DNA的生物合成

DNABiosynthesis2025/7/3120:30*DNARNAProtein中心法則TheCentralDogma1958F.Crick翻譯轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制中心法則的補充：①1965年發(fā)現(xiàn)RNA復(fù)制②1970年發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶2025/7/3120:30*中心法則的提出和發(fā)展DNA復(fù)制的概念:復(fù)制親代DNA子代DNA2025/7/3120:30*DNA復(fù)制是一個由多種酶催化，多種蛋白因子參與，并且受到精密調(diào)控的復(fù)雜過程。E.coli染色質(zhì)的復(fù)制涉及約30種蛋白質(zhì)。指遺傳物質(zhì)的傳代，是以母鏈DNA為模板，按堿基配對的原則,合成兩個完全相同的子鏈DNA分子的過程。復(fù)制的基本規(guī)律第一節(jié)BasicRulesofDNAReplication2025/7/3120:30*學習要求：

掌握復(fù)制及其基本規(guī)律、半保留復(fù)制、雙向復(fù)制、半不連續(xù)性復(fù)制、復(fù)制叉、復(fù)制子、領(lǐng)頭鏈、隨從鏈、岡崎片段的概念。

熟悉半保留復(fù)制的實驗依據(jù)。復(fù)制的基本規(guī)律半保留復(fù)制

(semi-conservativereplication)雙向復(fù)制

(bidirectionalreplication)半不連續(xù)復(fù)制

(semi-discontinuousreplication)2025/7/3120:30*一、半保留復(fù)制DNA復(fù)制時，母鏈DNA解開成兩股單鏈作為模板，按堿基配對規(guī)律合成與模板互補的子鏈；形成的2個子代DNA中，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；2個子代DNA堿基序列都和親代DNA的一致。Watson

andCrick,1953.親代DNA子代DNA模板榮獲1962年諾貝爾醫(yī)學與生理學獎。圖12-1DNA復(fù)制理論上有三種可能形式2025/7/3120:30*1958,M.Mmlson

&F.W.Stahl設(shè)計的實驗2025/7/3120:30*1.細菌在N15培養(yǎng)基上培養(yǎng)2.細菌在N14培養(yǎng)基上培養(yǎng)3.在N14培養(yǎng)基上培養(yǎng)不同時間后提取出DNA4.將DNA懸浮于氯化銫密度梯度介質(zhì)5.離心N14對照組DNAN15親代DNAN14第1代DNAN14第2代DNA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。

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)，但不是絕對的。2025/7/3120:30*二、雙向復(fù)制DNA復(fù)制從固定的復(fù)制起始點(origin，ori)開始，分別向兩個方向進行解鏈、復(fù)制，稱為雙向復(fù)制。復(fù)制叉復(fù)制叉5’3’5’5’3’3’5’3’3’5’原核DNA：單點雙向復(fù)制2025/7/3120:30*

ori是指DNA復(fù)制起始時必需的一段特殊DNA序列。共同特征：這些短重復(fù)序列能被多亞基的復(fù)制起始因子(DnaA；ORC:originrecognitioncomplex)所識別并結(jié)合；一般富含AT，利于雙螺旋DNA解旋解鏈產(chǎn)生單鏈DNA。①由多個獨特的短重復(fù)序列組成；E.Coli的稱oriC，由245bp的保守序列和控制元件組成；酵母的稱自主復(fù)制序列(autonomouslyreplicatingsequence,ARS),含含11bp富含AT的核心序列。2025/7/3120:30*A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點B.復(fù)制中的兩個復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(termination,ter)oriterABC原核DNA：單點雙向復(fù)制5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’真核DNA：多點雙向復(fù)制復(fù)制子長度兩個相鄰復(fù)制起始點之間的距離定為一個復(fù)制子長度。2025/7/3120:30*復(fù)制子(replicon)：獨立完成復(fù)制的功能單位。

復(fù)制子三、復(fù)制的半不連續(xù)性3

5

3

5

3′5′解鏈方向領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)3′5′3′5′2025/7/3120:30*

半不連續(xù)性復(fù)制過程中，領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制的現(xiàn)象。

岡崎片段(okazakifragment)

指不連續(xù)復(fù)制的片段原核:1000~2000個核苷酸（nt）

(相當于1個順反子，即基因的大小)

