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1、关于核酸的生物合成(8)第1页，讲稿共72张，创作于星期二遗传信息传递的遗传信息传递的 中心法则中心法则蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA生生物物的的遗遗传传信信息息以以密密码码的的形形式式储储存存在在DNA分分子子上上，表表现现为为特特定定的的核核苷苷酸酸排排列列顺顺序序。在在细细胞胞分分裂裂的的过过程程中中，通通过过DNA复复制制把把亲亲代代细细胞胞所所含含的的遗遗传传信信息息忠忠实实地地传传递递给给两两个个子子代代细细胞胞。在在子子代代细细胞胞的的生生长长发发育育过过程程中中，这这些些遗遗传传信信息息通通过过转转录录传传递递给给RNA，再再由由RNA通通
2、过过翻翻译译转转变变成成相相应应的的蛋蛋白白质质多多肽肽链链上上的的氨氨基基酸酸排排列列顺顺序序，由由蛋蛋白白质质执执行行各各种种各各样样的的生生物物学学功功能能，使使后后代代表表现现出出与与亲亲代代相相似似的的遗遗传传特特征征。后后来来人人们们又又发发现现，在在宿宿主主细细胞胞中中一一些些RNA病病毒毒能能以以自自己己的的RNA为为模模板板复复制制出出新新的的病病毒毒RNA，还还有有一一些些RNA病病毒毒能能以以其其RNA为为模模板板合合成成DNA，称称为为逆逆转转录录这这是中心法则的补充。是中心法则的补充。中中心心法法则则总总结结了了生生物物体体内内遗遗传传信信息息的的流流动动规规律律，揭
3、揭示示遗遗传传的的分分子子基基础础，不不仅仅使使人人们们对对细细胞胞的的生生长长、发发育育、遗遗传传、变变异异等等生生命命现现象象有有了了更更深深刻刻的的认认识识，而而且且以以这这方方面面的的理理论论和和技技术术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。第2页，讲稿共72张，创作于星期二（一）（一）DNA的半保留复制的概念的半保留复制的概念 DNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在复制时，两条链解开分别作为模板，在在DNA聚合酶的催化下按碱基互补的原则合聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条与模板链互补的新链，以组成新
4、的成两条与模板链互补的新链，以组成新的DNA分子。分子。这样新形成的两个这样新形成的两个DNA分子与亲代分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全一样。由于子代分子的碱基顺序完全一样。由于子代DNA分子中一条链来自亲代，另一条链是新分子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为合成的，这种复制方式称为半保留复制半保留复制。第一节第一节 DNA的生物合成的生物合成一、一、DNA的复制的复制第3页，讲稿共72张，创作于星期二T2 Genomic DNAsingle linear DNA(about 182,000 bp)第4页，讲稿共72张，创作于星期二Old strandNew strand
5、The hypothesis of semiconservativereplication proposed by Watson and Crick in 1953.第5页，讲稿共72张，创作于星期二DNA的半保留复制实验依据的半保留复制实验依据 1958年年Meselson&stahl利用氮的同位素利用氮的同位素15N标记大标记大肠杆菌肠杆菌DNA，首先证明了，首先证明了DNA的半保留复制。他们让大肠的半保留复制。他们让大肠杆菌在以杆菌在以15NH4Cl为唯一氮源的培养基中生长，经过连续培为唯一氮源的培养基中生长，经过连续培养养12代，从而使所有代，从而使所有DNA分子标记上分子标记上15N
