jī)理連接酶作用機(jī)理 DNA DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合連接酶在復(fù)制中起最后接合切口的作用。切口的作用。在在DNADNA修復(fù)、重組及剪接中也起修復(fù)、重組及剪接中也起縫合切口作用。縫合切口作用。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。第三節(jié)第三節(jié)以以DNADNA為模板合成為模板合成DNADNA的過程的過程大腸桿菌染色體大腸桿菌染色體DNA分子分子的合成分成三個(gè)階段的合成分成三個(gè)階段 DNA復(fù)制的起始復(fù)制的起始 DNA復(fù)制的延長階段復(fù)制的延長階段 DNA復(fù)制的終止復(fù)制的終止一、復(fù)制的起始一、復(fù)制的起始復(fù)制起點(diǎn)復(fù)制起點(diǎn)（復(fù)制原點(diǎn)）（復(fù)制原點(diǎn)）DNADNA復(fù)制的特定起始復(fù)制的特定起始位點(diǎn)。常用位點(diǎn)。常用oriori(或或o o）表示。許多生物的復(fù)制表示。許多生物的復(fù)制原點(diǎn)都是富含原點(diǎn)都是富含A A、T T的區(qū)段。的區(qū)段。原核生物單點(diǎn)起始，真核生物多點(diǎn)起始。原核生物單點(diǎn)起始，真核生物多點(diǎn)起始。復(fù)制子復(fù)制子是染色體獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。是染色體獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。原核生物能啟動(dòng)復(fù)制開始的基因組上的原核生物能啟動(dòng)復(fù)制開始的基因組上的DNADNA順序。順序。真核生物習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間的真核生物習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰起始點(diǎn)之間的距離定為一個(gè)距離定為一個(gè)復(fù)制子復(fù)制子。復(fù)制的方向復(fù)制的方向：多數(shù)為雙向復(fù)制，少數(shù)為單向復(fù)制多數(shù)為雙向復(fù)制，少數(shù)為單向復(fù)制 多數(shù)雙向?qū)ΨQ復(fù)制，少數(shù)雙向不對(duì)稱復(fù)制多數(shù)雙向?qū)ΨQ復(fù)制，少數(shù)雙向不對(duì)稱復(fù)制復(fù)制眼復(fù)制眼-在復(fù)制原點(diǎn)處將雙螺旋解開成單鏈狀在復(fù)制原點(diǎn)處將雙螺旋解開成單鏈狀態(tài)，形成一個(gè)眼狀結(jié)構(gòu)。態(tài)，形成一個(gè)眼狀結(jié)構(gòu)。復(fù)制叉復(fù)制叉-DNADNA復(fù)制進(jìn)行時(shí)，在眼的兩側(cè)出現(xiàn)的復(fù)制進(jìn)行時(shí)，在眼的兩側(cè)出現(xiàn)的 兩個(gè)叉子狀的生長點(diǎn)。兩個(gè)叉子狀的生長點(diǎn)。A.環(huán)狀雙鏈環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)及復(fù)制起始點(diǎn)B.復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(diǎn)復(fù)制接近終止點(diǎn)oriterA B C53oriorioriori535533553復(fù)制子復(fù)制子3復(fù)制叉復(fù)制叉起點(diǎn)起點(diǎn)復(fù)制叉復(fù)制叉延伸延伸延伸延伸起點(diǎn)起點(diǎn)領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈隨后鏈隨后鏈隨后鏈隨后鏈3535DNA的雙向復(fù)制的雙向復(fù)制E.coli復(fù)制起始點(diǎn)復(fù)制起始點(diǎn) oriC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):GATCTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 441 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245串聯(lián)串聯(lián)13bp重復(fù)序列重復(fù)序列 反向反向9bp重復(fù)序列重復(fù)序列5 3 5 3 DnaA蛋白蛋白 識(shí)別原點(diǎn)順序識(shí)別原點(diǎn)順序,在特異位點(diǎn)打開在特異位點(diǎn)打開DNA雙雙鏈鏈DnaB蛋白蛋白(解螺旋酶解螺旋酶)DNA解螺旋解螺旋DnaC蛋白蛋白 輔助輔助DnaB與原點(diǎn)結(jié)合與原點(diǎn)結(jié)合HU 