DNA的生物合成6课件

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1、目目 录录分子生物学的中心法则分子生物学的中心法则(central dogma)(central dogma) DNA RNA DNA RNA 蛋白质蛋白质 复制复制复制复制转录转录转录转录翻译翻译翻译翻译逆转录逆转录逆转录逆转录RNARNA复制复制复制复制 DNADNA是生物遗传的主要物质基础是生物遗传的主要物质基础, ,生物机体的遗传信息生物机体的遗传信息以密码的形式编码在以密码的形式编码在DNADNA分子上分子上, ,表现为特定的核苷酸排列表现为特定的核苷酸排列顺序顺序, ,并通过并通过DNADNA的复制由亲代传递给子代的复制由亲代传递给子代. .在后代的生长在后代的生长发育过程中发育过

2、程中, ,遗传信息自遗传信息自DNADNA转录给转录给RNA,RNA,然后翻译成特异的然后翻译成特异的蛋白质蛋白质, ,以执行各种生命功能以执行各种生命功能, ,使后代表现出与亲代相似的使后代表现出与亲代相似的遗传性状。遗传性状。目目 录录 复制：复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。转录：转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。翻译：翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。逆转录：逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程

3、。Reverse transcription目目 录录 目目 录录DNA的生物合成的生物合成( (复制复制) )DNABiosynthesis，Replication 第第 十十 章章目目 录录复制复制( (replication)是指遗传物质的传代，以母链是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板为模板合成子链合成子链DNA的过程。的过程。复制复制亲代亲代DNA子代子代DNA目目 录录母链母链全全保留式保留式半保留式半保留式混合式混合式子链子链 子链继承母链的遗传信息子链继承母链的遗传信息 三种可能的方式三种可能的方式1958 1958 M.MesselsonM.Messelson F.W.St

4、ahl F.W.Stahl目目 录录全全保保留留复复制制，即即子子链链是是全全新新链链，母母链链不不作作为为子子链链的的成成分分。那那么么，通通过过密密度度梯梯度度离离心心，在在子子一一代代时时，将将形形成成一轻一重的两条带。一轻一重的两条带。混混合合式式复复制制，即即形形成成的的子子，一一部部分分区区域域全全新新，一一部部分分区区域域全全旧旧，相相间间排排列列。那那么么，在在子子一一代代离离心心时时，将将只只形形成成一一个个密密度度范范围围较较大大的的带带。且且在在子子二二代代中中，亦亦将如此。将如此。半半保保留留复复制制，通通过过离离心心，在在子子一一代代是是看看到到一一条条活活于于轻轻和

5、和重重之之间间的的带带。在在子子二二代代时时，将将形形成成一一条与子一代相同的居间条，和一条轻带。条与子一代相同的居间条，和一条轻带。n试验结果，完全说明了的半保留复制方式。试验结果，完全说明了的半保留复制方式。根据双螺旋模型根据双螺旋模型, ,可能存在的复制方式可能存在的复制方式目目 录录重重DNA普通普通DNA中等密度中等密度DNA全全保留式保留式混合式混合式第一代第一代第二代第二代5/62第一代第一代第二代第二代目目 录录(深蓝深蓝: 15N)(粉红粉红: 14N)DNA半保留复制的证据半保留复制的证据培养于普培养于普通培养液通培养液继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液含含15N-D

6、NA的细菌的细菌普通普通DNA重重DNA第一代第一代中等密度中等密度DNA第二代第二代普通普通DNA中等密度中等密度DNA4/62目目 录录DNADNA的半保留复制的半保留复制居中居中重重轻轻01234目目 录录复制的基本规律复制的基本规律BasicRulesofDNAReplication 第一节第一节目目 录录l复制的方式复制的方式半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)l复制的高保真性复制的高保真性(high fidelity) l双向复制双向复制(bidirectional replication)l半不连续复制半不连续复制(semi-disc

7、ontinuous replication) 目目 录录一、半保留复制的实验依据和意义一、半保留复制的实验依据和意义 DNADNA生生物物合合成成时时, ,母母链链DNADNA解解开开为为两两股股单单链链, ,各各自自作作为为模模板板(template),(template),按按碱碱基基配配对对原原则则, ,合合成成与与模模板板互互补补的的子子链链. .子子代代细细胞胞的的DNA,DNA,一一股股单单链链从从亲亲代代完完整整地地接接受受过过来来, ,另另一一股股单单链链则则完完全全从从新新合合成成. .两两个个子子细细胞胞的的DNADNA都都和和亲亲代代DNADNA碱碱基基序列一致序列一致.

8、 .这种复制方式称为这种复制方式称为半保留复制半保留复制。半保留复制的概念半保留复制的概念目目 录录Old strandNew strandThe hypothesis ofsemiconservativereplication proposed by Watson and Crickin 1953.AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA 复制过程

9、中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉1 1子代子代DNA 目目 录录目目 录录按按半半保保留留复复制制方方式式，子子代代DNA与与亲亲代代DNA A的的碱碱基基序序列列一一致致，即即子子代代保保留留了了亲亲代代的的全全部部遗遗传信息，体现了遗传的传信息，体现了遗传的保守性保守性。半保留复制的意义半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但但不是绝对的不是绝对的。目目 录录最早研究DNA复制起点和方向的是J.Cairns（1963年）。型型目目 录录目目 录录A electron micrograph of the replicationinte

10、rmediate of a plasmid DNA: -shaped structures were observed; no single strandedDNA is visible.No complete unwinding of the two parental strands occurred before the daughter strands are synthesized目目 录录 原核生物双向复制（原核生物双向复制（型复制）型复制）目目 录录二、复制方向二、复制方向复制叉：复制叉：在复制开始时，复制起始点后呈现一叉形结构，称为复制叉（在复制开始时，复制起始点后呈现一叉形结构

11、，称为复制叉（replication fork ）也叫“生长点（growing point）目目 录录单单 向向 复复 制制 形形 成成 一一 个个 复复 制制 叉叉复复 制制 双双 向向 形形 成成 两两 个个 复复 制制 叉叉目目 录录目目 录录原核生物复制时，原核生物复制时，DNA从从起始点起始点(origin)向两向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为称为双向复制双向复制。 二、双向复制二、双向复制复制中的放射自显影图象复制中的放射自显影图象目目 录录A. A. 环状双链环状双链DNADNA及复制起始点及复制起始点B. B. 复制中

