中心法則生物的遺傳信息從DNA傳遞給DNA的過程稱為復制，由DNA傳遞給mRNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。根據(jù)mRNA鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過程，被稱為翻譯。轉(zhuǎn)錄和翻譯共稱為表達。1958年Crick將生物遺傳信息的這種傳遞方式稱為中心法則。1970年Temin提出“逆轉(zhuǎn)錄”概念，豐富了中心法則的內(nèi)容。ReversetranscriptionDNA生物合成復制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。復制親代DNA子代DNA復制的基本規(guī)律BasicRulesofDNAReplication

第一節(jié)子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式

全保留式半保留式混合式復制的特點：復制的方式

——半保留復制(semi-conservativereplication)復制的高保真性(highfidelity)復制的方向：雙向或單向復制半不連續(xù)復制(semi-discontinuousreplication)一、半保留復制的實驗依據(jù)和意義DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全從新合成。兩個子細胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復制方式稱為半保留復制。半保留復制的概念AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA

復制過程中形成的復制叉子代DNA

密度梯度實驗

——實驗結(jié)果支持半保留復制的設(shè)想。含重氮-DNA的細菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第二代梯度離心結(jié)果按半保留復制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。半保留復制的意義遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對的。原核生物復制時，DNA從起始點(origin)向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制叉，稱為雙向復制。也有的生物的單向復制。二、復制方向復制中的放射自顯影圖象A.環(huán)狀雙鏈DNA及復制起始點B.復制中的兩個復制叉C.復制接近終止點(termination,ter)oriterABC真核生物每個染色體有多個起始點，是多復制子的復制。習慣上把兩個相鄰起始點之間的距離定為一個復制子(replicon)。復制子是獨立完成復制的功能單位。5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復制子3’三、復制的半不連續(xù)性3535解鏈方向3′5′3′3′5′前導鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)順著解鏈方向生成的子鏈，復制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為前導鏈。另一股鏈因為復制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長，這股不連續(xù)復制的鏈稱為隨從鏈。復制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazakifragment)。

前導鏈連續(xù)復制而隨從鏈不連續(xù)復制，就是復制的半不連續(xù)性。

岡崎片段與半不連續(xù)復制（okazaki1968年）復制的引物為什么需要引物？引物為RNA（體外復制為DNA）DNA復制后引物的去除和空隙填補

DNA復制的酶學TheEnzymologyofDNAReplication第二節(jié)參與DNA復制的物質(zhì)底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):

依賴DNA的DNA聚合酶，簡寫為DNA-pol模板(template):

解開成單鏈的DNA母鏈引物(primer):

提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合Mg2+

其他的酶和蛋白質(zhì)因子一、復制的化學反應

(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi

聚合反應的特點DNA新鏈生成需引物和模板；新鏈的延長只可沿5→3方向進行。二、DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡稱：DNA-pol活性：1.53

的聚合活性

2.核酸外切酶活性5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性53外切酶活性?能切除突變的DNA片段,DNA修復。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。

核酸外切酶活性（一）原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ（一）原核生物的DNA聚合酶

酶作用DNA聚合酶Ⅰ5‘－3’聚合酶及外切酶作用，3‘－5’外切酶酶作用，可校正/修復DNA鏈，還可切除引物DNA聚合酶Ⅱ5‘－3’聚合酶及3‘－5’外切酶酶作用，可校正/修復DNA鏈DNA聚合酶Ⅲ與酶Ⅰ作用類似，酶活高，是主要的鏈延伸酶（聚合酶replicase）功能：對復制中的錯誤進行校讀，對復制和修復中出現(xiàn)的空隙進行填補。DNA-polⅠ（109kD）323個氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604個氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是實驗室合成DNA，進行分子生物學研究中常用的工具酶。

DNA-polⅡ（120kD）

DNA-polII基因發(fā)生突變，細菌依然能存活。它參與DNA損傷的應急狀態(tài)修復。

功能：是原核生物復制延長中真正起催化作用的酶。

DNA-polⅢ(250kD)（二）真核生物的DNA聚合酶DNA-pol起始引發(fā)，有引物酶活性。延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。參與低保真度的復制。在復制過程中起校讀、修復和填補缺口的作用。在線粒體DNA復制中起催化作用。DNA-polDNA-polDNA-polDNA-pol（二）真核生物的DNA聚合酶三、復制保真性的酶學依據(jù)復制按照堿基配對規(guī)律進行，是遺傳信息能準確傳代的基本原理。復制保真性的酶學機制：（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及時校讀

（二）復制的保真性和堿基選擇（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及時校讀A：DNA-pol的外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對的底物。B：堿基配對正確，DNA-polI不表現(xiàn)活性。（二）復制的保真性和堿基選擇?DNA聚合酶靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價（氫鍵）與共價（磷酸二酯鍵）鍵的有序形成。?嘌呤的化學結(jié)構(gòu)能形成順式和反式構(gòu)型，與相應的嘧啶形成氫鍵配對，嘌呤應處于反式構(gòu)型。

