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1、 DNADNA是生物遗传的主要物质基础，生物机体的遗传信是生物遗传的主要物质基础，生物机体的遗传信息以密码的形式编码在息以密码的形式编码在DNADNA分子上，表现为特定的核苷酸分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过排列顺序，并通过DNADNA的复制由亲代传递给子代。在后代的复制由亲代传递给子代。在后代的生长发育过程中，遗传信息自的生长发育过程中，遗传信息自DNADNA转录给转录给RNA,RNA,然后翻译然后翻译成特异的蛋白质，以执行各种生命功能，使后代表现出与成特异的蛋白质，以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状。亲代相似的遗传性状。中中 心心 法法 则则1964-1970
2、劳氏肉瘤病毒的遗传方式致癌RNA病毒病毒（复制）复制转录DNA RNA 蛋白质翻译逆转录1958年，遗传信息的单向第1页/共72页Reverse transcription第2页/共72页中心法则的遗传流向有5条途径 1、DNADNA：DNA复制 （以DNA为模板合成DNA）2、RNA RNA：RNA复制 （以RNA为模板合成RNA）3、DNA RNA：DNA转录 （以DNA为模板合成RNA）4、RNA DNA：反(逆)转录 （以RNA为模板合成DNA）5、RNA Protein：翻译第3页/共72页 复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。转录：
3、以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。第4页/共72页第一节 DNADNA的生物合成一、一、DNADNA的半保留复制的半保留复制二、二、与与DNADNA复制有关的酶和蛋白质复制有关的酶和蛋白质三、三、DNADNA的复制过程的复制过程四、四、逆转录逆转录五、五、DNADNA的损伤修复的损伤修复第5页/共72页一、一、DNADNA的半保留复制的半保留复制定义：定义：由亲代由亲代DNADNA生成子代
4、生成子代DNADNA时，每个新形成的子代时，每个新形成的子代DNADNA中，一条链来自亲代中，一条链来自亲代DNADNA，而而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制半保留复制半保留复制的实验证据半保留复制的实验证据:19581958年年MeselsonMeselson和和StahlStahl用同位素用同位素1515N N标记大肠杆菌标记大肠杆菌DNA,DNA,首先证首先证明了明了DNADNA的半保留复制。的半保留复制。第6页/共72页1515N-DNAN-DNA的密度大于的密度大于1414N-DNAN-DNA的密度的密度第7页/共72页DNADNA的
5、半保留复制的生物学意义：DNADNA的半保留复制表明的半保留复制表明DNADNA在代谢上的稳定性，在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。传递给后代。DNADNA在代谢上的稳定性并非指在代谢上的稳定性并非指DNADNA是一种惰性是一种惰性物质。物质。第8页/共72页二、与二、与DNADNA复制有关的酶和蛋白质复制有关的酶和蛋白质 原料原料：四种脱氧核苷三磷酸（四种脱氧核苷三磷酸（dATPdATP、dGTPdGTP、dCTP dCTP、dTTP)dTTP)模板模板：以：以DNADNA的两条链为模板链，合成子代的两条链为模板链，合成子代DNADNA。引物引物：
6、一小段：一小段RNA(RNA(或或DNADNA）为引物，在大肠杆为引物，在大肠杆菌菌 中，中，DNADNA的合成需要一段的合成需要一段RNARNA链作为链作为引物。第9页/共72页催化因子1.1.引物合成酶（引发酶）：引物合成酶（引发酶）：此酶以此酶以DNADNA为模板合成一段为模板合成一段RNA,RNA,这段这段RNARNA作为合成作为合成DNADNA的引物（的引物（Primer)Primer)。实质是以实质是以DNADNA为模板的为模板的RNARNA聚合酶聚合酶。2.2.DNADNA聚合酶聚合酶:以以DNADNA为模板的为模板的DNADNA合成酶，其催化反应的特点合成酶，其催化反应的特点