類組蛋白類組蛋白,DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白,刺激復(fù)制起始刺激復(fù)制起始引物酶引物酶(DnaG蛋白蛋白)合成合成RNA引物引物單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白(SSB)結(jié)合單鏈結(jié)合單鏈DNARNA聚合酶聚合酶 促進(jìn)促進(jìn)DnaA蛋白激活蛋白激活DNA旋轉(zhuǎn)酶旋轉(zhuǎn)酶(Topo)釋放由于解螺旋產(chǎn)生的扭力釋放由于解螺旋產(chǎn)生的扭力Dam甲基化酶甲基化酶 甲基化原點(diǎn)的甲基化原點(diǎn)的5GATC順序順序約約9 9種不同的蛋白和酶參與復(fù)制的起始種不同的蛋白和酶參與復(fù)制的起始13bp序列富序列富含含A-T雙螺旋雙螺旋易打開易打開約約20-40個(gè)個(gè)DnaA蛋白結(jié)合在起始原點(diǎn)的蛋白結(jié)合在起始原點(diǎn)的9bp重復(fù)序列上重復(fù)序列上在類組蛋白在類組蛋白HU參與下參與下DnaA變變性性13bp重復(fù)序列重復(fù)序列解螺旋酶解螺旋酶(DnaB)解螺旋解螺旋,并創(chuàng)造兩并創(chuàng)造兩個(gè)潛在的復(fù)制叉?zhèn)€潛在的復(fù)制叉DnaB和和DnaC建建立預(yù)引物復(fù)合物立預(yù)引物復(fù)合物多個(gè)單鏈結(jié)合蛋白(SSB)結(jié)合于解開的DNA單鏈部分，穩(wěn)定單鏈DNA，并防止DNA復(fù)性 Dna A Dna B、Dna GDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 引物體和引物的形成引物體和引物的形成DnaB解螺旋酶和解螺旋酶和DnaG引物酶組成引物酶組成引物體在引物體在DNA復(fù)制起始區(qū)域形成引物。復(fù)制起始區(qū)域形成引物。引物體引物體3 5 3 5 引物引物是由引物酶催化合成的短鏈?zhǔn)怯梢锩复呋铣傻亩替淩NA分子分子引物引物3 HO5引物引物酶酶領(lǐng)頭鏈先引發(fā)合成引物，引物長于領(lǐng)頭鏈先引發(fā)合成引物，引物長于滯后鏈，約滯后鏈，約10-6010-60個(gè)核苷酸，個(gè)核苷酸，55端端含含3 3個(gè)磷酸殘基，個(gè)磷酸殘基，33端為游離的羥端為游離的羥基?；?。演示動(dòng)畫二、二、DNADNA復(fù)制的延長階段復(fù)制的延長階段前導(dǎo)鏈的合成前導(dǎo)鏈的合成-連續(xù)合成、與復(fù)制叉移動(dòng)方向相同連續(xù)合成、與復(fù)制叉移動(dòng)方向相同滯后鏈的合成滯后鏈的合成-不連續(xù)合成、與復(fù)制叉移動(dòng)方向相反不連續(xù)合成、與復(fù)制叉移動(dòng)方向相反 新鏈合成方向：新鏈合成方向：5 5 3 3 模板閱讀方向：模板閱讀方向：3 3 5 5 前導(dǎo)鏈（領(lǐng)頭鏈）前導(dǎo)鏈（領(lǐng)頭鏈）在在DNADNA復(fù)制時(shí)，合成方向復(fù)制時(shí)，合成方向與復(fù)制叉移動(dòng)方向一致并連續(xù)合成的與復(fù)制叉移動(dòng)方向一致并連續(xù)合成的DNADNA鏈。鏈。滯后鏈（隨后鏈）滯后鏈（隨后鏈）在在DNADNA復(fù)制時(shí)，合成方向復(fù)制時(shí)，合成方向與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相反，不能隨復(fù)制叉移動(dòng)與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相反，不能隨復(fù)制叉移動(dòng)方向連續(xù)合成的方向連續(xù)合成的DNADNA片段。這些復(fù)制中的不連片段。這些復(fù)制中的不連續(xù)片段被稱為續(xù)片段被稱為岡崎片段。岡崎片段。岡崎片段：岡崎片段：真核生物中真核生物中100-200100-200個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸（核小體的（核小體的DNADNA單位）。原核生物中單位）。原核生物中1000-1000-20002000個(gè)核苷酸（相當(dāng)于一個(gè)順反子）。個(gè)核苷酸（相當(dāng)于一個(gè)順反子）。半不連續(xù)復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制在在DNADNA復(fù)制時(shí)，領(lǐng)頭鏈?zhǔn)菑?fù)制時(shí)，領(lǐng)頭鏈?zhǔn)沁B續(xù)合成的連續(xù)合成的,而隨后鏈的合成是不連續(xù)的，而隨后鏈的合成是不連續(xù)的，這種復(fù)制過程稱為這種復(fù)制過程稱為半不連續(xù)復(fù)制。半不連續(xù)復(fù)制。DNA復(fù)制的半不連續(xù)性復(fù)制的半不連續(xù)性3 5 3 5 解鏈方向解鏈方向35335領(lǐng)頭鏈領(lǐng)頭鏈隨從鏈隨從鏈DNA聚合酶聚合酶在引物的在引物的3 3端端加接脫氧核糖核苷酸。加接脫氧核糖核苷酸。dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTP 5 5 3 35 5OH 33 3DNA-pol前導(dǎo)鏈由前導(dǎo)鏈由DNADNA聚合聚合酶酶的一個(gè)核心酶的一個(gè)核心酶催化連續(xù)合成。催化連續(xù)合成。滯后鏈由滯后鏈由DNADNA聚合聚合酶酶的另一個(gè)核心的另一個(gè)核心酶催化合成，滯后酶催化合成，滯后鏈模板通過在酶上鏈模板通過在酶上環(huán)繞環(huán)繞180180來保證來保證與前導(dǎo)鏈合成的協(xié)與前導(dǎo)鏈合成的協(xié)調(diào)一致。調(diào)一致。復(fù)合物負(fù)責(zé)復(fù)合物負(fù)責(zé)DNADNA聚合酶聚合酶從岡奇片段上脫從岡奇片段上脫落后，再在新的位置上與模板結(jié)合；幫助落后，再在新的位置上與模板結(jié)合；幫助 夾子將引物與模板雙鏈夾住，并與夾子將引物與模板雙鏈夾住，并與DNADNA聚合聚合酶酶結(jié)合；水解結(jié)合；水解ATPATP提供提供 夾子安裝、拆卸所夾子安裝、拆卸所需能量。需能量。夾子的功能在夾子的功能在于將于將DNADNA聚合酶聚合酶束縛在模板上，束縛在模板上，提高其持續(xù)合成提高其持續(xù)合成能力。能力。切除切除RNARNA引物，填補(bǔ)缺口，引物，填補(bǔ)缺口，連接相鄰的連接相鄰的DNADNA片段片段 當(dāng)新形成的岡崎片段延長至一定長當(dāng)新形成的岡崎片段延長至一定長度，其度，其3-3-OHOH端遇到上一個(gè)岡崎片段時(shí)端遇到上一個(gè)岡崎片段時(shí)即停止合成。在即停止合成。在DNADNA聚合酶聚合酶催化下切催化下切除除RNARNA引物；留下的空隙由引物；留下的空隙由DNADNA聚合酶聚合酶催化合成一段催化合成一段DNADNA填補(bǔ)上；在填補(bǔ)上；在DNADNA連接酶連接酶作用下，連接相鄰的作用下，連接相鄰的DNADNA鏈鏈 5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNADNA連接酶連接酶滯后鏈上不連續(xù)性片段的連接滯后鏈上不連續(xù)性片段的連接蛋白蛋白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,引物體成分引物體成分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?fù)洚悩?gòu)拓?fù)洚悩?gòu)酶酶)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)和酶三、復(fù)制終止過程三、復(fù)制終止過程TerTer:終止區(qū)，引起復(fù)制終止的特定區(qū)域，終止區(qū)，引起復(fù)制終止的特定區(qū)域，2020bpbp的序列。的序列。終止復(fù)合物終止復(fù)合物Tus-Tus-TerTer可識(shí)別并結(jié)合遇到的可識(shí)別并結(jié)合遇到的第一個(gè)復(fù)制叉，使其停止復(fù)制，另一個(gè)復(fù)制第一個(gè)復(fù)制叉，使其停止復(fù)制，另一個(gè)復(fù)制叉碰到第一個(gè)復(fù)制叉后也停止前進(jìn)，從而導(dǎo)叉碰到第一個(gè)復(fù)制叉后也停止前進(jìn)，從而導(dǎo)致致DNADNA復(fù)制的終止復(fù)制的終止。修復(fù)摻入修復(fù)摻入DNADNA鏈的錯(cuò)配堿基；以修復(fù)方式鏈的錯(cuò)配堿基；以修復(fù)方式填補(bǔ)終止區(qū)填補(bǔ)終止區(qū)50-10050-100bpbp的空缺。的空缺。順時(shí)針終止陷阱順時(shí)針終止陷阱逆時(shí)針終止陷阱逆時(shí)針終止陷阱原核生物與真核生物復(fù)制的比較原核生物與真核生物復(fù)制的比較1.1.真核細(xì)胞真核細(xì)胞DNADNA復(fù)制有許多起點(diǎn)復(fù)制有許多起點(diǎn)2.2.聚合酶不同于原核生物聚合酶不同于原核生物 DNA DNA合成時(shí)兩種聚合酶相互協(xié)作合成時(shí)兩種聚合酶相互協(xié)作3.3.端粒的復(fù)制端粒的復(fù)制 線性染色體末端線性染色體末端DNADNA稱為端粒，由端稱為端粒，由端粒酶催化其復(fù)制過程。粒酶催化其復(fù)制過程。端粒酶是一種核端粒酶是一種核酶。酶。第四節(jié)第四節(jié) DNA DNA損傷與修復(fù)損傷與修復(fù)一、一、DNA的損傷與突變的損傷與突變二、錯(cuò)配修復(fù)二、錯(cuò)配修復(fù)三、堿基切除修復(fù)三、堿基切除修復(fù)四、核苷酸切除修復(fù)四、核苷酸切除修復(fù)五、直接修復(fù)五、直接修復(fù)六、重組修復(fù)與差錯(cuò)傾向修復(fù)六、重組修復(fù)與差錯(cuò)傾向修復(fù)一、一、DNA的損傷與突變的損傷與突變 DNA DNA在復(fù)制時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)配在復(fù)制時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)配，病毒基因整合病毒基因整合，某些物化因子如紫外光、電離輻射和化學(xué)誘某些物化因子如紫外光、電離輻射和化學(xué)誘變等，變等，都可能使都可能使DNADNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生改變及功能發(fā)生改變。