真核:100~200個核苷酸（nt）(相當于1個核小體DNA的大小)2025/7/3120:30*DNA復(fù)制的酶學和拓撲學變化第二節(jié)TheEnzymologyofDNAReplication2025/7/3120:30*學習要求：

掌握參與DNA復(fù)制的主要物質(zhì)種類，原核和真核生物DNA聚合酶作用、種類及特點，拓補異構(gòu)酶、引物酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白和DNA連接酶的作用和特點。

熟悉DNA復(fù)制的化學反應(yīng)、保真性的酶學依據(jù)。

了解DNA聚合酶的分子結(jié)構(gòu)特點，復(fù)制中DNA分子的拓補學變化。底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP；(dNTP)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；其他的酶和蛋白質(zhì)因子。參與DNA復(fù)制的物質(zhì):2025/7/3120:30*一、復(fù)制的化學反應(yīng)

(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPiDNApol只可沿5→3

方向延長；需模板和引物；聚合反應(yīng)特點：消耗2個高能磷酸鍵。活性：1.5

3

聚合酶活性，需要引物；

2.3

5

核酸外切酶活性。二、DNA聚合酶是指以DNA作為模板，催化底物dNTP合成DNA的一類酶。全稱：依賴DNA的DNA聚合酶

(DNA-dependentDNApolymerase)簡稱：DNA-pol2025/7/3120:30*DNA-pol的5′

3′聚合作用3′5

5

3′3′5

DNA-pol5

3′OHP2025/7/3120:30*3′5′外切酶5′

3′外切酶5′3′內(nèi)切酶3′5′外切酶5′

3′外切酶外切酶與內(nèi)切酶作用圖解2025/7/3120:30*5′3′（一）原核生物的DNA聚合酶共同點：1.5

3

的聚合活性，需要引物；

2.3

5

外切酶活性。DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ不同點：DNA-polⅠ還有5

3

外切酶活性。2025/7/3120:30*DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ5′→3′多聚酶活性有有有3′→5′外切酶活性有有有5′→3′外切酶活性有無無聚合速度（核苷酸數(shù)/酶分子·分鐘）60030約30000組成單體單體多亞基復(fù)合物分子數(shù)/細胞400？20分子量（kD）109120250基因突變后的致死性可能不可能可能功能切除引物、修復(fù)、填補空缺修復(fù)？復(fù)制大腸桿菌三種DNA聚合酶性質(zhì)與功能2025/7/3120:30*功能：對復(fù)制中的錯誤進行校讀，對復(fù)制

和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進行填補。DNA-polⅠ(109kD)2025/7/3120:30*1959年諾貝爾生理學醫(yī)學獎得主只可沿5→3

方向延長；需模板和引物；消耗2個高能磷酸鍵。(1)5

3

的聚合活性的功能:(2)DNA-pol

I

3′5′外切酶活性的功能校讀（proofread）功能5′3′GC將錯配的核苷酸從引物鏈的3′端除去

2025/7/3120:30*(3)DNA-pol

I

5′

3′外切酶活性的功能切除引物，切除突變片段5′3′2025/7/3120:30*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

5

核酸外切酶活性；DNA聚合酶活性N端C端枯草桿菌蛋白酶DNA-polⅠ酶切片段Klenow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。

2025/7/3120:30*DNA-polⅡ（120kD）

DNA-polII基因發(fā)生突變，細菌依然能存活；對模板的特異性不高；它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。

2025/7/3120:30**由A.Kornberg的二兒子TomB.Kornberg發(fā)現(xiàn)的。

DNA-polⅢ(含10多個亞基的異二聚體)核心酶:由α、ε、θ構(gòu)成。2025/7/3120:30*功能:原核生物復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。

DNA-polⅢ同時合成領(lǐng)頭鏈和隨從鏈2025/7/3120:30*聚合酶αβγδε定位核核線粒體核核5′→3′聚合活性有有有有有3′→5′外切活性無無有有有持續(xù)合成能力中等低高有PCNA(β亞基)時高高功能起始引發(fā)，引物酶活性低保真度的復(fù)制線粒體DNA復(fù)制延長子鏈的主要酶，解旋酶活性填補空缺，切除修復(fù)，重組

（二）真核生物的DNA聚合酶2025/7/3120:30*三、復(fù)制的保真性(fidelity)

