第14章--DNA的生物合成.pptx

遗传信息传遗传信息传递与表示递与表示生物化学主要研究内容生物化学主要研究内容1/1082/108基因（基因（genegene）：）：生物活性产物编码最小生物活性产物编码最小DNA功效片段功效片段。其产。其产物为各种物为各种RNA或蛋白质。或蛋白质。基因组（基因组（genome)genome)：某一物种拥有全部遗传物质，从分子意义上某一物种拥有全部遗传物质，从分子意义上说，是指全部说，是指全部DNADNA序列。序列。基因表示（基因表示（gene expressiongene expression）：）：指指DNADNA分子中遗传信息经过转录和翻译合成分子中遗传信息经过转录和翻译合成出蛋白质过程。出蛋白质过程。3/108中心法则（中心法则（the central dogma）4/1085/108第第 十四十四 章章 DNADNA生物合成生物合成6/108导导 学学1.掌握掌握DNA复制基本复制基本规律规律。2.掌握参加掌握参加DNA复制各种主要酶功效。复制各种主要酶功效。3.掌握掌握DNA生物合成基本过程。生物合成基本过程。掌握端粒概念、合掌握端粒概念、合成和意义。成和意义。4.掌握逆转录概念。了解逆转录应用。掌握逆转录概念。了解逆转录应用。5.掌握掌握DNA损伤修复类型及特点。了解损伤修复类型及特点。了解DNA突变类突变类型。型。7/10814.1 DNA14.1 DNA复制特征复制特征14.2 DNA14.2 DNA复制酶学复制酶学14.3 DNA14.3 DNA复制过程复制过程14.4 14.4 端粒端粒DNADNA合成合成14.5 14.5 逆转录作用逆转录作用14.6 DNA14.6 DNA损伤与修复损伤与修复14.7 14.7 基因重组和克隆基因重组和克隆8/10814.1 DNA14.1 DNA复制特征复制特征半保留复制半保留复制 (semi-conservative replication)(semi-conservative replication)双向复制双向复制 (bidirectional replication)(bidirectional replication)半不连续复制半不连续复制 (semi-discontinuous(semi-discontinuous replication)replication)9/10814.1.1 DNA14.1.1 DNA半保留复制半保留复制 全保留式全保留式 半保留式半保留式 混合式混合式 子链继承母链遗传信息几个可能方式子链继承母链遗传信息几个可能方式10/108半保留复制试验证据：半保留复制试验证据：MeselsonMeselson&Stahl,1958&Stahl,1958同同 位位 素素1515N N标标 识识 放放 射射CsClCsCl密度梯度离心试验。密度梯度离心试验。首首先先验验明明了了DNADNA半半保保留复制假说。留复制假说。14.1.1 DNA14.1.1 DNA半保留复制半保留复制11/108半保留复制半保留复制（semi-semi-conservative replicationconservative replication）：）：复制时，每一条复制时，每一条DNADNA链在新链合链在新链合成中充当模板，按碱基配对方式形成中充当模板，按碱基配对方式形成两个新成两个新DNADNA分子，每个分子都含有分子，每个分子都含有一条新链和一条旧链。一条新链和一条旧链。新链新链旧链旧链14.1.1 DNA14.1.1 DNA半保留复制半保留复制12/108生物学意义：生物学意义：半半半半保保保保留留留留复复复复制制制制这这这这种种种种方方方方式式式式可可可可确确确确保保保保亲亲亲亲代代代代遗遗遗遗传传传传特特特特征征征征完完完完整整整整无无无无误误误误传传传传递递递递给给给给子子子子代代代代，表表表表达达达达了了了了遗遗遗遗传传传传保保保保守守守守性性性性。14.1.1 DNA14.1.1 DNA半保留复制半保留复制13/108复制叉（复制叉（replication forkreplication fork）复复制制开开始始后后因因为为DNADNA双双链链解解开开，在在两两股股单单链链上上进进行行复复制制，形形成成Y Y字状结构字状结构。14.1.2 DNA14.1.2 DNA双向复制双向复制14/108双向复制双向复制双向复制验证试验双向复制验证试验单向复制单向复制第一次脉冲标识：低放射性低放射性 （蓝色）第二次脉冲标识：高放射性高放射性（红色内环）19631963年年CairnsCairns，3 3H H掺入放射自显影试验。掺入放射自显影试验。