從而引起生物突變，甚至導(dǎo)致死亡。從而引起生物突變，甚至導(dǎo)致死亡。由于由于DNADNA堿基順序的改變引起生物遺傳堿基順序的改變引起生物遺傳性狀顯著變化的現(xiàn)象，稱為基因性狀顯著變化的現(xiàn)象，稱為基因“突變突變”。突變的意義突變的意義（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)（二）突變導(dǎo)致基因型改變（二）突變導(dǎo)致基因型改變（三）突變導(dǎo)致死亡（三）突變導(dǎo)致死亡（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ) 引發(fā)突變的因素引發(fā)突變的因素(1)(1)DNADNA分子中堿基互變異構(gòu)分子中堿基互變異構(gòu) DNADNA分子的堿基，存在酮式分子的堿基，存在酮式烯醇式或烯醇式或氨式氨式亞胺式互變異構(gòu)。不同的互變異構(gòu)亞胺式互變異構(gòu)。不同的互變異構(gòu)體形成氫鍵的方向和能力不同，有可能導(dǎo)體形成氫鍵的方向和能力不同，有可能導(dǎo)致復(fù)制時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。致復(fù)制時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。如在正常情況下，如在正常情況下，A A（氨式結(jié)構(gòu)）與氨式結(jié)構(gòu)）與T T（酮式結(jié)構(gòu)）配對(duì)；當(dāng)酮式結(jié)構(gòu)）配對(duì)；當(dāng)A A以亞胺式存在時(shí)以亞胺式存在時(shí)（幾率非常?。?，則與（幾率非常小），則與C C配對(duì)。配對(duì)。(2)(2)物理因素物理因素 能夠引起基因突變的物理因素主要包括：紫外線能夠引起基因突變的物理因素主要包括：紫外線（UVUV）、）、高能射線和電離輻射等。高能射線和電離輻射等。w當(dāng)當(dāng) 當(dāng)當(dāng)DNADNA受到大劑量紫外線（波長受到大劑量紫外線（波長260260nmnm附近）照射附近）照射時(shí)，可引起時(shí)，可引起DNADNA鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶堿基共價(jià)聚合，形成鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶堿基共價(jià)聚合，形成二聚體，例如二聚體，例如TTTT二聚體。二聚體。UVwX-X-射線以及放射性物質(zhì)產(chǎn)生的輻射具有很射線以及放射性物質(zhì)產(chǎn)生的輻射具有很高的能量，能直接引起高的能量，能直接引起DNADNA物理或化學(xué)性質(zhì)物理或化學(xué)性質(zhì)的改變。的改變。w電離輻射將也能使電離輻射將也能使DNADNA周圍環(huán)繞的其它分子周圍環(huán)繞的其它分子（主要是水）產(chǎn)生具有很高活性的自由基，（主要是水）產(chǎn)生具有很高活性的自由基，這些自由基能夠進(jìn)一步與這些自由基能夠進(jìn)一步與DNADNA分子反應(yīng)，導(dǎo)分子反應(yīng)，導(dǎo)致致DNADNA分子共價(jià)鍵發(fā)生斷裂分子共價(jià)鍵發(fā)生斷裂。(3)(3)化學(xué)因素化學(xué)因素 化學(xué)因素是引起化學(xué)因素是引起DNADNA結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的最常結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的最常見因素，主要包括：烷基化試劑，亞硝酸鹽以見因素，主要包括：烷基化試劑，亞硝酸鹽以及堿基類似物等。及堿基類似物等。烷基化試劑能夠與烷基化試劑能夠與DNADNA分子中的氨基或氧分子中的氨基或氧作用，生成烷基化作用，生成烷基化DNADNA。除了堿基上有多個(gè)位除了堿基上有多個(gè)位置可被烷基化外，置可被烷基化外，DNADNA鏈上磷酸二酯鍵中的氧鏈上磷酸二酯鍵中的氧也容易被烷基化，從而導(dǎo)致也容易被烷基化，從而導(dǎo)致DNADNA鏈的斷裂。鏈的斷裂。化學(xué)因素：化學(xué)因素：常見的化學(xué)誘變劑常見的化學(xué)誘變劑化合物類別化合物類別作作用用點(diǎn)點(diǎn)分子改變分子改變堿基類似物堿基類似物如：如：5 5-BUBUA A 畗畗5 5-BU BU 畗畗G G-A A-T T-G G-C C-羥胺類（羥胺類（NHNH2 2OHOH）T T 畗畗C C-T T-A A-C C-G G-亞硝酸鹽亞硝酸鹽(NONO2 2）C C 畗畗U U-G G-C C-A A-T T-烷化劑烷化劑如：氮芥類，如：氮芥類，NitrominsNitrominsG G 畗畗m mG GG G 畗畗m mG GDNADNA 缺失缺失G GDNA突變突變：DNADNA的核苷酸順序永久性的改變的核苷酸順序永久性的改變稱為稱為DNADNA的突變。