考研科目动物生物化学 DNA的生物合成复制.pptx

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1、本章主要内本章主要内容容一一 DNA的复制过程的复制过程二二 DNA的损伤和修复的损伤和修复第1页/共116页重点：重点：中心法则的内容和中心法则的内容和DNA复制复制 的过程。的过程。难点：难点：DNA复制的过程。复制的过程。第2页/共116页 DNA是是生物遗传生物遗传的主要物质基础，的主要物质基础，生物机体的遗传信息以生物机体的遗传信息以密码的形式编码密码的形式编码在在DNA分子上分子上，表现为特定的核苷酸排，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过列顺序，并通过DNA的复制的复制由亲代传递由亲代传递给子代。给子代。第3页/共116页 在后代的生长发育过程中，在后代的生长发育过程中，遗传信息遗

2、传信息自自DNA转录给转录给RNA，然后，然后翻译成特异的蛋翻译成特异的蛋白质白质，以执行各种生命功能，使后代表现，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。出与亲代相似的遗传性状。第4页/共116页A 以以DNA为模板，合成为模板，合成相应相应DNA分子分子的过程。的过程。B 以以DNA为模板，合成为模板，合成相应相应RNA分子分子的过程。的过程。C 以以RNA为模板，合成为模板，合成相应蛋白质相应蛋白质的过程。的过程。中心法则揭示了遗传信息的传递方向。中心法则揭示了遗传信息的传递方向。1958年年F.Crick提出中心法则提出中心法则第5页/共116页Reverse trans

3、cription遗传信息传递的中心法则第6页/共116页 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为基基础础发发展展了了基基因因工工程程，给给人人类类的的生生产和生活带来了深刻的革命。产和生活带来了深刻的革命。第7页/共116页复制：复制：亲代亲代DNA或或RNA在一系列酶的作用在一系列酶的作用 下，生成与亲代相同的子代下，生成与亲代相同的

4、子代DNA或或 RNA的过程。的过程。转录：转录：以以DNA为模板，按照碱基配对原则为模板，按照碱基配对原则 将其所含的遗传信息传给将其所含的遗传信息传给RNA，形，形 成一条与成一条与DNA链互补的链互补的RNA的过程。的过程。几个重要概念几个重要概念第8页/共116页翻翻 译：译：亦叫转译，以亦叫转译，以mRNA为模板，将为模板，将 mRNA的密码解读成蛋白质的的密码解读成蛋白质的AA 顺序的过程顺序的过程。逆转录：逆转录：以以RNA为模板，在逆转录酶的作为模板，在逆转录酶的作 用下，生成用下，生成DNA的过程。的过程。第9页/共116页一一 DNA的的复制复制(replication)复

5、制复制亲代亲代DNA子代子代DNA 由亲代由亲代DNA合成两个相同的子代合成两个相同的子代DNA的过程。的过程。第10页/共116页1 半保留复制半保留复制 (semi-conservative replication)2 双向复制双向复制 (bidirectional replication)3 半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication)4 其他复制类型其他复制类型复制的类型复制的类型第11页/共116页1 DNA的半保留复的半保留复制制 由亲代由亲代DNA生成子代生成子代DNA时，每个时，每个新形成的子代新形成的子代DNA中，一条链来中，一条链

6、来自亲代自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，而另一条链则是新合成的，这种这种复制方式叫复制方式叫半保留复制。半保留复制。（1）概念）概念第12页/共116页第13页/共116页（2 2）半保留复制的实验证据）半保留复制的实验证据 1958年年Meselson&stahl用用同位素同位素示踪标记示踪标记加加密度梯度离心技术密度梯度离心技术，证明了，证明了DNA是采取半保留的方式进行复制。是采取半保留的方式进行复制。第14页/共116页第15页/共116页 15N DNA14N-15N DNA14N DNA14N-15N DNA亲代亲代DNA分子分子第一代第一代DNA 分子分子第二代第二代DNA

7、 分子分子第16页/共116页（3 3）半保留复制的意义）半保留复制的意义 使亲代使亲代DNA所含的信息以极高的准确所含的信息以极高的准确 度传递给子代度传递给子代DNA分子。分子。DNA通过复制和基因表达这两种主要通过复制和基因表达这两种主要 功能，决定了功能，决定了生物的特性和类型生物的特性和类型并体并体 现了遗传过程的现了遗传过程的相对保守性相对保守性。第17页/共116页2 双向复制（双向复制（bidirectional replication）DNA从起始点（从起始点（origin）向两个方向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，叉，称为双向复

