第三篇基因信息的传递 蛋白质蛋白质遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则 （（central dogma））Francis Crick (1916-2004 )DNARNA复复复复 制制制制转转转转 录录录录复复复复 制制制制逆转录逆转录逆转录逆转录翻翻翻翻 译译译译? 主要内容主要内容 ● DNA的生物合成的生物合成 —— 复制复制 ● RNA的生物合成的生物合成 —— 转录转录 ● 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 —— 翻译翻译 ● 基因表达基因表达调控调控 ● 基因重组与基因重组与基因工程基因工程 DNA的生物合成的生物合成( (复制复制) )DNA Biosynthesis，，Replication 第第 十十 章章DNA DNADNA DNARNA DNARNA DNADNADNA的损伤修复的损伤修复的损伤修复的损伤修复 复制复制( (replication)以母链以母链DNA为模板合成子链为模板合成子链DNA的过程亲代亲代DNA复制复制子代子代DNA 本章主要内容：本章主要内容： • 复制的基本规律复制的基本规律 • DNA复制的酶学和拓扑学变化复制的酶学和拓扑学变化 • 复制的过程复制的过程 • 逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式 • DNA损伤损伤(突变突变)与修复与修复 复制的基本规律复制的基本规律Basic Rules of DNA Replication 第一节第一节 l半保留复制半保留复制 l双向复制双向复制 l方向性方向性l半不连续复制半不连续复制 l高保真性高保真性DNA复制的特点复制的特点 AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA 复制过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNA 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子子代代细细胞胞的的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为为新新合合成成。
两两个个子子细细胞胞的的DNA都都和和亲亲代代DNA碱碱基基序序列列一一致致这种复制方式称为半保留复制这种复制方式称为半保留复制•半保留复制的概念半保留复制的概念 复制几种可能方式复制几种可能方式 全保留式全保留式 半保留式半保留式 混合式混合式 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半保留复制的意义半保留复制的意义 按半保留复制方式，子代按半保留复制方式，子代DNA与亲代与亲代DNA的的碱基序列一致碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的传信息，体现了遗传的保守性保守性(保真性保真性) 二、双向复制二、双向复制从从起始点起始点(origin)开始向两个方向解链，形成开始向两个方向解链，形成两个方向相反的复制叉两个方向相反的复制叉，称为双向复制称为双向复制 真核生物真核生物每个染色体有每个染色体有多个起始点多个起始点，是多复，是多复制子的复制制子的复制习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个个复制子复制子(replicon) 。
复制子是独立完成复制的功能单位复制子是独立完成复制的功能单位高等生物有数以万计的复制子，长度差异很高等生物有数以万计的复制子，长度差异很大大 真核生物的多复制子复制真核生物的多复制子复制复复制制进进程程 真核生物的多复制子复制电镜图真核生物的多复制子复制电镜图 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的双向复制制子的双向复制 3 5 3 5 3´5´3´5´解链方向解链方向领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)3´5´三、三、DNADNA的半不连续复制的半不连续复制冈崎片段冈崎片段子链沿母链模板复制，只能从子链沿母链模板复制，只能从5 5’向向3 3’延延伸同一个复制叉上只能有一个解链方向同一个复制叉上只能有一个解链方向 DNADNA的半不连续复制的半不连续复制 •复复制制的的方方向向与与解解链链方方向向相相同同，，复复制制是是连连续续进进行行的的，，这条这条子链子链称为称为领头链（前导链）领头链（前导链）•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，，这这条条不连续不连续复制的复制的子链子链称为称为随从链（后随链）随从链（后随链）。