6、。15NDNA的的密度比普通密度比普通14NDNA的密度大，在氯化铯密度梯度离心的密度大，在氯化铯密度梯度离心时，这两种时，这两种DNA形成位置不同的区带。如果将形成位置不同的区带。如果将15N标记标记的大肠杆菌转移到普通培养基中培养，经过一代之后，的大肠杆菌转移到普通培养基中培养，经过一代之后，所有所有DNA的密度都介于的密度都介于15NDNA和和14NDNA之间，即之间，即形成了一半含形成了一半含15N，一半含，一半含14N的杂合分子。两代后，的杂合分子。两代后，14N分分子和子和14N 15N杂合分子等量出现。若再继续培养，可以杂合分子等量出现。若再继续培养，可以看到看到14NDNA分子
7、增多。分子增多。第6页，讲稿共72张，创作于星期二放射性标记和密放射性标记和密度梯度离心清楚度梯度离心清楚地将半保留复制地将半保留复制和保留复制区别和保留复制区别开来。开来。第7页，讲稿共72张，创作于星期二复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图（1963年年Cairns实验：阐明了大肠杆菌染色体实验：阐明了大肠杆菌染色体DNA是是一环状分子，并以半保留方式进行复制）一环状分子，并以半保留方式进行复制）ABC环状环状DNA的复制的复制 ABC第8页，讲稿共72张，创作于星期二 用用3H-胸苷标记大肠杆菌胸苷标记大肠杆菌DNA，经过近两代，经过近两代的时间，的时间，
8、3H-胸苷掺入大肠杆菌胸苷掺入大肠杆菌DNA。用溶菌。用溶菌酶把细胞壁消化掉，使完整的大肠杆菌染色体酶把细胞壁消化掉，使完整的大肠杆菌染色体DNA释放出来，放射自显影，得到上图。非复释放出来，放射自显影，得到上图。非复制部分（制部分（C）银粒子密度较低，由一股放射性链）银粒子密度较低，由一股放射性链和一股非放射性链构成。已复制部分占整个染色和一股非放射性链构成。已复制部分占整个染色体的三分之二，其中一条双链（体的三分之二，其中一条双链（B）仅有一股）仅有一股链是标记的，另外一股双链（链是标记的，另外一股双链（A）的两股链）的两股链都是标记的，银粒子密度为前二者的两倍。染都是标记的，银粒子密度为
9、前二者的两倍。染色体全长约为色体全长约为1100微米。微米。第9页，讲稿共72张，创作于星期二基因组能进行独立复制的单位称基因组能进行独立复制的单位称复制子复制子，每个复制每个复制子都含有一个复制起点子都含有一个复制起点 。原核生物的染色体和质粒、真核生物的细胞器原核生物的染色体和质粒、真核生物的细胞器DNA都是都是环状双链分子环状双链分子，它们都是，它们都是单单复制子，都在一个复制子，都在一个固定的起点开始复制，复制方向大多数是固定的起点开始复制，复制方向大多数是双向双向的，的，少数是单向复制。多数是对称复制，少数是不对称少数是单向复制。多数是对称复制，少数是不对称复制（一条链复制后才进行另
10、一条链的复制）。环复制（一条链复制后才进行另一条链的复制）。环状状DNA的复制眼象的复制眼象，称，称形复制形复制。（二）（二）DNA复制的起点和方式复制的起点和方式第10页，讲稿共72张，创作于星期二Visualization of bidirectional DNA replication第11页，讲稿共72张，创作于星期二 真核生物的染色体真核生物的染色体DNA是是线形双链分子线形双链分子，含有许多复制起点，因此是含有许多复制起点，因此是多复制子多复制子，每个复制，每个复制子约有子约有100-200Kb。人体细胞平均每个染色体含。人体细胞平均每个染色体含有有1000个复制子。个复制子。病毒
11、病毒DNA多种多样，环状或线形，双链多种多样，环状或线形，双链或单链，但都是或单链，但都是单复制子单复制子。复制方向复制方向:定点起始，复制方向大多数是双向的（等速定点起始，复制方向大多数是双向的（等速进行或异速进行），形成两个复制叉，少数是进行或异速进行），形成两个复制叉，少数是单向复制，形成一个复制叉。单向复制，形成一个复制叉。第12页，讲稿共72张，创作于星期二DNA的双向和单向复制的双向和单向复制环状环状 DNA复制时复制时所形成的所形成的结构结构起始点起始点复制叉的推进复制叉的推进复制叉复制叉起始点起始点起始点起始点起始点起始点复制叉复制叉复制叉复制叉未复制未复制DNA单向复制单向复
12、制双向复制双向复制放射自显影实验，在放射自显影实验，在复制复制开始时，先用低放射性的开始时，先用低放射性的3H脱氧胸苷标记大肠杆菌，脱氧胸苷标记大肠杆菌，经数分钟后再转移到高放射经数分钟后再转移到高放射性性3H脱氧胸苷培养基中。脱氧胸苷培养基中。第13页，讲稿共72张，创作于星期二（三）原核生物（三）原核生物（三）原核生物（三）原核生物DNADNA聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类1.DNA聚合酶（聚合酶（DNA polymetases）2.引物酶和引发体引物酶和引发体（primosome）：）：启动启动RNA引物链的合成。引物链的合成。3.DNA连接酶（