12、的两个复制叉复制中的两个复制叉C. C. 复制接近终止点复制接近终止点(termination, (termination, terter) )oriterA B C目目 录录53oriorioriori535533553复制子复制子3目目 录录习惯上把两个相邻起习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个始点之间的距离定为一个复复制子制子(replicon) 。复制子是独。复制子是独立完成复制的功能单位。立完成复制的功能单位。真核生物每个染色体真核生物每个染色体有多个起始点，是有多个起始点，是多复制子多复制子的复制。的复制。原核生物是单复制子原核生物是单复制子完成的复制，称为完成的复制，称为复制

13、体复制体（replisome）。）。目目 录录目目 录录目目 录录三、复制的半不连续性三、复制的半不连续性19683 5 3 5 解链方向解链方向35335领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)体内仅存在体内仅存在5-35-3的的DNADNA聚聚合酶合酶目目 录录5 5 53 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 前导链前导链前导链前导链随从链随从链随从链随从链岗崎片段岗崎片段岗崎片段岗崎片段半不连续复制半不连续复制目目 录录顺顺着着解解链链方方向向生生成成的的子子链链，复复制制是是连连续续进进行行的的，这

14、股链称为这股链称为领头链（领头链（leading strand）。另另一一股股链链因因为为复复制制的的方方向向与与解解链链方方向向相相反反，不不能能顺顺着着解解链链方方向向连连续续延延长长，这这股股不不连连续续复复制制的的链链称称为为随随从从链链（lagging strand）。复复制制中中的的1000-2000bp不不 连连 续续 片片 段段 称称 为为 岡岡 崎崎 片片 段段 (okazaki fragment)。 领领头头链链连连续续复复制制而而随随从从链链不不连连续续复复制制，就就是是复复制制的的半不连续性半不连续性。 目目 录录l 冈崎片段与半不连续复制（冈崎片段与半不连续复制（ok

15、azakiokazaki 1968 1968年）年）目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录 DNA复制的酶学复制的酶学TheEnzymologyofDNAReplication第二节第二节目目 录录聚合反应的特点聚合反应的特点 以4种dNTP为底物； 反应需要接受模板的指导，不能催化游离的dNTP的聚合； 反应需有引物，引物可以提供3 -羟基；新链的延长只可沿新链的延长只可沿5 5 3 3 方向方向进行；进行； 产物DNA的性质与模板相同；6 合成需要有多种酶和蛋白因子的参与。目目 录录参与参与DNA复制的物质复制的物质 底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP,

16、dTTP聚合酶聚合酶(polymerase): 依赖依赖DNA的的DNA聚合酶，简写聚合酶，简写 为为 DNA-pol模板模板(template) : 解开成单链的解开成单链的DNA母链母链引物引物(primer): 提供提供3 -OH末端使末端使dNTP可以依次聚合可以依次聚合 一小段一小段RNA(或或DNA）为引物，在大肠杆菌中，为引物，在大肠杆菌中，DNA的合的合成需要一段成需要一段RNA链作为引物。链作为引物。其他的酶和蛋白质因子其他的酶和蛋白质因子 解链酶，解旋酶，单链结合解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶蛋白，连接酶一、复制的化学反应一、复制的化学反应 (dNMP)n + dNT

17、P (dNMP)n+1 + PPi 目目 录录目目 录录N3 5 5 OOH OH PPP-O-CH2OH目目 录录Mg2+目目 录录二、二、DNA聚合酶聚合酶全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)简称：简称：DNA-pol酶催化反应的特点：酶催化反应的特点：（1）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；（2）反应需要有模板的指导；）反应需要有模板的指导；（3）反应需要有）反应需要有3 -OH存在；存在；（4）DNA链的合成方向为链的合成方向为5 3 （5）DNA聚合酶的反应可以利用聚合酶的反应可以利

18、用DNA双链作为模板和引物，亦可以单链双链作为模板和引物，亦可以单链DNA作为模板和引物作为模板和引物（6）DNA的体外聚合必须加入少量的的体外聚合必须加入少量的DNA才能进行。才能进行。DNA在提取过程中在提取过程中易形成切口（易形成切口（nick）或缺口（或缺口（gap）.则加入的则加入的DNA一条链作为模板而另一一条链作为模板而另一条链可作为引物。条链可作为引物。活性：活性：1. 53 的聚合活性的聚合活性2. 核酸外切酶活性核酸外切酶活性目目 录录（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目目 录录（一）原核生物的（一）原核生物的

19、DNA聚合酶聚合酶1000-1000-2400-600002400-60000目目 录录（一）（一） DANDAN聚合酶聚合酶（DNApolymeraseDNApolymerase) )1 1 1 1原核生物原核生物原核生物原核生物： polpol 与校读、修复有关与校读、修复有关与校读、修复有关与校读、修复有关（常用的工具酶）常用的工具酶）常用的工具酶）常用的工具酶）n n小片段小片段小片段小片段 5 35 35 35 3核酸核酸核酸核酸 外切酶活性外切酶活性外切酶活性外切酶活性n n大片段聚合活性、大片段聚合活性、大片段聚合活性、大片段聚合活性、 n n3 53 53 53 5外切活性外切

20、活性外切活性外切活性 polpol polpol 真正起复制作用的酶真正起复制作用的酶真正起复制作用的酶真正起复制作用的酶 ；由由由由10101010种亚基组种亚基组种亚基组种亚基组成的不对称二聚体；成的不对称二聚体；成的不对称二聚体；成的不对称二聚体；、组成核心酶；组成核心酶；组成核心酶；组成核心酶；聚聚聚聚合活性、合活性、合活性、合活性、3 53 53 53 5外切活性。外切活性。外切活性。外切活性。目目 录录功能功能：对复制中的错误进对复制中的错误进行校读，对复制和行校读，对复制和修复中出现的空隙修复中出现的空隙进行填补。进行填补。DNA-pol （109kD） 单体酶单体酶单体酶单体酶

21、, , , , 多功能酶。多肽链结构以多功能酶。多肽链结构以多功能酶。多肽链结构以多功能酶。多肽链结构以a-a-a-a-螺旋为主，含有从螺旋为主，含有从螺旋为主，含有从螺旋为主，含有从A-R18A-R18A-R18A-R18个螺旋片段，其中个螺旋片段，其中个螺旋片段，其中个螺旋片段，其中H H H H和和和和I I I I之间的无规则结构多达之间的无规则结构多达之间的无规则结构多达之间的无规则结构多达50505050个个个个aaaaaaaa残基，并且残基，并且残基，并且残基，并且I I I I和和和和O O O O螺旋之间有较大的空隙，可以容纳螺旋之间有较大的空隙，可以容纳螺旋之间有较大的空隙

