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1、分子生物学中心法则 生物的遗传信息从生物的遗传信息从 DNADNA传递给传递给mRNAmRNA的过的过程称为转录。根据程称为转录。根据 mRNAmRNA链链上上的的遗遗传传信信息息合合成成蛋蛋白白质质的的过过程程，被被称称为为翻翻译译或或表表达达。19581958年年CrickCrick将生物将生物 遗遗传传信信息息的的这这种种传传递递方式称为方式称为中心法则中心法则。分子生物学中心法则n在某些情况下，RNA也可是遗传信息的携带者，如，RNA病毒能以自己的RNA为模板自我复制。某些致癌RNA病毒通过逆转录(reverse transcription)的方式将遗传信息传递给DNA。Reverse
2、 transcription中心法则及补充中心法则及补充分子生物学中心法则分子生物学中心法则n（一）复制方式：半保留复制。物质基础：双螺旋结构分子生物学中心法则n以15NH4Cl为唯一氮源培养大肠杆菌，连续培养12代，使所有DNA标记上15N；n在普通培养基（14N)培养一代后，所有DNA密度介于14N 15N之间；n培养两代后，14N和14N 15N杂合分子等量出现。n继续培养，14N分子增多。(深蓝深蓝:15N)(粉红粉红:14N)DNADNA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-DNA的细菌的细菌普通普通DN
3、A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DNA 分子生物学中心法则nDNA的复制实际上就是以DNA为模板在DNA聚合酶作用下，将游离的四种脱氧三核苷酸(dATP,dGTP,dCTP,dTTP,简写为dNTP)聚合成DNA的过程。n这是一个非常复杂的酶促反应，需要许多种酶和蛋白质参与。分子生物学中心法则分子生物学中心法则n1）底物：dATP，dGTP，dCTP，dTTP，总称为dNTPn2）DNA聚合酶，DNA-poln3）模板模板（template）：解开成单链的 DNA母链n4）引物引物（primer）：RNA引物n5）其他酶和蛋白质因子其他酶
4、和蛋白质因子分子生物学中心法则分子生物学中心法则n作用特点：从引物游离3OH开始加入脱氧核苷酸，需要底物，引物，模板，模板，能量，Mg2+。nDNA聚合酶为DNA指导的酶。分子生物学中心法则DNA聚合酶聚合酶和和：与突变存活有关的酶。：与突变存活有关的酶。DNA-pol 的的 53聚合作用聚合作用355335DNA-pol53OHPDNA-pol I 5 3外切活性外切活性切除引物，切除突变片段切除引物，切除突变片段DNA-pol I 35外切活性：外切活性：校读（校读（proofread）功能功能53AG53小片段小片段 大片段大片段（Klenow fragment）5 3 聚合功能，聚合功
5、能，3 5 外切酶活性外切酶活性5 3 外切酶活性外切酶活性DNA pol I的酶切片段的酶切片段EJPNMLHIORQGCDBFAK引物酶引物酶(PrimasePrimase)55DNA合成需在合成需在RNA引物引物的基础上进行。的基础上进行。RNA引物引物5353分子生物学中心法则nDNA复制从起始点开始复制时，局部的DNA双链必须打开，主要靠解螺旋酶（helicase)的作用，打开后的单链还需要单链结合蛋白与其结合，防止复性。n在复制叉向前移动时造成前方DNA分子产生正超螺旋，必须由拓扑异构酶来解决。3 3、解螺旋酶、解螺旋酶 (helicase)helicase)解螺旋酶解螺旋酶作用作
6、用：断裂互补碱基间的氢键，使：断裂互补碱基间的氢键，使DNADNA成单链。成单链。基因：基因：dnaA、B、C蛋白：蛋白：DnaA、B、CATP4 4、拓扑异构酶、拓扑异构酶（topoisomerase,Topotopoisomerase,Topo）一类能调节DNA分子超螺旋类型和水平的酶。DNA正超螺旋与负超螺旋正超螺旋与负超螺旋复制后形成复制后形成负超螺旋负超螺旋复制前方形成复制前方形成正超螺旋正超螺旋DNA双螺旋双螺旋拓扑异拓扑异构酶构酶酶，引入负超螺旋 消除复制叉前方形成的正超螺旋，即消除复制叉前方形成的正超螺旋，即引入引入负超螺旋负超螺旋。切割。切割DNA双链，双链，此时此时不需不需