8、制称为双向复制。（1）双向复制的概念）双向复制的概念第18页/共116页DNA的双向和单向复制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单向复制单向复制双向复制双向复制第19页/共116页A.环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B.复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C.复制接近终止点复制接近终止点(termination,ter)oriterA B C(2)原核生物原核生物DNA双向复制双向复制第20页/共116页环状环状DNA的复制的复制 ABC环状环状 DNA复制时所形复制时所形成的成的Q结构结构起始点起始点复制叉复制叉的推进的推进第21页/共11

9、6页（3 3）真核生物的双向复真核生物的双向复制制 真核生物每个染色体有真核生物每个染色体有多个起始点多个起始点，是多复制子的复制。，是多复制子的复制。习惯上把习惯上把两个相邻起始点之间两个相邻起始点之间的距离定为一个的距离定为一个复制子复制子(replicon)，复复制子是独立完成复制的功能单位。制子是独立完成复制的功能单位。第22页/共116页（4 4）复制起始点、复制子与复制）复制起始点、复制子与复制叉叉第23页/共116页3 3 复制的半不连续性复制的半不连续性 DNA双螺旋的两条链是反平行双螺旋的两条链是反平行的，催化的，催化DNA合成的合成的聚合酶只能沿聚合酶只能沿着着53方向进行

10、方向进行。第24页/共116页 在在DNA复制时，一复制时，一条链的合成方向条链的合成方向和和复制叉的前进方向相同，可以连续复复制叉的前进方向相同，可以连续复制，制，叫作前导链（叫作前导链（leading strand）。）。第25页/共116页 而另一条链的合成方向和复制叉的前进而另一条链的合成方向和复制叉的前进方向正好相反，不能连续复制，只能分成几方向正好相反，不能连续复制，只能分成几个片段个片段（冈崎片段）（冈崎片段）合成，称之为合成，称之为滞后链（滞后链（lagging strand）。）。前导前导链连续复制而随从链不连续复制，链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的就是复制的半不连续

11、复制半不连续复制。第26页/共116页3 5 3 5 3535解链方向解链方向领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)DNA的半不连续复制的半不连续复制35第27页/共116页半不连续复制第28页/共116页4 其他的复制方式其他的复制方式（1）滚环复制）滚环复制（2）取代环复制）取代环复制（3）反转录合成）反转录合成DNA第29页/共116页(1)滚环复制滚环复制3-OH5-P5 5 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 5第30页/共116页dNTPDNA-pol (2)D环复制环复制(D-loop replication)线粒体线粒体DN

12、A(mitochondrial DNA，mtDNA)的复制形式。的复制形式。第31页/共116页 1970年年Temin和和Baltimore同时分别同时分别从从劳氏肉瘤病毒劳氏肉瘤病毒和和小白鼠白血病病毒小白鼠白血病病毒等等致病致病RNA病毒中分离出逆转录酶。病毒中分离出逆转录酶。定义定义:以以RNA为模板在为模板在逆转录酶的逆转录酶的作用下作用下合成合成DNA的过程称为逆转录。的过程称为逆转录。（3 3）反转录）反转录第32页/共116页逆转录病毒细胞内的逆转录现象逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA 杂化双链杂化双链RNA酶酶单链单链DNA逆转录酶逆

13、转录酶双链双链DNA第33页/共116页 以以RNA为模板合成为模板合成DNA(cDNA）。）。反转录酶有三个作用反转录酶有三个作用 水解水解RNA模板：模板：专一水解专一水解RNA-DNA杂交分子中的杂交分子中的RNA，起，起5 3和和3 5核酸外切酶的作用。核酸外切酶的作用。以新合成单链以新合成单链DNA为模板合成第为模板合成第二条二条DNA。第34页/共116页第35页/共116页逆转录酶逆转录酶发现的意义发现的意义 逆转录酶和逆转录现象，是分子生物逆转录酶和逆转录现象，是分子生物 学研究中的重大发现。学研究中的重大发现。至少在某些生物，至少在某些生物，RNA同样兼有遗传同样兼有遗传 信