13、连接酶（DNA ligase）4.DNA解链酶解链酶(DNA helicase)解旋酶解旋酶DNA聚聚合酶合酶III解链酶解链酶RNA引物引物引物酶和引物酶和引发体引发体DNA聚聚合酶合酶ISSB335355RNA引物引物第14页，讲稿共72张，创作于星期二5.单链结合蛋白单链结合蛋白(single-strand binding protein，SSB)：结合在解开的结合在解开的DNA单链上，防止重新形单链上，防止重新形成双螺旋。成双螺旋。6.拓扑异构酶拓扑异构酶(topoisomerase):兼具内切酶和连接酶兼具内切酶和连接酶活力，能迅速将活力，能迅速将DNA超螺旋或双螺旋紧张状态超螺旋或
14、双螺旋紧张状态变成松驰状态，便于解链。变成松驰状态，便于解链。拓扑异构酶拓扑异构酶I使使DNA的一条链发生断裂和再连接，的一条链发生断裂和再连接，反应无须供给能量，主要集中在活性转录区，反应无须供给能量，主要集中在活性转录区，与转录有关。与转录有关。拓扑异构酶拓扑异构酶使使DNA的两条链同时断裂和再连的两条链同时断裂和再连接，当它引入超螺旋时需要由接，当它引入超螺旋时需要由ATP供给能量。供给能量。分布在染色质骨架蛋白和核基质部，与复制有关。分布在染色质骨架蛋白和核基质部，与复制有关。第15页，讲稿共72张，创作于星期二1.DNA聚合酶聚合酶 1956年年Kornberg 等首先从大肠杆菌提取
15、液中发等首先从大肠杆菌提取液中发现现DNA聚合酶。在有适量聚合酶。在有适量DNA和和Mg2+存在时，该酶能存在时，该酶能催化四种脱氧核糖核苷三磷酸合成催化四种脱氧核糖核苷三磷酸合成DNA。dATP、dGTP、dCTP和和dTTP四种脱氧核糖核苷三磷酸缺一四种脱氧核糖核苷三磷酸缺一不可；它们不能被相应的二磷酸或一磷酸化合物取代，不可；它们不能被相应的二磷酸或一磷酸化合物取代，也不能被核糖核苷酸取代。也不能被核糖核苷酸取代。DNA的聚合反应表示如下：的聚合反应表示如下：n1dATPn2dGTPn3dCTPn4dTTP+DNADNA聚合酶聚合酶Mg2+dAMPdGMPdCMPdTMPDNA+（n1+
16、n2+n3+n4）PPin第16页，讲稿共72张，创作于星期二Arthur Kornberg won the 1959 Nobel Prizein Medicine for his discovery of the mechanism in the biological synthesis of deoxyribonucleic acid(before Watson and Crick won theirs!)1918,3,3-2007,10,26 1918,3,3-2007,10,26 第17页，讲稿共72张，创作于星期二大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶全酶全酶的结构和功能的结构和功能 延
17、长因子延长因子DNA聚合酶聚合酶 两个两个 亚基夹住亚基夹住DNADNA聚合酶聚合酶异异二聚体二聚体核心酶核心酶校对校对引物的结引物的结合和识别合和识别促使核心促使核心酶二聚化酶二聚化第18页，讲稿共72张，创作于星期二DNA polymerase III第19页，讲稿共72张，创作于星期二*大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶比较聚合酶比较第20页，讲稿共72张，创作于星期二DNA聚合酶催化的链延长反应聚合酶催化的链延长反应5RNA引物引物子链子链33553355335模板链模板链第21页，讲稿共72张，创作于星期二DNA聚合酶催化的链延长反应聚合酶催化的链延长反应 在在DNA聚合酶催化的链延长反应