•随随从从链链中中的的不不连连续续片片段段称称为为冈冈崎崎片片段段( (okazakiokazaki fragment)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 DNA复制的酶学复制的酶学The Enzymology of DNA Replication第二节第二节 dNTP 依赖依赖DNA的的DNA聚合酶，简写为聚合酶，简写为 DNA-pol解开成单链的解开成单链的DNA母链母链短链短链RNA，，提供提供3 -OH末端末端使使dNTP可以依可以依次聚合次聚合 底物底物:聚合酶聚合酶:模板模板:引物引物:其他的酶和蛋白质因子其他的酶和蛋白质因子•参与参与DNA复制的物质复制的物质 （（N=A、、T、、G、、C）） •聚合反应的特点：聚合反应的特点：需要需要引物引物和和模板模板；； 新链的延长新链的延长5 → 3 方向方向复复制制的的化化学学反反应应(dNMP)n + dNTP → (dNMP)n+1 + PPi 全称：全称：依赖依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase DDDP ) (DNA-directed DNA polymerase DDDP )缩写：缩写：DNA-pol 、、DDDP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二、二、DNA聚合酶聚合酶 1959 年获诺贝尔生理学或医学奖年获诺贝尔生理学或医学奖 奥乔亚奥乔亚 科恩伯格科恩伯格 Severo Ochoa Arthur Kornberg 核酸外切酶活性核酸外切酶活性3 → 5 外切酶外切酶活性活性能辨认错配的碱基对，能辨认错配的碱基对，并将其水解。
并将其水解 （校读）（校读）5 → 3 外切酶活外切酶活性能性能切除突变的切除突变的 DNA片片段段，，切除切除RNA引物引物 3 3 3 3’’’’ 5 5 5 5’ ’ ’ ’ 5 5 5 5’’’’ 3 3 3 3’’’’ 外切酶外切酶外切酶外切酶 聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶N NC C 5 5 5 5’’’’ 3 3 3 3’’’’外切酶外切酶外切酶外切酶小片段小片段小片段小片段大片段（大片段（大片段（大片段（ klenowklenow片段）片段）片段）片段）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校读校读校读校读功能功能功能功能（（（（常用的工具酶）常用的工具酶）常用的工具酶）常用的工具酶）聚合功能聚合功能聚合功能聚合功能DNA-pol Ⅰ（（109kD）） DNA-pol ⅡⅡ（（120kD））• DNA-pol II基因发生突变，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 εε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 Ⅲ(250kD)7-107-10个亚基组成的不对个亚基组成的不对称二聚体称二聚体核心酶（核心酶（αα2 2εε2 2 2 ））αα亚基催化磷酸二酯亚基催化磷酸二酯键键的形成εε亚基具有亚基具有3 3’’→5→5’’核酸外切酶核酸外切酶 活性及碱基选择功能活性及碱基选择功能滑动夹子（两个滑动夹子（两个 亚基）亚基）（（2 围绕双螺旋形成一个围绕双螺旋形成一个 环，模板链从该环通过）环，模板链从该环通过）——夹夹稳模板并沿模板滑动稳模板并沿模板滑动 复合物复合物 —— 夹子装载夹子装载 亚基与模板的结合亚基与模板的结合 DNA-DNA-polpolⅢ全酶全酶（二聚体）（二聚体）每一个单体都具有催每一个单体都具有催化活性，一个作用于领头链，另一个作用于随从化活性，一个作用于领头链，另一个作用于随从链，使两股链在链，使两股链在同一位置沿同一方向同一位置沿同一方向进行合成进行合成 亚基）亚基）（核心酶）（核心酶）3 3' '5 5' '5'5' DNA DNA polpolⅢⅢ同时合成两条子链同时合成两条子链 主要复制酶主要复制酶参与参与DNADNA损伤损伤的应急状态修的应急状态修复复修复合成修复合成切除引物切除引物填补空缺填补空缺功能功能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 I原核生物的三种原核生物的三种DNA聚合酶聚合酶 （二）真核生物的（二）真核生物的DNA聚合酶聚合酶真核生物真核生物DNA-PolDNA-Pol αDNA-Pol βDNA-Pol γDNA-Pol δDNA-Pol ε分子量分子量（（kD））5’→3’聚合活性聚合活性3’→5’外切活性外切活性功能功能16.54014.012.525.5中中起始引发起始引发引物酶活性引物酶活性-+？？高高高高高高++-低保真度的低保真度的复制复制线粒体线粒体DNA的的复制复制延长子链的延长子链的主要酶主要酶解螺旋酶活性解螺旋酶活性填补引物空隙填补引物空隙切除修复切除修复重组重组 为为了了保保证证遗遗传传的的稳稳定定，，DNA的的复复制制必必须须具具有有高高保保真性。