22、，可以容纳螺旋之间有较大的空隙，可以容纳DNADNADNADNA链，链，链，链，无规则结构和无规则结构和无规则结构和无规则结构和I I I I和和和和O O O O螺旋将螺旋将螺旋将螺旋将DNADNADNADNA链包围起来，使其朝一个方向链包围起来，使其朝一个方向链包围起来，使其朝一个方向链包围起来，使其朝一个方向滑动。滑动。滑动。滑动。目目 录录323个氨基酸个氨基酸小片段小片段5 核酸外核酸外切酶活性切酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604个氨基酸个氨基酸DNA聚合酶聚合酶活性活性 N 端端C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是实验室合成片段是实验室合成

23、DNA，进行分子，进行分子生物学研究中常用的工具酶。生物学研究中常用的工具酶。 切除切除切除切除RNARNARNARNA引物引物引物引物损伤修复损伤修复损伤修复损伤修复 5 核酸外核酸外切酶活性切酶活性校读校读校读校读功能功能功能功能聚合功能聚合功能聚合功能聚合功能F F与与与与GG之间断裂之间断裂之间断裂之间断裂目目 录录目目 录录The 3 to 5 exonucleasedomainThe polymerasedomainStructure of the Klenow fragmentof DNA polymease I目目 录录DNA-pol （120kD） DNA-pol II基因发

24、生突变，细菌依然能存活。基因发生突变，细菌依然能存活。 它参与它参与DNA损伤的应急状态修复。损伤的应急状态修复。 多亚基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具有多亚基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具有3 3 5 5外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫外光引起的修复紫外光引起的DNADNA损伤中起作用。损伤中起作用。目目 录录功能功能是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。 DNA-pol (250kD)目目 录录 DNADNA聚合酶聚合酶：该酶由该酶由1010种种亚亚基组成，其中基组成，其中 、 、 形成全酶

25、形成全酶的核心酶的核心酶。具有。具有5 53 3DNADNA聚合聚合酶活性（酶活性（ 亚基，亚基，速率高）；速率高）； 具有具有3 3 5 5外切酶（外切酶（ 亚基）亚基）的校对功能，提高的校对功能，提高DNADNA复制的保复制的保真性；还具有真性；还具有5 5 3 3外切酶活外切酶活性（单链有效，其意义未知）。性（单链有效，其意义未知）。l l核心聚合酶核心聚合酶核心聚合酶核心聚合酶l l二聚体形式连接两个核心聚合酶二聚体形式连接两个核心聚合酶二聚体形式连接两个核心聚合酶二聚体形式连接两个核心聚合酶(4(4(4(4个个个个) ) ) )星环状星环状星环状星环状, ,容纳容纳容纳容纳DNADN

26、A双链双链双链双链目目 录录目目 录录催化催化DNA聚合聚合参与参与DNA损损伤的应急状态伤的应急状态修复修复修复合成、修复合成、切除引物、切除引物、填补空隙填补空隙功能功能2040400分子数分子数/细胞细胞1011亚基数亚基数+-+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聚合酶聚合酶目目 录录目目 录录（4） DNA聚合酶聚合酶IV和和V：1999年发现，年发现，当当DNA严重损伤时，诱导产生。严重损伤时，诱导产生。目目 录录（二）真核生物的（二）真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶DNA-

27、pol 起始引发，有引物酶活性。起始引发，有引物酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制参与低保真度的复制 。在复制过程中起校读、修复和填补缺在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。口的作用。在在线粒体线粒体DNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目目 录录（二）真核生物的（二）真核生物的DNA聚合酶聚合酶目目 录录三、复制保真性的酶学依据三、复制保真性的酶学依据复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本原理。确传代的基本原

28、理。复制保真性的酶学机制：复制保真性的酶学机制：（一）（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读的核酸外切酶活性和及时校读 （二）复制的保真性和碱基选择（二）复制的保真性和碱基选择目目 录录（一）（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读的核酸外切酶活性和及时校读A：DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。其聚合活性掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，：碱基配对正确， DNA-pol 1不表现活性。不表现活性。目目 录录5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3

29、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 能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。 5 3 外切酶活性外切酶活性 能切除突变的能切除突变的 DNA片段。片段。? 核酸外切酶活性核酸外切酶活性 目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录（二）复制的保真性和碱基选择（二）复制的保真性和碱基选择 DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。 嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，

30、与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型反式构型。 目目 录录1. 遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；2. 聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；3. 复制出错时复制出错时DNA-pol的及时校读功能。的及时校读功能。DNA复制的保真性至少要依赖三种机制复制的保真性至少要依赖三种机制 目目 录录四、复制中的分子解链及四、复制中的分子解链及DNA 分子分子拓扑学变化拓扑学变化 DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。解成单链，它才能起模板作用。 目目

31、录录（一）解螺旋酶、引物酶和单链（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白结合蛋白目目 录录E. Coli 基因图基因图目目 录录目目 录录Only one RNA primer is needed for synthesizing the leading strand.(DnaB)目目 录录n解螺旋酶解螺旋酶(helicase)利用利用ATP供能，作用于氢键，使供能，作用于氢键，使DNA双链解双链解开成为两条单链开成为两条单链 E.coli中的中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶酶I、II、III。每解开一对碱基需要水解。每解开一对碱基需要水解2个个ATP分子

32、。分子。 rep蛋白沿模板链蛋白沿模板链3 5移动，而解螺旋酶移动，而解螺旋酶I、II、III沿沿5 3移动。移动。目目 录录DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶n n不能不能不能不能催化两个游离的催化两个游离的催化两个游离的催化两个游离的dNTPdNTPdNTPdNTP在在在在DNADNADNADNA模板上聚合模板上聚合模板上聚合模板上聚合n n需要具需要具需要具需要具3 3 3 3-OH-OH-OH-OH的引物的引物的引物的引物RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶n n能能能能催化两个游离的催化两个游离的催化两个游离的催化两个游离的NTPNTPNTPNTP在在在在D