7、（1 1）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；（）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；（2 2）反）反应需要有模板的指导；（应需要有模板的指导；（3 3）反应需要有）反应需要有3 3-OHOH存存在；在；（4 4）DNADNA链的合成方向为链的合成方向为5 5 3 3 N3 5 5 OOH OH PPP-O-CH2OH 生物大分子合成：底物、酶、能量、模板P329需要模板的例证第10页/共72页（5 5）DNADNA聚合酶的反应可以利用DNADNA双链作为模板和引物，亦可以单链DNADNA作为模板和引物（6 6）DNADNA的体外聚合必须加入少量的的体外聚合必须加入少量的DNADNA才能进行。才能进行。D
8、NADNA在提取过程中易形成切在提取过程中易形成切口（口（nicknick）或缺口（或缺口（gapgap）.则加入的则加入的DNADNA一条链作为模板而另一条链可作为一条链作为模板而另一条链可作为引物。引物。第11页/共72页原核生物中的DNADNA聚合酶在大肠杆菌中发现有三种在大肠杆菌中发现有三种DNADNA聚合酶（聚合酶（用突变株研究其功能用突变株研究其功能）：）：DNADNA聚合酶聚合酶:单体酶单体酶,多肽链内含一个锌原子（其鳌合多肽链内含一个锌原子（其鳌合剂是剂是O-O-二氮杂菲），多功能酶。二氮杂菲），多功能酶。它具有它具有5 5 3 3 聚合酶功能聚合酶功能（对脱氧核苷酸的选择）；
9、（对脱氧核苷酸的选择）；3 3 5 5外切酶活性外切酶活性（对双链（对双链无作用，无作用，校对功能。校对功能。但在正常聚合条件下，此活性不能作用但在正常聚合条件下，此活性不能作用于生长链）及于生长链）及5 5 3 3外切酶活性外切酶活性（双链有效，主要是对（双链有效，主要是对DNADNA损伤的修复，以及在损伤的修复，以及在DNADNA复制时复制时RNARNA引物切除及其空隙的引物切除及其空隙的填补）；在填补）；在DNADNA链的链的3 3 形成焦磷酸解（生理意义不大）；无形成焦磷酸解（生理意义不大）；无机焦磷酸盐与机焦磷酸盐与dNTPdNTP之间的焦磷酸基交换。之间的焦磷酸基交换。DNADNA
10、聚合酶聚合酶：多亚基酶，多亚基酶，聚合作用，但聚合活力很聚合作用，但聚合活力很低；具有低；具有3 3 5 5外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫外光引起的可能在修复紫外光引起的DNADNA损伤中起作用。损伤中起作用。第12页/共72页 DNADNA聚合酶聚合酶：是原核生物是原核生物DNADNA复制的主要聚合复制的主要聚合酶酶，该酶由，该酶由1010种亚基组成，其中种亚基组成，其中、形成全酶形成全酶的核心酶的核心酶。具有。具有5 53 3DNADNA聚合酶活性（聚合酶活性（亚基，亚基，速率高）；速率高）；具有具有3 3 5 5外切酶（外切酶（亚基）亚基
11、）的的校对功能，提高校对功能，提高DNADNA复制的保真性；还具有复制的保真性；还具有5 5 3 3外切酶活性（单链有效，其意义未知）。外切酶活性（单链有效，其意义未知）。（4 4）DNADNA聚合酶聚合酶IVIV和和V V：19991999年发现，当年发现，当DNADNA严重严重损伤时，诱导产生。损伤时，诱导产生。第13页/共72页 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶聚合酶 亚基数目亚基数目 1 1（单体酶）（单体酶）1 1（多亚基酶（多亚基酶 ）1 1（多亚（多亚基酶）基酶）5 5 3 3聚合活性聚合活性 +中中 +很低很低 +很高很高3 3 5 5外切
12、活性外切活性 +（保护（保护DNADNA复制的复制的忠实性忠实性fidelityfidelity）5 5 3 3外切活性外切活性 +-+-主要是对主要是对DNADNA损伤的损伤的修复；以及在修复；以及在DNADNA复复制时切除制时切除RNARNA引物并引物并填补其留下的空隙。填补其留下的空隙。修复紫外光引起修复紫外光引起的的DNADNA损伤损伤DNA DNA 复制的主要复制的主要聚合酶，还具有聚合酶，还具有3 3-5-5 外切酶外切酶的校对功能，提的校对功能，提高高DNADNA复制的保真复制的保真性性第14页/共72页 在真核细胞内有五种在真核细胞内有五种DNADNA聚合酶聚合酶 （与细菌（与
13、细菌DNADNA聚合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、方聚合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、方向）向）定位定位 细胞核细胞核 细胞核细胞核 线粒体线粒体 细胞核细胞核 细胞核细胞核3 3-5-5外切外切 -+-+酶活性酶活性功能功能引物引物 合成合成修复修复作用作用线粒体线粒体DNADNA的复制的复制核核DNADNA的复制的复制修复修复作用作用第15页/共72页 3.3.DNADNA连接酶（连接酶（19671967年发现）：年发现）：若双链若双链DNADNA中一条链中一条链有切口，一端是有切口，一端是3 3-OHOH，另一端是另一端是5 5-磷酸基，连接酶可催磷酸基，连接酶可催化这两端形
