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1、四章遗传信息的的复制 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望基因组复制的四种形式：基因组复制的四种形式：DNA复制DNA by RNA中间体复制（少数DNA病毒）RNA复制（RNA病毒）RNA by DNA 中间体复制（逆转录病毒，真核生物端粒DNA）2第一节 DNADNA复制复制（replicationreplication）以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程一、复制特点一、复制特点1 1、起始点和方向、起始点和方向（1 1）复制起始点（）复制起始点
2、（origin of replicationorigin of replication，oriori）：）：原核生物原核生物 只有一个只有一个.真核生物有多个真核生物有多个.(2)(2)方向方向:单向复制单向复制:从两个起点从两个起点,以反向单一方向复制以反向单一方向复制 从一个起点以同一方向复制从一个起点以同一方向复制双向复制双向复制:从一个起点从一个起点,以两个相反方向复制以两个相反方向复制.P5232.复制的方式（1）半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)(semi-conservative replication)（2 2）半不连续复制）半不
3、连续复制(semi-discontinuous replication)(semi-discontinuous replication)DNA DNA 聚合酶只能以聚合酶只能以5 53 3方向催化合成方向催化合成前导链前导链(leading strand)(leading strand)后随链后随链(lagging strand):(lagging strand):岗崎片段岗崎片段45(3)(3)基本过程基本过程:复制的起始复制的起始 DNADNA链的延长链的延长 复制的终止复制的终止 具体具体:DNADNA解旋、解链解旋、解链 RNARNA引物合成引物合成 DNADNA链的延长链的延长 切除
4、引物、填补缺口切除引物、填补缺口 切除和修复错配碱基切除和修复错配碱基小电影6冈奇片段中引物的切除78二、原核生物二、原核生物DNADNA的复制的复制（一）参与复制的酶与蛋白质（一）参与复制的酶与蛋白质3030多种酶与多种酶与prpr参与参与1 1、DNADNA聚合酶（聚合酶（DNA polymeraseDNA polymerase，DNA polDNA pol）作用：催化作用：催化DNADNA合成，需合成，需MgMg2+2+大肠杆菌有三种：大肠杆菌有三种：A A：聚合作用：聚合作用：5533，10nt/sec10nt/sec，2020个个ntnt后脱落后脱落 B B：3 35 5外切酶活性：
5、校对功能外切酶活性：校对功能 C C：5533外外切切酶酶活活性性：参参与与RNARNA引引物物的的切切除除、修复作用修复作用DNA pol 1DNA pol 1(三种功能三种功能)DNA pol 2DNA pol 2功能不清楚功能不清楚DNA pol 3DNA pol 3真真正正的的复复制制酶酶，1010个个亚亚基基组组成成，1000nt/sec1000nt/sec，5000 nt5000 nt后脱落后脱落3 35 5外切酶活性：校对功能外切酶活性：校对功能92 2、引物酶：、引物酶：DNA polDNA pol只能延长，不能从头合成只能延长，不能从头合成需一小段需一小段RNARNA（RNA
6、RNA聚合酶（聚合酶（primaseprimase）催化完成）催化完成）3、解旋及解链的蛋白质解旋及解链的蛋白质 解链酶（解链酶（DNA helicaseDNA helicase）拓扑异构酶（拓扑异构酶（DNA topoisomeraseDNA topoisomerase，topotopo）单链结合蛋白（单链结合蛋白（single strand DNA binding prsingle strand DNA binding pr，SSBSSB）4 4、DNADNA连接酶连接酶(DNA ligase):(DNA ligase):连接连接DNADNA分子中的缺口分子中的缺口,需需ATP.ATP.1