14、息传代与表达功能。信息传代与表达功能。拓宽了病毒学研究的领域。拓宽了病毒学研究的领域。第36页/共116页5 与与DNA复制有关的酶和蛋白质复制有关的酶和蛋白质（1）DNA聚合酶聚合酶（2）引物酶）引物酶（3）DNA连接酶连接酶（4）DNA复制起始的酶及蛋白复制起始的酶及蛋白第37页/共116页（1）DNA聚合酶 以四种脱氧核糖核苷酸（dNTP）作底物。第38页/共116页 反应需要接受模板的指导，可以利用 DNA双链作为模板，亦可以单链DNA 作为模板。第39页/共116页N3 5 5 OOH OH PPP-O-CH2OH 反应需要有游离的反应需要有游离的3 3-羟基作为引物。羟基作为引物。

15、PPi第40页/共116页5 A G C T T C A G G A T A 3|3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 5 外切酶活外切酶活性性 5 3 外切酶活性外切酶活性?切除复制时合成的切除复制时合成的RNA引物。引物。能辨认错配的碱基对，并将其水解。能辨认错配的碱基对，并将其水解。外切酶活性外切酶活性第41页/共116页3 5 3 5 解链方向解链方向35335先导链先导链(leading strand)(leading strand)随从链随从链(lagging strand)(lagging strand)引物引物引物引物引物引物第42页/共1

16、16页原核生物中的原核生物中的DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶:单体多功能酶单体多功能酶。5 3 聚合酶功能。聚合酶功能。3 5 外切酶活性外切酶活性（错配碱基）。（错配碱基）。5 3 外切酶活性外切酶活性（主要是对（主要是对DNA损伤的修复，在损伤的修复，在DNA复制时复制时RNA引物引物切除及其空隙的填补）。切除及其空隙的填补）。第43页/共116页323个氨基酸个氨基酸小片段小片段5 核酸外切核酸外切 酶活性酶活性大片段大片段/Klenow 片段片段 604个氨基酸个氨基酸DNA聚合酶活性聚合酶活性 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N 端端C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol

17、 第44页/共116页 DNA聚合酶聚合酶：多亚基酶，多亚基酶，5 3 聚合酶功能聚合酶功能 3 5 外切酶活性，外切酶活性，无无5 3 外切酶活性。外切酶活性。可能在修复可能在修复紫外光引起的紫外光引起的DNA损伤中起作用。损伤中起作用。第45页/共116页 DNA聚合酶聚合酶：是原核生物是原核生物DNA复制复制 的主要聚合酶，由的主要聚合酶，由10种亚基组成。种亚基组成。具有具有5 3DNA聚合酶活性；聚合酶活性；具有具有3 5外切酶活性；外切酶活性；没有没有5 3外切酶活性。外切酶活性。第46页/共116页 DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 亚基数目亚基数目 单

18、体酶单体酶 多亚基酶多亚基酶 多亚多亚基酶基酶 53聚合活性聚合活性 +35外切活性外切活性 +53外切活性外切活性 +-对对DNA损伤损伤的修复；切的修复；切除除RNA引物引物修复紫外修复紫外光引起的光引起的DNA损伤损伤复制的主要复制的主要聚合酶，提聚合酶，提高复制的保高复制的保真性真性大肠杆菌中三种大肠杆菌中三种DNA聚合酶聚合酶第47页/共116页（2 2）引引发发酶酶(primase)DnaG基因基因编码，由特异的编码，由特异的RNA聚合聚合酶合成的酶合成的3羟基的一段羟基的一段RNA（510个核个核苷酸），此酶为苷酸），此酶为引发酶引发酶，。在复制起始时，。在复制起始时催化引物（催

19、化引物（primer）合成，提供）合成，提供3-OH末末端。端。第48页/共116页3 5 3 5 解链方向解链方向35335先导链先导链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)引物引物引物第49页/共116页 DNA聚合酶校对复制中的错误聚合酶校对复制中的错误核苷酸，导致在形成核苷酸，导致在形成新的磷酸二酯键新的磷酸二酯键前检测前一个碱基是否正确前检测前一个碱基是否正确，决定了，决定了不能从头合成。不能从头合成。为何先合成为何先合成RNA引物，然后切除？引物，然后切除？第50页/共116页复制的复杂性，但保证了复制的忠实性。复制的复杂性，但保证了复制的忠实