14、成磷酸二酯键，而使切口连接。化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。但是它不能将两条游离的但是它不能将两条游离的DNADNA单链连接起来。单链连接起来。大肠杆菌和其它细菌的大肠杆菌和其它细菌的DNADNA连接酶要求连接酶要求NADNAD+提供能量，在高提供能量，在高等生物和噬菌体中，则要求等生物和噬菌体中，则要求ATPATP提供能量。提供能量。T4T4噬菌体的噬菌体的DNADNA连连接酶接酶不仅能在模板链上连接不仅能在模板链上连接DNADNA和和DNADNA链之间的切口，而且能链之间的切口，而且能连接无单链粘性末端的平头双链连接无单链粘性末端的平头双链DNADNA。3535OHOHP P第16页
15、/共72页连接酶的反应机制连接酶的反应机制：酶酶+NADNAD+(ATP)(ATP)酶酶-AMP+AMP+烟酰胺单核苷酸烟酰胺单核苷酸（PPiPPi）酶酶-AMP+P-5AMP+P-5-DNA -DNA 酶酶+AMP-P-5AMP-P-5-DNA-DNADNA-3DNA-3-OH+AMP-P-5-OH+AMP-P-5-DNA DNA-3-DNA DNA-3-O-P-5-O-P-5-DNA+AMP-DNA+AMPDNADNA连接酶连接酶在在DNADNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用作用复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用作用第17页/共72页拓扑异构酶：使DNADNA一条链发生断裂和再
16、连接。作用是松解负超螺旋，反应不需要能量。主要集中在活性转录区，同转录有关。拓扑异构酶拓扑异构酶：使使DNADNA两条链发生断裂和再连接。两条链发生断裂和再连接。当当引入负超螺旋引入负超螺旋时需要由时需要由ATPATP提供能量，同复制有关。提供能量，同复制有关。二者共同控制二者共同控制DNADNA的拓扑结构。的拓扑结构。5 5、解螺旋酶、解螺旋酶 （解链酶）（解链酶）：通过水解：通过水解ATPATP将将DNADNA两条两条链打开。链打开。E.coliE.coli中的中的reprep蛋白就是解螺旋酶，还有蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶解螺旋酶I I、IIII、IIIIII。每解开一对碱基需要水解
17、每解开一对碱基需要水解2 2个个ATPATP分子。分子。4.4.拓扑异构酶：拓扑异构酶：催化催化DNADNA的拓扑连环数发生变化的酶，在的拓扑连环数发生变化的酶，在DNADNA重组修复和其他转变重组修复和其他转变方面起重要作用。方面起重要作用。除连环数不同外其它性质均相同的除连环数不同外其它性质均相同的DNADNA分子称为拓扑异构体，引起拓扑异构体反应分子称为拓扑异构体，引起拓扑异构体反应的酶称为的酶称为拓扑异构酶拓扑异构酶第18页/共72页6.6.其它蛋白因子：其它蛋白因子：单链结合蛋白单链结合蛋白(SSB-single-strand binding SSB-single-strand bi
18、nding protein)protein)：稳定已被解开的稳定已被解开的DNADNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。引发前体引发前体:它由多种蛋白质它由多种蛋白质dnaAdnaA、dnaBdnaB、dnaCdnaC、n n、n n、n n 和和i i组成。组成。引发前体再与引发酶结合组装成引发体引发前体再与引发酶结合组装成引发体。引发体可以沿模板链引发体可以沿模板链5 5 3 3方向移动方向移动,具有识别合成起始具有识别合成起始 位点的功能，移动到一定位置上即可引发位点的功能，移动到一定位置上即可引发RNARNA引物的合成。引物的合成。移动和引
19、发均需要移动和引发均需要ATPATP提供能量，提供能量，n n蛋白具有蛋白具有ATPATP酶的活力。引发体的移动与酶的活力。引发体的移动与复制复制叉叉移动的方向相同，与移动的方向相同，与冈崎片段冈崎片段的合成方向相反。的合成方向相反。reprep蛋白沿3 3 5 5移动，而解螺旋酶I I、IIII、IIIIII沿5 5 3 3移动。第19页/共72页三、三、DNADNA的复制过程的复制过程：（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例）双链的解开 RNARNA引物的合成 DNADNA链的延伸 切除RNARNA引物，填补缺口，连接相邻的DNADNA片段第20页/共72页1 1、双链的解开、双链的解开一些概
