基因信息的传递（生物化学与分子生物学教研室）.ppt

生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 朱利娜朱利娜第三篇 基因信息的传递 DNARNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译复制复制逆转录逆转录中心法则中心法则The Central Dogma基因基因(gene)为生物活性产物编码的为生物活性产物编码的DNA功能片段，功能片段，这些产物主要是蛋白质或是各种这些产物主要是蛋白质或是各种RNA第十一章第十一章DNA的生物合成（复制）的生物合成（复制）DNA Biosynthesis，Replication 复制的基本规律复制的基本规律DNA复制的酶学和拓扑学变化复制的酶学和拓扑学变化DNA生物合成过程生物合成过程逆转录逆转录和其他复制方式和其他复制方式DNA损伤损伤(突变突变)与修复与修复第一节第一节 复制的基本规律复制的基本规律 Basic Rules of DNA Replication 复制的要点：复制的要点：v 半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)v 高保真性高保真性(high fidelity)v 双向复制双向复制(bidirectional replication)v 半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication)复制复制(replication)是指遗传物质的传代，以母链是指遗传物质的传代，以母链DNA为为模板合成子链模板合成子链DNA的过程。的过程。一、半保留复制的实验依据和意义一、半保留复制的实验依据和意义v 半保留复制的概念半保留复制的概念 DNA生物合成时，母链生物合成时，母链DNA双螺旋结构解双螺旋结构解开而成为单链，各自作为模板，按照碱基互补原开而成为单链，各自作为模板，按照碱基互补原则，合成与模板互补的子链。这样子代细胞的则，合成与模板互补的子链。这样子代细胞的DNA双链，其中一股单链是从亲代完整地接受过双链，其中一股单链是从亲代完整地接受过来的，另一股单链则完全重新合成，两个子细胞来的，另一股单链则完全重新合成，两个子细胞的的DNA都与亲代都与亲代DNA碱基序列一致碱基序列一致半半保保留留复复制制的的实实验验依依据据1958年年Messelson和和Stahl的的实验实验AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA 复制过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNA 按按半半保保留留复复制制方方式式，子子代代DNA与与亲亲代代DNA A的的碱碱基基序序列列一一致致，即即子子代代保保留留了了亲亲代代的的全全部部遗遗传传信信息息，体体现现了了遗遗传的保守性。传的保守性。v 半保留复制的意义半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。子基础，但不是绝对的。复制时，复制时，DNA从起始点从起始点(origin)向两个方向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为称为双向复制双向复制。复制叉（复制叉（replication fork）指的是指的是DNA双链解开分成两股，各自作为模板，子链沿双链解开分成两股，各自作为模板，子链沿模板延长所形成的模板延长所形成的Y形结构形结构二、双向复制二、双向复制A.环状双链环状双链DNA及复制起始点及复制起始点B.复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C.复制接近终止点复制接近终止点(termination,ter)oriterA B C 真核生物每个染色体有多个起始点，是真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个为一个复制子复制子(replicon)。复制子是独立完成复制子是独立完成复制的功能单位。复制的功能单位。53oriorioriori535533553复制子复制子3三、复制的半不连续性三、复制的半不连续性3 5 3 5 3535解链方向解链方向领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)岡崎片段岡崎片段35子链的合成只能从子链的合成只能从5向向3延伸延伸顺顺着着解解链链方方向向生生成成的的子子链链，复复制制是是连连续续进进行行的的，这这股链称为股链称为领头链领头链。另另一一股股链链因因为为复复制制的的方方向向与与解解链链方方向向相相反反，不不能能顺顺着着解解链链方方向向连连续续延延长长，这这股股不不连连续续复复制制的的链链称称为为随随从从链链。