20、性。先合成一个低忠实性的先合成一个低忠实性的RNA标记标记的的DNA，当，当DNA开始聚合以后在以开始聚合以后在以5到到3核酸外切酶的功能切除，以脱氧苷核酸外切酶的功能切除，以脱氧苷酸代替酸代替。第51页/共116页 DNA复制的忠实性复制的忠实性A DNA聚合酶聚合酶和和的作用，严格遵守碱基配对规律。的作用，严格遵守碱基配对规律。B DNA聚合酶聚合酶的的3 5外切酶活性，错配碱基的修正。外切酶活性，错配碱基的修正。C RNA引物的合成与切除。引物的合成与切除。D DNA聚合酶的方向（聚合酶的方向（5 3）。）。E 修复作用。修复作用。第52页/共116页（3）DNA连连 接接 酶酶（DNA

21、 ligase）连接连接DNA链链3-OH末端和相邻末端和相邻DNA链的链的5-P末端，末端，使二者生成磷使二者生成磷酸二酯键酸二酯键，从而把两段相邻的，从而把两段相邻的DNA链连成完整的链。链连成完整的链。第53页/共116页DNA连接酶的作用 DNA连接酶在复制中起最后接合缺口连接酶在复制中起最后接合缺口 的作用。的作用。在在DNA修复、重组及剪接中也起缝合修复、重组及剪接中也起缝合 缺口作用。缺口作用。是基因工程的重要工具酶之一。是基因工程的重要工具酶之一。第54页/共116页（4）DNA复制起始的酶类复制起始的酶类及蛋白及蛋白 DnaA蛋白 DnaB蛋白 DnaC蛋白 DNA拓扑异构酶

22、 单链DNA结合蛋白第55页/共116页 大肠杆菌的复制起点为大肠杆菌的复制起点为oriC，是由，是由245个碱基对组成，这些序列在大多数个碱基对组成，这些序列在大多数细菌中是高度保守的，细菌中是高度保守的，关键序列是关键序列是3个个13bp序列和序列和4个个9bp序列。序列。第56页/共116页复制起始点（复制起始点（E.coli-oriC）3个个13bp序列序列GATCTNTTNTTT 4个个9bp序列序列TTATCCACA5 3 5 3 DnaA蛋白的结合位点蛋白的结合位点A的甲基化控制的甲基化控制复制何时开始复制何时开始第57页/共116页 DnaA蛋白蛋白 DnaA蛋白是由相同亚基组

23、成的四聚蛋白是由相同亚基组成的四聚体体。复制起始时，。复制起始时，DnaA蛋白辨认并结合蛋白辨认并结合E.coli上复制起始点上复制起始点oriC，促使促使oriC局部局部解链。解链。第58页/共116页 DnaB蛋白解螺旋蛋白解螺旋蛋白：作用于氢键作用于氢键，使，使DNA双链双链 解开成为两条单链。解开成为两条单链。DnaB解链方向解链方向第59页/共116页 DnaC蛋白 DnaC蛋白的作用是将具有解链酶活蛋白的作用是将具有解链酶活性的性的DnaB蛋白运送到复制模板蛋白运送到复制模板，并协同，并协同DnaB蛋白的作用。蛋白的作用。Dna BDna C解链方向解链方向第60页/共116页Dn

24、aB、DnaCDnaG（引发酶）DnaA蛋白复合物第61页/共116页 解解链链过过程程中中，DNA分分子子会会过过度度拧拧紧紧、打打结、缠绕、连环等现象，出现正超螺旋。结、缠绕、连环等现象，出现正超螺旋。第62页/共116页 DNA拓扑异构酶拓扑异构酶（DNA topoisomerase）DNA分子一边解链，一边复制，分子一边解链，一边复制，DNA拓扑异构酶是能够松解拓扑异构酶是能够松解DNA超螺超螺旋结构的酶。旋结构的酶。第63页/共116页1010 8 8 局部解链后局部解链后DNA复制过程中正超螺旋的形成复制过程中正超螺旋的形成第64页/共116页拓扑异构酶使使DNA的一条的一条链链断