真性DNA复制时的保真性主要与下列因素有关：复制时的保真性主要与下列因素有关： 1．遵守严格的碱基配对规律；．遵守严格的碱基配对规律； 2．．DNA聚聚合合酶酶在在复复制制时时对对碱碱基基的的正正确确选选择择(pol Ⅲ 亚基亚基)；； 3．对复制过程中出现的错误及时进行校正．对复制过程中出现的错误及时进行校正 三、三、DNADNA复制的复制的保真性保真性(fidelity)(fidelity)：： DNA-DNA-polpol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；并用其聚合的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合酶活性掺入正确配对的底物酶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不表现外切酶活性不表现外切酶活性 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，分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把只有把DNA解成单链，它才能起模板作解成单链，它才能起模板作用 理顺理顺DNA链链拓扑异构酶拓扑异构酶 (gyrA, B)稳定已解开的单链稳定已解开的单链单链单链DNA结合蛋白结合蛋白SSB催化催化RNA引物生成引物生成引物酶引物酶DnaG (dnaG)运送和协同运送和协同 DnaBDnaC (dnaC)解开解开DNA双链双链解螺旋酶解螺旋酶DnaB (dnaB)辨认起始点辨认起始点DnaA (dnaA)蛋白质（基因）蛋白质（基因）通用名通用名功能功能原核生物复制起始的相关蛋白质原核生物复制起始的相关蛋白质 E. Coli 基因图基因图目目 录录 1、解螺旋酶、解螺旋酶(helicase)——利用利用ATP供能，使供能，使DNA双螺旋解开成两条单链双螺旋解开成两条单链运送和协同运送和协同DnaBDnaC (dnaC)解开解开DNA双链双链解螺旋酶解螺旋酶DnaB (dnaB)辨认起始点辨认起始点DnaA (dnaA)蛋白质（基因）蛋白质（基因）通用名通用名功能功能 解螺旋酶解螺旋酶 2、单链、单链DNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB)①①保持模板处于单链状态保持模板处于单链状态②②保护单链的完整保护单链的完整，避免核酸酶的降解，避免核酸酶的降解 n依赖依赖DNA的的RNA聚合酶聚合酶。
n对利福平不敏感对利福平不敏感n可以催化游离可以催化游离NTP聚合n在大肠杆菌中，是在大肠杆菌中，是DnaG引物（引物（primer）：）： 是是由由引引物物酶酶催催化化生生成成的的短短链链RNA，，它它可可为为DNA聚合提供聚合提供3'-OH末端3 3、引物酶、引物酶( (primeraseprimerase) ) 4、、DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase) 拓扑是指物体或图像作弹性拓扑是指物体或图像作弹性移位而又保持原有的性质移位而又保持原有的性质 10 8 局部解链后局部解链后 解解链链过过程程中中，，DNA分分子子会会过过度度拧拧紧紧、、打打结结、、缠缠绕绕、、连环等现象连环等现象 •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拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶Ⅰ拓扑异构酶拓扑异构酶Ⅲ拓扑异构酶拓扑异构酶Ⅱ原核原核真核真核转轴酶转轴酶解缠酶解缠酶切口切口-封闭酶封闭酶松弛酶松弛酶ω蛋白蛋白旋转酶旋转酶又分为又分为几种亚型几种亚型最近发现最近发现曾用名曾用名 拓扑异拓扑异构酶构酶Ⅰ切断切断DNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，闭切口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。
反应反应不需不需ATP拓扑异拓扑异构酶构酶Ⅱ切断切断DNA分子分子两股两股链，断端通过切链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛口旋转使超螺旋松弛利用利用ATP供能，连接断端，供能，连接断端， DNA分分子子进入负超螺旋进入负超螺旋状态主要）（主要）•作用机制作用机制 放大超螺旋放大超螺旋放大双螺旋放大双螺旋拓扑异构酶拓扑异构酶 I 的作用方式的作用方式OH3’P-5’拓拓扑扑酶酶I拓扑酶拓扑酶I 切断切断DNA双链中的一股，使两个双链中的一股，使两个螺旋变为一个，适当时候再封闭缺口螺旋变为一个，适当时候再封闭缺口 5 5、、DNA连接酶连接酶连连接接DNA链链3 -OH末末端端和和相相邻邻DNA链链5 -P末末端端，，使使二二者者生生成成磷磷酸酸二二酯酯键键，，从从而而把把两两段段相邻的相邻的DNA链连接成一条完整的链链连接成一条完整的链• DNA连接酶连接酶(DNA ligase)作用方式作用方式 HO5’3’3’5’DNA连接酶连接酶ATPADP+Pi5’3’5’3’ 缺口填补缺口填补: :连接双股DNA分子中一链的缺口双链DNA分子中双链的缺口不能连接二分子单链DNA DNA连接酶连接酶 应用应用: :1.1.岗崎片段之间的连接岗崎片段之间的连接. .2.DNA2.DNA损伤修复中的连接损伤修复中的连接. .3.3.