复复制制中中的的不不连连续续片片段段称称为为岡岡崎崎片片段段(okazaki fragment)。领领头头链链连连续续复复制制而而随随从从链链不不连连续续复复制制，就就是是复复制制的的半不连续性半不连续性。第二节第二节 DNA复制的酶学和拓扑学变化复制的酶学和拓扑学变化The Enzymology and Topology of DNA Replication底物：底物：dNTP(dATP，dCTP，dGTP，dTTP）模板（模板（template）：）：解开成单链的解开成单链的DNA母链母链引物（引物（primer）：）：提供提供3-OH末端末端酶及蛋白质因子酶及蛋白质因子DNA聚合酶：依赖聚合酶：依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶解链、解旋酶类，单链结合蛋白解链、解旋酶类，单链结合蛋白引物酶与引物酶与dnaB蛋白蛋白DNA连接酶连接酶参与参与DNA复制的物质复制的物质一、复制的化学反应一、复制的化学反应(dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi DNA 新链生成需新链生成需引物引物和和模板模板；新链的延长只可沿新链的延长只可沿5 3 方向进方向进行行。v 聚合反应的特点聚合反应的特点v 聚合反应的实质聚合反应的实质 核苷酸与核苷酸之间生成核苷酸与核苷酸之间生成3,5-磷酸磷酸二酯键而逐一聚合二酯键而逐一聚合二、二、DNA聚合酶聚合酶全称：依赖全称：依赖DNA的的DNA聚合酶聚合酶 （DNA-dependent DNA polymerase，DNA-pol）以以dNTP底物底物需要模板和引物的存在需要模板和引物的存在催化催化dNTP加到生长中的加到生长中的DNA链的链的3-OH末端末端;催化催化DNA合成的方向是合成的方向是53具有具有53或或35核酸外切酶活性核酸外切酶活性（一）原核生物的（一）原核生物的DNA聚合酶聚合酶有三种有三种DNA聚合酶：聚合酶：DNApol、II、III功能功能：对复制中的错误进行校读对复制中的错误进行校读 对复制和修复中出现的空隙进行填补对复制和修复中出现的空隙进行填补DNA-pol （109kD）由由A至至R共共18个个-螺旋区组成螺旋区组成323个氨基酸个氨基酸小片段（小片段（A-F）5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性大片段（大片段（G-R）/Klenow 片段片段 604个氨基酸个氨基酸DNA聚合酶活性聚合酶活性 5 核酸外切酶活性核酸外切酶活性N 端端C 端端木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是实验室合成片段是实验室合成DNA，进行进行分子生物学研究中常用的工具酶。分子生物学研究中常用的工具酶。DNA-pol（120kD）DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活基因发生突变，细菌依然能存活 在在pol pol I I和和pol pol IIIIII缺失情况下暂时起作用缺失情况下暂时起作用参与参与DNA损伤的应急状态修复。损伤的应急状态修复。功能：功能：原核生物复制延长中真正起催化作用的酶原核生物复制延长中真正起催化作用的酶DNA-pol (250kD)10种亚基组成的种亚基组成的不对称异源二聚体不对称异源二聚体DNA-pol III的亚基的功能的亚基的功能、：组成核心酶，兼有：组成核心酶，兼有5 聚合聚合活性和活性和 5 外切酶活性外切酶活性：复制保真性所必需：复制保真性所必需 ：夹稳模板链并使酶沿模板滑动：夹稳模板链并使酶沿模板滑动-复合物：其余亚基的统称，有促进全酶组复合物：其余亚基的统称，有促进全酶组装至模板上，以及增强核心酶活性的作用装至模板上，以及增强核心酶活性的作用核酸外切酶活性核酸外切酶活性:能辨认错配的碱基对，并将其水解:能切除突变的 DNA片段(二二)真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶已至少发现已至少发现5种：种：DNA-pol,DNA-pol：起始引发，有引物酶活性起始引发，有引物酶活性DNA-pol：参与低保真度的复制参与低保真度的复制 DNA-pol：主要的催化酶，有解螺旋酶活性主要的催化酶，有解螺旋酶活性DNA-pol：校读、修复和填补缺口作用校读、修复和填补缺口作用DNA-pol：在在线粒体线粒体DNA复制中起催化作用复制中起催化作用(二二)真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶三、复制保真性的酶学依据三、复制保真性的酶学依据复制按照复制按照碱基配对规律碱基配对规律进行，是遗传信息能进行，是遗传信息能准确传代的基本原理。准确传代的基本原理。