20、念：一些概念：v DNADNA的复制有特定的起始位点，叫做的复制有特定的起始位点，叫做复制原点复制原点。常用常用ori(ori(或或o o）表示。许多生物的复制原点都是表示。许多生物的复制原点都是富含富含A A、T T的区段。的区段。v大肠杆菌染色体大肠杆菌染色体DNADNA以及真核生物的细胞器以及真核生物的细胞器DNADNA为为双链环状，只有双链环状，只有一个一个复制原点，而真核生物染色复制原点，而真核生物染色体体DNADNA是线性双链分子，含有是线性双链分子，含有许多许多复制起点。复制起点。v从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制复制子（基因组独立
21、进行复制的单位）子（基因组独立进行复制的单位）。第21页/共72页v复制原点复制原点由由DnaADnaA蛋白识别，蛋白识别，在原点由在原点由DnaBDnaB蛋白蛋白（解螺旋酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为（解螺旋酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为模板，合成其互补链模板，合成其互补链(DNADNA双链的解开还需双链的解开还需DNADNA拓扑异构拓扑异构酶酶 、SSB)SSB),在原点处形成一个眼状结构，叫复制在原点处形成一个眼状结构，叫复制眼。眼。v DNADNA复制复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的生长点生长点(growth point)growth
22、 point)，叫叫复制叉复制叉。在复制叉上分。在复制叉上分布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的复合物称为复合物称为复制体（复制体（replisomereplisome）复制叉复制叉第22页/共72页复制叉起点复制叉延伸延伸起点领头链领头链随后链随后链3535DNA的双向复制第23页/共72页(1)复制的起始 互相缠绕的双链母本DNA，复制从特定的位置(复制原点Ori or O)开始，该位置常是富含A、T区段。第24页/共72页第25页/共72页第26页/共72页首先DNA解螺旋酶(DnaB)打开局部双链，SSB与每条单链结合,稳定单链并防止
23、DNA复性;然后在DNA旋转酶（TOP)的作用下，使螺旋DNA局部变成松弛态。第27页/共72页第28页/共72页起始因子、引物酶、DNA聚合酶等随后结合，复制开始。第29页/共72页第30页/共72页 引发体在复制叉上移动，沿模板链引发体在复制叉上移动，沿模板链5 5 3 3的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合成的起始位点，成的起始位点，DnaBDnaB蛋白活化引物合成酶。引发蛋白活化引物合成酶。引发RNARNA引物的合成。引物的合成。领头链领头链先引发开始合成，以原来一先引发开始合成，以原来一条条DNADNA单链为模板（单链为模板（3 3 5
24、 5),),按按5 5 3 3的方的方向合成一段向合成一段RNARNA引物链。领头链开始合成后，随后链引物链。领头链开始合成后，随后链也开始合成其引物。引物长度约为几个至也开始合成其引物。引物长度约为几个至1010个核苷个核苷酸，在引物的酸，在引物的5 5端含端含3 3个磷酸残基（个磷酸残基（引物酶的底物引物酶的底物是核苷三磷酸是核苷三磷酸），），3 3端为游离的羟基。端为游离的羟基。（2 2）RNARNA引物的合成第31页/共72页在在DNADNA聚合酶聚合酶的催化下，以四种脱的催化下，以四种脱氧核糖核苷氧核糖核苷5 5-三磷酸为底物，在三磷酸为底物，在RNARNA引物的引物的3 3端以磷酸
25、二酯键连接端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出焦磷酸。上脱氧核糖核苷酸并释放出焦磷酸。DNADNA链的延伸同时进行领头链和随后链的延伸同时进行领头链和随后链的合成。两条链方向相反。链的合成。两条链方向相反。领头链 随后链 冈崎片段 半不连续复制冈崎模型（3 3）DNADNA链的延伸第32页/共72页领头链领头链在在DNADNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。随后链随后链在在DNADNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后