（1）嚴格按照堿基配對規(guī)律進行復(fù)制，突變率約為1/103；

（2）DNA聚合酶對模板的依賴性和對堿基的選擇，是子鏈與母鏈能準確配對(突變率1/104~5)，使遺傳信息延續(xù)和傳代的保證；

（4）DNA修復(fù)系統(tǒng)和復(fù)制起始必須利用引物等機制，使突變率由1/106~8降低到1/109~10

。

（3）DNA聚合酶3′→5′外切酶功能和5′→3′聚合酶活性實現(xiàn)的即時校讀(proofread)，可使突變率由1/104~5降低到1/106~8；2025/7/3120:30*四、復(fù)制中的解鏈和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解開成單鏈，它才能起模板作用；因此，DNA復(fù)制涉及DNA雙螺旋構(gòu)象變化及解鏈過程。2025/7/3120:30*解螺旋酶和單鏈DNA結(jié)合蛋白引物酶DNA拓撲異構(gòu)酶

種類：解旋酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和rep蛋白

解旋酶Ⅱ、Ⅲ：沿著隨從鏈的模板，從5’→3’方向，促使復(fù)制叉向前延伸；

rep蛋白(六聚體)：沿著領(lǐng)頭鏈的模板，從3’→5’方向向前移動，促使雙鏈不斷解開；（一）解螺旋酶和單鏈DNA結(jié)合蛋白解螺旋酶(helicase)又稱解鏈酶，利用ATP供能，作用于氫鍵，使雙螺旋DNA解旋和解鏈成為兩條單鏈。2025/7/3120:30*解螺旋酶和單鏈DNA結(jié)合蛋白協(xié)同作用單鏈DNA結(jié)合蛋白

(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護單鏈的完整。2025/7/3120:30*（二）引物酶(primase)

所有細胞和多數(shù)病毒的DNA復(fù)制，都須首先利用DNA模板合成一段被稱之為引物的，長度從幾個到幾十個核苷酸的，短鏈RNA序列，為DNA聚合酶提供游離3’-OH端合成DNA鏈。原核細胞的引物酶是一種僅用于DNA復(fù)制所需引

物合成的RNA聚合酶；

真核細胞的引物酶是DNA聚合酶α的兩個小亞基。

2025/7/3120:30*

是一種可逆的核酸酶，它既能水解DNA分子中的磷酸二酯鍵，又能將其重新連接；可快速消除DNA解鏈過程中所產(chǎn)生的正超螺旋累積，使復(fù)制叉能夠順利前進。

（三）DNA拓撲異構(gòu)酶

(DNAtopoisomerase,Topo)

2025/7/3120:30*

原核和真核生物都發(fā)現(xiàn)了三類拓撲異構(gòu)酶：TopoⅠ、TopoⅡ和近期發(fā)現(xiàn)的TopoⅢ；TopoⅢ只消除負超螺旋，而且活性較弱。

原核生物：TopoⅡ?qū)⑶胺降恼菪D(zhuǎn)變?yōu)樨摮菪?/p>

TopoⅠ使DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)，與轉(zhuǎn)錄有關(guān)。

真核生物：TopoⅠ和TopoⅡ都能清除前方的正超螺旋。作用：通過切斷、旋轉(zhuǎn)和再連接，理順DNA鏈。

2025/7/3120:30*DNA正超螺旋與負超螺旋負超螺旋DNA雙螺旋正超螺旋原核TopoⅡ原核TopoⅠ真核TopoⅠ、ⅡDNA聚合酶2025/7/3120:30*切割DNA雙鏈，此時不需ATP；爾后由ATP供能，使DNA分子成負超螺旋再連接切口。不需ATP，切割雙鏈DNA中的一條鏈，使DNA松弛后,連接切口。TopoⅠ:TopoⅡ：

臨床上使用的某些抗腫瘤藥(如喜樹堿、鬼臼乙叉甙等)可通過抑制Topo酶活性而殺死腫瘤細胞。作用機制2025/7/3120:30*五、DNA連接酶(DNAligase)由RNaseH與DNA-polⅠ外切酶活性除去岡崎片段中的RNA引物，間隙由DNA-polⅠ填補成DNA，缺口由DNA連接酶催化相鄰岡崎片段間的3′-OH和5′-P形成磷酸二酯鍵而連成完整的DNA鏈。注意：只能連接堿基互補基礎(chǔ)上雙鏈中的單鏈缺口；而對單獨存在的DNA單鏈或RNA單鏈沒有連接的作用。AMP+PPi2025/7/3120:30*

