第三节 DNA的反转录合成The central dogma of genetics (中心法则)Howard TeminDavid BaltimoreHoward Temin and David Baltimore challenged the central dogma of biology by showing that the genetic informationcan back-flow from RNA to DNAthrough the action of a kind of RNA-dependent DNAploymerase called reverse transcriptase; they shared the 1975 Nobel Prize in Physiology or Medicine with another scientist for their discovery of this enzyme反转录（reverse transcription）：是以RNA为模板，由反转录酶催化4种dNTP聚合、产生DNA的过程；又称RNA指导的DNA合成RNA肿瘤病毒都含有反转录酶，所以将含有反转录酶的RNA病毒称为反转录病毒（retrovirus）反转录酶的结构兼有3种酶的活性：RNA指导的DNA聚合酶DNA指导的DNA聚合酶RNase H反转录酶（reverse transcriptase）反转录酶由反转录病毒基因组RNA编码的，该基因组有两条相同的正链RNA分子组成；cDNA（copied DNA）是反转录最终的双链DNA产物，其长度比反转录病毒正链RNA要长，在5端多了序列U3，3端多了U5，所以在两端产生相同的长末端重复序列（long terminal repeat, LTR）。
1. A Retrovirus specific cellular tRNA hybridizes with a complementary region called PBS (Primer Binding Sites)2. Reverse Transcriptase (RT) starts at this binding site and copies RNA into a single strand of complementary DNA. A DNA segment is extended from tRNA based on the sequence of the retroviral genomic RNA 3. The viral R and U5 sequencesare removed by RNase H. LTR Long Terminal RepeatLeft LTR - Redundant sequence R+ 5 untranslated region (U5)Right LTR - Redundant sequence R+ 3 untranslated region (U3)反转录病毒RNA基因组转变为双链cDNA的途径4.Firstjump:DNAhybridizeswiththeremainingRsequenceatthe3end.5.ADNAstrandisextendedfromthe3end.6.MostviralRNAisremovedbyRNaseH7. A second DNA strand isextendedfromtheviralRNA.8.BothtRNAandtheremainingviral RNA are removed byRNaseH.9. Second jump: The PBSregion of the second strandhybridizeswiththePBSregionofthefirststrand.10. Extension on both DNAstrands.反转录病毒RNA基因组转变为双链cDNA的途径RNA病毒在细胞内复制成双链cDNA。
接着双链cDNA插入到细胞基因组内，形成前病毒（provirus） ，在一定的条件下随宿主基因一起复制和表达这个过程称为整合（integration）反转录病毒的生活周期1. 以病毒RNA为模板，经反转录酶作用，产生负股DNA，构成由RNA：DNA中间体2. 由RNase H水解除掉亲代RNA后，由负股DNA复制正股DNA3. 双股DNA进入核内，整合到细胞染色体中形成前病毒4. 病毒活化时由DNA转录形成病毒RNA和mRNA5.在核蛋白体上转译病毒结构蛋白，再与病毒RNA装配成子代病毒6. 出芽释放反转录病毒的生活周期1.病毒RNA通过反转录合成双链cDNA2.双链cDNA整合入宿主DNA形成原病毒反转录病毒的生活周期双链cDNA插入宿主DNA的整合机制1.病毒RNA通过反转录合成双链cDNA2.双链cDNA整合入宿主DNA形成原病毒3.原病毒DNA转录产生病毒RNA反转录病毒的生活周期反转录病毒基因的编码产物反转录病毒基因的编码产物 典型的反转录病毒含有3个基因：gag, pol, env ; 反转录病毒的编码产物是多聚蛋白质； Gag基因编码几种病毒核心蛋白（衣壳蛋白）； Pol基因编码3种酶：反转录酶、蛋白酶和整合酶 Env基因编码插入病毒外膜磷脂双层中的糖蛋白pol蛋白的翻译需要核糖体移码；4.病毒DNA经翻译和包装形成反转录病毒颗粒三种蛋白质产物的每一种都可由蛋白酶加工产生出多种蛋白;第四节 DNA损伤修复（一）引起DNA损伤的因素（二） DNA损伤修复系统的各种类型（三）DNA损伤修复的意义DNA RepairMutagenic changesMis-incorporation Natural (chemical or enzymatic base changes)Damagesuch asUVTransposons(retrovirus)遗传信息的突变来源：DNA复制产生误差化学或物理损伤转座子（transposons）的转座作用Angelina Jolie 以及家族的故事携带缺陷基因BRCA1The first preventive measure is proof-readingDNA损伤修复系统有多种类型错配修复错配修复系统（mismatch repair system）能够发现和修复DNA复制中错配的核苷酸，提高复制准确率。