18、中，链的游离聚合酶催化的链延长反应中，链的游离3羟基羟基对进入的脱氧核糖核苷三磷酸磷原子发生亲核攻击，形成对进入的脱氧核糖核苷三磷酸磷原子发生亲核攻击，形成3,5 磷酸二酯碱并脱下焦磷酸。磷酸二酯碱并脱下焦磷酸。(dNTP)第22页，讲稿共72张，创作于星期二 DNA聚合酶的反应特点（聚合酶的反应特点（P413）：）：1）以四种脱氧核糖核苷三磷酸作底物；）以四种脱氧核糖核苷三磷酸作底物；2）反应需要接受模板的指导；）反应需要接受模板的指导；3）反应需要有引物）反应需要有引物3羟基存在；羟基存在；4）DNA链的生长方向为链的生长方向为5 3；5）产物）产物DNA的性质与模板相同。的性质与模板相同
19、。第23页，讲稿共72张，创作于星期二 DNA聚合反应必备的条件聚合反应必备的条件（1）DNA聚合酶聚合酶（2）DNA模板（反转录时用模板（反转录时用RNA模板）模板）（3）引物（）引物（DNA、RNA或蛋白质）或蛋白质）（4）4种种dNTP（5）Mg2+第24页，讲稿共72张，创作于星期二DNA聚合酶的聚合酶的3 5外切酶水解位点外切酶水解位点3355错配碱基错配碱基3-5核酸外切核酸外切酶水解位点酶水解位点第25页，讲稿共72张，创作于星期二DNA聚合酶聚合酶5 3外切酶活力外切酶活力5-3核酸外切酶核酸外切酶水解位点水解位点单链缺口单链缺口5第26页，讲稿共72张，创作于星期二DNA聚合
20、酶聚合酶水解引物并填补水解引物并填补缺口缺口第27页，讲稿共72张，创作于星期二2.DNA连接酶2.DNA连接酶连接酶DNA ligase first transfers an AMP moiety to the 5phosphate group(from NAD+or ATP)before making a phosphodiester bond.第28页，讲稿共72张，创作于星期二第29页，讲稿共72张，创作于星期二DNA复制酶系总览复制酶系总览第30页，讲稿共72张，创作于星期二（四）原核细胞（四）原核细胞DNA的半不连续复制过程的半不连续复制过程前导链前导链（leading stran
21、d）：当复制叉沿：当复制叉沿DNA向前移动时，向前移动时，由于两条模板链是反向平行的，而由于两条模板链是反向平行的，而DNA聚合酶只能以聚合酶只能以53的方向合成新链，同时新链必须与模板链反向平行，的方向合成新链，同时新链必须与模板链反向平行，碱基配对。这样，以走向碱基配对。这样，以走向35的亲代链为模板，子代链的亲代链为模板，子代链就能连续合成，称为就能连续合成，称为前导链前导链；滞后链滞后链（lagging strand）：以走向：以走向53的亲代链为模板的亲代链为模板，在其上在其上DNA也是以也是以53方向合成，因此和复制叉移动方向合成，因此和复制叉移动的方向正好相反，所以随着复制叉的移
22、动，形成许多不连的方向正好相反，所以随着复制叉的移动，形成许多不连续的片段，最后连成一条完整的续的片段，最后连成一条完整的DNA链，该链称为滞后链，该链称为滞后链链。第31页，讲稿共72张，创作于星期二复制叉的移复制叉的移动方向动方向解旋酶解旋酶DNA聚合酶聚合酶III解链酶解链酶RNA引物引物引发体引发体DNA聚聚合酶合酶ISSB335前导链前导链随后链随后链35复制的起始复制的起始DNA链的延长链的延长DNA链终止链终止5RNA引物引物33半不连续复制过程半不连续复制过程第32页，讲稿共72张，创作于星期二 复制体：复制体：在在DNA合成的生长点（既复制叉上）合成的生长点（既复制叉上）分布
23、着许多与复制有关的酶和辅助因子，它们分布着许多与复制有关的酶和辅助因子，它们在在DNA的模板链形成离散的复合物，彼此的模板链形成离散的复合物，彼此配合进行高度精确的复制，称为配合进行高度精确的复制，称为复制体复制体。复。复制体沿着复制叉方向前进就合成制体沿着复制叉方向前进就合成DNA。第33页，讲稿共72张，创作于星期二聚合酶聚合酶III核心酶核心酶大肠杆菌复制大肠杆菌复制体结构示意图体结构示意图聚合酶聚合酶I聚合酶聚合酶III核心酶核心酶滞后链滞后链前导链前导链解螺旋酶解螺旋酶引物合成酶引物合成酶RNA引物引物引发体引发体拓扑异构酶拓扑异构酶II-夹子夹子-聚体聚体-夹子夹子 -复合物复合物
24、RNA引物引物单链结合蛋白单链结合蛋白（SSB）第34页，讲稿共72张，创作于星期二E.coli基因结构及复制起始点基因结构及复制起始点第35页，讲稿共72张，创作于星期二大肠杆菌大肠杆菌复制起点成串排列的重复序列复制起点成串排列的重复序列GATCTNTTNTTT成串排列的成串排列的三个三个13bp序列序列共有序列共有序列共有序列共有序列TTATCCACA DnaA蛋白结合位点蛋白结合位点四个四个9bp序列序列DnaADnaB（解螺旋酶）解螺旋酶）SSB大肠杆菌大肠杆菌DNA复制起点在起始阶段的结构模型复制起点在起始阶段的结构模型第36页，讲稿共72张，创作于星期二1.复制的起始复制的起始起始