在復(fù)制中起最后接合缺口(雙鏈中的單鏈

缺口)的作用；在DNA修復(fù)、重組及剪接過程中起縫合缺

口的作用；基因工程的重要工具酶之一。DNA連接酶功能2025/7/3120:30*

DNA復(fù)制因子和酶原核生物真核生物功能起始識別因子OriginRec.FactorDnaAHU(類組蛋白)ORC(6聚體)Cdc6、MCM識別、結(jié)合復(fù)制起始點解螺旋酶HelicaseDanB(6聚體)DnaC(6聚體)DNA-pol

解開DNA雙螺旋鏈單鏈結(jié)合蛋白SingleStrandBPSSBSSB結(jié)合、穩(wěn)定DNA單鏈拓撲酶Topoisomerase拓撲酶Ⅱ拓撲酶Ⅰ拓撲酶Ⅱ清除復(fù)制叉前方的超螺旋引物酶PrimaseDnaGDNA-pol

合成一小段RNA引物DNA聚合酶DNAPolymeraseDNA-PolⅠDNA-PolⅢβ亞基DNA-pol

DNA-pol

PCNA以親代DNA單鏈為模板，按5′→3′方向延長子鏈DNARNA酶HRNaseHRNA酶HDNA-PolⅠRNA酶HRNaseH分解、清除引物連接酶Ligase連接酶連接酶連接DNA片段參與DNA復(fù)制的主要因子和酶DNA生物合成過程第三節(jié)TheProcessofDNAReplication2025/7/3120:30*學習要求：

掌握原核生物DNA復(fù)制過程和各階段的特點；掌握端粒和端粒酶概念；

熟悉真核生物DNA復(fù)制過程和各階段的特點；熟悉復(fù)制起始、引發(fā)體、負超螺旋等概念。

了解端粒延長機制。（一）復(fù)制的起始(initiation)一、原核生物的DNA生物合成

復(fù)制是一個連續(xù)的過程，根據(jù)復(fù)制的特點，人為分成起始、延長和終止三個階段。引物合成DNA解鏈引發(fā)體生成1.DNA復(fù)制起始點的辨認結(jié)合與解鏈原核生物DNA的復(fù)制有一個特定的復(fù)制起始點；E.coli的復(fù)制起始點稱為oriC，由245bp的保守序列和控制元件組成。2025/7/3120:30*上游有3組13bp串連重復(fù)序列，為DnaB(解螺旋酶)和DnaC識別結(jié)合的DNA解鏈元件。

下游有2對9bp反向重復(fù)序列,為DnaA蛋白(起始因子)識別結(jié)合位點復(fù)制起始辨認oriC并解鏈主要需要6種蛋白因子：

DnaA(起始因子)；DnaB(解螺旋酶)、DnaC、HU(類組蛋白)、SSB、拓撲酶2025/7/3120:30*引物3'HO5'3

5

3

5

引物酶HO3'5'引物酶SSB引物SSBHO3'(DnaG)(DnaG)引發(fā)體：含有解螺旋酶(DnaB)、DnaC蛋白、引物酶(DnaG)和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)。引物：是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子,能提

供3′-OH。

2.引發(fā)體的形成和引物2025/7/3120:30*解螺旋酶(DnaB)DnaC（二）復(fù)制的延長(elongation)復(fù)制延長指在DNA-polⅢ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。

2025/7/3120:30*領(lǐng)頭鏈：合成一段RNA引物（比岡崎片段的引物略長），開始合成后通常一直繼續(xù)下去。2025/7/3120:30*隨從鏈：分段進行，需要不斷合成RNA引物和岡崎

片段。2025/7/3120:30*在營養(yǎng)豐富培養(yǎng)基，E.Coli每20分鐘即可分裂一次；其基因組堿基數(shù)為4.6×106bp,

DNA為單點雙向復(fù)制，可推算出復(fù)制速度約115kb/min(1,900bp/s)；真核染色體DNA為多點雙向復(fù)制，復(fù)制叉移動速度約1～3kb/min(16~50bp/s)；復(fù)制子長度為100～200kb，約30～60分鐘內(nèi)完成復(fù)制(25~110bp/s)；完成染色體復(fù)制時間通常要用6～8小時。2025/7/3120:30*1.原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的匯合點就是復(fù)制的終止點。（三）復(fù)制的終止oriter