复制保真性的酶学机制：复制保真性的酶学机制：（一）一）DNA-pol的核酸外切酶活性与校读的核酸外切酶活性与校读 （二）复制的保真性和碱基选择（二）复制的保真性和碱基选择（一）（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读的核酸外切酶活性和及时校读A：DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。并用其聚合活性掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，碱基配对正确，DNA-pol不表现活性。不表现活性。（二）复制的保真性和碱基选择（二）复制的保真性和碱基选择 DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型反式构型。1.遵守严格的碱基配对规律；遵守严格的碱基配对规律；2.聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；3.复制出错时复制出错时DNA-pol的及时校读功能。的及时校读功能。DNA复制的保真性至少要依赖三种机制复制的保真性至少要依赖三种机制 四、复制中解链和四、复制中解链和DNA分子的拓扑学变化分子的拓扑学变化解螺旋酶（解螺旋酶（helicase）引物酶（引物酶（primase）单链单链DNA结合蛋白结合蛋白 (single stranded DNA binding protein,SSB)DNA拓扑异构酶（拓扑异构酶（DNA topoisomerase）解开、理顺解开、理顺DNA链，维持链，维持DNA在一段时间内在一段时间内处于单链状态处于单链状态（一）解螺旋酶、引物酶和单链（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白结合蛋白解螺旋酶解螺旋酶(helicase)利用利用ATP供能，作用于氢键，使供能，作用于氢键，使DNA双双链解开成为两条单链链解开成为两条单链引物酶引物酶(primase)复制起始时催化生成复制起始时催化生成RNA引物的酶引物的酶单链单链DNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA binding protein,SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整单链的完整 （二）（二）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase)解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成v作用特点：作用特点：松弛超螺旋和双股螺旋，既能水解又能松弛超螺旋和双股螺旋，既能水解又能连接磷酸二酯键连接磷酸二酯键v分类分类拓扑异构酶拓扑异构酶I型型拓扑异构酶拓扑异构酶II型型DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase)拓扑拓扑 异构酶异构酶切断切断DNA双链中双链中一股一股链，使链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，闭切口，DNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATP。拓扑拓扑 异构酶异构酶切断切断DNA分子分子两股两股链，断端通过链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。切口旋转使超螺旋松弛。利用利用ATP供能，连接断端，供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态。v 作用机制作用机制 II五、五、DNA连接酶连接酶催化一个催化一个DNA片段的片段的3-OH末端和相邻末端和相邻DNA片段的片段的5-P末端生成磷酸二酯键，末端生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链链连接成一条完整的链需要消耗需要消耗ATP只能连接互补链中的单链缺口只能连接互补链中的单链缺口在在DNA修复、重组、剪接中也起缝合缺口的作用修复、重组、剪接中也起缝合缺口的作用55553333P OHDNA连接酶连接酶ATPADP3HOOPOOO53HOP 5+DNA连接酶连接酶ATPADP3HOOPOOOP 5三种酶催化生成磷酸二酯键的比较三种酶催化生成磷酸二酯键的比较提供核糖提供核糖3-OH提供提供5-P结果结果聚合酶聚合酶引物或延长中的引物或延长中的新链新链游离游离dNTP去去PPi(dNMP)n+1连接酶连接酶复制中不连续的复制中不连续的两条单链两条单链不连续不连续连续连续拓扑酶拓扑酶切断、整理后的切断、整理后的两条链两条链改变拓扑状态改变拓扑状态第三节第三节 