生物化学·DNA的复制和修复.ppt

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1、第十四章第十四章 DNA的复制和修复的复制和修复 本章重点介绍遗传本章重点介绍遗传中心法则中心法则和和DNA的的半保半保留复制留复制以及以及逆转录逆转录的过程和机理，对的过程和机理，对DNA的损的损伤和修复、突变和重组作一般介绍。伤和修复、突变和重组作一般介绍。思考思考 DNA是是绝绝大大多多数数生生物物体体遗遗传传信信息息的的载载体体，继继1953年年Watson&Crick提提出出DNA双双螺螺旋旋结结构构模模型型后后，1958年年，Crick提提出出了了“中中心心法法则则”(Central dogma)揭示了遗传信息的传递规律。揭示了遗传信息的传递规律。遗传信息传递的中心法则遗传信息传递

2、的中心法则蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA生生物物的的遗遗传传信信息息以以密密码码的的形形式式储储存存在在DNADNA分分子子上上，表表现现为为特特定定的的核核苷苷酸酸排排列列顺顺序序。在在细细胞胞分分裂裂的的过过程程中中，通通过过DNA复复制制把把亲亲代代细细胞胞所所含含的的遗遗传传信信息息忠忠实实地地传传递递给给两两个个子子代代细细胞胞。在在子子代代细细胞胞的的生生长长发发育育过过程程中中，这这些些遗遗传传信信息息通通过过转转录录传传递递给给RNARNA，再再由由RNARNA通通过过翻翻译译转转变变成成相相应应的的蛋蛋白白质质多多肽肽链链上上的的氨氨基基

3、酸酸排排列列顺顺序序，由由蛋蛋白白质质执执行行各各种种各各样样的的生生物物学学功功能能，使使后后代代表表现现出出与与亲亲代代相相似似的的遗遗传传特特征征。后后来来人人们们又又发发现现，在在宿宿主主细细胞胞中中一一些些RNARNA病病毒毒能能以以自自己己的的RNARNA为为模模板板复复制制出出新新的的病病毒毒RNARNA；还还有有一一些些RNARNA病病毒毒能能以以其其RNARNA为为模模板板合合成成DNADNA，称称为为逆逆转转录录,这这是是中中心法则的补充心法则的补充 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

4、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。概念概念复制复制(replication)：以亲代以亲代DNA分子为模板合成出分子为模板合成出子代子代DNA分子的过程。分子的过程。转录转录(transcription)：以以DNA分子为模板合成出与其分子为模板合成出与其相对应的相对应的RNA的过程。的过程。翻译翻译(translation)：在在RNA的控制下

5、，根据核酸链的控制下，根据核酸链上的三联体密码合成出具有特上的三联体密码合成出具有特定氨基酸序列的蛋白质多肽链定氨基酸序列的蛋白质多肽链的过程。的过程。反转录反转录(reverse transcription)：以以RNA为模板将遗传信息为模板将遗传信息传给传给DNA的过程。的过程。目目 录录第一节第一节 DNA的复制的复制（DNA指导下的指导下的DNA合成）合成）第二节第二节 DNA的损伤与修复的损伤与修复第三节第三节 DNA突变突变 第一节 DNA的半保留复制一、一、概念概念和和实验依据实验依据二、二、DNA复制的复制的起始点和方式起始点和方式三、三、DNA聚合反应有关的聚合反应有关的酶类

6、酶类四、四、DNA的的半不连续复制半不连续复制五、原核细胞五、原核细胞DNA复制过程复制过程六、六、DNA复制的复制的忠实性忠实性七、真核细胞七、真核细胞DNA的复制的复制八、真核和原核八、真核和原核DNA细胞复制细胞复制比较比较 DNA半保留复制半保留复制 （semi-conservative replication）半保留复制假说的提出：1953年，Watson&Crick在DNA双螺旋基础上提出。DNA半保留复制概念半保留复制概念 DNA在复制时，两条在复制时，两条链解开分别作为模板，在链解开分别作为模板，在DNA聚合酶的催化下按碱聚合酶的催化下按碱基互补的原则合成两条与模基互补的原则合