14.1.2 DNA14.1.2 DNA双向复制双向复制双向复制双向复制 DNADNA从从起始点起始点(origin)(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向两个方向解链，形成两个延伸方向相反复制叉，称为向相反复制叉，称为双向复制双向复制。15/10814.1.2 DNA14.1.2 DNA双向复制双向复制原核生物双向复制原核生物双向复制 型复制型复制 只有一个复制起始点。只有一个复制起始点。16/10814.1.2 DNA14.1.2 DNA双向复制双向复制复制子（复制子（replicon）真核生物双向复制中两个起始点之间真核生物双向复制中两个起始点之间DNADNA片段。片段。复制子是独立完成复制功效单位。复制子是独立完成复制功效单位。染色体染色体DNADNA有有多个复制起始点多个复制起始点。17/108合成方向和速度合成方向和速度方向：方向：新生新生DNADNA链合成方向为：链合成方向为：5353。速度：速度：原核生物复制叉移动快（约原核生物复制叉移动快（约10105 5 bp/minbp/min）E.coli E.coli5105106 6个碱基在个碱基在30min30min内能够完成一次复制。内能够完成一次复制。真核生物复制叉移动慢（约真核生物复制叉移动慢（约5 510102 25 510103 3 bp/minbp/min）人人3103109 9个碱基在个碱基在8h8h内能够完成一次复制。内能够完成一次复制。（0.8min0.8min能够复制一次人能够复制一次人5105106 6个碱基）个碱基）为何不是为何不是3535？为何真核生物复制叉移动为何真核生物复制叉移动快却没有真核生物复制效快却没有真核生物复制效率高？率高？14.1.2 DNA14.1.2 DNA双向复制双向复制18/10814.1.2 DNA14.1.2 DNA半不连续复制半不连续复制DNADNA复制几个可能方式复制几个可能方式长片段长片段短时间短时间3 3H H掺入掺入长片段长片段+短片段短片段短片段短片段 自显影自显影&提取提取DNADNA长片段长片段长片段长片段短片段短片段长时间长时间3 3H H掺入掺入OkazakiOkazaki，1968196819/108DNADNA半不连续复制半不连续复制（semi-discontinuous replicationsemi-discontinuous replication）：）：前导链（前导链（leading strand leading strand）连续复制和后）连续复制和后随链（随链（lagging strand lagging strand）不连续复制方式。）不连续复制方式。14.1.2 DNA14.1.2 DNA半不连续复制半不连续复制20/108冈崎片段（冈崎片段（Okazaki fragmentOkazaki fragment）：）：在不连续后随链在不连续后随链DNADNA合成中形成合成中形成DNADNA短片段。短片段。在原核生物有在原核生物有10001000核苷酸，真核生物约核苷酸，真核生物约100100200200核苷酸。核苷酸。14.1.2 DNA14.1.2 DNA半不连续复制半不连续复制35533553前导链：连续复制前导链：连续复制冈崎片段冈崎片段复制叉复制叉复制叉复制叉后随链：不连续复制后随链：不连续复制3 55 321/10814.1 DNA14.1 DNA复制特征复制特征小结小结1 1、三种特征：半保留、双向、不连续性。、三种特征：半保留、双向、不连续性。2 2、生物科学问题研究方式、生物科学问题研究方式 提出问题提出问题建立假说建立假说试验验证试验验证22/108底物底物:dNTP(A/G/C/T)dNTP(A/G/C/T)聚合酶聚合酶:依赖依赖DNADNADNADNA聚合酶聚合酶其它酶其它酶:拓扑异构酶、解螺旋酶、单链拓扑异构酶、解螺旋酶、单链DNADNA结合蛋白、连接酶。结合蛋白、连接酶。14.2 DNA14.2 DNA复制酶学复制酶学DNADNA复制体系复制体系模板模板:解开成单链解开成单链DNADNA母链母链引物引物:提供提供3-OH3-OH末端寡核苷酸末端寡核苷酸23/108DNADNA聚合酶（聚合酶（DNA polymeraseDNA polymerase，DNA-polDNA-pol）：）：以单链或双链以单链或双链DNA为模板，催化由脱氧核苷三磷酸合成为模板，催化由脱氧核苷三磷酸合成DNA酶。酶。活性：活性：1.53 聚合活性聚合活性 2.核酸外切酶活性核酸外切酶活性种类：种类：大肠杆菌：大肠杆菌：DNADNA聚合酶聚合酶、和和。真核生物：真核生物：含有含有DNADNA聚合酶聚合酶 、和和。14.