33、NADNADNADNA模板上聚合模板上聚合模板上聚合模板上聚合n n提供提供提供提供3 3 3 3-OH-OH-OH-OHn n引物最后要被引物最后要被引物最后要被引物最后要被DNADNADNADNA聚合聚合聚合聚合酶酶酶酶除去，缺口由该除去，缺口由该除去，缺口由该除去，缺口由该酶补满，再由连接酶酶补满，再由连接酶酶补满，再由连接酶酶补满，再由连接酶连接连接连接连接减少突变，提高减少突变，提高减少突变，提高减少突变，提高DNADNADNADNA复制的真实性复制的真实性复制的真实性复制的真实性引物酶引物酶(primase)复制起始时催化生成复制起始时催化生成RNA引物的酶，引物的酶，RNA聚合酶

34、聚合酶(DnaG)目目 录录n n细菌的细菌的RNARNA引物较长，一般含引物较长，一般含有有50-10050-100个核苷酸残基，哺个核苷酸残基，哺乳动物的乳动物的RNARNA引物较短，一般引物较短，一般含有含有1010个左右的核苷酸残基。个左右的核苷酸残基。n nDNADNA复制为什么要用复制为什么要用RNARNA引物引物？从从模模板板复复制制最最初初几几个个核核酸酸时时，碱碱基基堆堆集集力力和和氢氢键键都都较较弱弱，易易发生错配发生错配新复制的最初几个核苷酸，没新复制的最初几个核苷酸，没有与模板形成稳定双链，有与模板形成稳定双链，DNADNA聚合酶的聚合酶的5 5，3 3，校对功能难校对

35、功能难发挥作用。发挥作用。目目 录录单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。稳定已被解开的稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。核酸酶降解。作用：作用： 1. 1.与单链与单链与单链与单链DNADNA结合结合结合结合, ,维持单链状态维持单链状态维持单链状态维持单链状态 (“(“镇纸镇纸镇纸镇纸” ”) ) 2. 2.使其不受核酸酶水解使其不受核酸酶水解使其不受核酸酶水解使其不受核

36、酸酶水解 3. 3.避免单链避免单链避免单链避免单链DNADNA自身发夹螺旋形成自身发夹螺旋形成自身发夹螺旋形成自身发夹螺旋形成 4. 4.使前端螺旋易解开使前端螺旋易解开使前端螺旋易解开使前端螺旋易解开目目 录录1010 8 8 局部解链后局部解链后（二）（二）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase) 解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成目目 录录目目 录录拓扑异构拓扑异构酶酶切断切断DNADNA双链中双链中一股一股链链, ,使使DNADNA解链旋转解链旋转不致打结不致打结; ;适当时候封闭切口适当时候封闭切口, ,DNADNA变为变为松弛状态松弛状态。反

37、应反应不需不需ATPATP。拓扑异构拓扑异构酶酶切断切断DNADNA分子分子两股两股链链, ,断端通过切口旋断端通过切口旋转使超螺旋松弛转使超螺旋松弛. .利用利用ATPATP供能供能, ,连接断连接断端端,DNA,DNA分子进入负超螺旋状态分子进入负超螺旋状态. .作用机制作用机制拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶作用特点既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键、又能连接磷酸二酯键分类分类 拓扑异构酶拓扑异构酶 拓扑异构酶拓扑异构酶目目 录录目目 录录目目 录录目目 录录五、五、DNA连接酶连接酶（19671967年发现）年发现）年发现）年发现）连连接接DNADNA链链3 3 -OH-OH末末端端和

38、和相相邻邻DNADNA链链5 5 -P-P末末端端, ,使使二二者者生生成成磷磷酸二酯键酸二酯键, ,从而把两段相邻的从而把两段相邻的DNADNA链连接成一条完整的链。链连接成一条完整的链。功能功能 DNADNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。 在在DNADNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。 也是基因工程的重要工具酶之一。也是基因工程的重要工具酶之一。 DNADNA连接酶连接酶(DNA (DNA ligaseligase) )作用方式作用方式HO5335DNA连接酶连接酶ATPADP5353目目 录录n n缺口填

39、补缺口填补: :n n连接双股连接双股DNADNA分子中一链的缺口分子中一链的缺口n n双链双链DNADNA分子中双链的缺口分子中双链的缺口n n不能不能连接二分子单链连接二分子单链DNADNA DNA DNA DNA DNA ligaseligaseligaseligase不能将两条游离的不能将两条游离的不能将两条游离的不能将两条游离的DNADNADNADNA单链连接起来。单链连接起来。单链连接起来。单链连接起来。目目 录录1、DNA连接酶（连接酶（DNAligase）DNA连接酶连接酶ATP AMP+PPi或或 或或NAD NMN+AMP目目 录录vv连接酶的反应机制连接酶的反应机制： 酶

40、酶酶酶 + NAD+ NAD+ NAD+ NAD+ + + +(ATP) (ATP) (ATP) (ATP) 酶酶酶酶-AMP + -AMP + -AMP + -AMP + 烟酰胺单核苷酸烟酰胺单核苷酸烟酰胺单核苷酸烟酰胺单核苷酸（PPiPPiPPiPPi） 酶酶酶酶-AMP + P-5-DNA -AMP + P-5-DNA -AMP + P-5-DNA -AMP + P-5-DNA 酶酶酶酶 + AMP-P-5-DNA+ AMP-P-5-DNA+ AMP-P-5-DNA+ AMP-P-5-DNADNA-3-OH + AMP-P-5-DNA DNA-3-O-P-5-DNA-3-OH + AMP

41、-P-5-DNA DNA-3-O-P-5-DNA-3-OH + AMP-P-5-DNA DNA-3-O-P-5-DNA-3-OH + AMP-P-5-DNA DNA-3-O-P-5-DNA+AMPDNA+AMPDNA+AMPDNA+AMPvvDNADNA连接酶连接酶在在在在DNADNADNADNA复制、损伤修复、重组等过程中起重复制、损伤修复、重组等过程中起重复制、损伤修复、重组等过程中起重复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用作用要作用作用要作用作用要作用作用3535OHOHP P 大肠杆菌和其它细菌的大肠杆菌和其它细菌的DNADNA连接酶要求连接酶要求NADNAD+ +提供能量，在高等生物