DNA生物合成过程生物合成过程The Process of DNA Replication一、原核生物一、原核生物的的DNA生物合成生物合成（一）复制的起始（一）复制的起始 DNA解成单链，提供模板解成单链，提供模板 形成引发体及合成引物形成引发体及合成引物 提供提供3-OH末端末端1.DNA解成单解成单链链复制有固定的起始点，称为复制有固定的起始点，称为oriCoriC的跨度为的跨度为245 bp，有特定的碱基顺序有特定的碱基顺序3组串联重复序列组串联重复序列识别区识别区2对反向重复序列对反向重复序列AT rich区（容易解链）区（容易解链）解链过程主要由解链过程主要由DnaA、B、C三种蛋白质共同参与三种蛋白质共同参与DnaA：四聚体蛋白，辨认并结合于反向重复序列四聚体蛋白，辨认并结合于反向重复序列DnaB：解螺旋酶解螺旋酶；DnaC：协同协同DnaB蛋白蛋白SSB在一定时间内使复制叉保持适当长度在一定时间内使复制叉保持适当长度 GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 245 串联重复序列串联重复序列 反向重复序列反向重复序列5 3 5 3 E.coli复制起始点复制起始点 oriC复制过程需要复制过程需要引物引物 短链短链RNA解螺旋酶、解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA的起始复制的起始复制区域形成引发体。区域形成引发体。在适当位置上，引物酶依据模板的碱基序列，在适当位置上，引物酶依据模板的碱基序列，从从5 3 方向催化方向催化NTP聚合，生成短链聚合，生成短链RNA引物引物DNA-pol 催化下，引物的催化下，引物的3-OH末端与新链的第末端与新链的第一个一个dNTP形成磷酸二酯键，开始复制形成磷酸二酯键，开始复制拓扑异构酶：松弛螺旋。拓扑异构酶：松弛螺旋。2.引发体和引物引发体和引物参与复制起始的各种物质参与复制起始的各种物质名称名称 功能功能DnaA蛋白蛋白 辨认起始点辨认起始点解螺旋酶解螺旋酶(DnaB蛋白蛋白)解开解开DNA双链双链DnaC蛋白蛋白 协助解螺旋酶协助解螺旋酶引物酶引物酶(DnaG蛋白蛋白)催化催化RNA引物生成引物生成SSB 稳定解开的单链稳定解开的单链拓扑异构酶拓扑异构酶 理顺理顺DNA链链oriC(245bp的的DNA组分组分)E.coli的复制起始的复制起始点点（二）复制的延长（二）复制的延长 指在指在DNA-pol的催化下，以母代单链的催化下，以母代单链DNA为模板，按照碱基互补原则，为模板，按照碱基互补原则，dNTP以以dNMP的方式逐个加入而延长子代的方式逐个加入而延长子代DNA新链，其化学新链，其化学反应的反应的本质是生成磷酸二酯键本质是生成磷酸二酯键。DNA-pol III的的核心酶和核心酶和 亚基亚基同一复制叉同一复制叉上领头链和上领头链和随从链由相随从链由相同的同的DNA-pol催化延长催化延长DNA聚合酶IIII复制过程中复制过程中各种酶和蛋各种酶和蛋白质因子的白质因子的作用作用复复 制制 过过 程程 原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制双向复制的复制片段在复制的终止点片段在复制的终止点(ter)处汇合。处汇合。oriterE.coli8232 ori terSV40500（三）复制的终止（三）复制的终止5 5 RNA酶酶（水解引物）（水解引物）5 OHP5 5 5 P5 5 随从链上不连续性片段的连接随从链上不连续性片段的连接DNA-pol IdNTP催化冈崎片段继续催化冈崎片段继续 延长填补引物缺口延长填补引物缺口ATP ADP+PiDNA连接酶连接酶将相邻的两个将相邻的两个DNA片段连接起来，形片段连接起来，形成完整的成完整的DNA链链哺乳动物的哺乳动物的细胞周期细胞周期DNA合成期合成期G1G2SM二、真核生物的二、真核生物的DNA生物合成生物合成 细细胞胞能能否否分分裂裂，决决定定于于进进入入S期期及及M期期这这两两个个关关键键点点。G1S及及G2M的的调调节节，与与蛋蛋白白激激酶酶活活性有关。性有关。蛋蛋白白激激酶酶通通过过磷磷酸酸化化激激活活或或抑抑制制各各种种复复制制因因子子而实施调控作用。而实施调控作用。真真核核生生物物每每个个染染色色体体有有多多个个起起始始点点，是是多多复复制制子子复复制制。复复制制有有时时序序性性，即即复复制制子子以以分分组组方方式式激激活活而而不不是同步起动。是同步起动。复复制制的的起起始始需需要要DNA-pol（引引物物酶酶活活性性）和和pol（解解螺螺旋旋酶酶活活性性）参参与与。还还需需拓拓扑扑酶酶和和复复制制因因子子(replication factor,RF)。增增殖殖细细胞胞核核抗抗原原(proliferation cell nuclear antigen,PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。