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 24/10814.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 聚合活性化学反应聚合活性化学反应Polymerase(dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi 25/108聚合活性作用特点聚合活性作用特点 4 4种种dNTPdNTP底物（底物（A/G/C/TA/G/C/T）,与之有高度亲和力；与之有高度亲和力；接收模板指导；接收模板指导；遵照碱基互补标准，识别是否是正确碱基；遵照碱基互补标准，识别是否是正确碱基；无法催化无法催化2 2个游离单核苷酸形成磷酸酯键；个游离单核苷酸形成磷酸酯键；需引物提供需引物提供3-OH3-OH；新链生长方向：新链生长方向：5353。14.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 26/10814.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 核酸外切酶活性核酸外切酶活性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 外切酶活性外切酶活性 5 3 外切酶活性外切酶活性?能切除引物和突变能切除引物和突变 DNA片段。片段。能识别错配碱基对，并将其水解。能识别错配碱基对，并将其水解。27/10828/10814.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 DNADNA聚合酶（聚合酶（DNA polymeraseDNA polymerase，DNA-polDNA-pol）：）：以单链或双链以单链或双链DNA为模板，催化由脱氧核苷三磷酸合成为模板，催化由脱氧核苷三磷酸合成DNA酶。酶。活性：活性：1.53 聚合活性聚合活性 2.核酸外切酶活性核酸外切酶活性种类：种类：大肠杆菌：大肠杆菌：DNADNA聚合酶聚合酶、和和。真核生物：真核生物：含有含有DNADNA聚合酶聚合酶 、和和。29/1081959 1959 年获诺贝尔生理学或医学奖年获诺贝尔生理学或医学奖 在大肠杆菌中发觉在大肠杆菌中发觉DNADNA聚合酶聚合酶I I。奥乔亚 科恩伯格 Severo Ochoa Arthur Kornberg14.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 30/108大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶（pol)pol)性质：性质：5353聚合酶活性，聚合酶活性，53 53外切酶活性，外切酶活性，35 35外切酶活性。外切酶活性。生理功效：生理功效：校读，校读，去除去除RNA引物，填补空隙，参加引物，填补空隙，参加DNA损伤修损伤修复复。14.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 31/108323323个氨基酸个氨基酸小片段小片段5 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段大片段/Klenow/Klenow 片段片段 604604个氨基酸个氨基酸 5 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性5 5 3 3 DNADNA聚合酶活性聚合酶活性N N 端端C C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA polDNA pol14.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 KlenowKlenow片段片段Klenow片段是试验室合成片段是试验室合成DNA，进行分子生物学研究，进行分子生物学研究中惯用工具酶。中惯用工具酶。32/108大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶（polpol）性质：性质：5353聚合酶活性，聚合酶活性，3 5 3 5外切酶活性。外切酶活性。无无 5353外切酶活性。外切酶活性。生理功效：生理功效：只是在无只是在无polpol及及polpol情况下暂时起作用；情况下暂时起作用；对模板特异性不高对模板特异性不高,主要参加主要参加DNADNA损伤修复损伤修复。14.