26、再连成一条完整的后再连成一条完整的DNADNA链。链。半不连续复制半不连续复制在在DNADNA复制时，领头链是连续合成的复制时，领头链是连续合成的,而随后链的合成是不连续的，这种复而随后链的合成是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。制方式称为半不连续复制。发现（发现（19681968）：）：同位素实验，同位素实验，3 3HdTHdT 短时间内为短时间内为DNADNA小片段小片段一段时间后一段时间后检测到检测到 DNADNA大片段。当用大片段。当用DNADNA连接酶的变异株时，检测到大量连接酶的变异株时，检测到大量DNADNA片段的积累。片段的积累。证明证明DNADNA复制中有小片段合成。复
27、制中有小片段合成。测定测定DNADNA小片段，远远大于合成小片段，远远大于合成DNADNA的一半。的一半。由于由于U U替代替代dTdT，被尿嘧啶被尿嘧啶-N-N-糖基酶切除。糖基酶切除。在缺少尿嘧啶在缺少尿嘧啶-N-N-糖基酶的突变植株中，糖基酶的突变植株中，检测到一半检测到一半3 3H H标记出现在小片段（标记出现在小片段（冈崎片段冈崎片段）中。中。第33页/共72页冈崎片段冈崎片段 在在DNADNA复制过程中，领头链能连续合成，而复制过程中，领头链能连续合成，而随后链只能是断续的合成随后链只能是断续的合成5 53 3 的多个短的多个短片段，这些不连续的小片段以其发现者的名片段，这些不连续
28、的小片段以其发现者的名字命名为冈崎片段。字命名为冈崎片段。冈崎片段：冈崎片段：真核生物中真核生物中100-200100-200个核苷酸个核苷酸（核小体的（核小体的DNADNA单位）。原核生物中单位）。原核生物中1000-1000-20002000个核苷酸（相当于一个顺反子）。个核苷酸（相当于一个顺反子）。第34页/共72页蛋白蛋白Mr亚基数亚基数功能功能SSB756004结合单链结合单链DNADnaB蛋白蛋白(解螺旋酶解螺旋酶)3000006DNA解螺旋解螺旋,引物体成分引物体成分引物酶引物酶(DnaG蛋白蛋白)600001RNA引物合成引物合成,引物体成引物体成分分DNA聚合酶聚合酶9000
29、001820新链延长新链延长DNA聚合酶聚合酶I1030001除去引物除去引物,填充缺口填充缺口DNA连接酶连接酶740001连接连接DNA旋转酶旋转酶(DNA拓扑拓扑异构酶异构酶)4000004超螺旋超螺旋参与链的延伸阶段的蛋白质和酶第35页/共72页第36页/共72页均以均以5 5/33/方向形成前导链和滞后链方向形成前导链和滞后链第37页/共72页第38页/共72页第39页/共72页 当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其3 3-OHOH端遇端遇到上一个冈崎片段时即停止合成。到上一个冈崎片段时即停止合成。复制叉移动到终止区即复制叉移动到终止区即停止复制停
30、止复制（大肠杆菌有一个终止区）（大肠杆菌有一个终止区）。这时会发生一系列这时会发生一系列变化：变化：在在DNADNA聚合酶聚合酶催化下切除催化下切除RNARNA引物引物；留下的空隙由留下的空隙由DNADNA聚合酶聚合酶催化合成一段催化合成一段DNADNA填补上填补上；在在DNADNA连接酶连接酶作用作用下，连接相邻的下，连接相邻的DNADNA链；链；修复掺入修复掺入DNADNA链的错配碱基链的错配碱基；以；以修修复方式填补复方式填补终止区终止区50-10050-100bpbp的空缺。这样以两条亲代的空缺。这样以两条亲代DNADNA链为模板，各自形成一条新的链为模板，各自形成一条新的DNADNA
31、互补链。结果是形成了互补链。结果是形成了两个两个DNADNA双股螺旋分子。双股螺旋分子。（4 4）切除RNARNA引物，填补缺口，连接相邻的DNADNA片段（复制终止）第40页/共72页真核生物中DNADNA的复制特点1 1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子。复制，多复制子。2 2、冈崎片段长约、冈崎片段长约200200bp.bp.3 3、真核生物真核生物DNADNA复制速度比原核慢。复制速度比原核慢。4 4、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制；而在快速生
32、长的原核中，起点可以连续发动复复制；而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。制。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。5 5、真核生物有多种、真核生物有多种DNADNA聚合酶。聚合酶。6 6、真核生物线性染色体两端有、真核生物线性染色体两端有端粒端粒结构，防止染色体间结构，防止染色体间的末端连接。由的末端连接。由端粒酶端粒酶负责新合成链负责新合成链5 5 RNARNA引物切除引物切除后的填补，亦保持后的填补，亦保持端粒端粒的一定长度的一定长度。第41页/共72页复制叉复制叉终止区终止区 端粒结构端粒结构3 3 5 5 3 3 5 5 端粒结