42、和噬菌体中，则要求提供能量，在高等生物和噬菌体中，则要求ATPATP提供能提供能量。量。T4T4噬菌体的噬菌体的DNADNA连接酶连接酶不仅能在模板链上连接不仅能在模板链上连接DNADNA和和DNADNA链之间的切口，而且能连接无单链粘链之间的切口，而且能连接无单链粘性末端的平头双链性末端的平头双链DNADNA。目目 录录DNA复制体的结构和基本步骤复制体的结构和基本步骤 目目 录录DNA生物合成过程生物合成过程TheProcessofDNAReplication第三节第三节目目 录录DNADNA复制过程复制过程( (起始、延长、终止）起始、延长、终止）n n确定复制的起始点确定复制的起始点确

43、定复制的起始点确定复制的起始点n n解开双链解开双链解开双链解开双链DNA,DNA,DNA,DNA,提供单链提供单链提供单链提供单链DNADNADNADNA模板模板模板模板n n形成复制叉形成复制叉形成复制叉形成复制叉n nDNADNA合成的起始和延长合成的起始和延长合成的起始和延长合成的起始和延长n n形成带有新合成的形成带有新合成的形成带有新合成的形成带有新合成的DNADNA片段的复制泡片段的复制泡片段的复制泡片段的复制泡n n复制的终止复制的终止复制的终止复制的终止目目 录录（一）复制的起始（一）复制的起始需要解决两个问题：需要解决两个问题：1. DNA解开成单链，提供模板。解开成单链，

44、提供模板。2. 合成引物，提供合成引物，提供3 -OH末端。末端。一、原核生物的一、原核生物的DNA生物合成生物合成 目目 录录E.coli复制起始点复制起始点 oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TGTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245 串联重复序列串联重复序列 反向重复序列反向重复序列5 3 5 3 1. DNA解链

45、解链 大肠杆菌中的复制起始位点是Ori C，全长245Bp，该序列在所有细菌复制起始位点中都是保守的。目目 录录 互相缠绕的双链母本互相缠绕的双链母本DNADNA，复制从特定的位置复制从特定的位置( (复制复制原点原点OriOri or O) or O)开始，该位置常是富含开始，该位置常是富含A A、T T区段。区段。首先首先DNADNA解螺旋酶解螺旋酶( (DnaBDnaB) )打开局部双链，打开局部双链，SSBSSB与每条单与每条单链结合链结合, ,稳定单链并防止稳定单链并防止DNADNA复性复性; ;然后在然后在DNADNA旋转酶旋转酶（TOP)TOP)的作用下，使螺旋的作用下，使螺旋D

46、NADNA局部变成松弛态。局部变成松弛态。起始因子、引物酶、起始因子、引物酶、DNADNA聚合酶等随后结合，复制开始。聚合酶等随后结合，复制开始。目目 录录 Dna A Dna B、 Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 2. 引发体和引物引发体和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。复制起始区域的复合结构称为引发体。 目目 录录目目 录录3 5 3 5 引物是由引物酶催化合成的短链引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。分子。 引物引物3 HO5引物引物酶酶目目 录录（二）复制的延长（二）复

47、制的延长复复制制的的延延长长指指在在DNA-pol催催化化下下，dNTP以以dNMP的的方方式式逐逐个个加加入入引引物物或或延延长长中中的的子子链链上上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。 目目 录录 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol目目 录录领头链的合成领头链的合成目目 录录随从链的合成随从链的合成目目 录录目目 录录目目 录录阶段一阶段一阶段二阶段二目目 录录阶段三阶段三阶段四阶段四复复制制过过程程简简图图目目 录录目目 录录RNA primers arerepeatedly

48、formedby the primase on the lagging strand.目目 录录原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制，双向复制的复制片段在复制的终止点片段在复制的终止点(ter)处汇合。处汇合。oriter E.coli8232 ori terSV40500（三）复制的终止（三）复制的终止目目 录录5 5 5 RNA酶酶OHP5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶 随从链上不连续性片段的连接随从链上不连续性片段的连接目目 录录目目 录录哺乳动物的哺乳动物的细胞周期细胞周期DNA合成期合成期G1G2SM二、真核生

49、物的二、真核生物的DNA生物合成生物合成 细细胞胞能能否否分分裂裂，决决定定于于进进入入S期期及及M期期这这两两个个关关键键点点。G1S及及G2M的的调调节节，与与蛋蛋白白激激酶酶活活性有关。性有关。 蛋蛋白白激激酶酶通通过过磷磷酸酸化化激激活活或或抑抑制制各各种种复复制制因因子子而而实施调控作用。实施调控作用。 目目 录录l真真核核生生物物染染色色体体DNADNA是是多多复复制制子子，有有多多个个复复制制起起点点，可可以以多多点点起起始始，复复制制有有时时序序性性，即即复复制制子子以以分分组组方方式式激激活活而而不不是是同同步步起起动动。每每个个复复制制子子大大多多在在100-100-200

50、bp200bp之间，比细菌染色体之间，比细菌染色体DNADNA（单复制子）小得多。单复制子）小得多。l真真核核生生物物DNADNA复复制制叉叉移移动动的的速速度度此此原原核核的的慢慢，如如哺哺乳乳动动物物复复制制叉叉移移动动的的速速度度每每分分钟钟1-3Kb1-3Kb，细细菌菌每每分分钟钟5Kb5Kb。l真真核核生生物物染染色色体体全全部部复复制制完完成成前前，起起点点不不再再从从新新开开始始复复制制。而而在在快快速速生生长长的的原原核核生生物物中中，起起点点可可以以连连续发动复制。续发动复制。目目 录录l RPA 单链单链DNA结合蛋白，可以激活结合蛋白，可以激活DNA聚合酶。聚合酶。lRF

51、C 复复制制因因子子(replication factor, RF)C，结结合合于于引引物物-模模板板链链，激激活活DNA聚聚合合酶酶，促促使使PCNA结结合合引引物物-模模板板链链。装装配夹子的工具。配夹子的工具。l 复复制制的的增增殖殖细细胞胞核核抗抗原原(proliferation cell nuclear antigen, PCNA)在在复复制制起起始始和和延延长长中中起起关关键键作作用用，类类似似于于可可滑滑动动的的夹子的作用。夹子的作用。l起起始始需需要要DNA-pol（引引物物酶酶活活性性）和和pol（解解螺螺旋旋酶酶活活性性）参与，还需拓扑酶。参与，还需拓扑酶。（一）复制的起始