在复制起始和延长中起关键作用。（一）复制的起始（一）复制的起始3 5 5 3 领头链领头链3 5 3 5 亲代亲代DNA随从链随从链引物引物核小体核小体（二）复制的延长（二）复制的延长切除引物的两种机制切除引物的两种机制DNA复制与核小体装配同步进行，复制完成后复制与核小体装配同步进行，复制完成后随即组合成染色体并从随即组合成染色体并从G2期过渡到期过渡到M期期染色体染色体DNA呈线状，复制在末端停止。呈线状，复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接染色体两端染色体两端DNA子链上最后合成的子链上最后合成的RNA引物，引物，去除后留下空隙。去除后留下空隙。（三）复制的终止（三）复制的终止5 3 3 5 5 3 3 5+5 3 3 3 3 5 5 端粒端粒(telomere)指真核生物染色体线性指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构分子末端的结构 功能功能 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 维持维持DNA复制的完整性复制的完整性 结构特点结构特点 由末端单链由末端单链DNA序列和蛋白质构成。序列和蛋白质构成。末端末端DNA序列是富含序列是富含G、T短序列的多次重复短序列的多次重复TTTTGGGGTTTTGGGG端粒酶端粒酶(telomerase)端粒酶端粒酶RNA (human telomerase RNA,hTR)端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白 (human telomerase associated protein 1,hTP1)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶 (human telomerase reverse transcriptase,hTRT)组成组成功能功能提供提供RNA模板模板催化逆转录催化逆转录端粒酶的催端粒酶的催化延长作用化延长作用爬爬行行模模型型母链反折，有利于母链反折，有利于下游复制延伸下游复制延伸DNA聚合酶完成聚合酶完成末端双链的复制末端双链的复制母链延长至一定长度后，端粒酶母链延长至一定长度后，端粒酶脱离母链，母链以其脱离母链，母链以其3-OH反折，反折，同时起引物和模板的作用同时起引物和模板的作用逆转录和其他复制方式逆转录和其他复制方式Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways第四节第四节一、逆转录病毒与逆转录酶一、逆转录病毒与逆转录酶逆转录（逆转录（reverse transcription）：）：以以RNA为模板，在逆转录酶的催化下，合成为模板，在逆转录酶的催化下，合成双链双链DNA的反应。的反应。逆转录酶：又称依赖逆转录酶：又称依赖RNA的的DNA聚合酶聚合酶 （RNA-dependent DNA polymerase）以以RNA为模板的为模板的dNTP聚合活性聚合活性以以DNA为模板的为模板的dNTP聚合活性聚合活性RNase 活性活性病毒病毒RNARNA-DNA杂交链杂交链逆转录逆转录RNA链分解链分解DNA复制复制单链单链DNA双链双链DNA逆转录过程逆转录过程二、逆转录研究的意义二、逆转录研究的意义传统中心法则的挑战传统中心法则的挑战拓宽了病毒致癌理论拓宽了病毒致癌理论重要的工具酶重要的工具酶 获取目的基因的重要方法之一获取目的基因的重要方法之一 滚环复制滚环复制(rolling circle replication)三、滚环复制和三、滚环复制和D环复制环复制 是某些低等生物的复制形式，如是某些低等生物的复制形式，如 X174和和M13噬菌体等。噬菌体等。3-OH5-P5 5 5 3 3 3 3 5滚环复制滚环复制5 5 3 3 5 A蛋白蛋白 打开缺口打开缺口dNTPDNA-pol D环复制环复制(D-loop replication)是线粒体是线粒体DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)的复制形式。的复制形式。D环复制的特点是复制起点不在双链环复制的特点是复制起点不在双链DNA同一同一位点，内、外环复制时有时序差别位点，内、外环复制时有时序差别 DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNA Damage(Mutation)and Repair第五节第五节遗传物质的结构改变而引起的遗传信息遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为改变，均可称为突变突变。