7、011(二)复制过程1.1.复制的起始复制的起始:起始复合物的形成起始复合物的形成:原核生物原核生物-大肠杆菌大肠杆菌oriC+DnaA proriC+DnaA pr（局部解链）局部解链）引发前体形成引发前体形成:DnaADnaA引导引导DnaB/DnaC DnaB/DnaC 进入进入解链酶解链解链酶解链:DnaBDnaB是一种解链酶是一种解链酶Topo2 Topo2 打结打结 SSBSSB结合到单链结合到单链 引物合成引物合成:RNARNA引物合成酶引物合成酶DNA pol 3 DNA pol 3 进进入复合体入复合体:亚基识别引物亚基识别引物3 312大肠杆菌oriC基因排列示意图3个13
8、bp 序列4个9bp序列，DnaA蛋白结合位点13 2 2、DNADNA链的延长链的延长 DNA pol DNA pol 三个作用特点决定了三个作用特点决定了DNADNA链延长的特点链延长的特点 必须以必须以DNADNA为模板为模板DNADNA的复制为半保留复制的复制为半保留复制 DNA pol DNA pol 只能延长只能延长,不能从头合成不能从头合成需要需要RNARNA引物引物 合成方向只能合成方向只能5 53 3,半不连续复制半不连续复制3.3.复制的终止复制的终止一般无特殊的终止信号一般无特殊的终止信号 到到DNADNA分子末端分子末端oror两个复制叉相遇即终止两个复制叉相遇即终止1
9、4三、其他环状DNA的复制1 1、复制复制:环状环状DNADNA在在 ori ori处解链，两条链分别作为模板处解链，两条链分别作为模板进行进行 复制。复制。152 2、滚环复制、滚环复制环状环状DNA DNA 一条链解开，以未解开的链为模板，在一条链解开，以未解开的链为模板，在开链的开链的3 3端不断加上核苷酸。端不断加上核苷酸。163 3、D D环复制环复制:线粒体线粒体DNADNA的复制。的复制。17四、真核生物染色体四、真核生物染色体DNADNA的复制的复制（一）复制起始点及方向：（一）复制起始点及方向：多起点、双向复制多起点、双向复制18（二）（二）DNA pol DNA pol：D
10、NADNA链合成的引发链合成的引发：链的延长：链的延长 RNA RNA引物空隙的填补引物空隙的填补：外外切切酶酶活活性性修修复复和和校校正正 作用作用：线粒体：线粒体DNADNA复制复制、四种四种（三）末端复制与端粒酶（三）末端复制与端粒酶由由端粒酶端粒酶（telomerasetelomerase）参与完成）参与完成 逆转录酶（由逆转录酶（由RNARNA和蛋白质组成）和蛋白质组成）19 合成过程（图合成过程（图4-114-11）：）：端粒酶中端粒酶中RNARNA模板与模板与DNADNA中的中的TGTG引物结合引物结合端粒酶以端粒酶以RNARNA为模板在为模板在DNADNA末端聚合（加末端聚合（
11、加ntnt）移位：移位：DNADNA与与RNARNA重新配对重新配对聚合聚合 至于至于CACA链的合成，目前不清楚链的合成，目前不清楚2021真核复制与原核复制不同点：真核复制与原核复制不同点：1.1.真核中，引物及岗崎片段较小真核中，引物及岗崎片段较小2.真核中，同步合成组蛋白，形成核小体真核中，同步合成组蛋白，形成核小体3.真核中，在全部染色体复制完成以前，各真核中，在全部染色体复制完成以前，各oriori不能开不能开始下始下 一轮复制一轮复制.22第二节第二节 DNA DNA的损伤与修复的损伤与修复一、一、DNADNA的损伤的损伤 复制过程中发生的复制过程中发生的DNA DNA 突变突变
12、常见方式有四种：常见方式有四种：1 1、嘌呤、嘌呤嘌呤（嘌呤（ATAT）嘧啶嘧啶嘧啶（嘧啶（CGCG）2 2、嘧啶、嘧啶嘌呤嘌呤 转换转换（transitiontransition）颠换颠换（transversiontransversion）点突变点突变point mutationpoint mutation3.3.移码突变（移码突变（frame shift mutationframe shift mutation）：丢失：丢失oror插入插入一个一个or or 一段一段ntsnts4 4、链内或链间发生共价连接、链内或链间发生共价连接.如如 T-T,C-T,C-C T-T,C-T,C-C23