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 33/108大肠杆菌大肠杆菌DNADNA聚合酶聚合酶（polpol）组成：组成：最少由最少由1010种亚基组成种亚基组成，二聚体二聚体，其中，其中、和和组成组成 关键酶关键酶；性质：性质：53 53聚合酶活性，聚合酶活性，3 53 5外切酶活性。外切酶活性。无无 5353外切酶活性。外切酶活性。生理功效：生理功效：真正起真正起复制作用复制作用酶，主要负责酶，主要负责DNADNA链延伸链延伸。14.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 34/108关键酶关键酶亚基：亚基：5353聚合酶活性聚合酶活性；亚基：亚基：3535外切酶活性，起外切酶活性，起校对功效校对功效，可提升聚合酶可提升聚合酶复制复制DNADNA保真性；保真性；亚基：亚基：可能起组建作用。可能起组建作用。亚基：亚基：如同夹子，识别引物夹住如同夹子，识别引物夹住DNADNA分子向前滑动；分子向前滑动；其余亚基：其余亚基：组成组成 -复合物，可增强关键酶活性复合物，可增强关键酶活性 作用。作用。夹子夹子装配复合体装配复合体35/108 亚基：亚基：促使关键酶二聚化促使关键酶二聚化关键酶二聚化关键酶二聚化DNADNA聚合酶聚合酶IIIIII有两个有两个夹子装配复合体。夹子装配复合体。36/10837/108DNA DNA 聚合酶聚合酶 pol pol pol pol pol pol 亚基数目亚基数目 1 1 7 7 10105 533聚合聚合酶酶活性活性 +3355外切酶活性外切酶活性 +5 533外切酶活性外切酶活性 +-+-聚合速度聚合速度(核苷酸核苷酸/分分)1000-1200 2400 15000-60000)1000-1200 2400 15000-60000 连续合成能力连续合成能力 3-200 1500 5000003-200 1500 500000生理功效生理功效 切除引物切除引物 修复修复 复制复制 修复修复大肠杆菌大肠杆菌3 3种种DNADNA聚合酶性质比较聚合酶性质比较14.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 38/108DNADNA聚合酶（聚合酶（DNA polymeraseDNA polymerase，DNA-polDNA-pol）：）：以单链或双链以单链或双链DNA为模板，催化由脱氧核苷三磷酸合成为模板，催化由脱氧核苷三磷酸合成DNA酶。酶。种类：种类：大肠杆菌：大肠杆菌：DNADNA聚合酶聚合酶、和和。真核生物：真核生物：含有含有DNADNA聚合酶聚合酶 、和和。14.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 39/108真核生物真核生物DNADNA聚合酶聚合酶14.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 DNA-pol DNA-pol 起始引发，有引物酶活性。起始引发，有引物酶活性。延长子链主要酶，有解螺旋酶活性。延长子链主要酶，有解螺旋酶活性。参加低保真度复制参加低保真度复制 。在复制过程中起校读、修复和填补缺口在复制过程中起校读、修复和填补缺口作用。作用。在在线粒体线粒体DNADNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 40/1081.1.恪守严格碱基配对规律恪守严格碱基配对规律(错配率错配率1010-4-41010-5-5)；2.2.聚合酶在复制延长时对碱基选择功效聚合酶在复制延长时对碱基选择功效 (错配率错配率1010-4-41010-5-5)；3.3.复制犯错时复制犯错时DNA-polDNA-pol即时校读功效。即时校读功效。DNADNA复制复制保真性保真性最少要依赖三种机制最少要依赖三种机制 14.2.1 DNA14.2.1 DNA聚合酶聚合酶 41/108解螺旋酶（解螺旋酶（unwinding enzymeunwinding enzyme）：）：又称解链酶（又称解链酶（helicasehelicase）或）或reprep蛋白。蛋白。利用利用ATPATP供能，作用于供能，作用于氢键氢键，使，使DNADNA双链解开成为两条双链解开成为两条单链单链。每解开一对碱基，需消耗每解开一对碱基，需消耗2 2分子分子ATPATP。种类：种类：当前发觉最少存在两种解螺旋酶。当前发觉最少存在两种解螺旋酶。