遺傳信息的復(fù)制生命的特征是什么？生命的特征就是“活的”。生命現(xiàn)象最本質(zhì)的內(nèi)容就是自復(fù)制（自我繁殖和自我組織。一個(gè)受精卵為什么變成一朵鮮花或一頭大象？生物的性狀是由什么決定的？又是怎樣代代相傳的呢？人也是從受精卵逐漸發(fā)育成完整的個(gè)體的，而決定一個(gè)人將來(lái)長(zhǎng)成什么樣子的生命藍(lán)圖就儲(chǔ)存在受精卵的DNA中。DNA（或RNA）攜帶著決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的遺傳信息而且代代相傳，這就我們遺傳信息的傳遞（即復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯）要討論的內(nèi)容。為什么要講復(fù)制？就是要了解：子代DNA為什么能真實(shí)獲得親代DNA的遺傳信息；2、復(fù)制是怎樣進(jìn)行的？3、生物體是怎樣對(duì)復(fù)制進(jìn)行調(diào)控的？對(duì)于前兩個(gè)問(wèn)題，watson-crick當(dāng)年發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)就進(jìn)行了探討?？肆⒖送砟昊貞浾f(shuō)，當(dāng)年的設(shè)想太簡(jiǎn)單化了，DNA的兩條鏈不可能象拉鏈一樣拉開(kāi)，各配上一半就行了。事實(shí)上現(xiàn)已知道的復(fù)制過(guò)程十分復(fù)雜，涉及到底物，30多種酶和蛋白質(zhì)的協(xié)同作用。這些內(nèi)容生化都講過(guò)了，為了適應(yīng)新的游戲規(guī)則，在這里我們將有關(guān)內(nèi)容作一個(gè)快速?gòu)?fù)習(xí)。第2頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天——

儲(chǔ)存和傳遞遺傳信息蛋白質(zhì)核酸——

構(gòu)成生物體的基本組分，

執(zhí)行各種生理功能第3頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天中心法則

(TheCentralDogma)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄DNARNA蛋白質(zhì)復(fù)制第4頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天

*DNA通過(guò)基因表達(dá)，決定了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能*

DNA通過(guò)復(fù)制，將基因信息代代相傳

*RNA參與DNA遺傳信息的表達(dá)

*RNA也可作為某些病毒遺傳信息的載體第5頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天復(fù)制

(replication)

——

由親代DNA合成兩個(gè)相同的子代DNA的過(guò)程。

復(fù)制親代DNA子代DNA第6頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天本章主要內(nèi)容：1、復(fù)制的特征2、參與復(fù)制的物質(zhì)3、復(fù)制的過(guò)程4、DNA損傷與修復(fù)5、逆轉(zhuǎn)錄生成DNA第7頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)復(fù)制的特征DNA復(fù)制的方式第8頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、復(fù)制可能的幾種方式全保留式半保留式混合式第9頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、密度梯度實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想含重氮-DNA的細(xì)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)果第10頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天(semiconservativereplication)

當(dāng)DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，雙螺旋結(jié)構(gòu)解開(kāi)成兩條單鏈，各自作為模板合成與之互補(bǔ)的新鏈。在子代DNA雙鏈中，一條是來(lái)自于親代，另一條完全重新合成。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制

三、半保留復(fù)制第11頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天AGAACTTTCTTGAAAGAACTTTCTTGAATCTTGAAAGAACTT母代DNA子代DNA第12頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天

按半保留復(fù)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。四、半保留復(fù)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(duì)的。第13頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天DNA復(fù)制的酶學(xué)第二節(jié)第14頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天

參與DNA復(fù)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(jiǎn)寫(xiě)為DNA-pol；

模板(template):

解開(kāi)成單鏈的DNA母鏈；

引物

(primer):

一小段RNA；

其他的酶和蛋白質(zhì)因子第15頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天在研究復(fù)制時(shí)，將與復(fù)制有關(guān)的蛋白質(zhì)命名為：

DnaA,DnaB,DnaC,‥‥‥DnaX將相關(guān)的基因命名為：

dnaA,dnaB,dnaC,‥‥‥dnaX第16頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、DNA聚合酶（一）

DNA聚合酶催化的反應(yīng)1、5

至3

的聚合活性dTTP3'(dNMP)n+dNTP

(dNMP)

n+1+ppi3'

ATGCAATTGC5'||||5

TACGppiT全稱：依賴DNA的DNA聚合酶（DNA-dependentDNApolymerase,DDDP）第17頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天聚合反應(yīng)的特點(diǎn)：1、聚合反應(yīng)具有方向性:5