7、成两条与模板链互补的新链，以组成新板链互补的新链，以组成新的的DNA分子。这样新形成分子。这样新形成的两个的两个DNA分子与亲代分子与亲代DNA分子的碱基顺序完全分子的碱基顺序完全一样。由于子代一样。由于子代DNA分子分子中一条链来自亲代，另一条中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方链是新合成的，这种复制方式称为式称为半保留复制半保留复制。DNA的半保留复制实验依据 19581958年年年年Meselson&stahlMeselson&stahl用用用用同位素示踪标记同位素示踪标记同位素示踪标记同位素示踪标记和和和和密度梯度离密度梯度离密度梯度离密度梯度离心心心心技术技术技术技术实验

8、实验实验实验,证明了证明了证明了证明了DNADNA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:将将将将E.ColiE.Coli培养在以培养在以培养在以培养在以1515NHNH4 4ClCl为唯一氮源的培养基中生长；为唯一氮源的培养基中生长；为唯一氮源的培养基中生长；为唯一氮源的培养基中生长；提取其提取其提取其提取其DNADNA；进行氯化铯密度梯度离心。再移至；进行氯化铯密度梯度离心。再移至；进行氯化铯密度梯度离心。再移至；进行氯化铯密度梯度离心。再移至1414N N培养基培养基培养基培养基中生长、提取中生长、提取中生长、提取中生长、

9、提取DNADNA、离心分析。、离心分析。、离心分析。、离心分析。复制中复制中复制中复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图的大肠杆菌染色体放射自显影图(Caims实验实验)P407先看课本先看课本 用用3H-胸苷标记大肠杆菌胸苷标记大肠杆菌DNA，经过，经过近两代近两代的时间，的时间，3H-胸苷掺入大肠杆胸苷掺入大肠杆菌菌DNA。用溶菌酶把细胞壁消化掉，使完整的大肠杆菌染色体。用溶菌酶把细胞壁消化掉，使完整的大肠杆菌染色体DNA释放出来，释放出来，放射自显影，得到上图。放射自显影，得到上图。非复制部分非复制部分（C）银粒子密度较低，由一股放射性银粒子密度较低，由一股放射性链和一股非放射性链构成。已复

10、制部分站整个染色体的三分之二，其中一条链和一股非放射性链构成。已复制部分站整个染色体的三分之二，其中一条双链双链（B）仅有一股链是标记的，另外一股双链仅有一股链是标记的，另外一股双链（A）的两股链都是标记的，的两股链都是标记的，银粒子密度为前二者的两倍。银粒子密度为前二者的两倍。ABC环状环状DNA的复制的复制 ABC二、二、DNA复制的起点和方式复制的起点和方式 基因组能独立进行复制的单位称为基因组能独立进行复制的单位称为复制子复制子(replicion)，每每个复制子都含有控制复制起始的个复制子都含有控制复制起始的起点起点(origin)和终止复制的和终止复制的终终点点(terminus)

11、，复制一旦开始，即继续下去，直到复制结束。复制一旦开始，即继续下去，直到复制结束。1 1、复制起点：、复制起点：原核生物：原核生物：1 1个起点个起点;单复制子；可连续发动复制单复制子；可连续发动复制 真核生物：真核生物：多起点；多复制子多起点；多复制子 2 2 2 2、方向方向方向方向：多为双向多为双向(实验实验)3 3、复制叉：、复制叉：细菌为环状细菌为环状DNA,DNA,复制起始于单个位点，复制起始于单个位点，双向，半保留，每个复制泡（眼）包括双向，半保留，每个复制泡（眼）包括2 2 个复制叉。个复制叉。4 4、DNADNA复制方式复制方式 5 5、完成一次复制的时间完成一次复制的时间D

12、NA的双向和单向复制的双向和单向复制环状环状 DNA复制时复制时所形成的所形成的结构结构起始点起始点复制叉的推进复制叉的推进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未复制未复制DNA单向复制单向复制双向复制双向复制实验先用低放射性的先用低放射性的3H标记的标记的dT培养培养E.coli，经数分钟后转移到，经数分钟后转移到 含高放射性含高放射性3H标记的标记的dT培养基中，继续培养，得到含培养基中，继续培养，得到含3H的的DNA；放射自显影。；放射自显影。推测：推测：若放射性中间低，两端高若放射性中间低，两端高双向双向；若放射性一端高，一端低若放射性一端高，一端低