错配修复系统组成： MutS MutL MutH细菌的错配修复系统如何运作？首先，在基因组中迅速找到错配的核苷酸；然后，准确地校正错配核苷酸错配修复系统模板链与新链处于不同的甲基化状态错配修复系统修复新链上的碱基错配修复系统修复复制差错三大因素：MutS、MutL、MutH三大步骤：起始、切除、修复DNA损伤修复系统有多种类型直接修复直接修复（direct repair）系统利用酶简单地逆转DNA损伤光复活修复系统：修复对象：将DNA中因紫外线照射而形成的嘧啶二聚体分解UV直接修复（direct repair）系统利用酶简单地逆转DNA损伤光复活修复系统：修复对象：将DNA中因紫外线照射而形成的嘧啶二聚体分解机制：细胞内光裂合酶（photolyases）分子中生色基团次甲四氢叶酸吸收光子并将FADH2激活生成的继发性FADH2，再将电子转移给嘧啶二聚体，使其还原分布：分布广泛，除哺乳动物外均有之蓝光光裂合酶二聚体解聚二聚体形成UV光裂合酶直接修复（direct repair）系统修复DNA损伤的机制DNA损伤修复系统有多种类型碱基切除修复CCHCHCNHNNH2OCytosine DeaminationCCHCHCNHHNOOCytosine = GUracil = Adeamination either chemically or enzymaticallyCC-CH3CHCNHNNH2OCytosine DeaminationCC-CH3CHCNHHNOO5-Methyl-Cytosine = GThymine = AE.Coli 碱基切除修复系统切除胞嘧啶自发脱氨基产生的尿嘧啶AP位点（apurinic or apyrimidinic site）It is a step-wise, well-controlled process碱基切除系统修复切除受损碱基碱基切除修复（base excision repair，BER）对象：受损的碱基修复系统： 糖苷酶（glycosylases)识别、切除受损碱基，产生AP位点（apurinic or apyrimidinic site）。
AP内切酶在AP位点的5端切断磷酸二酯键 AP外切酶再切割AP位点的3端 DNA聚合酶填补产生的缺口 DNA连接酶：连接缺口In addition to dUMP, UNG/UDG can also recognize other abnormal bases in DNADNA核苷酸识别的异常碱基包括胞嘧啶脱氨基产生的尿嘧啶氧化的鸟嘌呤（oxoG）脱氨基的腺嘌呤开环碱基碳原子之间双键变成单键的碱基等碱基脱落形成AP位点热、酸和糖基化（glycosylase）的情况下自动防故障系统特异的DNA糖苷酶能识别oxoG（A配对，这种错配因模板链中oxoG未能修复而产生），在这种情况下，DNA糖苷酶能够识别与oxoG配对的A，视其为突变并切除之，以便代之以CDNA损伤修复系统有多种类型核苷酸切除修复核苷酸切除修复（nucleotide excision repair, NER）系统并不识别任何特殊的碱基损伤，而是识别DNA双螺旋形状的变形E.Coli的核苷酸切除修复系统主要由4种蛋白质组成：UvrA、UvrB、UvrC和UvrDUvrA识别DNA双螺旋结构变形UvrB负责解链，募集核酸内切酶UvrCUvrC在损伤部位的两侧切断DNA链UvrD去除这两个切点之间的DNA片段DNA聚合酶I填补DNA连接酶连接缺口核苷酸切除修复系统着色性干皮病（xeroderma pigmentosum，XP）与核苷酸切除修复系统相关的疾病核苷酸切除修复系统不仅能够修复整个基因组中的损伤，而且能拯救转录模板链损伤、暂停转录的RNA聚合酶，即转录偶联修复（transcription-coupled repair）。
作用方式：NER蛋白质被募集于暂停的RNA聚合酶转录偶联修复的意义：将修复酶集中于正在转录DNA，使该区域的损伤尽快得以修复RNA聚合酶起到损伤传感蛋白的作用！真核转录偶联修复的核心是TFIIHTFIIH分别参与两个独立过程：1.在核苷酸切除修复（包括转录偶联修复）时起DNA解旋酶的作用；2.在转录过程中打开DNA模板DNA损伤修复系统有多种类型重组修复重组修复系统能够修复双链断裂损伤对于DNA双链断裂（double-strand break，DSB）损伤 ，细胞采用双链断裂修复，即重组修复（recombinational repair），通过与姐妹染色体正常拷贝的同源重组来恢复正确的遗传信息在重组早期发挥作用的一组酶细菌的rec基因（recA、recB、recC和recD）重组修复作用机制： RecBCD酶的活性包括核酸酶活性可降解DNA；解旋酶活性，在SSB存在时它可解开双链；ATPase活性 RecBCD酶的倾向位点为chi 序列（5GCTGGTGG3),可在其附近将单链DNA切断，从而DNA重组成为可能细菌的重组修复机制1.recBCD酶，它利用ATP水解提供能量沿着DNA运动。
2. 识别chi序列，在距chi位点3端4-6bp处切开3侧的一条单链DNA细菌的重组修复机制3.RecA结合到单链3端，使带有3末端的单链释放出来细菌的重组修复机制4. RecA识别并指导单链DNA 入侵同源区,形成异源双链区DNA损伤修复系统有多种类型跨损伤DNA合成跨损伤DNA聚合酶能够跨越损伤部位合成DNA正在复制的DNA聚合酶可能遭。