33、构端粒结构端粒酶是含端粒酶是含RNARNA的逆转录酶的逆转录酶第42页/共72页DNADNA复制的其它方式大肠杆菌双链环状大肠杆菌双链环状DNADNA的复制的复制（一个复制起点，双向复制）（一个复制起点，双向复制）真核细胞线状染色体真核细胞线状染色体DNADNA的复制方式的复制方式（多个复制起点，双向复制）（多个复制起点，双向复制）单向滚环式复制单向滚环式复制（噬菌体（噬菌体 X174DNAX174DNA单链环状）单链环状）3 D-D-环式复制方式环式复制方式（线粒体双链环状（线粒体双链环状DNADNA：两条链的复制起点不同位置，且复制两条链的复制起点不同位置，且复制不同步）不同步）第43页/
34、共72页v定义定义:以以RNARNA为模板，按照为模板，按照RNARNA中的核苷酸顺序合成中的核苷酸顺序合成DNADNA称为逆转录，由称为逆转录，由逆转录酶逆转录酶催化进行。催化进行。v19701970年年TeminTemin和和BaltimoreBaltimore同时分别从劳氏肉瘤同时分别从劳氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒等致病病毒和小白鼠白血病病毒等致病RNARNA病毒中分离病毒中分离出逆转录酶，迄今已知的致癌出逆转录酶，迄今已知的致癌RNARNA病毒都含有逆病毒都含有逆转录酶。转录酶。用特异抑制物（放线菌素用特异抑制物（放线菌素D D）能抑制致癌能抑制致癌RNARNA病病毒的复制，而对一般
35、毒的复制，而对一般RNARNA病毒的复制无影响。已病毒的复制无影响。已知放线菌素知放线菌素D D专门抑制以专门抑制以DNADNA为模板的反应，可为模板的反应，可见致癌见致癌RNARNA病毒的复制过程必然涉及到病毒的复制过程必然涉及到DNADNA。所所以以TeminTemin于于19641964年提出前病毒的假说。年提出前病毒的假说。四、逆转录四、逆转录第44页/共72页+RNA+RNA+DNA-DNA-RNA+RNA+DNA-DNA-DNA+DNA+v病毒病毒RNARNA的逆转录过程的逆转录过程 （以前病毒形式引起整合到宿主细胞（以前病毒形式引起整合到宿主细胞DNADNA中而使中而使细胞恶性转
36、化）细胞恶性转化）单链病毒单链病毒RNARNA RNA-DNARNA-DNA杂交分子杂交分子 双链双链DNADNA（前病毒）前病毒）逆转录酶逆转录酶逆转录酶逆转录酶v 逆转录酶是多功能酶，兼有逆转录酶是多功能酶，兼有3 3种酶的活性：种酶的活性：RNARNA指导的指导的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 DNADNA指导的指导的DNADNA聚合酶活性聚合酶活性 核糖核酸酶核糖核酸酶H H的活性，专一水解的活性，专一水解RNA-DNARNA-DNA杂交杂交 分子中的分子中的RNARNA，可沿可沿5 53 3和和3 3 5 5两个方向起核两个方向起核 酸外切酶的作用。酸外切酶的作用。v逆转录酶也和逆
37、转录酶也和DNADNA聚合酶一样，沿聚合酶一样，沿5 53 3方向合成方向合成DNADNA，并要求并要求短链短链RNARNA作引物。作引物。第45页/共72页cDNAcDNA：几乎所有真核生物几乎所有真核生物mRNAmRNA分子的分子的3 3末端都有末端都有一段一段polyA,polyA,当加入寡聚当加入寡聚dTdT作为引物时，作为引物时，mRNAmRNA就可就可作为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互作为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的补的DNADNA，称为称为cDNAcDNA。逆转录酶发现的理论和实践意义：逆转录酶发现的理论和实践意义：不能把不能把“中心法则中心法则”绝对化，遗
38、传信息也可以从绝对化，遗传信息也可以从RNA传递到传递到DNA。促进了分子生物学、生物化学和促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目前逆转录酶已经成为研究这些学科的工具。前逆转录酶已经成为研究这些学科的工具。19831983年，发现人类免疫缺陷病毒（年，发现人类免疫缺陷病毒（human immune deficience virus,HIVhuman immune deficience virus,HIV）,感染感染T T淋巴细淋巴细胞后即杀死细胞，造成宿主机体免疫系统损伤，引起艾滋病（胞后即杀死细胞，造成宿主机体免疫