25、裂和再连接，断裂和再连接，使使DNA解链旋转不致打结解链旋转不致打结DNA变变为松弛状态为松弛状态。反应不需反应不需ATP。拓扑异构酶有称旋转酶，有称旋转酶，DNA分子分子两两条条链链断断裂和再连接裂和再连接，引入负超螺旋状态，引入负超螺旋状态，反应需要反应需要ATP。第65页/共116页 单单 链链 DNA结结 合合 蛋蛋 白白 （single stranded DNA binding protein，SSB）由由四个亚基四个亚基组成，与组成，与DNA亚基的组成表亚基的组成表现明显的现明显的协同效应协同效应。在复制中维持模板处于单链状态并保护在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。单链

26、的完整。第66页/共116页 模板的模板的DNA总要处于单链状态，而总要处于单链状态，而DNA分子只要符合碱墓配对，又总会有形成双链分子只要符合碱墓配对，又总会有形成双链的倾向的倾向，以使分子达到稳定状态和免受胞内，以使分子达到稳定状态和免受胞内广泛存在的核酸酶降解。广泛存在的核酸酶降解。第67页/共116页第68页/共116页 引发体的形成引发体的形成 Dna A Dna B、Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物酶SSB3 5 3 5 引物酶含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶蛋白、引物酶和和DNA复制起始区域的复合结构称为引复制起始区域的复合结构称为引发体。发体。第69页/

27、共116页引发体沿模板链引发体沿模板链53方向移动，具方向移动，具有识别合成起始位点的功能，移动到一有识别合成起始位点的功能，移动到一定位置上即可引发定位置上即可引发RNA引物的合成。引物的合成。第70页/共116页第71页/共116页复制起始的过程复制起始的过程1DnaA蛋白辨认结合蛋白辨认结合oriC的重复序列，并的重复序列，并与与 DNA形成复合物，引起解链；形成复合物，引起解链；2DnaB在在DnaC的辅助下结合于初步打开的的辅助下结合于初步打开的双双 链，并用其解螺旋酶活性开链；链，并用其解螺旋酶活性开链；3拓扑酶通过切断、旋转和再连结的作用，拓扑酶通过切断、旋转和再连结的作用，实实

28、 现现DNA超螺旋的转型；超螺旋的转型；4SSB结合在已开链的结合在已开链的DNA模板上，使模板上，使DNA在在 一定的范围内保持开链状态。一定的范围内保持开链状态。5引物酶介入，形成的引发体，可按照模板引物酶介入，形成的引发体，可按照模板的的 配对序列，催化配对序列，催化NTP的聚合，生成引物。的聚合，生成引物。第72页/共116页起始的过程起始的过程辨认并结合起始位点辨认并结合起始位点打开双螺旋打开双螺旋防止复螺旋防止复螺旋单链结合蛋白单链结合蛋白 解链酶解链酶引物引物引物酶引物酶DnaA合成合成第73页/共116页（5）复制的延伸）复制的延伸半不连续复制和半保留复制。半不连续复制和半保留

29、复制。在在DNA-pol催催化化下下，dNTP以以dNMP的的方方式式逐逐个个加加入入引引物物或或延延长长中中的的子子链链上上，其其化学本质是化学本质是磷酸二酯键磷酸二酯键的不断生成。的不断生成。第74页/共116页 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol 复制延长的过程复制延长的过程第75页/共116页 前导链连续复制前导链连续复制 顺着解链方向而生成的子链，复顺着解链方向而生成的子链，复制是制是连续进行连续进行的。的。第76页/共116页 随从链不连续复制随从链不连续复制 随从链随从链的复制必须等待模板链解开的复制必

30、须等待模板链解开至足够长度，才能从至足够长度，才能从53 53 方向生成方向生成引物然后复制引物然后复制(形成冈崎片断，不连续复形成冈崎片断，不连续复制制)。第77页/共116页随从链的合成随从链第78页/共116页 在同一个复制叉上，在同一个复制叉上，前导前导链的复制先链的复制先于后随链于后随链，但两链，但两链均在均在DNApol 催化下催化下进行。进行。随从链的模板可随从链的模板可折叠或环绕成环状折叠或环绕成环状，与前导链正在延长的区域对齐，使领头链与前导链正在延长的区域对齐，使领头链和随从链的延长和随从链的延长点都处在点都处在DNApol 催化催化位点上。位点上。第79页/共116页第8