E.coli8232SV40oriter5002025/7/3120:30*2.終止區(qū)含有多個約22bp的終止子(terminator,ter)

Tus(terminusutilizationsubstance)蛋白可識別結(jié)合ter序列并具有反解旋酶活性，Tus-ter復(fù)合物可以抑制DnaB蛋白的解旋作用，阻止復(fù)制叉前進。

Tus蛋白還可能造成復(fù)制體解體；解體后大約仍有10～100bp未被復(fù)制，這時通過修復(fù)方式填補空缺。2025/7/3120:30*3.隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接2025/7/3120:30*WhenDNAreplicated,itsstrandsareseparatedbytheenzymehelicase.SinglestrandDNAbindingproteinkeepsthestrandfromre-annealing.OneDNAstrandwecalledtheleadingstrand,whichformfrom5primeto3primeend,usingDNApolymeraseIII,noproblemhere.Butthelaggingstrandpresentsproblem.Ithasformedfrom5primeto3primetoo.ItformspiecescalledOkazakifragments.FirstaRNAprimaselaysdowntheRNAprimer,thenDNApolymeraseIIIlaysdownnewDNA.theprocessrepeatsagainandagain.DNApolymeraseIreplacestheRNAprimerintheDNA,finallyDNAligaselinkstheOkazakifragments.原核生物的DNA生物合成

2025/7/3120:30*2025/7/3120:30*半保留復(fù)制

雙向復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制第2節(jié)DNA復(fù)制的酶學和拓撲學變化第1節(jié)DNA復(fù)制的基本規(guī)律第3節(jié)DNA復(fù)制的基本過程參與DNA復(fù)制的物質(zhì):一、復(fù)制的化學反應(yīng)

二、DNA聚合酶三、復(fù)制的保真性(fidelity)四、復(fù)制中的解鏈和DNA分子拓撲學變化

五、DNA連接酶一、原核生物的DNA生物合成:

起始、延長和終止二、真核生物的DNA生物合成

復(fù)制起始點多、岡畸片段短、復(fù)制叉前進速度慢等特點，最重要的是參與復(fù)制的酶種類、數(shù)量更多更復(fù)雜。細胞完成一輪分裂的過程稱為細胞周期(cellcycle)，分為4期；在良好營養(yǎng)條件下培養(yǎng)細胞，歷時約24小時。

復(fù)制僅發(fā)生在細胞分裂的合成期(S期)，而且只復(fù)制一次。2025/7/3120:30*（一）復(fù)制的起始（與原核生物比較）1、過程同原核生物：解鏈引發(fā)體形成生成引物2、特點：起始點稱自主復(fù)制序列(autonomousreplicationsequence,ARS),結(jié)構(gòu)較oriC短(酵母：為150bp

含有11bp富含AT的

核心序列的片段;

可被ORC(originrecognitioncomplex)識別結(jié)合。多起點（多復(fù)制子）時序性（分組激活，非同步進行）2025/7/3120:30*3、參與酶和蛋白因子：

DNA-pol（引物酶活性）

DNA-pol（解螺旋酶活性）拓撲異構(gòu)酶復(fù)制因子(RF，如：RFA、RFC)

增殖細胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen，PCNA)4、通過細胞周期實現(xiàn)對DNA復(fù)制的調(diào)節(jié)：蛋白激酶磷酸化激活各種RF而調(diào)控細胞周期進入S期，相關(guān)cyclin和CDK相互作用，實現(xiàn)對DNA復(fù)制的多樣化和精確的調(diào)節(jié)。

2025/7/3120:30*領(lǐng)頭鏈3

5

3

5

親代DNA5

3

3

5

隨從鏈（二）復(fù)制的延長DNA-polδ：在PCNA和RF-C協(xié)同下，替代DNA-polα繼續(xù)催化領(lǐng)頭鏈和隨從鏈合成。DNA-polα：催化10個堿基引物和頭20~30個堿基組成的DNA合成；2025/7/3120:30*3`5`3`5`5`3`核小體引物注：當隨從鏈延長了大致相當于一個或若干個核小

體的長度(135bp，或135bp的若干倍)就要重

新合成引物長度。2025/7/3120:30*5’PHO3’P5’3’OHO5’PP5’HO3’3’OP5’5’P3’OH真核生物染色體DNA是線性結(jié)構(gòu)，染色體兩端新鏈的引物被去除后，分別留下一段空隙和一段單鏈DNA母鏈。