39、系统损伤，引起艾滋病（acquired acquired immunodeficiency syndrome,AIDSimmunodeficiency syndrome,AIDS）第46页/共72页五、五、DNADNA的损伤修复的损伤修复DNADNA的损伤：的损伤：DNADNA在复制时产生错配、病毒基因整合；某些物化在复制时产生错配、病毒基因整合；某些物化因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，破坏因子如紫外光、电离辐射和化学诱变等，破坏DNADNA的双螺旋的双螺旋结构。从而影响结构。从而影响DNADNA的复制，并使的复制，并使DNADNA的转录和翻译也跟着的转录和翻译也跟着变化，因而表现出异常的
40、特征（生物突变）。变化，因而表现出异常的特征（生物突变）。若若DNADNA的损伤或错配得不到修复，会导致的损伤或错配得不到修复，会导致DNADNA突变。其主突变。其主要形式：要形式：一个或几个碱基被置换一个或几个碱基被置换 插入一个或几个碱基插入一个或几个碱基 一个或多个碱基对缺失一个或多个碱基对缺失u DNADNA的损伤修复的损伤修复 四种修复途径四种修复途径:光复活光复活、切除修复、切除修复、复组修复和诱导修复（亦称暗修复）。复组修复和诱导修复（亦称暗修复）。第47页/共72页 u光复活：光复活：400400nmnm左右的光激活光复活酶，专一分解紫外左右的光激活光复活酶，专一分解紫外光照射
41、引起的同一条链上光照射引起的同一条链上TTTT（CC CTCC CT）二聚体。（包括从二聚体。（包括从单细胞生物到鸟类，而高等哺乳动物无）单细胞生物到鸟类，而高等哺乳动物无）u切除修复：切除修复：将将DNADNA分子中的受损伤部分切除，以完分子中的受损伤部分切除，以完整的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、整的那条链为模板再重新合成。特异内切酶、DNADNA聚合酶、聚合酶、DNADNA外切酶、外切酶、DNADNA连接酶均参与。（发生连接酶均参与。（发生在在DNADNA复制前）复制前）u重组修复重组修复 （发生在复制后）：复制时，跳过损伤（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链
42、弥补，原损伤部位并没部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除但在后代逐渐稀释。有切除但在后代逐渐稀释。P349P349u诱导修复：诱导修复：造成造成DNADNA损伤或抑制复制的处理均能引损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导效应，称为起一系列复杂的诱导效应，称为应急反应（应急反应（SOS SOS responseresponse）。）。此过程诱导产生切除修复和重组修此过程诱导产生切除修复和重组修复中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的复中的关键蛋白和酶，同时产生无校对功能的DNADNA聚合酶。所以会有聚合酶。所以会有2 2种结果：修复或种结果：修复或变异（进化）变异（进化）。第
43、48页/共72页第二节 RNARNA的生物合成一、RNA聚合酶 二、RNA的转录过程 三、转录后加工 四、RNA的复制 第49页/共72页一、概念一、概念转录：转录：以以DNADNA的一条链为模板在的一条链为模板在RNARNA聚合酶催化下，聚合酶催化下，按照碱基配对原则，合成一条与按照碱基配对原则，合成一条与DNADNA链的一定区段链的一定区段互补的互补的RNARNA链的过程称为转录。链的过程称为转录。以四种核糖核苷三磷酸酸（以四种核糖核苷三磷酸酸（NTPNTP）为底物，形成为底物，形成3 3、5 5 -磷酸二酯键相连接。磷酸二酯键相连接。转录的不对称性转录的不对称性：在：在RNARNA的合成
44、中，的合成中，DNADNA的二条链中的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称仅有一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。性。反义链（无意义链，负链）：在反义链（无意义链，负链）：在RNARNA的转录中，用的转录中，用作模板的作模板的DNADNA链称为反义链。链称为反义链。有义链（编码链，正链）在有义链（编码链，正链）在RNARNA的转录中，不作为的转录中，不作为模板的模板的DNADNA链称为有义链。链称为有义链。第50页/共72页RNARNA聚合酶聚合酶：大肠杆菌的大肠杆菌的RNARNA聚合酶聚合酶全酶由全酶由5 5种亚基种亚基2 2 组成组成，因子与其它因子与其它部分的结合