25、起始：当：当DNA的双螺旋解开后，合成的双螺旋解开后，合成RNA引物的引物的过程。过程。引发体引发体：引物合成酶与各种蛋白质因子构成的：引物合成酶与各种蛋白质因子构成的复合体，负责复合体，负责RNA引物的合成。引发体沿着模板引物的合成。引发体沿着模板链链53方向移动（与冈崎片段合成的方向正好相方向移动（与冈崎片段合成的方向正好相反，而与复制叉移动的方向相同），移到一定位反，而与复制叉移动的方向相同），移到一定位置上即可引发置上即可引发RNA引物的合成。引物的合成。（1）DNA解旋、解链、形成复制叉；解旋、解链、形成复制叉；（2）RNA引物合成。引物合成。第37页，讲稿共72张，创作于星期二在复
26、制开始时，在复制开始时，先用先用低低放射性放射性的的3H脱氧胸脱氧胸苷苷标记大肠杆标记大肠杆菌。经数分钟菌。经数分钟后，再转移到后，再转移到含有含有高高放射性放射性的的3H脱氧胸脱氧胸苷培养基中继苷培养基中继续进行标记。续进行标记。第38页，讲稿共72张，创作于星期二 电镜下的电镜下的T7 DNA（线形）（线形）复制复制1.一旦母链解链，子链就开始合成一旦母链解链，子链就开始合成(no complete unwinding of chains);2.复制通常是从内部特定位点开始复制通常是从内部特定位点开始(not from the ends,not random);3.复制进程沿着两个方向进行
27、复制进程沿着两个方向进行(determined by measuring the distance between the replication fork and the ends)ReplicationoriginReplicationforks第39页，讲稿共72张，创作于星期二Denatured loops(single-stranded)Nondenatured DNA(double-stranded)变性图谱变性图谱 The denatured loops are reproducible and thus can be used as points of reference (D
28、NA replication starts at specific origins).第40页，讲稿共72张，创作于星期二Only one RNA primer is needed for synthesizing the leading strand.(DnaB)第41页，讲稿共72张，创作于星期二*大肠杆菌复制叉上的蛋白质大肠杆菌复制叉上的蛋白质第42页，讲稿共72张，创作于星期二RNA primers are repeatedly formed by the primase on the lagging strand.第43页，讲稿共72张，创作于星期二2.复制的延伸复制的延伸（1）子链
29、延长；）子链延长；（2）半不连续合成。前导链只需要一个半不连续合成。前导链只需要一个RNA引物，引物，后随链的每一个冈崎片段都需要一个后随链的每一个冈崎片段都需要一个RNA引物，引物，链的延长反应由链的延长反应由DNA pol.催化。催化。第44页，讲稿共72张，创作于星期二Elongation of a DNA chain(dNTP)合成合成DNA的基本反应是一个亲核进攻反应。延伸链上的的基本反应是一个亲核进攻反应。延伸链上的3 OH进攻根据碱基配对进入的进攻根据碱基配对进入的5 dNTP上的上的磷：新磷：新合成的合成的DNA总是沿着的总是沿着的5 3方向进行。方向进行。第45页，讲稿共72
30、张，创作于星期二DNA synthesis on the leading and lagging strands第46页，讲稿共72张，创作于星期二第47页，讲稿共72张，创作于星期二第48页，讲稿共72张，创作于星期二第49页，讲稿共72张，创作于星期二第50页，讲稿共72张，创作于星期二（3）RNA引物的切除及缺口补齐引物的切除及缺口补齐DNA pol的的5 3外切活力，切除外切活力，切除RNA引物。引物。DNApol的的5 3合成活性补齐缺口合成活性补齐缺口（4）DNA切口的连接切口的连接DNA ligase，动物、真核由，动物、真核由ATP供能，原核供能，原核由由NAD供能。供能。3.