52、（一）复制的起始目目 录录目目 录录目目 录录3 5 5 3 领头链领头链3 5 3 5 亲代亲代DNA随从链随从链引物引物核小体核小体（二）复制的延长（二）复制的延长目目 录录染色体染色体DNA呈线状，复制在末端停止。呈线状，复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。染色体两端染色体两端DNA子链上最后复制的子链上最后复制的RNA引物，引物，去除后留下空隙。去除后留下空隙。（三）复制的终止（三）复制的终止目目 录录5 3 3 5 5 3 3 5 +5 3 3 3 3 5 5 目目 录录切除引物的两种机制切除引物的两种机制目目 录录目目 录

53、录Problem posed in the replicationof linear DNA:the end of onedaughter strandwill be shortenedafter each round of replication.目目 录录端粒端粒(telomere)指真核生物染色体线性指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。分子末端的结构。功能功能 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 维持维持DNA复制的完整性复制的完整性结构特点结构特点 由末端单链由末端单链DNA序列和蛋白质构成。序列和蛋白质构成。 3端是由数百个串联重复的富含端是由数百个串联重复的富含G、T碱基碱

54、基的短的短 序列。序列。TTTTGGGGTTTTGGGGn n人人:5:5-TTAGGG-3-TTAGGG-3 目目 录录端粒酶端粒酶(telomerase)1985端粒酶端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR)端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT) 组成组成目目 录录2.2.端粒酶（端粒酶（telomerase)telomerase) - -防止端粒缩短的酶防止端粒缩

55、短的酶n n组成组成 蛋白质蛋白质( (DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶) ) ) )+RNA(+RNA(合成端粒合成端粒DNADNA的模板的模板) )n n唯一携带唯一携带RNARNA模板的逆转录酶模板的逆转录酶n n人端粒酶人端粒酶: :模板模板(RNA-(RNA-端粒酶端粒酶):3-CAAUCCCAAUC-5):3-CAAUCCCAAUC-5合成合成(DNA): 5-(DNA): 5-AGGGTTAGGGTT-3-3n n端粒酶和衰老、肿瘤有关端粒酶和衰老、肿瘤有关 人类体细胞的端粒长度，随个体年龄增加而逐渐缩短。细胞每分裂一次，端粒缩短人类体细胞的端粒长度，随个体年龄增

56、加而逐渐缩短。细胞每分裂一次，端粒缩短50-200bp50-200bp，短至短至1-4Kbp1-4Kbp时，细胞就停止分裂。若能重建端粒，则细胞可以永远分裂。时，细胞就停止分裂。若能重建端粒，则细胞可以永远分裂。恶性肿瘤细胞端酶表达多。恶性肿瘤细胞端酶表达多。目目 录录端粒酶的催端粒酶的催化延长作用化延长作用爬爬行行模模型型目目 录录目目 录录DNADNA聚合酶复制子链聚合酶复制子链进一步加工进一步加工目目 录录目目 录录5.哺乳动物中端粒末端形成大的环状结构哺乳动物中端粒末端形成大的环状结构,环状环状DNA+蛋白质蛋白质 保护染色体保护染色体3端的稳定端的稳定图图12-17 12-17 端粒

57、的环状结构端粒的环状结构目目 录录The “inchworm”(尺蠖）尺蠖）model fortelomerase actionThe T loop observed atone end of a mammalianchromosome.目目 录录逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式ReverseTranscriptionandOtherDNAReplicationWays第四节第四节目目 录录v用特异抑制物（放线菌素用特异抑制物（放线菌素用特异抑制物（放线菌素用特异抑制物（放线菌素D D D D）能抑制致癌）能抑制致癌）能抑制致癌）能抑制致癌RNARNARNARNA病毒的复病毒的复病毒的

58、复病毒的复制，而对一般制，而对一般制，而对一般制，而对一般RNARNARNARNA病毒的复制无影响。已知放线菌素病毒的复制无影响。已知放线菌素病毒的复制无影响。已知放线菌素病毒的复制无影响。已知放线菌素D D D D专门抑制以专门抑制以专门抑制以专门抑制以DNADNADNADNA为模板的反应，可见致癌为模板的反应，可见致癌为模板的反应，可见致癌为模板的反应，可见致癌RNARNARNARNA病毒的复病毒的复病毒的复病毒的复制过程必然涉及到制过程必然涉及到制过程必然涉及到制过程必然涉及到DNADNADNADNA。 所以所以所以所以TeminTeminTeminTemin于于于于1964196419

59、641964年提出前年提出前年提出前年提出前病毒的假说。病毒的假说。病毒的假说。病毒的假说。vTeminTeminTeminTemin和和和和BaltimoreBaltimoreBaltimoreBaltimore同时分别从劳氏肉瘤病毒和小白鼠同时分别从劳氏肉瘤病毒和小白鼠同时分别从劳氏肉瘤病毒和小白鼠同时分别从劳氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒等致病白血病病毒等致病白血病病毒等致病白血病病毒等致病RNARNARNARNA病毒中分离出逆转录酶，迄今病毒中分离出逆转录酶，迄今病毒中分离出逆转录酶，迄今病毒中分离出逆转录酶，迄今已知的致癌已知的致癌已知的致癌已知的致癌RNARNARNARNA病毒都含有

60、逆转录酶。病毒都含有逆转录酶。病毒都含有逆转录酶。病毒都含有逆转录酶。六、逆转录六、逆转录19831983年，发现人类免疫缺陷病毒（年，发现人类免疫缺陷病毒（human immune human immune deficiencedeficience virus,HIVvirus,HIV）, ,感染感染T T淋巴细胞后即杀死细胞淋巴细胞后即杀死细胞，造成宿主机体免疫造成宿主机体免疫系统损伤，引起艾滋病（系统损伤，引起艾滋病（acquired immunodeficiency acquired immunodeficiency syndrome,AIDSsyndrome,AIDS）目目 录录逆转

61、录酶逆转录酶(reverse transcriptase) 逆转录逆转录(reverse transcription) :以以RNA为模板，按照为模板，按照RNA中的核苷酸顺序合成中的核苷酸顺序合成DNA称为逆转录，由逆转录酶催化进行。称为逆转录，由逆转录酶催化进行。 逆转录逆转录酶酶一、逆转录病毒和逆转录酶一、逆转录病毒和逆转录酶 v 逆转录酶是多功能酶，兼有逆转录酶是多功能酶，兼有3 3种酶的活性：种酶的活性： RNARNA指导的指导的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 DNADNA指导的指导的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 核糖核酸酶核糖核酸酶H(H(RNaseH) )的活性，专一水解的