一种重要的工具酶一种重要的工具酶: : 限制性内切酶切割后形成的粘性末端或限制性内切酶切割后形成的粘性末端或平头末端的连接平头末端的连接. . DNA生物合成过程生物合成过程The Process of DNA Replication第三节第三节 （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，提供模板2. 合成引物，提供合成引物，提供3 -OH末端一、原核生物的一、原核生物的DNA生物合成生物合成 E.coli复制起始点复制起始点 oriC GATTNTTTATTT ··· GATCTNTTNTATT ··· GATCTCTTATTAG ··· 1 13 17 29 32 44 ···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA58 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解链解链 解链过程解链过程•DnaA、、B、、C三种蛋白参与三种蛋白参与DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaCDnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaC 解链过程解链过程解链过程解链过程 3 5 5 3 DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaC2. 引发体和引物引发体和引物 Dna ASSB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复制起始区域的复合结构称为引发体引发体。
DnaG引物酶引物酶DNA拓扑拓扑异构酶异构酶Ⅱ 3 5 5 3 DnaB解螺旋酶解螺旋酶DnaCSSBDnaG引物酶引物酶DNA拓扑拓扑异构酶异构酶Ⅱ合成引物合成引物 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RNARNA分子 引发体的生成 （二）复制的延长（二）复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 (dNMP)n + dNTP → (dNMP)n+1 + PPi dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTP3 3'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTP 5' 3'5'OH 3'DNA-pol III复制的延长复制的延长 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 复制的延长复制的延长 下一个冈崎片下一个冈崎片下一个冈崎片下一个冈崎片段起始位点段起始位点段起始位点段起始位点 5 5 5 DNA-pol ⅠOH P5 DNA-pol ⅠdNTP5 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3 或或RNARNA酶酶 冈崎片段的连接冈崎片段的连接 •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。
处汇合三）复制的终止（三）复制的终止 terACircular dsDNABbidirectional replicationCTermination (ter)E.coliorigin复制叉复制叉 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G1→S及及G2→M的调节，与蛋白激酶活性有关的调节，与蛋白激酶活性有关 • 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实施施调调控作用 •真核生物复制子多、冈崎片段短、复制叉前进速真核生物复制子多、冈崎片段短、复制叉前进速度慢等；度慢等；• •DNADNA复制从引发进入延伸阶段发生复制从引发进入延伸阶段发生DNADNA聚合酶聚合酶αα/ /δδ转换；转换；• •切除冈崎片段切除冈崎片段RNARNA引物的是核酸酶引物的是核酸酶RNaseRNase H H和和FEN1FEN1等真核生物与原核生物真核生物与原核生物DNA复制的差异：复制的差异： 酶及有关因子蛋白质（英文代号）酶及有关因子蛋白质（英文代号） 功能功能DNA聚合酶聚合酶α（（polα）） 引发及后随链的部分合成引发及后随链的部分合成DNA聚合酶聚合酶δ（（polδ）） DNA复制主要酶复制主要酶增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（PCNA）） 滑动夹，与合成连续性有关滑动夹，与合成连续性有关拓扑异构酶（拓扑异构酶（TopoI，，TopoII ）） 母链母链DNA拓扑异构化拓扑异构化解（螺）旋酶解（螺）旋酶 解开解开DNA双螺旋双螺旋复制蛋白复制蛋白A（（RPA）） 结合单链结合单链DNA复制因子复制因子C（（RFC）） 参与滑动夹子的装配参与滑动夹子的装配DNA连接酶连接酶 连接冈崎片段连接冈崎片段核酸酶核酸酶H（（RNaseH）） 去除去除RNA引物引物侧翼核酸内切酶侧翼核酸内切酶I（（FENI）） 去除去除RNA引物引物 真核生物真核生物真核生物真核生物DNADNA复制的两种主要聚合酶及有关蛋白因子复制的两种主要聚合酶及有关蛋白因子复制的两种主要聚合酶及有关蛋白因子复制的两种主要聚合酶及有关蛋白因子 • 真真核核生生物物每每个个染染色色体体有有多多个个起起始始点点，，是是多多复复制制子子复复制制。