（三）復(fù)制終止和端粒酶引物水解（RNA酶）補缺（DNA-pol

）連接（連接酶）1、復(fù)制終止基本過程2025/7/3120:30*

兩端單鏈DNA母鏈不填補成雙鏈，就會被核內(nèi)DNase酶解，造成子代染色體末端縮短。某些低等生物出現(xiàn)少數(shù)特例，經(jīng)多次復(fù)制后的染色體越來越短，造成末端相鄰的一些重要基因丟失、遺傳信息完整性破壞。2025/7/3120:30*端粒染色體端粒(telomere)是指真核生物染色體末端DNA與它的結(jié)合蛋白緊密結(jié)合而形成的特殊結(jié)構(gòu)。端粒的功能：

☆穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)；☆防止染色體間末端連接；☆補償DNA5′末端在清除RNA引物后造成的空缺。2025/7/3120:30*端粒的結(jié)構(gòu)特點TTTTGGGGTTTTGGGG…端粒的共同結(jié)構(gòu)是富含(TmGn)x重復(fù)序列，重復(fù)的次數(shù)由幾十到數(shù)千不等，并能反折成二級結(jié)構(gòu)。水解引物后每個染色體的3’末端比5’末端長,伸出約12～16個單核苷酸鏈，這一特殊結(jié)構(gòu)可募集一種稱為端粒酶(telomerase)的特殊酶。P5’HO3’3’OP5’5’P3’OH2025/7/3120:30*

端粒酶(telomerase)人端粒酶組成(1997,成功克隆)功能特點由RNA和蛋白質(zhì)組成，是一種特殊的反轉(zhuǎn)錄酶。①端粒酶RNA(hTR,能與染色體的3’ssDNA互補)②端粒酶協(xié)同蛋白1(hTP1)③端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶(hTRT)

☆能以自己的RNA組分作為模板，以染色體3’端的ssDNA作引物,延伸其底物DNA的3’端。2025/7/3120:30*

端粒酶催化作用的爬行模型G-C配對回折2025/7/3120:30*-OH-OH-OH

正常細胞：細胞分裂

衰老死亡

細胞年輕化細胞分裂

導入端粒酶抗衰老端粒、端粒酶與細胞衰老2025/7/3120:30*端粒、端粒酶與腫瘤但有某些腫瘤形成時可產(chǎn)生端粒缺失、融合、或縮短等現(xiàn)象?！畎┘毎赏ㄟ^某些機制啟動端粒酶基因的表達，使染色體端粒穩(wěn)定地維持一定的長度，使癌細胞得以持續(xù)增殖、轉(zhuǎn)移并獲得永生。大多數(shù)增殖活躍的腫瘤細胞（約85%）端粒酶活性增高?！疃肆Ｃ缚勺鳛闉椴∽兘M織良惡性鑒別指標，及抗癌治療的靶位點。2025/7/3120:30*2025/7/3120:30*起始點單起點,oriC/DnaA

多起點,ARS/ORC速度快慢（原核的1/10）引物大小長（約數(shù)十個核苷酸）短（約10個核苷酸）岡奇片段多（約1000~2000個）少（約100~200個）酶DNA聚合酶III

DNA聚合酶-

DNA聚合酶IDNA聚合酶-α、

端粒酶無有原核生物真核生物真核與原核生物復(fù)制的主要區(qū)別2025/7/3120:30*反轉(zhuǎn)錄和其他的復(fù)制方式第四節(jié)ReverseTranscriptionandOtherDNAReplicationWays2025/7/3120:30*學習要求：

掌握反轉(zhuǎn)錄概念、作用特點、作用過程及生物學意義。了解滾環(huán)復(fù)制和D環(huán)復(fù)制。逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)RNA病毒逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription)現(xiàn)象RNADNA

逆轉(zhuǎn)錄酶又稱反轉(zhuǎn)錄酶，為依賴RNA的DNA聚合酶(RNAdependentDNApolymerase,RDDP)。一、反轉(zhuǎn)錄酶和反轉(zhuǎn)錄