13、二、二、DNADNA损伤的修复损伤的修复（一）光修复：（一）光修复：图图4-12 4-12 光复活酶光复活酶（photolasephotolase）24（二）切除修复：图（二）切除修复：图4-134-13内切酶切除损伤内切酶切除损伤DNADNA DNA DNA pol pol 1 1 填填补补空空隙隙 DNA DNA连接酶封口连接酶封口主要修复方式主要修复方式25（三）重组修复（三）重组修复（recombination repairingrecombination repairing）复复制制（损损伤伤部部位位调过）调过）重重组组修修补补缺缺口口（从从另另一一DNADNA分分子上移过来）子上移
14、过来）修复（正常修复（正常DNADNA上的缺口补齐）上的缺口补齐）损伤面积较大损伤面积较大DNADNA，先复制后修复，先复制后修复26（四）（四）SOSSOS修复（修复（SOS repairingSOS repairing）应急修复机制应急修复机制DNADNA损伤严重，细胞处于损伤严重，细胞处于危急状态危急状态 recA recA 蛋白酶被激活蛋白酶被激活 水解水解lexAlexA（抑制蛋白）（抑制蛋白）SOSSOS修复酶系大量表达修复酶系大量表达27 第三节第三节 逆转录逆转录指以RNA为模板，RNA指导的DNA聚合酶以53方向合成与RNA互补的DNA链的过程。一、一、逆转录酶逆转录酶(re
15、verse transcriptase)(reverse transcriptase)19701970年在鸡肉瘤病毒年在鸡肉瘤病毒RousRous中首次发现中首次发现多功能酶多功能酶:A A：具有：具有RNARNA指导的指导的DNA PolDNA Pol活性活性,沿沿5 53 3方向合成方向合成,需引物需引物B B：具有：具有RNA RNA 酶酶H(RNase H)H(RNase H)活性活性,可特异水解可特异水解RNA-DNARNA-DNA上的上的RNA.RNA.C C：具有：具有DNA DNA 指导的指导的DNApolDNApol活性活性,可以可以cDNAcDNA为模板合成互补为模板合成互
16、补NDANDAD D：对：对DNADNA无无3 3-5-5外切酶活性外切酶活性,所以无核对功能所以无核对功能.28二、逆转录病毒的基因组复制过程二、逆转录病毒的基因组复制过程逆转录病毒的基因组为逆转录病毒的基因组为RNA RNA 在宿主在宿主cellcell中必须转变为中必须转变为DNADNA，才能进行基因表达和，才能进行基因表达和基因组复制基因组复制.过程过程:逆转录病毒的结构逆转录病毒的结构29(1)(1)以以+RNA+RNA为引物合成一小段为引物合成一小段(-)cDNA(5(-)cDNA(53 3)(2)RNase H(2)RNase H活性切去活性切去DNA-RNADNA-RNA中的中
17、的RNARNA （3）DNA RDNA R与与RNA3RNA3端端R R结合结合（第一次跳跃）（第一次跳跃）(4)(-)cDNA(4)(-)cDNA合成合成(5(53 3)(5)RNase H(5)RNase H除去除去DNA-RNADNA-RNA中的大部分中的大部分RNARNA (6)(6)合成一部分合成一部分(+)DNA(5(+)DNA(53 3)包括包括PBPB-(7)(7)除去除去RNA(tRNA,RNARNA(tRNA,RNA中的中的PBPB+区区)(8)(+)(8)(+)、(-)(-)股股DNADNA中的中的PBPB-结合结合(第二次跳跃第二次跳跃)30(9)(9)合成剩余的合成剩
18、余的(+)DNA(+)DNA(5(53 3)形成双链形成双链DNADNA 可随机插入宿可随机插入宿主细胞染色体主细胞染色体.3132第四节第四节 RNA RNA的复制的复制RNARNA复制酶复制酶(RNA replicase)(RNA replicase)：A A：由四个亚基组成：由四个亚基组成,只有一个为病毒产物只有一个为病毒产物B B：缺乏校对功能：缺乏校对功能,错误率较高错误率较高C C：只特异地对病毒：只特异地对病毒RNARNA起作用起作用某些大肠杆菌噬菌体某些大肠杆菌噬菌体(f(f2 2、MSMS2 2、R17R17、Q Q etc)etc)和动物和动物RNARNA病毒病毒.以以RNARNA为模板为模板,在在RNARNA指导的指导的RNARNA聚合酶作用下聚合酶作用下,按按5 5-3-3方向合成互补方向合成互补RNARNA的过程的过程33