的突變。其主要形式其主要形式有有：1 1.點(diǎn)突變點(diǎn)突變：DNADNA分子中一個(gè)堿基對(duì)替代另一分子中一個(gè)堿基對(duì)替代另一個(gè)堿基對(duì)稱為點(diǎn)的突變。個(gè)堿基對(duì)稱為點(diǎn)的突變。發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另發(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。一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。(1).轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。或嘧啶變嘌呤。(2).顛換顛換 2.2.插入作用插入作用：DNADNA分子中插入一個(gè)或幾個(gè)堿基分子中插入一個(gè)或幾個(gè)堿基稱為插入作用。稱為插入作用。3.3.缺失作用缺失作用：DNADNA分子中缺失一個(gè)或多個(gè)堿分子中缺失一個(gè)或多個(gè)堿基對(duì)稱為缺失作用?；鶎?duì)稱為缺失作用。沉默突變沉默突變：突變影響非必需的：突變影響非必需的DNADNA或突變對(duì)一或突變對(duì)一個(gè)基因的功能的影響可忽略，稱為沉默突變。個(gè)基因的功能的影響可忽略，稱為沉默突變?；貜?fù)突變回復(fù)突變：一些突變可以克服第一次突變?cè)欤阂恍┩蛔兛梢钥朔谝淮瓮蛔冊(cè)斐傻挠绊懀@類突變稱為回復(fù)突變。成的影響，這類突變稱為回復(fù)突變。動(dòng)物動(dòng)物細(xì)胞的突變細(xì)胞的突變與癌的發(fā)生有強(qiáng)烈的相關(guān)性與癌的發(fā)生有強(qiáng)烈的相關(guān)性。著色性干皮病著色性干皮?。簩?duì)嘧啶二聚體和大的：對(duì)嘧啶二聚體和大的DNADNA損損傷進(jìn)行修復(fù)的酶缺失而產(chǎn)生的一種皮膚病傷進(jìn)行修復(fù)的酶缺失而產(chǎn)生的一種皮膚病.陽光下紫外線誘導(dǎo)可引發(fā)多種皮膚癌。陽光下紫外線誘導(dǎo)可引發(fā)多種皮膚癌。DNA突變突變的類型的類型-T-C-T-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-T-G-A-C-A-T-G-C-轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換野生型基因野生型基因-T-C-T-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-C-G-A-C-A-T-G-C-T-C-T-T-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-A-G-A-C-A-T-G-C-顛換顛換堿基對(duì)的置換堿基對(duì)的置換移碼突變移碼突變-T-C-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-插入插入-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失缺失AT 通常生物體通常生物體DNADNA的損傷有一系列的的損傷有一系列的修修復(fù)機(jī)制復(fù)機(jī)制，如：錯(cuò)配修復(fù)、堿基的切除修，如：錯(cuò)配修復(fù)、堿基的切除修復(fù)、核苷酸的切割修復(fù)、直接修復(fù)、重復(fù)、核苷酸的切割修復(fù)、直接修復(fù)、重組修復(fù)等。組修復(fù)等。DNADNA損傷的修復(fù)機(jī)制損傷的修復(fù)機(jī)制參與錯(cuò)配修復(fù)的酶與蛋白質(zhì)參與錯(cuò)配修復(fù)的酶與蛋白質(zhì)DamDam甲基化酶：甲基化酶：對(duì)模板鏈進(jìn)行堿基化修飾對(duì)模板鏈進(jìn)行堿基化修飾 MutLMutL、MutSMutS蛋白：蛋白：形成復(fù)合物識(shí)別錯(cuò)配堿基形成復(fù)合物識(shí)別錯(cuò)配堿基 MutHMutH：能與復(fù)合物結(jié)合，有位點(diǎn)特異內(nèi)切酶活性能與復(fù)合物結(jié)合，有位點(diǎn)特異內(nèi)切酶活性外切酶外切酶、：3535外切酶活性外切酶活性外切酶外切酶、RecJRecJ核酸酶：核酸酶：5 35 3外切酶活性外切酶活性解螺旋酶解螺旋酶;SSB SSB；DNADNA聚合酶聚合酶 ;DNADNA連接酶連接酶二、錯(cuò)配修復(fù)二、錯(cuò)配修復(fù)MutS識(shí)別并結(jié)合與堿基錯(cuò)配處識(shí)別并結(jié)合與堿基錯(cuò)配處MutH-MutMutH-Mut二聚體結(jié)合后沿兩個(gè)方向移二聚體結(jié)合后沿兩個(gè)方向移動(dòng)，形成動(dòng)，形成DNADNA環(huán)，直至遭遇半甲基化環(huán)，直至遭遇半甲基化的的GATCGATC。