45、不是十分紧密，它易于与部分的结合不是十分紧密，它易于与2 2分离，分离，没有没有、亚基的酶亚基的酶称为核心酶称为核心酶只催化链的延长，对只催化链的延长，对起始无作用。起始无作用。五种亚基的功能分别为：五种亚基的功能分别为：亚基：亚基：与启动子结合功能。与启动子结合功能。亚基亚基：含催化部位，起催化作用，催化形：含催化部位，起催化作用，催化形 成成磷酸二酯键。磷酸二酯键。亚基：在全酶中存在，功能不清楚。亚基：在全酶中存在，功能不清楚。亚基亚基：与：与DNADNA模板结合功能。模板结合功能。亚基：亚基：识别起始位点。识别起始位点。一、RNARNA聚合酶第51页/共72页u 真核细胞的真核细胞的RN
46、ARNA聚合酶聚合酶酶类分布产物-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱对酶的作用对酶的作用分子量反应条件I核仁核质核质rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNAtRNA 5SrRNA不抑制低浓度抑制高浓度抑制500 000700 000700 000_低离子强度,要求Mg2+或Mn2+高离子强度高Mn2+浓度第52页/共72页RNARNA聚合酶的特点：聚合酶的特点：1 1、反应底物：、反应底物：NTPNTP，DNADNA为模板、为模板、Mg2+Mg2+促进聚合反应。促进聚合反应。RNARNA聚合酶不需要引物，合成方向聚合酶不需要引物，合成方向5 53 3 。2 2、真核生物与原核生物的、真核生物
47、与原核生物的RNARNA聚合酶结构不同（具体聚合酶结构不同（具体 说明）。说明）。3 3、利福平利福平抑制原核生物抑制原核生物RNARNA聚合酶活性；聚合酶活性；-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱 抑制真核生物抑制真核生物RNARNA聚合酶活性。聚合酶活性。第53页/共72页RNARNA的转录过程的转录过程：（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例）起始位点的识别起始位点的识别 转录起始转录起始 链的延伸链的延伸 转录终止转录终止二、RNARNA的转录过程第54页/共72页（1 1）起始位点的识别）起始位点的识别 RNARNA的合成不需要引物的合成不需要引物。体外实验证明，不含。体外实验证明，不含亚基的核心酶会随机
48、地在一亚基的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动，当有个基因的两条链上启动，当有亚基时就会选择正确的起点。亚基时就会选择正确的起点。亚基起着识别亚基起着识别DNADNA分子上的起始信号（分子上的起始信号（启动子启动子指指RNARNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNADNA序列）序列）的作用。的作用。启动子的结构至少由三部分组成：启动子的结构至少由三部分组成：-35-35序列提供了序列提供了RNARNA聚合酶全酶识别的信聚合酶全酶识别的信号；号；-10-10序列是酶的紧密结合位点（富含序列是酶的紧密结合位点（富含ATAT碱基，利于双链打开）；第三部分是碱基，
49、利于双链打开）；第三部分是RNARNA合成的起始点。合成的起始点。AACTGTATATTATTGACATATAAT+1转录起始点转录起始点5335 35序列序列 Sextama 框框 10序序列列Pribnow框框第55页/共72页（2 2）转录起始）转录起始 RNARNA聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点，然后结合第一个核苷三磷聚合酶全酶扫描解链区，找到起始点，然后结合第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三磷酸常是酸。加入的第一个核苷三磷酸常是GTPGTP或或ATPATP，很少是很少是CTPCTP，不用不用UTPUTP。所形所形成的成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物启动子、全酶
50、和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起始点，三磷酸一旦掺入到转录起始点，亚基就会被释放脱离核心酶。亚基就会被释放脱离核心酶。因子仅与起始因子仅与起始有关，有关，RNARNA的合的合成一旦开始成一旦开始，便被释放便被释放 E-35-10pppG或pppA5 55 53 33 3模板链第56页/共72页（3 3）RNARNA链的延伸链的延伸DNADNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNADNA结合比较松弛，可沿结合比较松弛，可沿DNADNA模板移动，并按模板顺序模板移动，并按模板顺序选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