7、ATP；尔后由尔后由ATP供能，连接切供能，连接切口。口。不需不需ATP，切割双链切割双链DNA中的中的一链一链，使使DNA松弛后松弛后,连接切口。连接切口。Topo:Topo:临床上使用的某些抗肿瘤药（如喜树碱临床上使用的某些抗肿瘤药（如喜树碱等）是通过等）是通过抑制抑制Topo酶活性酶活性而杀死肿瘤细胞而杀死肿瘤细胞的。的。作用方式：作用方式：切割切割DNA链，使其松弛后再连接。链，使其松弛后再连接。分子生物学中心法则分子生物学中心法则n连接酶(ligase)的作用是催化相邻的DNA片段以3、5磷酸二酯键相连接。连接反应中的能量来自ATP(动物细胞或噬菌体）或NAD（细菌)。n 连接酶要求
8、催化反应时缺口处有一条链是连续的。不能将两条游离的DNA分子连接起来。分子生物学中心法则分子生物学中心法则分子生物学中心法则n各种生物DNA的复制过程大同小异，大致包括以下几个阶段。1、起始有固定的起点、起始有固定的起点n（1）识别起始位点 复制是从DNA分子上的特定部位开始的，这一部位叫做复制起始点(original replication)常用ori或o表示。多双向、对称等速复制。分子生物学中心法则分子生物学中心法则n大肠杆菌染色体DNA复制起始点ori C由245bp组成，关键序列在于两组短的重复：三个13bp和四个9bp组成的保守序列，是大肠杆菌中DnaA蛋白识别的位置。分子生物学中心
9、法则n解旋酶、拓扑异构酶与复制起点结合，解开双螺旋成两条局部的单链，SSB也随即结合上保护单链。n（3）RNA引物的合成 引物合成酶结合上去，形成结构复杂的引发体。引物合成酶合成引物合成引物。起始：起始：Ori C开始，开始，形成复杂形成复杂的引发体，的引发体，合成合成RNA引物引物分子生物学中心法则n在DNA聚合酶聚合酶的催化下，根据模板链35的核苷酸顺序，从引物游离3OH开始加入脱氧核苷酸，直至合成整个DNA片断。n酶的催化方向：53，所以新生DNA链的延伸方向也是53。n两条链复制又同时进行。如何解决？一条链连续合成，称为前导链；另一条链不连续合成，为滞后链。冈崎片断：以DNA 5 3链
10、为模板时合成的不连续的较短的DNA片断。The model of DNA-pol III form the catalytic core Links two coresLeading strand synthesisLagging strand synthesis act as a clamp分子生物学中心法则滞后链的合成细节聚合酶切除引物连接酶连接冈崎片断聚合酶合成冈崎片断分子生物学中心法则n两复制叉在终止区相遇，形成的连锁体由拓扑异构酶分开。终止子ter和终止蛋白Tus防止复制叉超过终止区过界复制。分子生物学中心法则真核DNA的合成的基本过程类似于原核DNA，不同之处：l 多复制起点l 至
11、少有五种聚合酶l 端粒的复制依赖于端粒酶 分子生物学中心法则分子生物学中心法则n真核生物至少拥有5种DNA聚合酶，分别命名为、及。能在53方向聚合DNA链，但功能不尽相同。n 真核细胞中与DNA复制有关的酶是DNApol（合成引物）和(合成前导链和滞后链）。还具有35外切酶的校正功能，并具有解螺旋的作用。n酶和：参与修复。n酶参与线粒体DNA复制。n真核生物染色体真核生物染色体DNADNA是线性的，每复制一是线性的，每复制一次，子链的次，子链的5 5有缺失。有缺失。n3 3端有特殊的序列端有特殊的序列,是线性是线性DNADNA末端复制末端复制必需的必需的 -端粒端粒n作用：稳定染色体作用：稳定
12、染色体分子生物学中心法则分子生物学中心法则线形线形DNADNA复制末端问题复制末端问题53535353端粒缩短n端粒酶端粒酶（telomerase)telomerase)-防止端粒缩短的酶防止端粒缩短的酶n组成组成 蛋白质蛋白质(DNADNA聚合酶聚合酶)+RNA(+RNA(合成端粒合成端粒DNADNA的模板的模板)n唯一携带唯一携带RNARNA模板的模板的逆转录酶逆转录酶n人端粒酶人端粒酶:模板模板(RNA-(RNA-端粒酶端粒酶):3):3-（UCCCAAUCCCAA）n n-5-5 合成合成(DNA):5(DNA):5-（AGGGTTAGGGTT）n n-3-3n端粒酶和衰老、肿瘤有关端