13、单向单向；实验证明：实验证明：生物染色体生物染色体DNA是双向复制，并且是对称的。是双向复制，并且是对称的。例外：枯草杆菌、质粒例外：枯草杆菌、质粒R6K、质粒、质粒Col E。（线粒体（线粒体DNADNA的复制的复制方式）方式）（某些噬菌体（某些噬菌体DNA复制方式）复制方式）完成一次复制的时间：细菌细菌DNA复制叉移动速度：复制叉移动速度：50 000bp/min真核生物真核生物10003000bp/min例：某细菌的染色体是环状的双链例：某细菌的染色体是环状的双链DNA分子，有分子，有5.2106个碱基对个碱基对三、原核生物三、原核生物DNADNA聚合反应有关的酶类聚合反应有关的酶类（一

14、）（一）DNA聚合酶聚合酶(DNA polymetases)（二）（二）引物酶引物酶(peimase)：启动：启动RNA引引物链的合成。物链的合成。(三）三）DNA连接酶连接酶（DNA ligase）p419p419（四）四）DNA的两条链解开后才能的两条链解开后才能作为模板，解开其双螺旋的结构是一作为模板，解开其双螺旋的结构是一些酶和蛋白共同作用的结果，目前已些酶和蛋白共同作用的结果，目前已知的知的解旋、解链酶解旋、解链酶共共3 3种，包括种，包括拓扑异拓扑异构酶构酶(topoisomerase)、DNA解链酶解链酶(DNA helicase)、DNA单链结合蛋白单链结合蛋白(single-

15、strand binding protein,SSB)。解旋酶解旋酶DNA聚合聚合酶酶III解链酶解链酶RNA引物引物引物酶和引引物酶和引发体发体DNA聚合聚合酶酶ISSB335355RNA引引物物DNA聚合反应和聚合酶聚合反应和聚合酶1、DNA聚合酶反应特点：聚合酶反应特点：以四种以四种dNTP为底物为底物需要需要模板指导模板指导需要有引物需要有引物3-羟基存在羟基存在 DNA链的链的生长方向生长方向是是53产物产物DNA的性质与模板相同的性质与模板相同2 2、大肠杆菌的、大肠杆菌的DNA聚合酶聚合酶3 3、3 3种种DNADNA聚合酶的聚合酶的比较比较需要需要4种脱氧核糖核苷三磷酸种脱氧核

16、糖核苷三磷酸需要模板作为指导合成方向大肠杆菌的DNA聚合酶(DNApolymerase,DNApol)催化形成新的磷酸二酯键；有外切酶活性。含有5种不同的DNA聚合酶1、E.coli DNA聚合酶需要原料：4种dNTP；DNA模板；与模板互补的一段RNA引物；Mg2+；Zn2+（酶活性部位）；DNA聚合酶功能 DNA聚合酶I主要起损伤修复作用。每秒可聚合10个左右的碱基。催化dNTP加到DNA链的3-OH末端（方向53）5 3外切酶活性，可切除引物；3 5外切酶活性，可纠错；DNA聚合酶聚合酶5-3外切酶活力外切酶活力5-3核酸外切核酸外切酶水解位点酶水解位点单链缺口单链缺口5DNA聚合酶的聚

17、合酶的3-5外切酶水解位点外切酶水解位点3355错配碱基错配碱基3-5核酸外切核酸外切酶水解位点酶水解位点2、DNA聚合酶活力比聚合酶高；反应需Mg2+、NH4+；以带缺口的ds DNA为模板，反应同酶；具35外切酶活性；但无53外切酶活力;是一种修复酶而非复制酶。3、DNA聚合酶 由多个亚基组成的蛋白质，是大肠杆菌细胞内真正负责DNA链延伸的复制酶；具3 5外切酶活性；活性高大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶全酶的全酶的结构和功能结构和功能10种亚基种亚基DNADNA聚合酶聚合酶 两个两个 亚亚基夹住基夹住DNADNADNA聚合酶聚合酶异二聚体异二聚体核心酶核心酶帮助帮助亚基亚基校对校对促使

18、核心促使核心酶二聚化酶二聚化聚合活性聚合活性组建核心酶组建核心酶 引物的结合引物的结合和识别，形和识别，形成夹子成夹子大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶比较聚合酶比较DNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计数每个细胞的分子统计数5-3 聚合酶作用聚合酶作用3-5 核酸外切酶作用核酸外切酶作用5-3 核酸外切酶作用核酸外切酶作用聚合能力聚合能力DNA聚合酶聚合酶109,000400+（纠错）（纠错）+（切引物）（切引物）弱弱120,000100+-一般一般400,00010-20+-强强比较项目比较项目DNA聚合酶聚合酶切除引物切除引物损伤修复损伤修复修复酶非修复酶非复制酶复制酶复制复