14.2.2 14.2.2 解螺旋酶解螺旋酶42/108单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白（single strand binding proteinsingle strand binding protein，SSBSSB）一些能够与单链一些能够与单链DNADNA结合蛋白质因子。结合蛋白质因子。生理功效：生理功效：维持单链状态，预防复性；反抗核酸酶水解，保护单链完整。维持单链状态，预防复性；反抗核酸酶水解，保护单链完整。作用原理：作用原理：SSBSSB可结合可结合3232个核苷酸单位，在个核苷酸单位，在DNA DNA 解链中不停结合，脱离再结合。解链中不停结合，脱离再结合。14.2.3 14.2.3 单单链链DNADNA结合蛋白结合蛋白 43/108拓扑异构酶（拓扑异构酶（topoisomerasetopoisomerase）：）：DNADNA复制时，负责调整复制时，负责调整DNADNA超螺旋圈数。超螺旋圈数。拓扑异构酶拓扑异构酶 拓扑异构酶拓扑异构酶ATPATP供能供能-+负螺旋负螺旋 消除和降低 消除引入2个切断方式切断方式双链中一条双链定位定位转录区染色质骨架蛋白和核基质相关功效转录复制DNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶&：14.2.4 14.2.4 拓扑异构酶拓扑异构酶(注注:拓扑一词含义是指物体或图象作弹性移位而又保持物体不变性质。拓扑一词含义是指物体或图象作弹性移位而又保持物体不变性质。)44/108DNADNA连接酶（连接酶（ligaseligase）：）：催化两段催化两段DNADNA片段之间形成磷酸二酯键，而使两段片段之间形成磷酸二酯键，而使两段DNADNA连接起连接起 来来，不能将两条游离，不能将两条游离DNADNA单链连接起来。单链连接起来。DNADNA连接酶催化条件连接酶催化条件需一段需一段DNADNA片段含有片段含有3-OH3-OH，而另一段，而另一段DNADNA片段含有片段含有5-Pi5-Pi基；基；未封闭缺口位于双链未封闭缺口位于双链DNADNA中，即其中有一条链必须是完整；中，即其中有一条链必须是完整；需要消耗能量，原核生物中由需要消耗能量，原核生物中由NADNAD+供能，真核生物中由供能，真核生物中由ATPATP供能。供能。35535353HOP DNA ligaseNADATPNMNAMP+PPi+14.2.5 DNA14.2.5 DNA连接酶连接酶45/10814.2 DNA14.2 DNA复制酶学复制酶学小结小结46/10814.3 DNA14.3 DNA复制过程复制过程复制起始复制起始复制延伸复制延伸复制终止复制终止47/10814.3.1 14.3.1 复制起始复制起始需要处理两个问题：需要处理两个问题：1.DNA解开成单链，提供模板。解开成单链，提供模板。2.合成引物，提供合成引物，提供3-OH末端；形成引发体。末端；形成引发体。48/1081 1、预引发、预引发解旋解链，形成复制叉：解旋解链，形成复制叉：由由拓拓扑扑异异构构酶酶和和解解链链酶酶作作用用，使使DNADNA超超螺螺旋旋及及双双螺螺旋旋结结构构解解开开，碱碱基基间间氢氢键键断断裂裂，形形成成两两条条单单链链DNADNA。单单链链DNADNA结结合蛋白结合在两条单链合蛋白结合在两条单链DNADNA上，形成叉状结构。上，形成叉状结构。14.3.1 14.3.1 复制起始复制起始49/108引发体组装：引发体组装：由蛋白因子识别复制起始点，并与其它蛋白因子及引物酶一由蛋白因子识别复制起始点，并与其它蛋白因子及引物酶一起组装形成引发体，含有解螺旋酶、起组装形成引发体，含有解螺旋酶、DnaCDnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNADNA复制复制起始区域复合结构。起始区域复合结构。14.3.1 14.3.1 复制起始复制起始 Dna A Dna B、Dna CDNA拓扑异构酶DnaGSSB3535（辅助（辅助DnaB与与DNA结合）结合）（解旋酶）（解旋酶）（识别起始位点）（识别起始位点）（引物酶）（引物酶）50/1082 2、引发、引发 在引物酶催化下，以在引物酶催化下，以DNADNA为模板，合成一段短为模板，合成一段短RNARNA片段片段，从而，从而取得取得33端自由羟基（端自由羟基（3-OH3-OH）。）。14.3.1 14.3.1 复制起始复制起始3535引物3 HO5引物酶51/108复复 制制 延延 伸伸 指指 在在 DNA-pol催催 化化 下下，dNTP以以dNMP方方式式逐逐一一加加入入引引物物或或延延长长中中子子链链上上，其其化化学学本质是本质是磷酸二酯键磷酸二酯键不停生成。不停生成。