13、粒酶和衰老、肿瘤有关分子生物学中心法则分子生物学中心法则n逆转录：在RNA指导下DNA的合成。即以RNA为模板，合成DNA的过程。n此过程和一般遗传信息流转录的方向相反，故称为反转录，催化此过程的DNA聚合酶叫做反转录酶(reverse transcriptase)。n反转录酶不仅普遍存在于RNA病毒中，哺乳动物的胚胎细胞和正在分裂的淋巴细胞中也有反转录酶。分子生物学中心法则分子生物学中心法则n RNA指导的DNA聚合酶活性：反转录酶中不具有35外切酶活性，因此没有校正功能，所以由反转录酶催化合成的DNA出错率比较高。nRNase H活性：由反转录酶催化合成的cDNA与模板RNA形成的杂交分子
14、，由RNase H从RNA5端水解掉RNA分子。nDNA指导的DNA聚合酶活性；以反转录合成的第一条DNA单链为模板，以dNTP为底物，再合成第二条DNA分子。RNA模板模板逆转录活性逆转录活性RNaseHRNaseH活性活性RNA:DNA杂化双链杂化双链单链单链DNADNA pol活性活性整合整合(integration)入入细胞基因组细胞基因组双链双链DNA 病毒基因组通过病毒基因组通过基因基因重组重组插入到宿主细胞基插入到宿主细胞基因组中，称为因组中，称为整合整合。tRNA引物引物逆转录酶将RNA逆转录成双链DNA，与宿主细胞DNA整合，可能导致癌变！病毒DNA随宿主细胞复制，转录生成R
15、NA并翻译成蛋白。RNA和蛋白组装成病毒。分子生物学中心法则一、一、DNADNA的损伤（突变）的概念的损伤（突变）的概念nDNA分子一级结构的改变分子一级结构的改变称为称为DNA损伤损伤(DNA damage)或突变（或突变（mutation）。）。n自发突变：自发突变：大多数突变属此类，原因不明。大多数突变属此类，原因不明。n诱发突变：诱发突变：由理化因素诱发由理化因素诱发 物理因素（紫外、高能射线、电离辐射）化学因素（5-F-U，烷基化试剂、亚硝酸盐、碱基类 似物）二、突变的类型二、突变的类型1.点突变点突变（point mutation）也称错配也称错配（mismatch）DNA链上碱基
16、的置换链上碱基的置换CTCGluCACValHbA 肽链肽链HbA 基因基因HbS 基因基因HbS 肽链肽链ATGC2.缺失、插入和相应的缺失、插入和相应的框移突变框移突变5.UCACGACAUAUG.35.UCAGCGACAUAUG.3丝丝精精组组蛋蛋丝丝丙丙苏苏酪酪5.UCAGACAUAUG.3丝丝天天异亮异亮插入插入缺失缺失正常正常框移突变框移突变是最严重的突变是最严重的突变！分子生物学中心法则n（一）直接修复（一）直接修复n（二）切除修复（二）切除修复-主要的修复方式n（三）（三）错配修复错配修复n（四）（四）SOSSOS修复修复 n（五）（五）重组修复重组修复分子生物学中心法则n即在
17、一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤的部分切除掉，并以完整的那一段为模板，合成出切去的部分，从而使DNA恢复正常。这是一种比较普遍的修复机制。分子生物学中心法则n聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction)，简称PCR，是一种体外大量复制DNA的技术。PCR反应五要素：引物、Taq DNA聚合酶、dNTP、模板和Mg2+。分子生物学中心法则n1.高温变性（90-96）：双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA2.低温退火（60-65）：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链。3.中温延伸（70-75）：在Taq酶（在72左右最佳的活性）的作用下，以dNTP为原料，从引物的5端3端延伸，合成与模板互补的DNA链。每一循环经过变性、退火和延伸，DNA含量既增加一倍。