19、制功能功能 1999年发现聚合酶年发现聚合酶和和，它们涉及，它们涉及DNA的错误倾向修复的错误倾向修复（errooune repair）*DNApol主要负责主要负责DNA链延伸。链延伸。DNA连接酶连接酶(ligase)：作用：催化相邻的二个DNA片段间5磷酸基团和3羟基生成磷酸二酯键而连接。条件：两片段相邻；两片段需与同一互补链结合;反应耗能。拓扑异构酶拓扑异构酶（topoisomerase）兼具内切酶和连接酶活力，能迅速将兼具内切酶和连接酶活力，能迅速将DNADNA超螺旋或双螺旋紧张状态变成松驰状态，便于解链。超螺旋或双螺旋紧张状态变成松驰状态，便于解链。，增加，增加DNADNA连环数，

20、消除负超螺旋连环数，消除负超螺旋DNA解链酶解链酶(DNA helicase)：又称又称Dna B断裂断裂DNA的互补碱基间的氢键，使双链分离的互补碱基间的氢键，使双链分离使复制叉前方使复制叉前方DNA双螺旋解开一小段，复制双螺旋解开一小段，复制 过程中该酶随复制叉的伸展而前移。过程中该酶随复制叉的伸展而前移。每解每解1个个bp需耗需耗2 2个个ATP。大肠杆菌在解链时还需要另外两种酶：大肠杆菌在解链时还需要另外两种酶：Dna A辨认起始点辨认起始点 Dna C协助协助Dna B结合在起始点并打开双链结合在起始点并打开双链DNA单链结合蛋白单链结合蛋白(Single Strand Bindin

21、gprotein,SSB)：几分子的几分子的SSB与已分开的与已分开的DNA单链紧密结合，以防两链重单链紧密结合，以防两链重新结合成双螺旋。还可以防止单链模板被核酸酶水解。新结合成双螺旋。还可以防止单链模板被核酸酶水解。四、双链DNA复制的分子机制（DNA的半不连续复制）1、冈崎片段和半不连续复制 2、RNA引物3、半不连续复制过程 冈崎片断和半不连续复制冈崎等提出冈崎等提出DNA的不连续复制模型，的不连续复制模型，认为：认为：35走向的走向的DNA是由许多是由许多53方向合成方向合成的的DNA片段连接而成的。片段连接而成的。实验放射自显影、电子显微镜观察放射自显影、电子显微镜观察 冈崎片段：

22、冈崎片段：以以53走向走向DNA为模板合成的小片段。为模板合成的小片段。约1000-2000bp。结论：DNA是半不连续合成的。前导链（前导链（leading strand):):以以35 链为模板，新生链链为模板，新生链以以53方向连续合成；方向连续合成；后随链后随链(lagging strand):):由冈崎片段连接成的由冈崎片段连接成的DNADNA链为后随链。链为后随链。RNARNA引物引物 通过对新合成的通过对新合成的DNADNA链分析发现它们以共价键连接链分析发现它们以共价键连接着一小段着一小段RNARNA链；经链；经RNARNA酶水解证明酶水解证明RNARNA链位于链位于DNADN

23、A片断片断的的5端。端。以上说明：冈崎片断的合成需要以上说明：冈崎片断的合成需要RNARNA引物。引物。RNARNA引物酶引物酶（RNA primase)：为多聚体；为多聚体；功能：功能：催化引物合成，在催化引物合成，在DNA模板链的一定部位合成模板链的一定部位合成并与其互补，合成方向并与其互补，合成方向53。引物酶合成的引物为十。引物酶合成的引物为十几个核苷酸。冈崎片段引物的合成不需要特异的起始几个核苷酸。冈崎片段引物的合成不需要特异的起始部位。部位。半不连续复制过程：A、引物酶按DNA模板合成出前导链和后随 链引物。B、DNApol在引物上延伸（前导链和后 随链）。C、完成DNA合成后，D

24、NApol用其53 外切酶活性除去引物并填补缺口。D、DNA连接酶将两个冈崎片段连接起来。引发体（解链酶、引物引发体（解链酶、引物合成酶、合成酶、RNARNA引物）引物）五、原核细胞五、原核细胞DNA复制过程复制过程(1)(1)(1)(1)解旋解旋解旋解旋：由：由：由：由拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶解除超螺旋；解除超螺旋；解除超螺旋；解除超螺旋；(2)(2)(2)(2)解链解链解链解链：由：由：由：由DNADNA解链酶解链酶解链酶解链酶催化，催化，催化，催化，SSBSSB与单链与单链与单链与单链DNADNA结合，防止双链间氢键再形成；结合，防止双链间氢键再形成；结合，防止双链间氢键

