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1、第 三 篇 基 因 信 息 的 传 递生化教研室复制（复制（replicationreplication）以亲代DNA为模板合成子代DNA，将遗传信息准确地传递给子代的过程。转录（转录（transcriptiontranscription）以DNA为模板，合成与DNA某段碱基序列互补的RNA，将遗传信息传递给RNA的过程。翻译（翻译（translationtranslation）以mRNA为模板指导蛋白质生物合成的过程。p1931958，Crick，中心法则(central dogma)p193逆转录逆转录(reverse transcription)(reverse transcriptio
2、n)以RNA为模板指导DNA合成的过程。1970，Temin, Baltimorep193p194 DNA 的生物合成复制 RNA 的生物合成转录 蛋白质的生物合成翻译 基因表达调控与基因工程（自学）本篇主要内容第十章 DNA的生物合成复制u DNA复制的基本规律u DNA复制的有关酶和蛋白质u DNA复制的过程u DNA的损伤和修复u 逆转录过程p195第一节 DNA复制的基本规律 半保留复制 半不连续复制 有特定的起始位点 有方向性53p195一、一、DNADNA复制是复制是半保留复制 复制时，DNA双螺旋解开分为两条单链（亲代链）， 每条单链各自作为模板，按照碱基配对规律合成新的 互补链
3、（子代链），两个子代DNA与亲代DNA的核苷 酸顺序完全相同，每个子代DNA双链中，一条链来自 亲代DNA，另一条是新合成的，这种复制方式叫半保半保 留复制留复制(semi-conservative replication)。p1953 35 5复制叉（replication fork) 二、二、DNADNA复制是半不连续的复制是半不连续的p196复制方向与解链方向相反的子链，是不连续合成的，称随从链随从链(lagging strand)顺着解链方向生成的子链，是连续合成的，称前导链前导链(leading strand)（semidiscontinuous replication)复制叉仅向一
4、个方向解链 子链DNA合成方向53半不连续复制p1963535 解链方向35335在复制过程中，随从链中先合成的 较短的DNA片段称为“冈崎片段”p1965复制起点(origin, ori)是指DNA复制时特定的起始部位，通常有特定的核苷酸序列原核生物一个ori ；真核生物多个ori 通常DNA复制是双向复制三、三、DNADNA复制有特定的复制起点复制有特定的复制起点p197oriterA B Corip19753oriorioriori535533553复制子3复制叉相遇汇合复制子复制子p197四、四、DNADNA复制有方向性复制有方向性5533DNA复制时只能以核苷 酸链的3-OH与dNT
5、P 的5-磷酸生成磷酸二酯键DNA新链的合成具有 方向性，53p197第二节 DNA复制的有关酶和蛋白质DNA复制的基本反应：以四种dNTP为原料，DNA聚合酶催化的酶促反应，需要多种酶和蛋白质p197DNA复制需要模板和底物模板(template)-解开的2条DNA单链原料-dNTP(dATP、dTTP、dCTP、dGTP）p197(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi53 的聚合DNA聚合的特点： 高效率：细菌500个dNMP/s，哺乳动物50个dNMP/s 高保真：自发突变率10-10p198一、DNADNA聚合酶是聚合酶是DNADNA复制的主要酶复制的主要酶DNA
6、指导的DNA聚合酶（DNA directed DNA polymerase, DDDP）简称DNA聚合酶（DNA polymerase, DNA-pol）p19853 的聚合 DNADNA聚合酶的共性：聚合酶的共性：- 以dNTP为底物- 以单链DNA为模板的5 3聚合酶活性- 需要引物p1983，5-磷酸二酯键的形成p198（一）原核生物的DNA聚合酶分为三型E.ColiE.Coli， DNA聚合酶I、II、III以损伤的 DNA为模板， 参与应急修复是DNA 复制的 主要酶去除引物、 填补空隙、 修复合成催化核苷酸聚合校对作用切除引物及修正p198DNA聚合酶IDNA聚合酶IIIp198（
7、二）真核生物的DNA聚合酶主要有五种p199二、引物酶是一种特殊的引物酶是一种特殊的RNARNA聚合酶，聚合酶，用于引物的合成用于引物的合成引物酶(primase)催化以起始部位DNA为模板，合成短片段RNA作为引物(primer)，为DNA合成提供3-OH末端。复制完成后引物被水解。DNA聚合酶不能催化2个游离的脱氧核苷酸聚合p1991、解链酶(helicase)* 使DNA互补双链分离* 每解开一个碱基对，消耗2个ATP* 可沿模板随复制方向的伸展而移动三、多种参与DNA解旋、解链的酶与蛋白质p1972、拓扑异构酶（topoisomerase)* 能解开DNA超螺旋* 有内切酶和连接酶功能
8、TopoTopo ：不需ATP，切开DNA双链中的一股，断端旋转松弛超螺旋，再封闭切口。TopoTopo ：利用ATP时，可同时断开DNA双链，松弛DNA，再封闭切口。p199解链过程中正超螺旋的形成3、单链DNA结合蛋白(single strand DNA binding protein, SSB)与解开的单链结合以稳定单链：-防止DNA重新形成双螺旋-防止复制中单链模板被核酸酶水解-有激活DNA聚合酶的作用p200四、DNADNA连接酶用于连接连接酶用于连接DNADNA片段片段DNA连接酶(DNA (DNA ligaseligase) ) 催化结合于模板 DNA链上的两个DNA片段连接起来