31、DNA合成的终止合成的终止 环状环状DNA、线性、线性DNA，复制叉相遇即终，复制叉相遇即终止。止。第51页，讲稿共72张，创作于星期二DNA的复制过程的复制过程第52页，讲稿共72张，创作于星期二连接酶连接两个冈崎片段连接酶连接两个冈崎片段第53页，讲稿共72张，创作于星期二连连接接酶酶连连接接切切口口Mg2+连接酶连接酶ATP或或NADAMP+PPi或或NMN+AMPATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPPOHTGGATCGPTTPPPAACCTGAPACPPPTGGP切口33555533模板链模板链模板链模板链第54页，讲稿共72张，创作于星期二大肠杆菌染色体大肠杆菌染色体复制的
32、终止复制的终止oriC复制叉复制叉2复制叉复制叉1终止复制叉终止复制叉2终止复制叉终止复制叉1复制叉复制叉1复制叉复制叉2完成复制完成复制DNA拓扑异构酶拓扑异构酶连锁染色体连锁染色体第55页，讲稿共72张，创作于星期二The two newly synthesized circular chromosomal DNAs are topologically interlinked(catenated)and is finally separated by the action of a Type II topoisomerases.第56页，讲稿共72张，创作于星期二DNA复制过程小结：复制过
33、程小结：（1）DNA解螺旋酶解螺旋酶解开双链解开双链DNA。（2）SSB结合结合于于DNA单链。单链。（3）DNA旋转酶旋转酶引入负超螺旋，消除复制叉前引入负超螺旋，消除复制叉前进时带来的扭曲张力。进时带来的扭曲张力。（4）DNA引物酶引物酶(在引发体中在引发体中)合成合成RNA引物。引物。（5）DNA pol.在两条新生链上合成在两条新生链上合成DNA。（6）DNA pol切除切除RNA引物，并补上引物，并补上DNA。（7）DNA ligase连接冈崎片段。连接冈崎片段。第57页，讲稿共72张，创作于星期二（五）复制的忠实性（五）复制的忠实性 DNA复制过程是一个高度精确的过程，据复制过程是
34、一个高度精确的过程，据估计，大肠杆菌估计，大肠杆菌DNA复制复制5 109碱基对仅出现一碱基对仅出现一个误差，保证复制忠实性的原因主要有以下三点个误差，保证复制忠实性的原因主要有以下三点:DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循碱聚合酶的高度专一性（严格遵循碱 基基配对原则，但错配率为配对原则，但错配率为7 10-6）DNA聚合酶的校对功能（错配碱基被聚合酶的校对功能（错配碱基被3-5外外切酶切除）切酶切除）起始时以起始时以RNA作为引物作为引物第58页，讲稿共72张，创作于星期二DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能聚合酶聚合酶错配碱基错配碱基复制方向复制方向正正 确核确核苷酸苷酸55555533
35、3333切除错配核切除错配核苷酸苷酸第59页，讲稿共72张，创作于星期二起始时以起始时以RNA作为引物的作用作为引物的作用 DNA复制为什么要合成一个复制为什么要合成一个RNA引物，而后又把这个引物，而后又把这个引物消除呢？这是保证引物消除呢？这是保证DNA聚合过程高度精确的又一措施。聚合过程高度精确的又一措施。已知已知DNA 聚合酶具有聚合酶具有35 外切酶功能外切酶功能校对复制过程中的校对复制过程中的核苷酸核苷酸，也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，总是检查前一个碱基是否正确，这就决定了它不能从头开始总是检查前一个碱基是否正确，这就决