3

2、DNA聚合酶不能催化兩個(gè)游離的脫氧核苷酸聚合，只能在一段寡核苷酸的3-OH逐個(gè)添加脫氧核苷酸，使核苷酸鏈不斷延長(zhǎng)。第18頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天5’

AGCTTCAGGATA

3’

|||||||||||3’TCGAAGTCCTAGCGAC5’3

5

外切酶活性

5

3

外切酶活性?能切除突變的DNA片段能辨認(rèn)錯(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解2、核酸外切酶活性第19頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）

DNA聚合酶的分類1、原核生物的DNA聚合酶：DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ第20頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天

——對(duì)復(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校讀，對(duì)復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進(jìn)行填補(bǔ)。DNA-polⅠ第21頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天323個(gè)氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段

/

Klenow

片段

604個(gè)氨基酸

DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性常用工具酶N端C端木瓜蛋白酶第22頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天——在復(fù)制延長(zhǎng)過(guò)程中

真正催化新鏈核苷酸聚合的酶DNA-polⅢ第23頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、真核生物的DNA聚合酶DNA-pol

在復(fù)制延長(zhǎng)中起催化作用在復(fù)制延長(zhǎng)中起催化作用在沒(méi)有其他DNA-pol時(shí)才發(fā)揮催化作用在復(fù)制過(guò)程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

第24頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）復(fù)制的保真性(fidelity)

DNA聚合酶對(duì)模板的依賴性，是子鏈與母鏈能準(zhǔn)確配對(duì)的保證。復(fù)制過(guò)程中，DNA復(fù)制的保真性至少依賴三種機(jī)制：1、遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律2、聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)時(shí)對(duì)堿基的選擇功能3、復(fù)制出錯(cuò)時(shí)DNA-pol的及時(shí)校讀功能第25頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、解鏈、解旋酶類(一）解螺旋酶（helicase

)

——

利用

ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開(kāi)成為兩條單鏈。(二)單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）

SSBDnaBDnaC解鏈方向第26頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天(三）DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶（DNAtopoiSOmerase）108局部解鏈后第27頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)：既能水解、又能連接磷酸二酯鍵解鏈過(guò)程中，DNA分子會(huì)過(guò)度擰緊、打結(jié)、纏繞、連環(huán)等現(xiàn)象，均需DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶，改變DNA分子構(gòu)象，理順DNA鏈，使復(fù)制能順利進(jìn)行。分類：拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ第28頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天拓?fù)洚悩?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(dāng)時(shí)候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)（負(fù)超螺旋）拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛；利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。*作用機(jī)制：第29頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、引物酶和引發(fā)體引物酶(

primase

)在模板的復(fù)制起始部位催化NTP的聚合,形成短片段的RNA。這一小段RNA作為復(fù)制的引物（primer），提供3

-OH末端，使DNA-pol能夠催化dNTP聚合。依賴DNA的RNA聚合酶引物酶與其他和復(fù)制有關(guān)的蛋白質(zhì)形成的復(fù)合物。引發(fā)體（primosome）第30頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、DNA連接酶(DNAligase

)

連接DNA鏈3

-OH末端和相鄰DNA鏈5

-P末端，使二者生成磷酸酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成完整的鏈。ATPDNA連接酶在DNA修復(fù)、重組、剪接中也起連接缺口的作用。OHP第31頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天DNA生物合成過(guò)程第三節(jié)第32頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天G1G2SM哺乳動(dòng)物的細(xì)胞周期DNA合成(synthesis)期人為分成：起始、延長(zhǎng)、終止三個(gè)階段第33頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、復(fù)制的起始需要解決兩個(gè)問(wèn)題：1、DNA解開(kāi)成單鏈，提供模板2、生成引物，提供3-OH末端第34頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天

相關(guān)的幾個(gè)概念：1、復(fù)制起始點(diǎn)（E.coli-oriC）GATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATTACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245串聯(lián)重復(fù)序列反向重復(fù)序列5

3

5

3

第35頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天復(fù)制時(shí)DNA雙鏈解開(kāi)分成二股單鏈?新鏈沿著張開(kāi)的二股單鏈生成，復(fù)制中形成的這種Y字形的結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉2、復(fù)制叉（replicationfork）3

5

5

3

新鏈3

5

3

5

親代DNA復(fù)制方向第36頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天原核生物例如E.coli，是從固定的復(fù)制起始點(diǎn)開(kāi)始，同時(shí)向兩個(gè)方向進(jìn)行復(fù)制

