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1、第第 三三 篇篇 基基 因因 信信 息息 的的 传传 递递生化教研室生化教研室复制（复制（replication）以亲代以亲代DNA为模板合成子代为模板合成子代DNA，将遗传将遗传 信息准确地传递给子代的过程。信息准确地传递给子代的过程。转录（转录（transcription）以以DNA为模板，合成为模板，合成与与DNA某段碱基序列互补某段碱基序列互补 的的RNA，将遗传信息传递给，将遗传信息传递给RNA的过程。的过程。翻译（翻译（translation）以以mRNA为模板指导蛋白质生物合成为模板指导蛋白质生物合成的过程。的过程。p1931958，Crick，中心法则，中心法则(central
2、 dogma)p193逆转录逆转录(reverse transcription)以以RNA为模板指导为模板指导DNA合成的过程。合成的过程。1970，Temin,Baltimorep193p194 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 基因表达调控与基因工程基因表达调控与基因工程（自学）（自学）本篇主要内容本篇主要内容第十章第十章 DNA的生物合成的生物合成复制复制u DNA复制的基本规律复制的基本规律u DNA复制的有关酶和蛋白质复制的有关酶和蛋白质u DNA复制的过程复制的过程u DNA的损伤和修复的损伤和修复
3、u 逆转录过程逆转录过程p195第一节第一节 DNA DNA复制的基本规律复制的基本规律 半保留复制半保留复制 半不连续复制半不连续复制 有特定的起始位点有特定的起始位点 有方向性有方向性53p195一、一、DNADNA复制是复制是半保留复制半保留复制 复制时，复制时，DNA双螺旋解开分为两条单链（亲代链）双螺旋解开分为两条单链（亲代链），每条单链各自作为模板，按照碱基配对规律每条单链各自作为模板，按照碱基配对规律合成新的合成新的互补链（子代链），互补链（子代链），两个子代两个子代DNA与亲代与亲代DNA的核苷的核苷酸顺序完全相同，每个子代酸顺序完全相同，每个子代DNA双链中，一条链来自双链中
4、，一条链来自亲代亲代DNA，另一条是新合成的，这种复制方式叫，另一条是新合成的，这种复制方式叫半保半保半保半保留复制留复制留复制留复制(semi-conservative replication)。p19533335555复制叉（复制叉（replication fork)二、二、DNA复制是半不连续的复制是半不连续的p196复制方向与解链方向相反的复制方向与解链方向相反的子链，是不连续合成的，称子链，是不连续合成的，称随从链随从链随从链随从链(lagging strand)顺着解链方向生成的顺着解链方向生成的子链，是连续合成的，子链，是连续合成的，称称前导链前导链前导链前导链(leading
5、strand)（semidiscontinuous replication)复制叉仅向一个方向解链复制叉仅向一个方向解链子链子链DNA合成方向合成方向53半不连续复制半不连续复制p1963 5 3 5 解链方向解链方向35335在复制过程中，随从链中先合成的在复制过程中，随从链中先合成的较短的较短的DNA片段称为片段称为“冈崎片段冈崎片段”p1965复制起点复制起点(origin,ori)是指是指DNA复制时特复制时特定的起始部位，通常有特定的核苷酸序列定的起始部位，通常有特定的核苷酸序列原核生物一个原核生物一个ori；真核生物多个；真核生物多个ori 通常通常DNA复制是复制是双向复制双向复
6、制三、三、DNA复制有特定的复制起点复制有特定的复制起点p197oriterA B Corip19753oriorioriori535533553复制子复制子3复制叉相遇汇合复制叉相遇汇合复制子复制子复制子复制子p197四、四、DNA复制有方向性复制有方向性53DNA复制时只能以核苷复制时只能以核苷酸链的酸链的3-OH与与dNTP的的5-磷酸生成磷酸二酯键磷酸生成磷酸二酯键DNA新链的合成具有新链的合成具有方向性，方向性，53p197第二节第二节 DNA复制的有关酶和蛋白质复制的有关酶和蛋白质DNA复制的基本反应：复制的基本反应：以四种以四种dNTP为原料，为原料，DNA聚合酶聚合酶催化的酶促