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不是同步起动而不是同步起动 （一）复制的起始（一）复制的起始5’5’3’复制子复制子3’ 目目 录录 3'领头链领头链随从链随从链引物引物核小体核小体（二）真核生物复制的延长（二）真核生物复制的延长亲代亲代DNA•DNA复制与核小体装配同步进行复制与核小体装配同步进行 5 3 3 5 5 3 3 5 +5 3 3 3 3 5 5 复制完成后子链末端留下空隙，母链成单链复制完成后子链末端留下空隙，母链成单链 功能功能• • 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性• • 保证保证DNA复制的完整性复制的完整性端粒的结构特点端粒的结构特点• 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• 末端末端DNA序列是多次重复的富含序列是多次重复的富含T 、、 G碱碱基的短基的短 序列TTTTGGGGTTTTGGGG…（三）真核生物端粒的复制（三）真核生物端粒的复制真核生物染色体线性真核生物染色体线性DNA分子末端的结构分子末端的结构 端粒酶端粒酶(telomerase)作用：作用：①①RNA模板模板②②逆转录酶逆转录酶端粒酶的分子结构端粒酶的分子结构组成：组成：•端粒酶端粒酶RNA •端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白•端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶 端粒酶的端粒酶的RNA端粒端粒DNA末端末端1 1、端粒酶靠、端粒酶靠hTRhTR（（AnCnAnCn））x x与母链与母链DNADNA端粒结合端粒结合2 2、以端粒酶、以端粒酶RNARNA为模版，逆转录，延长为模版，逆转录，延长DNADNA母链母链3 3、端粒酶移位、空出、端粒酶移位、空出RNARNA模板，再次延长母链，同时模板，再次延长母链，同时DNADNA母母链反摺利于下游复制延伸。
链反摺利于下游复制延伸端粒酶的端粒酶的RNA4 4、延伸足够长度后端粒酶脱离母链，代之以、延伸足够长度后端粒酶脱离母链，代之以DNA-Pol DNA-Pol 此时母链母链3 3′-OH-OH反折，同时作为引物和模板，完成末端双链复制反折，同时作为引物和模板，完成末端双链复制端粒酶的端粒酶的RNADNA-Pol 端粒及端粒及端粒酶的意义端粒酶的意义n体细胞端粒比生殖细胞端粒短；体细胞端粒比生殖细胞端粒短；n老化与端粒酶活性下降有关；老化与端粒酶活性下降有关；n肿瘤的发生与端粒酶活性有关；肿瘤的发生与端粒酶活性有关；n端粒酶不一定能决定端粒的长度端粒酶不一定能决定端粒的长度 细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂细细胞胞衰衰老老端粒酶端粒酶永永生生化化抗肿瘤靶抗肿瘤靶抗肿瘤靶抗肿瘤靶点点点点 逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways第四节第四节 逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase) 逆转录逆转录(reverse transcription) 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 一、逆转录病毒和逆转录酶一、逆转录病毒和逆转录酶逆转录病毒细胞内的逆转录过程：逆转录病毒细胞内的逆转录过程：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 逆转录逆转录 Ø HIV的生活周期的生活周期HIV增殖迅速，每天产生增殖迅速，每天产生109-1010病毒颗粒。
病毒颗粒 二、逆转录及逆转录酶的生物医学意义二、逆转录及逆转录酶的生物医学意义1. 1. 丰富和发展了中心法则丰富和发展了中心法则2. 丰富和发展了致癌理论丰富和发展了致癌理论3. 3. 在基因工程中的应用在基因工程中的应用RNARNA也可作为遗传信息的载体也可作为遗传信息的载体癌基因与病毒致癌理论癌基因与病毒致癌理论 三、滚环复制和三、滚环复制和D环复制环复制滚环复制滚环复制(rolling circle replication)：是某些：是某些低等生物的复制形式，如低等生物的复制形式，如 X174和和M13噬菌体噬菌体等 3 5 5 5 3 3 3 5'滚环复制的过程滚环复制的过程3 -OH5 -P5' 5 3 3 5 滚环复制滚环复制 dNTPDNA-pol γ D环复制环复制(线粒体线粒体)第一引物以内环为模板延伸第一引物以内环为模板延伸第二引物（反向）以外环为第二引物（反向）以外环为模板进行反向延伸模板进行反向延伸 DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage (Mutation) and Repair第五节第五节 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。