1.逆轉(zhuǎn)錄酶活性：以RNA為模板(tRNA為引物)合成cDNA2.RNaseH活性：水解RNA-DNA雜合分子中的RNA3.DNA-pol活性：以DNA為模板合成cDNA(第二條鏈)逆轉(zhuǎn)錄酶沒有3′→5′外切酶活性,無校對功能。2025/7/3120:30*復(fù)制引物：病毒自身的tRNA的3′-OH。圖12-18反轉(zhuǎn)錄酶催化RNA轉(zhuǎn)變?yōu)殡p鏈cDNA的途徑AAnATTnT5′5′mRNA反轉(zhuǎn)錄酶mRNAcDNA3′TTnTAAnARnaseHTTnT3′DNApolyIcDNA核酸酶S1雙鏈cDNA3′5′3′5′5′B．試管內(nèi)合成cDNA2025/7/3120:30*反轉(zhuǎn)錄病毒細胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄過程：受體:CD4輔受體：CCR5/RANTES

或CXCR4/SDF-1gp120二、逆轉(zhuǎn)錄研究的意義

（1）擴展了中心法則；表明RNA可同時兼有遺傳信

息傳代與表達的功能。（2）對反轉(zhuǎn)錄病毒的研究，有助于腫瘤和艾滋等疾

病發(fā)病機制和診治的研究。（3）cDNA法、反轉(zhuǎn)錄病毒載體已成為基因工程和

基因治療的重要工具。

1964~1970,Baltimore、Temin和Dulbecco在RSV和MLV研究，發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶、腫瘤病毒和細胞遺傳物質(zhì)間的相互作用，獲1975諾貝爾生理/醫(yī)學獎。2025/7/3120:30*AZT(3’疊氮-2’,3’雙脫氧胸腺核苷)是已用于艾滋病臨床治療的抑制反轉(zhuǎn)錄酶的藥物AZT經(jīng)T淋巴細胞吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)锳ZT三磷酸酯。2025/7/3120:30*PPP-一方面AZT三磷酸酯與HIV反轉(zhuǎn)錄酶有高親和力，競爭性抑制了酶對dNTP的結(jié)合；

另一方面AZT可被加接到合成中的DNA鏈3′端，但AZT沒有3′-OH，故病毒DNA合成被迅速終止。三、滾動復(fù)制和D環(huán)復(fù)制

某些低等生物中存在一種單向復(fù)制的特殊方式——滾環(huán)復(fù)制（rollingcirclereplication）。如ΦΧ174和M13噬菌體，爪蟾卵rDNA。2025/7/3120:30*

線粒體DNA（mitochondrialDNA,mtDNA）采用另一種單向復(fù)制的特殊方式，稱為D-環(huán)或取代環(huán)式（displacementloop）復(fù)制。2025/7/3120:30*第五節(jié)DNADamage(Mutation)andRepairDNA損傷(突變)與修復(fù)2025/7/3120:30*學習要求：掌握DNA損傷(突變)的概念、突變的類型，切除修復(fù)的基本原理。熟悉突變的意義、引發(fā)因素，光修復(fù)、SOS修復(fù)及重組修復(fù)的概念。了解光修復(fù)、SOS修復(fù)及重組修復(fù)的機制?；蚪MDNA分子序列的異常變化，稱為DNA突變(mutation)，或DNA損傷(DNAdamage)。一、突變的意義（1）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)（2）突變導致基因多態(tài)性產(chǎn)生（3）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)（4）突變可導致死亡2025/7/3120:30*①物理因素:

紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射。②化學因素：

化學誘變劑，大多數(shù)是致癌物。③生物誘變劑：*如可移動遺傳因子，即能在基因組中移

動的DNA序列。

如：病毒(如逆轉(zhuǎn)錄病毒)二、引發(fā)突變的因素2025/7/3120:30*DNA分子上的堿基錯配又稱點突變(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。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。顛換1.錯配(mismatch)三、突變的分子改變類型2025/7/3120:30*鐮形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-Val

·

His

·

Leu

·

Thr

·

Pro·Val

·

Glu

·

·

·

·

C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-Val

·His

·

Leu

·Thr

·

Pro·Glu

·

Glu

·

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·

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C肽鏈CTCGAG基因2025/7/3120:30*2.缺失、插入和框移突變?nèi)笔В阂粋€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。缺失或插入都可導致框移(frameshift)突變或稱移碼突變：是指讀碼框三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變,造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。2025/7/3120:30*谷酪蛋絲5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