14.3.2 14.3.2 复制延伸复制延伸 5 35dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 3 3DNA-pol52/108特点：特点：由由DNADNA聚合酶催化，以聚合酶催化，以3535方向亲代方向亲代DNADNA链为模板，从链为模板，从5353方向聚合子代方向聚合子代DNADNA链。链。在原核生物中，参加在原核生物中，参加DNADNA复制延长是复制延长是DNADNA聚合酶聚合酶；而在真核；而在真核生物中，是生物中，是DNADNA聚合酶聚合酶、和和。14.3.2 14.3.2 复制延伸复制延伸53/108过程过程引发体移动引发体移动前导链延长前导链延长滞后链延长滞后链延长 环状结构；前一个环状结构；前一个冈崎片段尾巴，切冈崎片段尾巴，切除引物。除引物。14.3.2 14.3.2 复制延伸复制延伸前导链前导链滞后链滞后链引发体引发体54/10814.3.2 14.3.2 复制延伸复制延伸 前导链和随从链同时合成过程前导链和随从链同时合成过程阶段一阶段一阶段二阶段二55/10814.3.2 14.3.2 复制延伸复制延伸阶段三阶段三阶段四阶段四56/108去除引物，填补缺口去除引物，填补缺口 连接冈崎片段：连接冈崎片段：在在DNADNA连接酶催化下，形成最终一个磷酸酯键，将冈连接酶催化下，形成最终一个磷酸酯键，将冈崎片段连接起来，形成完整崎片段连接起来，形成完整DNADNA长链。长链。14.3.3 14.3.3 复制终止复制终止57/108细菌环状染色体：细菌环状染色体：两个复制叉向前推移，在终止区相遇而停顿复制，复制体解体。两个复制叉向前推移，在终止区相遇而停顿复制，复制体解体。细菌复制终止区含有细菌复制终止区含有多个约多个约22bp22bp终止子位终止子位点，大肠杆菌有点，大肠杆菌有7 7个终个终止子位点。止子位点。复制速度不一样。复制速度不一样。14.3.3 14.3.3 复制终止复制终止顺时针顺时针逆时针逆时针顺时针顺时针逆时针逆时针58/10814.3.3 14.3.3 复制终止复制终止59/108线性线性DNADNA在复制完成后，其末端因为引物在复制完成后，其末端因为引物RNARNA水解而可水解而可能出现缩短。能出现缩短。在在端粒酶端粒酶（telomerasetelomerase）催化下，可进行延长反应。）催化下，可进行延长反应。14.3.3 14.3.3 复制终止复制终止真核生物染色体：真核生物染色体：60/10814.3 DNA14.3 DNA复制过程复制过程小结小结61/108复复制制过过程程简简图图14.3 DNA14.3 DNA复制过程复制过程小结小结62/10814.3.4 14.3.4 原核与原核与真核生物真核生物DNADNA复制差异点复制差异点原核生物原核生物真核生物真核生物起点起点单起点单起点多起点多起点复制子复制子大而少大而少小而多小而多复制叉移动速度复制叉移动速度900nt/s50nt/s冈崎片段冈崎片段1000nt100200nt酶系酶系种类少种类少种类多种类多第二轮复制第二轮复制第一轮未结束就能够开始第二轮复制复制许可因子调控，复制周期不可重合末端末端环状分子，末端环状分子，末端不缩短不缩短线形分子，末端线形分子，末端会缩短会缩短端粒酶端粒酶-+63/108端粒端粒端粒端粒中心粒中心粒真核生物染色体真核生物染色体端粒（端粒（telomeretelomere）：）：真核生物线性染色体末真核生物线性染色体末端所含有特殊结构，端所含有特殊结构，通通常膨大成粒状。常膨大成粒状。14.414.4 端粒端粒DNADNA合成合成64/10814.414.4 端粒端粒DNADNA合成合成功效功效维持染色体结构完整性；维持染色体结构完整性；端粒存在使每次丢失仅为端粒一部分，从而保护了端粒存在使每次丢失仅为端粒一部分，从而保护了染色体内部结构基因。染色体内部结构基因。维持维持DNADNA复制完整性。复制完整性。结构特点结构特点由由末端末端DNADNA序列序列和和蛋白质蛋白质组成。组成。末端末端DNADNA序列是屡次重复富含序列是屡次重复富含G G、T T碱基短序列。碱基短序列。65/10814.414.4 端粒端粒DNADNA合成合成端粒端粒DNADNA合成：合成：在端粒酶（在端粒酶（telomerasetelomerase）催化下，进行延长反应。）催化下，进行延长反应。66/108端粒酶：端粒酶：一个一个RNA-RNA-蛋白质复合蛋白质复合体，它能够其体，它能够其RNARNA为模板，为模板，经过逆转录过程对末端经过逆转录过程对末端DNADNA链进行延长。链进行延长。