62、活性，专一水解RNA-DNARNA-DNA杂交分子中杂交分子中的的RNARNA，可沿可沿5533和和3 3 55两个方向起核酸外切酶的作用。两个方向起核酸外切酶的作用。目目 录录逆转录病毒细胞内的逆转录现象逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA 杂化双链杂化双链RNase H单链单链DNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA 病毒基因组通过病毒基因组通过基因重组基因重组插入到宿主插入到宿主细胞基因组中，称为细胞基因组中，称为整合整合。目目 录录目目 录录 逆转录病毒的生活周期 目目 录录逆转录酶逆转录酶 A AA A T T T TAAAASISI核酸酶核酸酶 D

63、NA聚合酶聚合酶碱水解碱水解 T T T T分子生物学研究可应用逆分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目转录酶，作为获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，此法称为称为cDNA法。法。 以以mRNA为模板，经逆转为模板，经逆转录合成的与录合成的与mRNA碱基序列互碱基序列互补的补的DNA链。链。 试管内合成试管内合成cDNAcDNA complementary DNA 目目 录录二、逆转录研究的意义二、逆转录研究的意义 逆转录酶和逆转录现象逆转录酶和逆转录现象, ,是分子生物学研究中是分子生物学研究中的重大发现。的重大发现。 逆转录现象说明逆转录现象说明: :至

64、少在某些生物至少在某些生物,RNA,RNA同样兼同样兼有遗传信息传代与表达功能。有遗传信息传代与表达功能。对逆转录病毒的研究对逆转录病毒的研究, ,拓宽了拓宽了2020世纪初已注意世纪初已注意到的病毒致癌理论。到的病毒致癌理论。目目 录录 滚环复制滚环复制(rolling circle replication)三、滚环复制和三、滚环复制和D环复制环复制 是某些低等生物的复制形式，如是某些低等生物的复制形式，如 X174和和M13噬菌体等。噬菌体等。 低等生物如质粒，复制时采用滚环复制。低等生物如质粒，复制时采用滚环复制。低等生物如质粒，复制时采用滚环复制。低等生物如质粒，复制时采用滚环复制。

65、环状环状环状环状DNADNADNADNA双链一股先开一个缺口，双链一股先开一个缺口，双链一股先开一个缺口，双链一股先开一个缺口，5555端向外伸展。端向外伸展。端向外伸展。端向外伸展。 两股链均直接作为模板，不需要另外合成引物。两股链均直接作为模板，不需要另外合成引物。两股链均直接作为模板，不需要另外合成引物。两股链均直接作为模板，不需要另外合成引物。目目 录录3 -OH5 -P5 5 5 3 3 3 3 5滚环复制滚环复制5 5 3 3 5 目目 录录目目 录录目目 录录dNTPDNA-pol D环复制环复制(D-loop replication) 是线粒体是线粒体DNA (mitochon

66、drial DNA，mtDNA)的复制形式。的复制形式。 目目 录录DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNADamage(Mutation)andRepair第五节第五节目目 录录遗传物质的结构改变而引起的遗传信息遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为改变，均可称为突变。突变。在复制过程中发生的在复制过程中发生的DNA突变称为突变称为DNA损伤损伤(DNA damage)。从分子水平来看，突变就是从分子水平来看，突变就是DNA分子上分子上碱基的改变。碱基的改变。 目目 录录一、突变的意义一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（一）突变是进化、分化的分子基础（二（二）突

67、变导致基因型改变突变导致基因型改变（三（三）突变导致死亡突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础（四）突变是某些疾病的发病基础 目目 录录（二）基因突变的因素 1.自发性突变 图12-14 自发性转换突变的发生机制 *腺嘌呤的亚氨型同分异构体与胞嘧啶配对（A-C），在下一次复制时，由于胞嘧啶与鸟嘌呤配对，在子代DNA分子中，原来A-T变成G-C。A TA TA TA TA T*A CG C目目 录录二、引发突变的因素二、引发突变的因素物理因素物理因素 紫外线紫外线(ultra violet, UV)、各种辐射、各种辐射 UV化学因素化学因素目目 录录目目 录录诱变因素及突变类型诱变因素及突变

68、类型目目 录录三、突变的分子改变类型三、突变的分子改变类型错配错配 (mismatch)缺失缺失 (deletion)插入插入 (insertion)重排重排 (rearrangement)框移框移(frame-shift) 目目 录录DNA分子上的碱基错配称分子上的碱基错配称点突变点突变(point mutation)。发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另发生在同型碱基之间，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. 转换转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。或嘧啶变嘌呤。 2. 颠换颠换（一）错配（一）错配目目 录录镰

69、形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) 亚基亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链肽链CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA)亚基亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因目目 录录（二（二）缺失缺失、插入插入和框移和框移缺失：缺失：一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上大分子上消失。消失。插入：插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到到DNA大分子中间。大分子中间。框移突变框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造是

70、指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。 缺失或插入都可导致缺失或插入都可导致框移突变框移突变 。目目 录录n n由于单一碱基的改变而产生新的密码子，编码不同的氨基酸所造成的突变称错错义义突突变变（missense mutation）；n n由于一个碱基改变使正常的密码子成为终止密码子而导致转录终止，这种突变称无无义义突突变变（nonsense nonsense mutationmutation）。这种突变引起的后果比错义突变可能更为严重。目目 录录谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组

71、缬缬正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突变缺失引起框移突变目目 录录（三（三）重排重排DNA分子内较大片段的交换，称为分子内较大片段的交换，称为重组或重排。重组或重排。 由基因重排引起的两种地中海贫血基因型由基因重排引起的两种地中海贫血基因型目目 录录目目 录录四、四、DNA损伤的修复损伤的修复修复修复(repairing) 是对已发生分子改变的补偿措施，使其是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。回复为原有的天然状态。光修复光修复(light repairing)切除修复切除修复(excision repairing)重组修复重组修