36、定了它不能从头开始合成。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始合成。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始DNA的合的合成，并以核糖核苷酸来表示是成，并以核糖核苷酸来表示是“暂时暂时”的，当的，当DNA开始聚合开始聚合以后再以后再以以53 外切酶的功能切除外切酶的功能切除，以高忠实性的脱氧核苷，以高忠实性的脱氧核苷酸取而代之，确保复制的忠实性。酸取而代之，确保复制的忠实性。第60页，讲稿共72张，创作于星期二（六）真核细胞（六）真核细胞DNA复制的特点复制的特点 多个起点复制多个起点复制起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点 真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶 端粒（端粒（tel
37、omere）复制）复制第61页，讲稿共72张，创作于星期二1.真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶 相对分子质量相对分子质量亚基数亚基数细胞内分布细胞内分布酶活力百分比酶活力百分比外切酶活力外切酶活力DNA聚合酶聚合酶 110-23，000多个多个细胞核细胞核80%无无120，000一个一个细胞核和线粒体细胞核和线粒体2 15%无无400，000一个一个细胞核细胞核+10 25%5-3 外切酶外切酶DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 45，000一个一个细胞核细胞核10 15%无无第62页，讲稿共72张，创作于星期二2.端粒酶端粒酶（telomerase）DNA复制需要
38、引物，但在线形复制需要引物，但在线形DNA分子末端不可分子末端不可能通过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段。能通过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段。如果没有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细如果没有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越短。这一难题是通过端粒酶的发胞传代中变得越来越短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了澄清，端粒酶是一种含现才得到了澄清，端粒酶是一种含RNA的蛋白复合物，的蛋白复合物，实质上是一种逆转录酶，它能催化互补于实质上是一种逆转录酶，它能催化互补于RNA模板模板的的DNA片段的合成，使复制以后的线形片段的合成，使复制以后的线形DNA分子的
39、分子的末端保持不变。末端保持不变。初步研究表明，人体中生殖细胞的端粒长度保持初步研究表明，人体中生殖细胞的端粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度则随个体的老化而逐步缩不变，而体细胞的端粒长度则随个体的老化而逐步缩短。对此的一个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活短。对此的一个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活力，体细胞则否。这一问题的解决无疑会有助于对生力，体细胞则否。这一问题的解决无疑会有助于对生命衰老的认识。命衰老的认识。53AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶端粒酶第63页，讲稿共72张，创作于星期二端粒合成的一种模型端粒合成的一种模型35TTTTGGGGTTTTG53AAAACCCCA
40、AAACCCCCCAAA35TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG53AAAACCCCAAAACCCCCCAAATTGGGTGGGT35AATTTTG53AAAACCCCAAAACCCCCCAGTTTTG 整合和杂整合和杂交交移位和移位和再杂交再杂交端粒合成的完成端粒合成的完成TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT53nAA3TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT53TTCCCCT nAA3TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT53TTAAAACCCC AAAACCCC AAAACCCCT n进一步加工进一步加工继续继续延伸延伸第64页