组成：组成：端粒酶端粒酶RNA端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶14.414.4 端粒端粒DNADNA合成合成端粒酶分子结构端粒酶分子结构67/108端粒合成机制：不依赖模板，以爬行方式合成。端粒合成机制：不依赖模板，以爬行方式合成。14.414.4 端粒端粒DNADNA合成合成68/108母链藉非标准碱基配对回折母链藉非标准碱基配对回折DNA聚合酶复制子链聚合酶复制子链端粒合成完成端粒合成完成深入加工深入加工69/10814.414.4 端粒端粒DNADNA合成合成端粒及端粒酶生理意义端粒及端粒酶生理意义成年人端粒比胚胎细胞端粒短；成年人端粒比胚胎细胞端粒短；老化与端粒酶活性下降相关；老化与端粒酶活性下降相关；肿瘤发生与端粒酶活性相关；肿瘤发生与端粒酶活性相关；端粒酶不一定能决定端粒长度。端粒酶不一定能决定端粒长度。70/108细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞衰老端粒酶永生化抗肿瘤靶抗肿瘤靶点点71/108 正常细胞：正常细胞：正常细胞：正常细胞：细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂 衰衰衰衰老老老老死死死死亡亡亡亡 细胞年轻化细胞年轻化细胞年轻化细胞年轻化 端粒酶端粒酶端粒酶端粒酶 重新引入重新引入重新引入重新引入抗抗衰衰老老72/108Elizabeth Blackburn Carol GreiderJack Szostak14.414.4 端粒端粒DNADNA合成合成年诺贝尔医学奖年诺贝尔医学奖73/10814.514.5 逆转录作用逆转录作用逆转录逆转录(reverse transcription)在逆转录酶催化下，以在逆转录酶催化下，以RNA为模板合成为模板合成DNA过程，过程，又称反转录。又称反转录。逆转录逆转录酶酶74/108逆转录酶逆转录酶(reverse transcriptase)从从RNA病毒中发觉，能催化以病毒中发觉，能催化以RNA为模板合成双链为模板合成双链DNA酶，全称为依赖酶，全称为依赖RNADNA聚合酶。聚合酶。有三种活性：有三种活性：RNA指导指导DNA聚合活性聚合活性DNA指导指导DNA聚合活性聚合活性RNase H活性（活性（专一水解专一水解RNA-DNARNA-DNA杂交分子中杂交分子中RNARNA，可沿，可沿55 33和和3 3 55两个方向起核酸外切酶作用。两个方向起核酸外切酶作用。）14.514.5 逆转录作用逆转录作用75/10814.514.5 逆转录作用逆转录作用逆转录病毒细胞内逆转录现象逆转录病毒细胞内逆转录现象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逆转录酶逆转录酶双链双链DNA76/10814.514.5 逆转录作用逆转录作用分子生物学研究可应用逆转分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目标基录酶，作为获取基因工程目标基因主要方法之一。因主要方法之一。以以mRNA为模板，经逆转录为模板，经逆转录合成与合成与mRNA碱基序列互补碱基序列互补DNA链。链。试管内合成试管内合成cDNA cDNA complementary DNA 逆转录酶逆转录酶 A AA A T T T TAAAASISI核酸酶核酸酶 DNA聚合酶聚合酶碱水解碱水解 T T T TcDNA法法77/10814.514.5 逆转录作用逆转录作用逆转录研究意义逆转录研究意义逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中重大逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中重大发觉；发觉；逆转录现象说明：最少在一些生物，逆转录现象说明：最少在一些生物，RNA一样兼有一样兼有遗传信息传代与表示功效；遗传信息传代与表示功效；对逆转录病毒研究，拓宽了对逆转录病毒研究，拓宽了20世纪初已注意到病毒世纪初已注意到病毒致癌理论。致癌理论。78/10814.614.6 DNADNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复14.6.1 DNA14.6.1 DNA损伤损伤(突变突变)14.6.2 14.6.2 引发引发DNADNA突变原因突变原因14.6.3 DNA14.6.3 DNA损伤修复损伤修复79/108DNADNA损伤损伤 （DNA damageDNA damage）：）：泛指一切泛指一切DNADNA结构和功效改变。