31、0页/共116页复制延长简图第81页/共116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9000001820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参与链的延伸阶段的蛋白质和酶第82页/共

32、116页（6 6）复制的终止）复制的终止 原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向，双向复制的复制片段在复制的终止点复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。处汇合。复制的起始点和终止点刚好把环复制的起始点和终止点刚好把环DNA分为两个半圆，两个方向各进行分为两个半圆，两个方向各进行180，同时在终止点汇合，同时在终止点汇合。第83页/共116页oriter E.coli8232 ori terSV40500第84页/共116页（7）RNA引物的切除引物的切除 RNA引物由大肠杆菌DNA聚合酶酶5 3外切酶活性完成，留下的空隙由该酶聚合活性填补。第85页/共116页（8）冈崎片段的

33、连接）冈崎片段的连接 修复的冈崎片断由修复的冈崎片断由DNA连接酶封闭连接酶封闭缺口，小片段连接成完整的子代链。最缺口，小片段连接成完整的子代链。最末端冈崎片断的末端冈崎片断的RNA引物切除后可求助引物切除后可求助于另半圈的于另半圈的DNA的的DNA链向前延伸来填链向前延伸来填补。补。第86页/共116页第87页/共116页末端末端DNA序列是多次重复的富含序列是多次重复的富含T、G碱基碱基的短序列的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG真核生物染色体线性真核生物染色体线性DNA分子末端的结构分子末端的结构。(9)端粒端粒(telomere)第88页/共116页功能功能:稳定染色体的末端结构

34、。稳定染色体的末端结构。防止染色体间末端连接。防止染色体间末端连接。补偿补偿RNA引物切除后造成的空缺。引物切除后造成的空缺。第89页/共116页 线性DNA的末端复制的问题第90页/共116页当端粒长度下降到当端粒长度下降到某一临界值某一临界值时，细胞终止时，细胞终止分裂：衰老、死亡分裂：衰老、死亡“多莉”的衰老 研究端粒丢失的速率，预测人类的寿命 研究推测端粒酶与肿瘤的关系第91页/共116页端粒酶端粒酶(telomerase)含有含有RNA链的逆转录酶，能以链的逆转录酶，能以RNA为模板合成为模板合成DNA的端粒结构。的端粒结构。第92页/共116页端粒酶的催化延长作用爬爬行行模模型型第

35、93页/共116页DNADNA聚合酶复制子链进一步加工以RNA的A、C为模板以DNA的A、C为模板第94页/共116页DNA Damage(Mutation)and Repair 1.DNA 的损伤的损伤 2.损伤修复系统损伤修复系统 二二 DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复第95页/共116页1 DNA的损伤（的损伤（DNA damage）个个别别脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸残残基基甚甚至至片片段段在在DNA的的构构成成、复复制制或或表型功能上的异常变化，称为表型功能上的异常变化，称为DNA损伤。也称为损伤。也称为 突变突变（Mutation）。）。（1）定义定义第96页/共116页

36、遗传物质的结构改变而引起的遗传遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为信息改变，均可称为突变。突变。在复制过程中发生的在复制过程中发生的DNA突变称为突变称为DNA损伤损伤(DNA damage)。从分子水平来看，突变就是从分子水平来看，突变就是DNA分分子上碱基的改变。子上碱基的改变。第97页/共116页 （2 2）引发损伤）引发损伤的因素的因素 物理因素：物理因素：指紫外线和各种辐射，指紫外线和各种辐射，如紫外线可引起如紫外线可引起DNA链上相邻的两个嘧啶链上相邻的两个嘧啶碱基发生共价结合，生成嘧啶二聚体。碱基发生共价结合，生成嘧啶二聚体。第98页/共116页 如如TT，TC，CC

37、等等二二聚聚体体。这这些些嘧嘧啶啶二二聚聚体体由由于于形形成成了了共共价价键键连连接接的的环环丁丁烷烷结结构构，因因而而会会引起复制障碍。引起复制障碍。第99页/共116页 化学因素化学因素：化工原料化工原料、化工产品、化工产品和副产品，各种工业的排放物、农药、和副产品，各种工业的排放物、农药、食品防腐剂或添加剂食品防腐剂或添加剂，以至汽车排放的，以至汽车排放的废气。废气。第100页/共116页（3 3）突变的分子改变类型）突变的分子改变类型错配错配(mismatch)缺失缺失(deletion)插入插入(insertion)重排重排(rearrangement)框移框移(frame-shif