9、。53p200第三节 DNA复制的过程n 解链与螺旋构象变化n 起始与引物RNA的合成n DNA片段的合成n RNA引物的水解n DNA片段连接成完整的DNA分子以原核细胞为例：p200一、解链与螺旋构象变化在特定的复制起点拓扑异构酶和解链酶 解开超螺旋和DNA双链单链DNA结合蛋白与 解开的DNA单链结合形成复制叉结构p200二、起始与引物RNA的合成引物酶识别起始部位，以NTP为底物，以解开的一段DNA链为模板，按碱基配对规律，从53方向合成引物RNA。p201DNA聚合酶III催化dNTP在RNA引物的3-OH端，以DNA的两条链为模板，合成两条新的DNA链。三、DNA片段的合成p201
10、四、RNA引物的水解DNA聚合酶I（真核细胞为核酸酶）53核酸外切酶活性切除引物p201DNA聚合酶I 53聚合酶活性催化缺口 的填补。 DNA连接酶 连接前一片段的3 3 -OH-OH和 后一片段的5 5 -P-P，形成一条连续完整的子链。五、DNA片段连接成完整的DNA分子p201端粒RNA (AnCn)x母链子链 复制完成时，真核线 性DNA的两个子链5 末端因RNA引物被水解产生一段空缺。染 色体两端的端粒有端 粒酶催化以端粒RNA为模板，使模板链延 长并反折，起引物作 用，补齐空缺。端粒p201DNA聚合酶复制子链子链进一步加工延长的母链反延长的母链反 折提供折提供33OHOH（母链
11、继续延长）母链母链母链子链子链子链p201六、真核染色体DNA在每个细胞周期中只能复制一次（自学）p202第四节 DNA的损伤和修复一、DNA突变的类型和意义引起DNA突变的原因：n 自发突变n 电离辐射n 紫外线n 化学诱变剂n 致癌病毒碱基序列的改变p203（一）DNA突变的类型（自学）n 点突变n 缺失n 插入n 断裂或交联p203（二）DNA突变的意义* 导致DNA的损伤，造成生物体功能异常、疾病甚至死亡* 是生物进化的分子基础* 人工诱变DNA有力于改造生物性状p203二、损伤DNA的修复由一系列酶完成n 光修复酶n 糖苷酶n DNA聚合酶n DNA连接酶p203三、切除修复是人体细
12、胞修复DNA损伤的 主要方式2种形式：n 碱基切除修复n 核苷酸切除修复识别 切除 修补 连接4个基本步骤：p204切除修复四、其他的修复方式光修复酶1、光修复p2042、重组修复p2043、SOS修复DNA修复能力异常与衰老、肿瘤的发生有关。着色性干皮病：着色性干皮病： 缺乏切除修复的酶；对日光或紫外线敏感；易发生皮肤癌。p204一、逆转录的概念一、逆转录的概念在某些情况下（如逆转录病毒）以RNA为模板合成DNA，称为逆（反）转录(reverse transcription)。逆转录酶(reverse transcriptase)即RNA指导的DNA聚合酶(RNA directed DNA
13、polyrerase, RDDP ) 催化逆转录过程。第五节 逆转录p205逆转录酶具有三种酶活性逆转录酶具有三种酶活性* * 病毒进入细胞，在胞液中脱去外壳；* * RNA指导的DNA聚合活性，合成与病毒RNA 互补的DNA（complementary DNA, cDNA) ；* RNA水解酶活性，水解杂交RNA；* DNA指导的DNA聚合活性，以cDNA为模 板，形成双链DNA分子；* 新生的DNA分子，可整合到宿主细胞染色体DNA中。没有无校对功能，错误率高，易出新毒株。p205二、逆转录病毒和癌基因 逆转录病毒的基因组含有癌基因（oncogene, onc） 称病毒癌基因（v-onc）
14、（40余种），多有致癌作用。1、癌基因2、gag区（病毒结构蛋白的编码）3、pol区（逆转录酶的编码）4、env区（糖蛋白被膜的编码）p206三、端粒酶是一种特殊的逆转录酶，具有保持染色体完整性的功能（自学）p206PCR 技术PCR技术即聚合酶链式反应(polymerase chain reaction)，是一种体外酶促扩增特定DNA片段的快速方法。基本工作原理：以待扩增的DNA分子为模板，以一对与模板两侧相互补的寡核苷酸片段 为引物，在DNA聚合酶的作用下，按照半保留复制的机制合成新的DNA链，经过多次循环，使目的基因大量扩增。p348PCR反应体系： 模板DNA 原料dNTP(dATP、
15、 dTTP、dCTP、 dGTP) 特异设计的引物 耐热DNA聚合酶 含有镁离子的缓冲液p348（一）名词中心法则；半保留复制；冈崎片断 （二）论述1、何为DNA的半保留复制？参与的酶类和蛋白质因子有哪些？2、论述逆转录的概念及逆转录酶的三种作用。第十章作业1、中心法则、半保留复制的概念 2、参与DNA复制的物质（模板、底物、引物 、DNA 聚合酶、引物酶、DNA解旋酶、拓扑 异构酶、单链DNA结合蛋白、DNA连接酶） 3、复制的主要过程 4、DNA损伤的主要修复机制（切除修复） 5、逆转录的概念掌握内容1、 半不连续复制 2、逆转录酶的作用 1、引发DNA损伤的因素 2、DNA损伤的修复熟悉内容了解内容生物化学理论考试题型（150分）一、单项选择题:50题50分二、多项选择题:15题15分三、填空题：20空20分四、名词解释：7题21分五、简答题: 3题12分六、问答题：4题32分答疑地点：教学楼314、317 DNA是主要的遗传物质（碱基排列顺序） 基因是DNA分子中的各功能片段1943, Avery, 肺炎球菌DNA的转化实验无毒的 肺炎球菌有毒肺炎球 菌的DNA有毒的 肺炎球菌导入p193p193逆转录病毒生活史