25、再形成；结合，防止双链间氢键再形成；(3)(3)(3)(3)RNARNA引物合成引物合成引物合成引物合成：以：以：以：以DNADNA为模板，在为模板，在为模板，在为模板，在引物酶引物酶引物酶引物酶催化下由催化下由催化下由催化下由DNADNA转录生成转录生成转录生成转录生成5-105-105-105-10个个个个 核苷酸链；核苷酸链；核苷酸链；核苷酸链；(4)(4)(4)(4)DNADNA链延长链延长链延长链延长：在引物：在引物：在引物：在引物3 3-OH-OH基上，按碱基互补原则经基上，按碱基互补原则经基上，按碱基互补原则经基上，按碱基互补原则经DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶（主要是（主

26、要是（主要是（主要是 酶酶酶酶）催化）催化）催化）催化DNADNA链从链从链从链从5 5 33 延伸。前导链为连续的；后滞链延伸。前导链为连续的；后滞链延伸。前导链为连续的；后滞链延伸。前导链为连续的；后滞链 为不连续的冈崎片段。为不连续的冈崎片段。为不连续的冈崎片段。为不连续的冈崎片段。(5)(5)(5)(5)切除引物，补齐缺口切除引物，补齐缺口切除引物，补齐缺口切除引物，补齐缺口：由：由：由：由DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶催化，切去催化，切去催化，切去催化，切去RNARNA引物；引物；引物；引物；按碱基互补原则，沿按碱基互补原则，沿按碱基互补原则，沿按碱基互补原则，沿5 5 33

27、方向，补齐缺口。方向，补齐缺口。方向，补齐缺口。方向，补齐缺口。(6)(6)(6)(6)连接封口：连接封口：连接封口：连接封口：由由由由DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶催化，将补齐缺口的催化，将补齐缺口的催化，将补齐缺口的催化，将补齐缺口的3 3-OH-OH基与下一个冈崎片段基与下一个冈崎片段基与下一个冈崎片段基与下一个冈崎片段 的的的的5 5-P-P以磷酸二酯键连接起来（消耗以磷酸二酯键连接起来（消耗以磷酸二酯键连接起来（消耗以磷酸二酯键连接起来（消耗NADHNADH+）最终形成完整的、）最终形成完整的、）最终形成完整的、）最终形成完整的、与模板互补的与模板互补的与模板互补的与模板互补的

28、DNADNA新链新链新链新链(7)(7)(7)(7)校正并修复校正并修复校正并修复校正并修复DNADNA：由：由：由：由DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶校正并切除错配，再按校正并切除错配，再按校正并切除错配，再按校正并切除错配，再按5 5 33 方向加上方向加上方向加上方向加上 正确核苷酸。正确核苷酸。正确核苷酸。正确核苷酸。大肠杆大肠杆菌复制菌复制体结构体结构示意图示意图DNA复制的忠实性复制的忠实性 DNA复制过程是一个高度精确的过程，据估计，大肠杆复制过程是一个高度精确的过程，据估计，大肠杆菌菌DNA复制复制5 109碱基对仅出现一个误差。碱基对仅出现一个误差。保证复制忠实性的原因主

29、要有以下三点保证复制忠实性的原因主要有以下三点:DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循碱基配对原则）聚合酶的高度专一性（严格遵循碱基配对原则）DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能（错配碱基被（错配碱基被3-5外切酶切除）外切酶切除）起始时以起始时以RNA作为引物作为引物DNA聚合酶的校对功能聚合酶的校对功能聚合酶聚合酶错配硷基错配硷基复制方向复制方向正正 确核确核苷酸苷酸5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 3 3 切除错配切除错配核苷酸核苷酸起始时以起始时以RNA作为引物的作用作为引物的作用 DNA复制为什么要合成一个复制为什么要合成一个RNA引物，而后又把这个引物引物，而后又把这个引物消除