MutH在在GATC的的5-端切開一個(gè)切口，核酸端切開一個(gè)切口，核酸外切酶外切酶、沿沿3 5方向切除含配錯(cuò)堿方向切除含配錯(cuò)堿基的新鏈基的新鏈DNADNA聚合酶聚合酶補(bǔ)缺，補(bǔ)缺，DNADNA連接酶連接切口連接酶連接切口。高高度度耗耗能能的的錯(cuò)錯(cuò)配配修修復(fù)復(fù)錯(cuò)配修復(fù)特點(diǎn)：錯(cuò)配修復(fù)特點(diǎn)：1、依賴甲基化標(biāo)簽的模板鏈提供的信息進(jìn)行、依賴甲基化標(biāo)簽的模板鏈提供的信息進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)。2、能矯正遠(yuǎn)離半甲基化、能矯正遠(yuǎn)離半甲基化GATC順序順序1000bp的的錯(cuò)配堿基。錯(cuò)配堿基。3、需要多種蛋白質(zhì)和酶參與。、需要多種蛋白質(zhì)和酶參與。4、是一個(gè)能量消耗特別大的修復(fù)工程。、是一個(gè)能量消耗特別大的修復(fù)工程。5、人類缺失識(shí)別錯(cuò)配堿基的、人類缺失識(shí)別錯(cuò)配堿基的MutS、MutL蛋蛋白基因易產(chǎn)生遺傳性癌癥。白基因易產(chǎn)生遺傳性癌癥。DNADNA損傷的修復(fù)機(jī)制損傷的修復(fù)機(jī)制三、堿基切割修復(fù)三、堿基切割修復(fù)參與堿基切割修復(fù)的酶和蛋白質(zhì)參與堿基切割修復(fù)的酶和蛋白質(zhì)DNADNA糖基化酶：糖基化酶：能識(shí)別并除去異常堿基（如能識(shí)別并除去異常堿基（如U U、I I、X X），），烷基化烷基化堿基，嘧啶二聚體等，產(chǎn)生無堿基位點(diǎn)堿基，嘧啶二聚體等，產(chǎn)生無堿基位點(diǎn)(APAP 位點(diǎn)位點(diǎn))。APAP內(nèi)切核酸酶：內(nèi)切核酸酶：在在APAP位點(diǎn)處產(chǎn)生切口。位點(diǎn)處產(chǎn)生切口。DNADNA聚合酶聚合酶：切割含切割含APAP位點(diǎn)的一段位點(diǎn)的一段DNADNA鏈并填補(bǔ)缺口。鏈并填補(bǔ)缺口。DNADNA連接酶：連接酶：連接切口連接切口（1 1）DNADNA糖基化酶糖基化酶切除損傷的堿基產(chǎn)切除損傷的堿基產(chǎn)生無堿基位點(diǎn)生無堿基位點(diǎn)(AP)AP)（2 2）APAP核酸內(nèi)切核酸內(nèi)切酶在無堿基位點(diǎn)處酶在無堿基位點(diǎn)處切開產(chǎn)生切口。切開產(chǎn)生切口。（3 3）DNADNA聚合酶聚合酶將含將含APAP的一段的一段DNADNA鏈鏈切除并填補(bǔ)缺口。切除并填補(bǔ)缺口。（4 4）DNADNA連接酶連連接酶連接切口。接切口。堿基切割修復(fù)的特點(diǎn)堿基切割修復(fù)的特點(diǎn):1 1、針對(duì)單個(gè)堿基缺陷產(chǎn)生的修復(fù)方式。、針對(duì)單個(gè)堿基缺陷產(chǎn)生的修復(fù)方式。2 2、DNADNA糖苷酶具有識(shí)別并除去不正常堿糖苷酶具有識(shí)別并除去不正常堿基的特異催化活性?；奶禺惔呋钚浴? 3、不同、不同APAP核酸內(nèi)切酶切割位點(diǎn)不同。核酸內(nèi)切酶切割位點(diǎn)不同。4 4、需切除含、需切除含APAP位點(diǎn)的一段位點(diǎn)的一段DNADNA鏈后，再鏈后，再修復(fù)合成。修復(fù)合成。DNADNA損傷的修復(fù)機(jī)制損傷的修復(fù)機(jī)制四、核苷酸四、核苷酸切除修復(fù)切除修復(fù)參與核苷酸切割修復(fù)的酶和蛋白質(zhì)參與核苷酸切割修復(fù)的酶和蛋白質(zhì)ABCABC切除核酸酶：切除核酸酶：整段切除含大損傷整段切除含大損傷(如胸腺嘧啶二聚體如胸腺嘧啶二聚體)的的DNADNA片段。由片段。由uvruvrA,A,uvruvrB,B,uvruvrC C基因編碼?；蚓幋a。UvrDUvrD解螺旋酶：解螺旋酶：使損傷的使損傷的DNADNA片段除去片段除去 DNADNA聚合酶聚合酶：填補(bǔ)缺口。填補(bǔ)缺口。DNADNA連接酶：連接酶：連接切口連接切口 核苷酸切除修復(fù)特點(diǎn)核苷酸切除修復(fù)特點(diǎn)1.1.多亞基的依賴多亞基的依賴ATPATP的核酸酶進(jìn)行雙切割的核酸酶進(jìn)行雙切割;2.2.在損傷部位的在損傷部位的3 3側(cè)第側(cè)第5 5個(gè)磷酸二酯鍵切割個(gè)磷酸二酯鍵切割;3.3.在損傷部位的在損傷部位的5 5側(cè)第側(cè)第8(8(原核原核)第第24(24(真核真核)磷酸二酯鍵切割磷酸二酯鍵切割;五、直接修復(fù)五、直接修復(fù)參與直接修復(fù)的酶和蛋白質(zhì)：參與直接修復(fù)的酶和蛋白質(zhì)：DNADNA光解酶：光解酶：利用光能催化嘧啶二聚體分解成單體。利用光能催化嘧啶二聚體分解成單體。