72、复(recombination repairing)SOS修复修复 修复的主要类型修复的主要类型目目 录录（一）光修复（一）光修复光修复酶光修复酶(photolyase) UV紫外光照射可使相邻的两个紫外光照射可使相邻的两个T T 形成二聚体形成二聚体 光修复酶光修复酶可使二聚体解聚为单体状态，可使二聚体解聚为单体状态，DNADNA完全恢复正常。光修复酶完全恢复正常。光修复酶的激活需的激活需300-600nm300-600nm波长的光。高等哺乳动物没有这种酶。波长的光。高等哺乳动物没有这种酶。目目 录录UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHP （二）切除修复（二）切除修复是细胞内

73、最重要和是细胞内最重要和有效的修复机制，主要有效的修复机制，主要由由DNA-pol和连接酶完和连接酶完成。成。DNA连接酶连接酶ATPE.coli的切除的切除修复机制修复机制目目 录录目目 录录目目 录录3重组修复重组修复n n重组蛋白重组蛋白重组蛋白重组蛋白RecARecARecARecA，polpolpolpol,连接酶参与连接酶参与连接酶参与连接酶参与损伤会保留下去损伤会保留下去损伤会保留下去损伤会保留下去uu重组修复重组修复重组修复重组修复 （发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产生缺（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产生缺（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产

74、生缺（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。uu重组基因重组基因重组基因重组基因recArecArecArecA编码一种分子量为编码一种分子量为编码一种分子量为编码一种分子量为40000400004000040000的蛋白质，它具有交换的蛋白质，它具有交换的蛋白质，它具有交换的蛋白质，它具有交换DNADNADNADNA链的链的链的链的活力。活力。活力。活力。RecARecARec

75、ARecA蛋白被认为在蛋白被认为在蛋白被认为在蛋白被认为在DNADNADNADNA重组和重组修复中均起关键作用。重组和重组修复中均起关键作用。重组和重组修复中均起关键作用。重组和重组修复中均起关键作用。recBrecBrecBrecB、recCrecCrecCrecC基因分别编码核酸外切酶基因分别编码核酸外切酶基因分别编码核酸外切酶基因分别编码核酸外切酶V V V V的两个亚基。此外，修复合成还需要的两个亚基。此外，修复合成还需要的两个亚基。此外，修复合成还需要的两个亚基。此外，修复合成还需要DNADNADNADNA聚合酶和连接酶聚合酶和连接酶聚合酶和连接酶聚合酶和连接酶目目 录录目目 录录4

76、 4SOSSOS修复修复n nDNADNADNADNA损伤面太大，复制难以继续。损伤面太大，复制难以继续。损伤面太大，复制难以继续。损伤面太大，复制难以继续。此时细胞可此时细胞可此时细胞可此时细胞可诱导合诱导合诱导合诱导合成一些新的成一些新的成一些新的成一些新的DNADNADNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶，催化此缺口部位，催化此缺口部位，催化此缺口部位，催化此缺口部位DNADNADNADNA的形成。的形成。的形成。的形成。但此类但此类但此类但此类DNADNADNADNA聚合酶对碱基识别能力较差，常常修复后聚合酶对碱基识别能力较差，常常修复后聚合酶对碱基识别能力较差，常常修复后聚合酶对碱基识

77、别能力较差，常常修复后的的的的DNADNADNADNA链上出现许多差错，甚至使细胞癌变。尽管如链上出现许多差错，甚至使细胞癌变。尽管如链上出现许多差错，甚至使细胞癌变。尽管如链上出现许多差错，甚至使细胞癌变。尽管如此，这种修复毕竟可以提高细胞的存活率，不失为此，这种修复毕竟可以提高细胞的存活率，不失为此，这种修复毕竟可以提高细胞的存活率，不失为此，这种修复毕竟可以提高细胞的存活率，不失为一种紧急补救措施。一种紧急补救措施。一种紧急补救措施。一种紧急补救措施。n n复制，修复的酶，重组蛋白复制，修复的酶，重组蛋白复制，修复的酶，重组蛋白复制，修复的酶，重组蛋白RecARecARecARecA，调

78、控蛋白调控蛋白调控蛋白调控蛋白LexALexALexALexA等等等等组成一个庞大的调控网络。组成一个庞大的调控网络。组成一个庞大的调控网络。组成一个庞大的调控网络。n n特异性很低特异性很低特异性很低特异性很低n n着色性干皮病患者缺乏特异的核酸内切酶，紫外着色性干皮病患者缺乏特异的核酸内切酶，紫外着色性干皮病患者缺乏特异的核酸内切酶，紫外着色性干皮病患者缺乏特异的核酸内切酶，紫外光照射后易患皮肤癌光照射后易患皮肤癌光照射后易患皮肤癌光照射后易患皮肤癌目目 录录 SOSSOSSOSSOS反反反反应应应应广广广广泛泛泛泛存存存存在在在在于于于于原原原原核核核核生生生生物物物物和和和和真真真真核

79、核核核生生生生物物物物，它它它它是是是是生生生生物在极为不利的环境中求得生存的一种基本功能。物在极为不利的环境中求得生存的一种基本功能。物在极为不利的环境中求得生存的一种基本功能。物在极为不利的环境中求得生存的一种基本功能。 然然然然而而而而癌癌癌癌变变变变有有有有可可可可能能能能也也也也是是是是通通通通过过过过SOSSOSSOSSOS反反反反应应应应造造造造成成成成的的的的，因因因因为为为为能能能能引引引引起起起起SOSSOSSOSSOS反反反反应应应应的的的的作作作作用用用用剂剂剂剂通通通通常常常常都都都都具具具具有有有有致致致致癌癌癌癌作作作作用用用用，如如如如X-X-X-X-射射射射线

80、线线线，紫紫紫紫外外外外线线线线，烷烷烷烷化化化化剂剂剂剂，黄黄黄黄曲曲曲曲霉霉霉霉素素素素等等等等，而而而而某某某某些些些些不不不不能能能能致致致致癌癌癌癌的的的的诱诱诱诱变变变变剂剂剂剂并并并并不不不不引引引引起起起起SOSSOSSOSSOS反反反反应应应应，如如如如5-5-5-5-溴溴溴溴尿尿尿尿嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶。目目目目前前前前，有有有有关关关关致致致致癌癌癌癌物物物物的的的的一一一一些些些些简简简简便便便便检检检检测测测测方方方方法法法法就就就就是是是是根根根根据据据据SOSSOSSOSSOS反反反反应应应应原原原原理理理理而而而而设设设设计计计计的的的的，既测定细菌的既测定细菌的既测定细菌的既测定细菌的SOSSOSSOSSOS反应。反应。反应。反应。