30、呢？这是保证消除呢？这是保证DNA聚合过程高度精确的又一措施。聚合过程高度精确的又一措施。已知已知DNA 聚合酶具有聚合酶具有35 外切酶功能校对复制过程中外切酶功能校对复制过程中的核苷酸的核苷酸，也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，总是检查前一个碱基是否正确，这就决定了它不能从头开始合成。总是检查前一个碱基是否正确，这就决定了它不能从头开始合成。因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始因此先合成一条低忠实性的多核苷酸来开始DNA的合成，并以的合成，并以核糖核苷酸来表示是核糖核苷酸来表示是“暂时暂时”的，当的，当DNA开始聚合以后再以开始聚

31、合以后再以53 外切酶的功能切除，以高忠实性的脱氧核苷酸取而代之，外切酶的功能切除，以高忠实性的脱氧核苷酸取而代之，确保复制的忠实性。确保复制的忠实性。七、真核细胞七、真核细胞DNA的复制的复制真核细胞真核细胞DNA复制与原核类似，但更复杂，不同之处：复制与原核类似，但更复杂，不同之处：1 1、真核生物的、真核生物的DNADNA通常与组蛋白构成核小体，以染色质的形通常与组蛋白构成核小体，以染色质的形 式存在于细胞核中。式存在于细胞核中。2 2、DNA模板上有模板上有多个起点多个起点，即真核细胞，即真核细胞DNA复制由复制由多个复多个复制子制子共同完成。共同完成。3 3、真核生物染色体在全部复制

32、完成之前起点不再重新开始、真核生物染色体在全部复制完成之前起点不再重新开始 复制，而快速生长的原核生物起点可以连续发动复制。复制，而快速生长的原核生物起点可以连续发动复制。4 4、有、有5种种DNA聚合酶聚合酶：、；5 5 5 5、端粒（端粒（端粒（端粒（telomere)的复制的复制的复制的复制真核细胞真核细胞DNA复制的特点复制的特点 多个起点复制多个起点复制起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点起起点点真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶 分子量分子量亚基数亚基数细胞内分布细胞内分布功能功能外切酶活力外切酶活力DNA聚合酶聚合酶 110-23,000四个四个细胞核细

33、胞核引物合成引物合成无无120,000二个二个线粒体线粒体线粒体线粒体DNA合成合成3-5 外切酶外切酶400,000二个二个细胞核细胞核核核DNA 合成合成 3 3-5-5 外切酶外切酶DNA聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶 45,000一个一个细胞核细胞核修复修复DNA无无端粒端粒（telomere)的复制的复制端粒：端粒：线形线形染色体末端染色体末端富含富含G的核苷酸序列。的核苷酸序列。端粒酶端粒酶（telomerase)功能：功能：稳定染色体末端结构，防止染色体间末端连接，稳定染色体末端结构，防止染色体间末端连接，并可补偿滞后链并可补偿滞后链5末端在切除末端在切除RNA引物后造成的空缺

34、。引物后造成的空缺。端粒、端粒酶意义：端粒、端粒酶意义：与细胞衰老、凋亡有关；与细胞衰老、凋亡有关；正常：体细胞端粒酶活性丧失。正常：体细胞端粒酶活性丧失。异常：肿瘤细胞端粒酶活性恢复，端粒复制，细胞恶异常：肿瘤细胞端粒酶活性恢复，端粒复制，细胞恶性增殖。性增殖。抑制端粒酶活性可防治肿瘤。抑制端粒酶活性可防治肿瘤。端粒酶（端粒酶（telomerase）DNADNA复制需要引物，但在线形复制需要引物，但在线形DNADNA分子末端不可能通过正分子末端不可能通过正常的机制在引物被降解后合成相应的片段常的机制在引物被降解后合成相应的片段.如果没有特殊的如果没有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传

35、代中变得机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越短越来越短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了澄清。端粒酶是催化这一难题是通过端粒酶的发现才得到了澄清。端粒酶是催化端粒复制的一种核糖核蛋白，携带端粒复制的一种核糖核蛋白，携带RNARNA模板（与端粒互补）模板（与端粒互补）的逆转录酶。可使复制以后的线形的逆转录酶。可使复制以后的线形DNADNA分子的末端保持不变。分子的末端保持不变。功能：功能：1 1）起模板作用；）起模板作用；2 2）有逆转录酶的作用。）有逆转录酶的作用。初步研究表明，人体中生殖细胞的端初步研究表明，人体中生殖细胞的端粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度粒长度保持不变，