7、反应，需要多催化的酶促反应，需要多种酶和蛋白质种酶和蛋白质p197DNA复制需要模板和底物复制需要模板和底物 模板模板(template)-解开的解开的2条条DNA单链单链 原料原料-dNTP (dATP、dTTP、dCTP、dGTP）p197(dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi53 的聚合的聚合DNA聚合的特点：聚合的特点：高效率：细菌高效率：细菌500个个dNMP/s，哺乳动物，哺乳动物50个个dNMP/s高保真：自发突变率高保真：自发突变率10-10p198一、一、DNA聚合酶是聚合酶是DNA复制的主要酶复制的主要酶DNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶 （DNA dire
8、cted DNA polymerase,DDDP）简称简称DNA聚合酶聚合酶 （DNA polymerase,DNA-pol）p19853 的聚合的聚合DNA聚合酶的共性：聚合酶的共性：-以以dNTP为底物为底物-以单链以单链DNA为模板的为模板的 5 3聚合酶活性聚合酶活性-需要引物需要引物p19833，5-5-磷酸二酯键的形成磷酸二酯键的形成p198（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶分为三型聚合酶分为三型E.Coli，DNA聚合酶聚合酶I、II、III以损伤的以损伤的DNA为模板，为模板，参与应急修复参与应急修复是是DNA复制的复制的主要酶主要酶去除引物、去除引物、填补空隙、填补
9、空隙、修复合成修复合成催化核苷酸聚合催化核苷酸聚合校对作用校对作用切除引物及修正切除引物及修正p198DNA聚合酶聚合酶IDNA聚合酶聚合酶IIIp198（二）真核生物的（二）真核生物的DNA聚合酶主要有五种聚合酶主要有五种p199二、二、引物酶是一种特殊的引物酶是一种特殊的RNA聚合酶，聚合酶，用于引物的合成用于引物的合成引物酶引物酶(primase)催化以起始部位催化以起始部位DNA为模板，为模板，合成短片段合成短片段RNA作为作为引物引物(primer)，为为DNA合合成提供成提供3-OH末端。复制完成后引物被水解。末端。复制完成后引物被水解。DNA聚合酶不能催化聚合酶不能催化2个游离的
10、脱氧核苷酸聚合个游离的脱氧核苷酸聚合p1991、解链酶、解链酶(helicase)*使使DNA互补双链分离互补双链分离*每解开一个碱基对，消耗每解开一个碱基对，消耗2个个ATP*可沿模板随复制方向的伸展而移动可沿模板随复制方向的伸展而移动三、多种参与三、多种参与DNA解旋、解链的酶与蛋白质解旋、解链的酶与蛋白质p197 2、拓扑异构酶（、拓扑异构酶（topoisomerase)*能解开能解开DNA超螺旋超螺旋 *有内切酶和连接酶功能有内切酶和连接酶功能Topo Topo ：不需不需ATP，切开，切开DNA双链中的一股，双链中的一股，断端旋转松弛超螺旋，再封闭切口。断端旋转松弛超螺旋，再封闭切口
11、。Topo Topo ：利用利用ATP时，可同时断开时，可同时断开DNA双链，双链，松弛松弛DNA，再封闭切口。，再封闭切口。p199解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成3、单链、单链DNA结合蛋白结合蛋白 (single strand DNA binding protein,SSB)与解开的单链结合以稳定单链：与解开的单链结合以稳定单链：-防止防止DNA重新形成双螺旋重新形成双螺旋 -防止复制中单链模板被核酸酶水防止复制中单链模板被核酸酶水解解 -有激活有激活DNA聚合酶的作用聚合酶的作用p200 四、四、DNA连接酶用于连接连接酶用于连接DNA片段片段DNA连接酶连接酶(DNA