稱為雙向復(fù)制（bidirectionalreplication）

3、雙向復(fù)制第37頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天DnaA蛋白辨認(rèn)起始點(diǎn),形成起始復(fù)合物DnaB蛋白解螺旋DnaC蛋白協(xié)助DnaB在多種蛋白質(zhì)參與下，DNA解開(kāi)成單鏈HU蛋白促進(jìn)起始SSB維持單鏈穩(wěn)定第38頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天引物合成DnaADnaB、DnaCDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶引物酶OHSSB3

5

3

5

第39頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物的染色體龐大、復(fù)雜，有多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行多個(gè)DNA片段的復(fù)制。兩個(gè)起始點(diǎn)之間的DNA片段，稱為一個(gè)復(fù)制子（replicon）。真核生物也是雙向復(fù)制。第40頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、復(fù)制的延長(zhǎng)第41頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天DNA聚合酶催化游離的脫氧核苷酸結(jié)合到新鏈3’末端，使其不斷延長(zhǎng)。5’3’5’DNA-polDNA-polDNA-polDNA-pol（一）復(fù)制延長(zhǎng)的過(guò)程dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTP第42頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天領(lǐng)頭鏈(leadingstrand

)

順著解鏈方向生成的子鏈，其復(fù)制是連續(xù)進(jìn)行的，所得到一條連續(xù)片段的子鏈。5’3’3

5

3

5

解鏈方向

（二）復(fù)制的半不連續(xù)性第43頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天3

5

3

5

解鏈方向復(fù)制方向與解鏈方向相反，須等待解開(kāi)足夠長(zhǎng)度的模板鏈才能繼續(xù)復(fù)制，所得到一條由不連續(xù)片段組成的子鏈。隨從鏈

(

laggingstrand

)

岡崎片段（Okazakifragment）

3’5’3’3’5’第44頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、復(fù)制的終止第45頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天原核生物的復(fù)制終止1，多為環(huán)狀DNA分子，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(diǎn)（ter）處匯合。第46頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天5`5`5`RNA酶OHP5`DNA聚合酶dNTP5`5`PATPADP+Pi5`5`DNA連接酶2，隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接第47頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物的復(fù)制終止1，染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止5`5`5`5`水解、聚合、連接5`5`5`5`

2，連接不連續(xù)片段第48頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天端粒（

telomere）真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1）由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成2）末端DNA序列是多次重復(fù)的富含G、C堿基的短序列。2、功能1）維持染色體的穩(wěn)定性2）維持DNA復(fù)制的完整性TTTTGGGGTTTTGGGG…第49頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天端粒酶（

telomerase）1一種RNA-蛋白質(zhì)的復(fù)合物2一種特殊的逆轉(zhuǎn)錄酶,能依賴自身的RNA為模板逆轉(zhuǎn)錄合成端粒DNA特點(diǎn)：功能：復(fù)制終止時(shí)，染色體線性DNA末端確有可能縮短，但通過(guò)端粒酶的作用，可以補(bǔ)償這種由除去引物引起的末端縮短。第50頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、其他復(fù)制方式第51頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天滾環(huán)復(fù)制rollingcirclereplication第52頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天DNA損傷與修復(fù)第四節(jié)第53頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變

mutation）

在復(fù)制過(guò)程中發(fā)生的DNA突變稱為DNA損傷（DNAdamage）從分子水平來(lái)看，突變就是DNA分子上堿基的改變。第54頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、突變的意義（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變/自然突變

（二）突變導(dǎo)致基因型改變沒(méi)有可察覺(jué)的表型改變個(gè)體之間基因型的差別稱為多態(tài)性（polymophism）（三）突變導(dǎo)致死亡（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)第55頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、引發(fā)突變的因素物理因素：紫外線、各種輻射第56頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天化學(xué)因素：常見(jiàn)的化學(xué)誘變劑化合物類別作用點(diǎn)分子改變堿基類似物如：5-BUA

5-BUG-A--T--G--C-羥胺類（NH2OH）T

C-T--A--C--G-亞硝酸鹽（NO2）C

U-G--C--A--T-烷化劑如：氮芥類，NitrominsG

mGDNA缺失G第57頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、突變的類型（一）點(diǎn)突變（pointmutation）——指DNA分子上一個(gè)堿基的變異發(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、顛換第58頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天正常成人Hb(HbA)N–pro·

glu

·glu

·

·

·

C鐮形紅細(xì)貧血病人Hb(HbS)N–pro·

val

·glu

·

·

·

CCT

CGAGCACGTG第59頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）缺失（deletion）、插入(insertion)缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從

DNA大分子上消失。插入：原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。第60頁(yè),共67頁(yè)，2024年2月25日，星期天谷酪蛋絲5’

……G

CA