包含各种突变类结构和功效改变。包含各种突变类型、碱基损伤和型、碱基损伤和DNADNA链断裂。链断裂。DNADNA突变（突变（DNA mutationDNA mutation）：）：由遗传物质结构改变而引发遗传信息改变。从由遗传物质结构改变而引发遗传信息改变。从分子水平来看，突变就是分子水平来看，突变就是DNADNA分子上碱基改变。分子上碱基改变。14.6.114.6.1 DNADNA损伤（突变）损伤（突变）80/10814.6.114.6.1 DNADNA损伤（突变）损伤（突变）DNADNA突变类型突变类型81/108DNADNA突变效应突变效应14.6.114.6.1 DNADNA损伤（突变）损伤（突变）同义突变同义突变：基因突变造成基因突变造成mRNAmRNA密码子第三位碱基改变，其密码子第三位碱基改变，其意义不发生改变，翻译产物中氨基酸残基次序不变，但有时可意义不发生改变，翻译产物中氨基酸残基次序不变，但有时可引发翻译效率降低。引发翻译效率降低。错义突变错义突变：基因突变造成基因突变造成mRNAmRNA密码子碱基被置换，其意义密码子碱基被置换，其意义发生改变，翻译产物中氨基酸残基次序发生改变。发生改变，翻译产物中氨基酸残基次序发生改变。无义突变无义突变：基因突变造成基因突变造成mRNAmRNA密码子碱基被置换而改变成密码子碱基被置换而改变成终止密码子，引发多肽链合成终止。终止密码子，引发多肽链合成终止。移码突变移码突变：基因突变造成基因突变造成mRNAmRNA密码子碱基被置换，引发突密码子碱基被置换，引发突变点之后氨基酸残基次序全部发生改变。变点之后氨基酸残基次序全部发生改变。82/108突变意义突变意义突变是进化、分化分子基础突变是进化、分化分子基础突变造成基因型改变突变造成基因型改变突变造成死亡突变造成死亡突变是一些疾病发病基础突变是一些疾病发病基础14.6.114.6.1 DNADNA损伤（突变）损伤（突变）83/108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 pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因14.6.114.6.1 DNADNA损伤（突变）损伤（突变）DNADNA突变造成疾病（例子）突变造成疾病（例子）84/108 1949 1949年波林发觉镰刀型细胞贫血症（病人红年波林发觉镰刀型细胞贫血症（病人红年波林发觉镰刀型细胞贫血症（病人红年波林发觉镰刀型细胞贫血症（病人红血细胞为镰刀形）与血红蛋白结构异常相关。血细胞为镰刀形）与血红蛋白结构异常相关。血细胞为镰刀形）与血红蛋白结构异常相关。血细胞为镰刀形）与血红蛋白结构异常相关。14.6.114.6.1 DNADNA损伤（突变）损伤（突变）85/10814.6.214.6.2 引发引发DNADNA突变原因突变原因自发性自发性:自然错配率约为自然错配率约为10-910-910-10 10-10 左右。左右。物理原因物理原因:如如UV(ultra violet)UV(ultra violet)、各种辐射。、各种辐射。化学原因化学原因:烷化剂、碱基类似物、以及其它一些人烷化剂、碱基类似物、以及其它一些人工合成或环境中存在化学物质，这些诱发突变化学工合成或环境中存在化学物质，这些诱发突变化学物质物质,称为致癌剂。称为致癌剂。生物原因生物原因:抗菌素类、黄曲霉素和病毒等。抗菌素类、黄曲霉素和病毒等。86/108物理原因物理原因紫外线紫外线14.6.214.6.2 引发引发DNADNA突变原因突变原因87/10814.6.214.6.2 引发引发DNADNA突变原因突变原因常见化学诱变剂常见化学诱变剂化合物类别化合物类别作作 用用 点点分子改变分子改变碱基类似物碱基类似物如：如：5-BUA 5-BU G-A-T-G-C-羟胺类（羟胺类（NH2OH）T C-T-A-C-G-亚硝酸盐（亚硝酸盐（NO2）C U-G-C-A-T-烷化剂烷化剂如：氮芥类，如：氮芥类，NitrominsG mGG mGDNA缺失缺失G化学原因化学原因88/108修复修复 对已发生分子改变赔偿办法，使其回复为原有天对已发生分子改变赔偿办法，使其回复为原有天然状态。然状态。修复方式修复方式直接修复：直接修复：光复活修复光复活修复、转甲基作用、直接连、转甲基作用、直接连接；接；取代修复：取代修复：切除修复切除修复、重组修复、重组修复、SOSSOS修复修复。14.6.314.6.3 DNADNA损伤修复损伤修复89/108转甲基作用：转甲基作用：在转甲基酶催化下，将在转甲基酶催化下，将DNADNA上被修饰甲基去除。上被修饰甲基去除。此时，转甲基酶本身被甲基化而