12、 ligase)(DNA ligase)催化结合于模板催化结合于模板DNA链上的两个链上的两个DNA片段连接起来。片段连接起来。5533p200第三节第三节 DNA复制的过程复制的过程n 解链与螺旋构象变化解链与螺旋构象变化n 起始与引物起始与引物RNA的合成的合成n DNA片段的合成片段的合成n RNA引物的水解引物的水解n DNA片段连接成完整的片段连接成完整的DNA分子分子以原核细胞为例：以原核细胞为例：p200一、解链与螺旋构象变化一、解链与螺旋构象变化在特定的复制起点在特定的复制起点拓扑异构酶和解链酶拓扑异构酶和解链酶解开超螺旋和解开超螺旋和DNA双链双链单链单链DNA结合蛋白与结合
13、蛋白与解开的解开的DNA单链结合单链结合形成形成复制叉复制叉结构结构p200二、起始与引物二、起始与引物RNA的合成的合成引物酶引物酶识别起始部位，识别起始部位，以以NTP为为底物，以解底物，以解开的一段开的一段DNA链为模链为模板，按碱基配对规律，板，按碱基配对规律，从从53方向合成引物方向合成引物RNA。p201DNA聚合酶聚合酶III催化催化dNTP在在RNA引物的引物的3-OH端，以端，以DNA的的两条链为模板，合成两条链为模板，合成两条新的两条新的DNA链。链。三、三、DNA片段的合成片段的合成p201四、四、RNA引物的水解引物的水解DNA聚合酶聚合酶I（真核细胞为核酸酶）（真核细
14、胞为核酸酶）53核酸外切酶核酸外切酶活性切除引物活性切除引物p201DNA聚合酶聚合酶I53聚合酶活性催化缺口聚合酶活性催化缺口的填补。的填补。DNA连接酶连接酶连接连接前一片段的前一片段的3-OH3-OH和和后一片段的后一片段的5-P5-P，形成一条连续完整的子链。形成一条连续完整的子链。五、五、DNA片段连接成完整的片段连接成完整的DNA分子分子p201端粒端粒RNA(AnCn)x母链母链子链子链复制完成时，真核线复制完成时，真核线性性DNA的两个子链的两个子链5末端因末端因RNA引物被水引物被水解产生一段空缺。染解产生一段空缺。染色体两端的色体两端的端粒端粒有有端端粒酶粒酶催化以催化以端
15、粒端粒RNA为模板，使模板链延为模板，使模板链延长并反折，起引物作长并反折，起引物作用，补齐空缺。用，补齐空缺。端粒端粒p201DNADNA聚合酶复制聚合酶复制子链子链子链子链进一步加工进一步加工延长的母链反延长的母链反延长的母链反延长的母链反折提供折提供折提供折提供33OHOH（母链继续延长）（母链继续延长）母链母链母链母链母链母链子链子链子链子链子链子链p201六、真核染色体六、真核染色体DNA在每个细胞周期在每个细胞周期 中只能复制一次（自学）中只能复制一次（自学）p202第四节第四节 DNA的损伤和修复的损伤和修复一、一、DNA突变的类型和意义突变的类型和意义引起引起DNA突变的原因：
16、突变的原因：n 自发突变自发突变n 电离辐射电离辐射n 紫外线紫外线n 化学诱变剂化学诱变剂n 致癌病毒致癌病毒碱基序列的改变碱基序列的改变p203（一）（一）DNA突变的类型（自学）突变的类型（自学）n 点突变点突变n 缺失缺失n 插入插入n 断裂或交联断裂或交联p203（二）（二）DNA突变的意义突变的意义*导致导致DNA的损伤，造成生物体的损伤，造成生物体 功能异常、疾病甚至死亡功能异常、疾病甚至死亡*是生物进化的分子基础是生物进化的分子基础*人工诱变人工诱变DNA有力于改造生物性状有力于改造生物性状p203二、损伤二、损伤DNA的修复由一系列酶完成的修复由一系列酶完成n 光修复酶光修复
17、酶n 糖苷酶糖苷酶n DNA聚合酶聚合酶n DNA连接酶连接酶p203三、三、切除修复切除修复是人体细胞修复是人体细胞修复DNA损伤损伤的的 主要方式主要方式2 2种形式：种形式：n 碱基切除修复碱基切除修复n 核苷酸切除修复核苷酸切除修复识别识别切除切除修补修补连接连接4 4个基本步骤：个基本步骤：p204四、其他的修复方式四、其他的修复方式光修复酶光修复酶1 1、光修复、光修复p2042、重组修复、重组修复p2043、SOS修复修复DNADNA修复能力异常与衰老、肿瘤的发生有关。修复能力异常与衰老、肿瘤的发生有关。着色性干皮病：着色性干皮病：着色性干皮病：着色性干皮病：缺乏切除修复的酶；对