含兩個(gè)用作光吸收因子或發(fā)色團(tuán)，大腸桿菌含兩個(gè)用作光吸收因子或發(fā)色團(tuán)，大腸桿菌是是FADHFADH2 2和和FHFH4 4O O6 6-甲基鳥嘌呤甲基鳥嘌呤-DNADNA甲基轉(zhuǎn)移酶：甲基轉(zhuǎn)移酶：“自殺性酶自殺性酶”，催化，催化O O6 6-甲基鳥嘌呤上的甲基鳥嘌呤上的甲基轉(zhuǎn)移到酶的巰基上。甲基轉(zhuǎn)移到酶的巰基上。DNADNA損傷的修復(fù)機(jī)制損傷的修復(fù)機(jī)制（四）直接修復(fù)（1）直接修復(fù)直接修復(fù)六、重組修復(fù)與六、重組修復(fù)與 差錯(cuò)傾向修復(fù)差錯(cuò)傾向修復(fù)DNADNA損傷的修復(fù)機(jī)制損傷的修復(fù)機(jī)制重組修復(fù)：重組修復(fù)：復(fù)制時(shí)，跳過損傷部位，新鏈產(chǎn)生缺口由復(fù)制時(shí)，跳過損傷部位，新鏈產(chǎn)生缺口由母鏈彌補(bǔ)，原損傷部位并沒有切除母鏈彌補(bǔ)，原損傷部位并沒有切除,但在后代逐但在后代逐漸稀釋。漸稀釋。進(jìn)行重組修復(fù)的進(jìn)行重組修復(fù)的DNADNA損傷常發(fā)生在模板鏈上，損傷常發(fā)生在模板鏈上，由電離輻射和氧化反應(yīng)等各種因素造成的雙鏈由電離輻射和氧化反應(yīng)等各種因素造成的雙鏈斷裂斷裂,雙鏈交聯(lián)或一條單鏈損傷等。雙鏈交聯(lián)或一條單鏈損傷等。重組修復(fù)差錯(cuò)傾向修復(fù)（差錯(cuò)傾向修復(fù)（SOSSOS反應(yīng)）反應(yīng)）又叫誘導(dǎo)修復(fù)和易錯(cuò)修復(fù)又叫誘導(dǎo)修復(fù)和易錯(cuò)修復(fù)SOSSOS反應(yīng)：反應(yīng)：細(xì)胞細(xì)胞DNADNA受到嚴(yán)重?fù)p傷或受到嚴(yán)重?fù)p傷或DNADNA復(fù)制復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的緊急狀態(tài)下，為求生存而系統(tǒng)受到抑制的緊急狀態(tài)下，為求生存而出現(xiàn)的應(yīng)急反應(yīng)。出現(xiàn)的應(yīng)急反應(yīng)。SOSSOS反應(yīng)包括反應(yīng)包括:避免差錯(cuò)的修復(fù)能力增強(qiáng)避免差錯(cuò)的修復(fù)能力增強(qiáng)誘導(dǎo)產(chǎn)生無校正功能的誘導(dǎo)產(chǎn)生無校正功能的DNADNA聚合酶合成聚合酶合成抑制細(xì)胞分裂抑制細(xì)胞分裂 SOS SOS反應(yīng)是生物在不利環(huán)境中反應(yīng)是生物在不利環(huán)境中求得生存求得生存的一種基本功能的一種基本功能。對(duì)原核生物它產(chǎn)生高變。對(duì)原核生物它產(chǎn)生高變異，對(duì)高等動(dòng)物則是致癌的。異，對(duì)高等動(dòng)物則是致癌的。第五節(jié)第五節(jié)以以RNARNA為模板合成為模板合成DNADNA的過程的過程（逆轉(zhuǎn)錄）（逆轉(zhuǎn)錄）v定義定義:以以RNARNA為模板，按照為模板，按照RNARNA中的核苷酸順序合中的核苷酸順序合成成DNADNA稱為逆轉(zhuǎn)錄，由稱為逆轉(zhuǎn)錄，由逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶催化進(jìn)行。催化進(jìn)行。v19701970年年TeminTemin和和BaltimoreBaltimore同時(shí)分別從勞氏肉瘤病同時(shí)分別從勞氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒等致病毒和小白鼠白血病病毒等致病RNARNA病毒中分離出逆病毒中分離出逆轉(zhuǎn)錄酶，迄今已知的致癌轉(zhuǎn)錄酶，迄今已知的致癌RNARNA病毒都含有逆轉(zhuǎn)錄酶。病毒都含有逆轉(zhuǎn)錄酶。用特異抑制物（放線菌素用特異抑制物（放線菌素D D）能抑制致癌能抑制致癌RNARNA病毒病毒的復(fù)制，而對(duì)一般的復(fù)制，而對(duì)一般RNARNA病毒的復(fù)制無影響。已知放病毒的復(fù)制無影響。已知放線菌素線菌素D D專門抑制以專門抑制以DNADNA為模板的反應(yīng)，可見致癌為模板的反應(yīng)，可見致癌RNARNA病毒的復(fù)制過程必然涉及到病毒的復(fù)制過程必然涉及到DNADNA。逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄過程過程RNA 模板模板逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA 雜化雙鏈雜化雙鏈逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶單鏈單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈雙鏈DNA 逆轉(zhuǎn)錄酶是多功能酶逆轉(zhuǎn)錄酶是多功能酶v RNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA聚合酶活性聚合酶活性v DNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA聚合酶活性聚合酶活性v 核糖核酸酶核糖核酸酶H的活性，專一水解的活性，專一水解RNA-DNA雜交分子中的雜交分子中的RNA，可沿可沿53和和3 5兩個(gè)兩個(gè)方向起核酸外切酶的作用。