41、，讲稿共72张，创作于星期二真核和原核真核和原核DNA细胞复制比较细胞复制比较第65页，讲稿共72张，创作于星期二二、二、DNA的损伤与修复的损伤与修复 某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，化学诱变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作用于其机理是作用于DNA，造成，造成DNA结构和功能的破坏，结构和功能的破坏，称为称为DNA的损伤。的损伤。DNA的修复主要有以下类型的修复主要有以下类型:暗修复暗修复（四）诱导修复（四）诱导修复（SOS修复）修复）（一）（一）光裂合酶修复光裂合酶修复（二（二）切除修复切
42、除修复（三）重组修复（三）重组修复 第66页，讲稿共72张，创作于星期二DNA紫外线损伤的光裂合酶修复紫外线损伤的光裂合酶修复1.形成嘧啶二聚体形成嘧啶二聚体2.光复合酶结合于光复合酶结合于损伤部位损伤部位3.酶被可见光激活酶被可见光激活4.修复后酶被释放修复后酶被释放第67页，讲稿共72张，创作于星期二DNA的损伤和切除修复的损伤和切除修复碱基丢失碱基丢失碱基缺陷或错配碱基缺陷或错配结构缺陷结构缺陷切开切开核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切除切除DNA聚合酶聚合酶DNA连接连接酶酶AP核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切开切开切除切除修复修复连接连接糖苷酶糖苷酶插入酶插入酶碱基
43、取碱基取代代第68页，讲稿共72张，创作于星期二DNA的重组修复的重组修复胸腺嘧啶二胸腺嘧啶二聚体聚体复制复制核酸酶及重组核酸酶及重组蛋白蛋白修复复制修复复制DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶重组重组第69页，讲稿共72张，创作于星期二SOS反应的机制反应的机制未诱导的细胞未诱导的细胞靶基因靶基因lexA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏recA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏（40个不同的位点被阻遏）个不同的位点被阻遏）LexA(阻遏物阻遏物)RecA(辅蛋白酶辅蛋白酶)靶基因表达靶基因表达lexA靶基因表达靶基因表达 但产物被分解但产物被分解recA大量
44、表达大量表达RecA促使促使分解分解LexA诱导的细胞诱导的细胞单链单链DNAATP第70页，讲稿共72张，创作于星期二三、三、DNA的突变（自变）的突变（自变）DNA分子中的核苷酸序列发生突然而稳定的改变，从而分子中的核苷酸序列发生突然而稳定的改变，从而导致导致DNA的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的遗传特性，称为表现出异常的遗传特性，称为DNA的突变的突变。它包括由于。它包括由于DNA损伤和错配得不到修复而引起的突变，以及由于不同损伤和错配得不到修复而引起的突变，以及由于不同DNA分子分子之间的交换而引起的遗传重组。之间的交换而引起的遗传重组。（二）诱变剂的作用（二）诱变剂的作用 碱基类似物碱基类似物(base analog)碱基修饰剂碱基修饰剂(base modifier)嵌入染料嵌入染料(intercalation dye)紫外线紫外线(ultraviolet)和电离辐射和电离辐射(ionizing radiation)（一）突变的类型（一）突变的类型 碱基对的置换碱基对的置换(substitution)移码突变移码突变(framesshift mutation)第71页，讲稿共72张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第72页，讲稿共72张，创作于星期二