在复制过程中发生的在复制过程中发生的DNA突变称为突变称为DNA损伤损伤(DNA damage)。从分子水平来看，突变就是从分子水平来看，突变就是DNA分子上分子上碱基的改变。碱基的改变。一、突变的意义一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（一）突变是进化、分化的分子基础（二（二）突变导致基因型改变突变导致基因型改变（三（三）突变导致死亡突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础（四）突变是某些疾病的发病基础二、引发突变的因素二、引发突变的因素1.物理因素：物理因素：紫外线紫外线(ultra violet,UV)、各种辐射各种辐射 UV2.化学因素化学因素三、突变的分子改变类型三、突变的分子改变类型错配错配(mismatch)缺失缺失(deletion)插入插入(insertion)重排重排(rearrangement)框移框移(frame-shift)DNA分子上的碱基错配称分子上的碱基错配称点突变点突变(point mutation)。发生在同型碱基之间，即嘌呤代替发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。1.转换转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。嘧啶或嘧啶变嘌呤。2.颠换颠换（一）错配（一）错配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（二（二）缺失缺失、插入插入和框移和框移缺失：缺失：一个碱基或一段核苷酸链从一个碱基或一段核苷酸链从DNA大大分子上消失。分子上消失。插入：插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到插入到DNA大分子中间。大分子中间。框移突变框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。缺失或插入都可导致缺失或插入都可导致框移突变框移突变。谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起框移突变缺失引起框移突变（三（三）重排重排DNA分子内较大片段的交换，称为分子内较大片段的交换，称为重组或重排。重组或重排。由基因重排引起的两种地中海贫血基因型由基因重排引起的两种地中海贫血基因型四、四、DNA损伤的修复损伤的修复修复修复(repairing)光修复光修复切除修复切除修复重组修复重组修复SOS修复修复 修复的主要类型修复的主要类型 是对已发生分子改变的是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有补偿措施，使其回复为原有的天然状态。的天然状态。（一）光修复（一）光修复(light repairing)光修复酶光修复酶(photolyase)UV（二）切除修复（二）切除修复 (excision repairing)是细胞内最重要和是细胞内最重要和有效的修复机制，主要有效的修复机制，主要由由DNA-pol和连接酶完和连接酶完成。成。UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA连接酶连接酶ATPE.coli的切除的切除修复机制修复机制（四）四）SOS修复修复当当DNA损损伤伤广广泛泛难难以以继继续续复复制制时时，由由此此而而诱诱发出一系列复杂的反应。发出一系列复杂的反应。在在E.coli，各各种种与与修修复复有有关关的的基基因因，组组成成一一个个称为称为调节子调节子(regulon)的网络式调控系统。的网络式调控系统。这这种种修修复复特特异异性性低低，对对碱碱基基的的识识别别、选选择择能能力力差差。通通过过SOS修修复复，复复制制如如能能继继续续，细细胞胞是是可可存存活活的的。然然而而DNA保保留留的的错错误误较较多多，导导致致较较广泛、长期的突变。广泛、长期的突变。思思 考考 题题1.原原核核生生物物与与真真核核生生物物中中的的DNA聚聚合合酶酶有有哪哪些些种种类类，它们各自的功能是什么它们各自的功能是什么?2.DNA复制的精确性是通过怎样的机制实现的复制的精确性是通过怎样的机制实现的?3.DNA复制时前导链与随从链的合成有哪些不同？复制时前导链与随从链的合成有哪些不同？4.DNA拓扑异构酶的作用如何拓扑异构酶的作用如何?5.哪哪些些因因素素能能引引起起DNA损损伤伤，损损伤伤的的哪哪些些类类型型，生生物体是如何修复的物体是如何修复的?6.什么是逆转录，有什么生物学意义什么是逆转录，有什么生物学意义?7.比较逆转录酶与真核比较逆转录酶与真核DNA聚合酶的性质。聚合酶的性质。名词解释名词解释半保留复制半保留复制 半不连续复制半不连续复制 领头链领头链 随从链随从链 冈崎片段冈崎片段 点突变点突变