常见的常见的DNA的损伤包括碱基替代、脱落、的损伤包括碱基替代、脱落、碱基修饰、交联、链的断裂、重组等碱基修饰、交联、链的断裂、重组等 从分子水平来说，由自发的或环境的从分子水平来说，由自发的或环境的因素引起因素引起DNA一级结构的任何异常的改变一级结构的任何异常的改变称为突变称为突变，也称为，也称为DNA的损伤的损伤 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）突变导致基因型改变（二）突变导致基因型改变（三）突变导致死亡（三）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 二、引发突变的因素二、引发突变的因素•自发性自发性: 自然错配率约为自然错配率约为10-9～～10-10 左右•物理因素物理因素: 如如UV (ultra violet)、各种辐射各种辐射•化学因素化学因素: 烷化剂、碱基类似物、以及其他烷化剂、碱基类似物、以及其他一些人工合成或环境中存在的化学物质一些人工合成或环境中存在的化学物质•生物因素生物因素:黄曲霉素、病毒和抗生素类等黄曲霉素、病毒和抗生素类等 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) 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)。
发生在发生在同型碱基同型碱基之间，即嘌呤代替另之间，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. 转换转换发生在发生在异型碱基异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶之间，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 镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb (HbS) β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基因基因血红蛋白血红蛋白 -亚基的点突变亚基的点突变密码子密码子密码子密码子GAGGAG密码子密码子密码子密码子GUGGUG谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸 （二（二））缺失、插入和框移缺失、插入和框移缺失缺失：：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 缺失使阅读框前移缺失使阅读框前移插入使阅读框后移插入使阅读框后移缺失或插入点以后的密码全部改变缺失或插入点以后的密码全部改变 （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 由由基因重排基因重排引起的两种地中海贫血基因型引起的两种地中海贫血基因型目目 录录 痛痛 •错配错配 (mismatch)：：转换、颠换转换、颠换•缺失缺失 (deletion)•插入插入 (insertion)•重排重排 (rearrangement)框移突变框移突变(frame-shift) 四、四、DNA损伤的修复损伤的修复修复修复(repairing) •光修复光修复•切除修复切除修复•重组修复重组修复•SOS修复修复 修复的主要类型修复的主要类型 是对已发生分子改变的是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有补偿措施，使其回复为原有的天然状态。
的天然状态无差错修复无差错修复有差错修复有差错修复 （二）切除修复（二）切除修复是细胞内是细胞内最重要最重要和和最有效最有效的修复机制，主的修复机制，主要由要由DNA-polⅠⅠ和连接酶和连接酶完成E.coli的切除的切除修复机制修复机制目目 录录 着色性干皮病（着色性干皮病（xeroderma pigmentosum））缺乏核酸内切酶，切除修复机制不能进行，当皮肤受到紫缺乏核酸内切酶，切除修复机制不能进行，当皮肤受到紫外线照射后，外线照射后，DNA损伤不能修复，这类患者易患皮肤癌损伤不能修复，这类患者易患皮肤癌 （三）重组修复（三）重组修复 错误的模板错误的模板有缺口子链有缺口子链有损伤有损伤DNA正常的模板正常的模板无缺口子链无缺口子链复制复制RecA随复制次数增多，损伤链所占比例越来越小，逐渐被随复制次数增多，损伤链所占比例越来越小，逐渐被“稀释稀释”掉掉重组修复重组修复 DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变 （四）（四）SOSSOS修复（修复（SOS RepairSOS Repair）） 。