18、日光或紫外线敏感；缺乏切除修复的酶；对日光或紫外线敏感；易发生皮肤癌。易发生皮肤癌。p204一、逆转录的概念一、逆转录的概念 在某些情况下（如逆转录病毒）以在某些情况下（如逆转录病毒）以RNA为为模板合成模板合成DNA，称为，称为逆（反）转录逆（反）转录(reverse transcription)。逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase)即即RNA指导的指导的DNA聚合酶聚合酶(RNA directed DNA polyrerase,RDDP)催化逆转录过程。催化逆转录过程。第五节第五节 逆逆转录转录p205逆转录酶具有三种酶活性逆转录酶具有三种酶活性*病毒病毒进入细胞
19、进入细胞，在胞液中脱去外壳；，在胞液中脱去外壳；*RNA指导的指导的DNA聚合活性，聚合活性，合成与病毒合成与病毒RNA 互补的互补的DNA（complementary DNA,cDNA)；*RNA水解酶活性，水解酶活性，水解杂交水解杂交RNA；*DNA指导的指导的DNA聚合活性，聚合活性，以以cDNA为模为模 板，形成双链板，形成双链DNA分子；分子；*新生的新生的DNA分子，可整合到宿主细胞分子，可整合到宿主细胞 染色体染色体DNA中。中。没有无校对功能，错误率高，易出新毒株。没有无校对功能，错误率高，易出新毒株。p205二、逆转录病毒和癌基因二、逆转录病毒和癌基因 逆转录病毒的基因组含有
20、癌基因逆转录病毒的基因组含有癌基因（oncogene,onc）称病毒癌基因（称病毒癌基因（v-onc）（）（40余种），多有致癌余种），多有致癌作用。作用。1 1、癌基因、癌基因2 2、gaggag区（病毒结构蛋白的编码）区（病毒结构蛋白的编码）3 3、polpol区（逆转录酶的编码）区（逆转录酶的编码）4 4、envenv区（糖蛋白被膜的编码）区（糖蛋白被膜的编码）p206三、端粒酶是一种特殊的逆转录酶，具有三、端粒酶是一种特殊的逆转录酶，具有 保持染色体完整性的功能（自学）保持染色体完整性的功能（自学）p206PCR 技术技术 PCR技术即聚合酶链式反应技术即聚合酶链式反应(polymer
21、ase chain reaction)，是一种体外酶，是一种体外酶促扩增特定促扩增特定DNA片段的快速方法。片段的快速方法。基本工作原理：基本工作原理：以待扩增的以待扩增的DNA分子为分子为模板模板，以一对与模板两侧相互补的寡核苷酸片段为以一对与模板两侧相互补的寡核苷酸片段为引物引物，在，在DNA聚合酶聚合酶的作用下，按照半保留的作用下，按照半保留复制的机制合成新的复制的机制合成新的DNA链，经过多次循环，链，经过多次循环，使目的使目的基因大量扩增基因大量扩增。p348PCR反应体系：反应体系：模板模板DNA 原料原料dNTP (dATP、dTTP、dCTP、dGTP)特异设计的引物特异设计的
22、引物 耐热耐热DNA聚合酶聚合酶 含有镁离子的缓冲液含有镁离子的缓冲液p348（一）名词（一）名词中心法则；半保留复制；冈崎片断中心法则；半保留复制；冈崎片断（二）论述（二）论述1、何为、何为DNA的半保留复制？参与的酶类和蛋的半保留复制？参与的酶类和蛋白质因子有哪些？白质因子有哪些？2、论述逆转录的概念及逆转录酶的三种作用。、论述逆转录的概念及逆转录酶的三种作用。第十章作业第十章作业1、中心法则、半保留复制的概念、中心法则、半保留复制的概念2、参与、参与DNA复制的物质（模板、底物、引物、复制的物质（模板、底物、引物、DNA 聚合酶、引物酶、聚合酶、引物酶、DNA解旋酶、拓扑异解旋酶、拓扑异
23、构酶、单链构酶、单链DNA结合蛋白、结合蛋白、DNA连接酶）连接酶）3、复制的主要过程、复制的主要过程4、DNA损伤的主要修复机制（切除修复）损伤的主要修复机制（切除修复）5、逆转录的概念、逆转录的概念掌握内容掌握内容1、半不连续复制半不连续复制2、逆转录酶的作用、逆转录酶的作用 1、引发、引发DNA损伤的因素损伤的因素2、DNA损伤的修复损伤的修复熟悉内容熟悉内容了解内容了解内容生物化学理论考试题型（生物化学理论考试题型（150分）分）一、单项选择题一、单项选择题:50题题50分分二、多项选择题二、多项选择题:15题题15分分三、填空题：三、填空题：20空空20分分四、名词解释：四、名词解释：7题题21分分五、简答题五、简答题:3题题12分分六、问答题：六、问答题：4题题32分分答疑地点：教学楼答疑地点：教学楼314、317