1.遵守嚴格的堿基配對規(guī)律；2.聚合酶在復制延長時對堿基的選擇功能；3.復制出錯時DNA-pol的及時校讀功能。DNA復制的保真性至少要依賴三種機制

四、復制中的分子解鏈及DNA分子拓撲學變化

DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。

（一）解螺旋酶、引物酶和單鏈DNA結(jié)合蛋白E.Coli基因圖解螺旋酶(helicase)

——利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈引物酶(primase)——復制起始時催化生成RNA引物的酶單鏈DNA結(jié)合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——在復制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護單鏈的完整

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局部解鏈后（二）DNA拓撲異構(gòu)酶(DNAtopoisomerase)

解鏈過程中正超螺旋的形成拓撲異構(gòu)酶作用特點既能水解、又能連接磷酸二酯鍵

拓撲異構(gòu)酶Ⅰ

拓撲異構(gòu)酶Ⅱ分類：拓撲異構(gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當時候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應不需ATP。拓撲異構(gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進入負超螺旋狀態(tài)。作用機制

五、DNA連接酶連接DNA鏈3-OH末端和相鄰DNA鏈5-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。DNA連接酶(DNAligase)作用方式HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP5’3’5’3’DNA連接酶在復制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復、重組及剪接中也起縫合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能DNA復制過程TheProcessofDNAReplication第三節(jié)（一）復制的起始需要解決兩個問題：1.DNA解開成單鏈，提供模板。2.合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成

E.coli復制起始點oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

串聯(lián)重復序列

反向重復序列53531.DNA解鏈DnaADnaB、DnaCDNA拓撲異構(gòu)酶引物酶SSB35352.引發(fā)體和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復制起始區(qū)域的復合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。

3535引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。

引物3'HO5'引物酶（二）復制的延長復制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，其化學本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。

5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol前導鏈的合成隨從鏈的合成階段一階段二階段三階段四復制過程簡圖原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復制的復制片段在復制的終止點(ter)處匯合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）復制的終止555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATPADP+Pi55DNA連接酶

隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接哺乳動物的細胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成

?細胞能否分裂，決定于進入S期及M期這兩個關(guān)鍵點。G1→S及G2→M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。?蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復制因子而實施調(diào)控作用。?真核生物每個染色體有多個起始點，是多復制子復制。復制有時序性，即復制子以分組方式激活而不是同步起動。?復制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）參與。還需拓撲酶和復制因子(replicationfactor,RF)。?增殖細胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen,PCNA)在復制起始和延長中起關(guān)鍵作用。（一）復制的起始3553領(lǐng)頭鏈3535親代DNA隨從鏈引物核小體（二）復制的延長染色體DNA呈線狀，復制在末端停止。復制中岡崎片段的連接，復制子之間的連接。染色體兩端DNA子鏈上最后復制的RNA引物，去除后留下空隙。（三）復制的終止53355335+5333355端粒(telomere)

指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。功能：?維持染色體的穩(wěn)定性?維持DNA復制的完整性結(jié)構(gòu)特點：?由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。?末端DNA序列是多次重復的富含G、T堿基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶協(xié)同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

組成：端粒酶的催化延長作用爬行模型DNA聚合酶復制子鏈進一步加工逆轉(zhuǎn)錄和其他復制方式ReverseTranscription&OtherDNAReplicationWays第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription)RNADNA

逆轉(zhuǎn)錄酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶

逆轉(zhuǎn)錄病毒細胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA雜化雙鏈RNA酶單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ堿水解

TTTT分子生物學研究可應用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此法稱為cDNA法。

以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與mRNA堿基序列互補的DNA鏈。試管內(nèi)合成cDNAcDNAcomplementaryDNA二、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義

逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學研究中的重大發(fā)現(xiàn)。

逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達功能。對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了20世紀初已注意到的病毒致癌理論。

滾環(huán)復制(rollingcirclereplication)三、滾環(huán)復制和D環(huán)復制

是某些低等生物的復制形式，如X174和M13噬菌體等。3-OH5-P55533335'滾環(huán)復制5'5335dNTPDNA-polγ

D環(huán)復制(D-loopreplication)

是線粒體DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的復制形式。

DNA損傷（突變）與修復DNADamage(Mutation)&Repair第五節(jié)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。在復制過程中發(fā)生的DNA突變稱為DNA損傷(DNAdamage)。從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。

一、突變的意義（一）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)（二）突變導致基因型改變（三）突變導致死亡（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)

二、引發(fā)突變的因素物理因素：紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV化學因素：三、突變的分子改變類型錯配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)

框移(frame-shift)

DNA分子上的堿基錯配稱點突變(pointmutation)。發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。1.轉(zhuǎn)換發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。

2.顛換（一）錯配鐮形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

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C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

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C肽鏈CTCGAG基因（二）缺失、插入和框移缺失：一個堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。插入：原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。框移突變是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列