38、t)第101页/共116页 DNA分子上的碱基错配称分子上的碱基错配称点突变点突变(point mutation)发生在同型碱基之间，即发生在同型碱基之间，即嘌呤嘌呤代替代替另一另一嘌呤嘌呤，或，或嘧啶嘧啶代替另一代替另一嘧啶嘧啶。转换转换发生在异型碱基之间，即发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧嘌呤变嘧啶啶或或嘧啶变嘌呤嘧啶变嘌呤。颠换颠换 错配错配第102页/共116页镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)亚基亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链肽链CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb(HbA)亚基亚基N-val his leu thr pr

39、o glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因第103页/共116页 缺失、插入和框移缺失、插入和框移缺失：缺失：一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子大分子上消失。上消失。插入：插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到入到DNA大分子中间。大分子中间。框移突变框移突变：三联体密码的阅读方式改变，造成：三联体密码的阅读方式改变，造成 蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。缺失或插入都可导致缺失或插入都可导致框移突变框移突变。第104页/共116页谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C A U

40、 G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突变缺失引起框移突变第105页/共116页 重排重排DNA分子内较大片段的交换，称为分子内较大片段的交换，称为重组或重排。重组或重排。第106页/共116页由基因重排引起的两种地中海贫血基因型由基因重排引起的两种地中海贫血基因型第107页/共116页2 DNA损伤的修复（损伤的修复（DNA repairing）修复的主要类型：修复的主要类型：（1）光修复）光修复(light repairing)（2）暗修复）暗修复 切除修复切除修复(excision repairing)重组修复重

41、组修复(recombination repairing)SOS修复修复 第108页/共116页（1）光修复）光修复 光修复过程是通过光修复过程是通过光修复酶光修复酶催化而完催化而完成，可见光激活（成，可见光激活（400nm）此酶活性，可）此酶活性，可使嘧啶二聚体分解为原来的非聚合状态，使嘧啶二聚体分解为原来的非聚合状态，DNA完全恢复正常。完全恢复正常。第109页/共116页光修复酶光修复酶(photolyase)UV分解环丁基的C CC C键第110页/共116页（2）切除修复（）切除修复（excision repairing）又称复制前修复。在一系列酶的作又称复制前修复。在一系列酶的作用下

42、，将用下，将DNA分子中分子中受损伤部分切除受损伤部分切除掉掉，并以，并以完整的那一条链为模板完整的那一条链为模板，合成，合成出切去的部分，然后使出切去的部分，然后使DNA恢复正常结恢复正常结构的过程。构的过程。第111页/共116页E.coli的切除修复方式UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA连接酶连接酶ATP 切 补 修 封第112页/共116页（3）重组修复重组修复（recombination repairing）复制后通过分子内重组，从复制后通过分子内重组，从完整的完整的亲代链上把相应碱基顺序的片段移至子亲代链上把相应碱基顺序的片段移至子代链缺口处代链缺口处，使

43、之成为完整的分子。亲，使之成为完整的分子。亲链上的缺口由聚合酶链上的缺口由聚合酶1 1和连接酶填补完和连接酶填补完整，这就称为重组修复。整，这就称为重组修复。第113页/共116页（4）SOS修复（产生差错的修复）特点：特点：反应特异性低，对碱基的识别反应特异性低，对碱基的识别和和选择能力差。选择能力差。DNA得到了修复和导致变得到了修复和导致变异。异。DNA保留的错误会较多，引起较广泛、保留的错误会较多，引起较广泛、长期的突变。长期的突变。致癌因素致癌因素X射线、紫外线和黄曲霉素导射线、紫外线和黄曲霉素导致致SOS修复。修复。第114页/共116页思考题1 中心法则的内容。2 DNA聚合酶的功能。3 半保留复制、半不连续复制、冈崎片断。4 参与DNA复制的主要酶及蛋白的作用。5 原核生物复制的过程。6 遗传的忠实性。7 DNA的损伤和修复系统。第115页/共116页感谢您的观看！第116页/共116页