方向起核酸外切酶的作用。v逆轉(zhuǎn)錄酶也和逆轉(zhuǎn)錄酶也和DNA聚合酶一樣，沿聚合酶一樣，沿53方方向合成向合成DNA，并要求短鏈并要求短鏈RNA作引物。作引物。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(xué)研究可應(yīng)用逆分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目轉(zhuǎn)錄酶，作為獲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，此法稱為稱為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(bǔ)的補(bǔ)的DNA鏈（鏈（cDNAcDNA）。）。試管內(nèi)合成試管內(nèi)合成cDNA 逆轉(zhuǎn)錄研究的意義逆轉(zhuǎn)錄研究的意義 逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)。研究中的重大發(fā)現(xiàn)。逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，RNARNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。對(duì)逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了對(duì)逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了2020世紀(jì)初世紀(jì)初已注意到的病毒致癌理論。已注意到的病毒致癌理論。第六節(jié)第六節(jié) 體內(nèi)體內(nèi) DNA重組過程重組過程一、同源遺傳重組一、同源遺傳重組二、位點(diǎn)特異遺傳重組二、位點(diǎn)特異遺傳重組三、轉(zhuǎn)座重組三、轉(zhuǎn)座重組 DNA分子分子內(nèi)或分子間發(fā)生遺傳信息的重新內(nèi)或分子間發(fā)生遺傳信息的重新組合，稱為遺傳重組組合，稱為遺傳重組，或者基因重排或者基因重排。重組產(chǎn)重組產(chǎn)物稱為重組體物稱為重組體DNA。重組的意義在于，它能迅速地增加群體的重組的意義在于，它能迅速地增加群體的遺傳多樣性；使有利的突變與不利突變分開；遺傳多樣性；使有利的突變與不利突變分開；通過優(yōu)化組合積累有意義的遺傳信息。此外，通過優(yōu)化組合積累有意義的遺傳信息。此外，重組還參與了許多重要的生物學(xué)過程，它為重組還參與了許多重要的生物學(xué)過程，它為DNA損傷或復(fù)制障礙提供修復(fù)機(jī)制。某些生物損傷或復(fù)制障礙提供修復(fù)機(jī)制。某些生物的基因表達(dá)受基因重組的調(diào)節(jié)，生物發(fā)育過程的基因表達(dá)受基因重組的調(diào)節(jié)，生物發(fā)育過程也受到基因加工的控制。也受到基因加工的控制。同源遺傳重組同源遺傳重組Holliday模型模型斷裂斷裂 交換交換分支移動(dòng)分支移動(dòng)切開切開 位點(diǎn)特異遺傳重組位點(diǎn)特異遺傳重組跳躍基因又稱為轉(zhuǎn)座子跳躍基因又稱為轉(zhuǎn)座子、轉(zhuǎn)座因子、轉(zhuǎn)位因子轉(zhuǎn)座因子、轉(zhuǎn)位因子。生化遺傳和早期分子遺傳學(xué)還認(rèn)為基因在染色體生化遺傳和早期分子遺傳學(xué)還認(rèn)為基因在染色體上的相對(duì)位置是固定的。上的相對(duì)位置是固定的。后來發(fā)現(xiàn)某些后來發(fā)現(xiàn)某些DNADNA序列可以在染色體上轉(zhuǎn)變位置。序列可以在染色體上轉(zhuǎn)變位置。轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)位的過程也是一個(gè)遺傳重組過程；轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)位的過程也是一個(gè)遺傳重組過程；轉(zhuǎn)座子在染色體上轉(zhuǎn)位可能會(huì)引起插入位置基因轉(zhuǎn)座子在染色體上轉(zhuǎn)位可能會(huì)引起插入位置基因功能喪失功能喪失(突變突變)，再次轉(zhuǎn)位離開插入點(diǎn)時(shí)便會(huì)發(fā)生，再次轉(zhuǎn)位離開插入點(diǎn)時(shí)便會(huì)發(fā)生基因功能的恢復(fù)?；蚬δ艿幕謴?fù)。轉(zhuǎn)座重組轉(zhuǎn)座重組