36、而体细胞的端粒长度则随个体的老化而逐步缩短。对此的一则随个体的老化而逐步缩短。对此的一个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活力，体细胞则否。这一问题的解决无疑力，体细胞则否。这一问题的解决无疑会有助于对生命衰老的认识会有助于对生命衰老的认识。53AAAACCCCAAAACCCCCCA端粒酶端粒酶端粒复制端粒复制:1 1）借）借RNARNA与末端与末端ssDNAssDNA互补；互补；2 2）以酶上）以酶上RNARNA为模板为模板合成一段合成一段DNADNA；3 3）延长的）延长的ssDNAssDNA反折反折为双链。为双链。是不依赖模板是不依赖模板DNADNA的的复制

37、来补偿切除引复制来补偿切除引物引起的末端缩短。物引起的末端缩短。真核和原核真核和原核DNA细胞复制比较细胞复制比较第二节 DNA的损伤与修复 某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作用于剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作用于DNA，造成，造成DNA结构和功能的破坏，称为结构和功能的破坏，称为DNA的损伤的损伤。DNA的修复主要有以下类型的修复主要有以下类型:二、二、直接修复（光裂合酶）直接修复（光裂合酶）五、五、诱导修复诱导修复（SOS修复）修复）三、三、切除修复切除修复四、四、重组修

38、复重组修复 一、错配修复（核酸外切酶切除，聚合酶修复）一、错配修复（核酸外切酶切除，聚合酶修复）DNA紫外线损伤的光裂合酶修复紫外线损伤的光裂合酶修复1、形成嘧啶二聚体、形成嘧啶二聚体 影响影响DNADNA双螺旋结构双螺旋结构2、光复合酶结合于、光复合酶结合于损伤部位损伤部位3、酶被可见光激活、酶被可见光激活4、修复后酶被释放、修复后酶被释放DNA的损伤和切除修复的损伤和切除修复碱基丢失碱基丢失碱基缺陷或错配碱基缺陷或错配结构缺陷结构缺陷切开切开 核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切除切除DNA聚合酶聚合酶DNA连接连接酶酶核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶切开切开切除切除修复修复

39、连接连接糖苷酶糖苷酶插入酶插入酶碱基取碱基取代代DNA的重组修复的重组修复胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体二聚体复制复制核酸酶及核酸酶及重组蛋白重组蛋白修复复制修复复制DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶重组重组SOS反应的机制反应的机制未诱导的细胞未诱导的细胞靶基因靶基因lexA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏recA基因被基因被LexA 蛋白质部分阻遏蛋白质部分阻遏（40个不同的位点被阻遏）个不同的位点被阻遏）LexA(阻遏物阻遏物)RecA(辅蛋白酶辅蛋白酶)靶基因表达靶基因表达lexA靶基因表达靶基因表达 但产物被分解但产物被分解recA大量表达大量表达RecA促使促使分解分解

40、LexA诱导的细胞诱导的细胞单链单链DNAATP修复酶修复酶 第三节第三节 DNA的突变的突变 DNA分子中的核苷酸序列发生分子中的核苷酸序列发生突然突然而而稳定稳定的改变，从而导致的改变，从而导致DNA的的复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的遗传特性，复制以及后来的转录和翻译产物随之发生变化，表现出异常的遗传特性，称为称为DNA的突变的突变。它包括由于。它包括由于DNA损伤和错配得不到修复而引起的突变，损伤和错配得不到修复而引起的突变，以及由于不同以及由于不同DNA分子之间的交换而引起的遗传重组。分子之间的交换而引起的遗传重组。二、诱变剂的作用（大多为致癌剂）碱基类似物(b

41、ase analog)碱基修饰剂(base modifier)嵌入染料(intercalation dye)(插入碱基对之间)紫外线(ultraviolet)和电离辐射(ionizing radiation)一、突变的类型 碱基对的置换(substitution)移码突变(framesshift mutation)DNA突变突变的类型的类型-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-转换转换野生型基因野生型基因-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-T-C-G-C-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-G-G-A-C-A-T-G-C-颠换颠换碱基对的置换碱基对的置换(substitution)移码突变移码突变(framesshift mutation)-T-C-G-C-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-G-T-G-A-C-A-T-G-C-插入插入-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-缺失缺失TA问答题问答题1、DNA复制的高度准确性是通过什么来复制的高度准确性是通过什么来实现的？实现的？2、论述原核生物、论述原核生物DNA的复制过程。的复制过程。中心法则中心法则 半保留复制半保留复制 反转录反转录 冈崎片段冈崎片段