DNA

RNA

蛋白質中心法則復制轉錄翻譯逆轉錄RNA復制1第1頁/共59頁第一頁，共60頁。DNA的合成與損傷修復第一節第2頁/共59頁第二頁，共60頁。一、DNA復制的幾個基本原則3(一)半保留復制(semiconservativereplication)模板：親代的DNA雙鏈(每股均可為模板)原則：按堿基配對原則(A-T、G-C)指導新鏈的合成特點：合成的兩個子代DNA分子堿基序列與親代分

子完全一樣，但其中一條鏈來自于親代的DNA鏈，另一條鏈是新合成的鏈第3頁/共59頁第三頁，共60頁。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+親代DNA子代DNA新合成的鏈4第4頁/共59頁第四頁，共60頁。(親代)DNA兩股鏈反向平行→兩股子鏈反向平行5’3

’3’5’5’3’3’5’3’5’5’3’親代子代子代5(二)半不連續復制(semidiscontinuousreplication)第5頁/共59頁第五頁，共60頁。存在兩種DNA聚合酶？

5’→3’3’→5’體內僅有5’→3’DNA聚合酶所有DNA聚合酶只能催化5’→3’方向合成3’→5’如何合成?

崗崎片段6第6頁/共59頁第六頁，共60頁。3535解鏈方向3′5′3′3′5′前導鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)崗崎片段5′7半不連續復制第7頁/共59頁第七頁，共60頁。不能催化兩個游離的dNTP聚合需要含3’-OH的引物(RNA)RNA聚合酶抑制物能抑制DNA合成崗崎片段5’端有RNA引物

根據DNA聚合酶(三)RNA引物(RNAprime)8第8頁/共59頁第八頁，共60頁。RNA聚合酶能催化兩個游離的NTP聚合其產物提供3’-OH9第9頁/共59頁第九頁，共60頁。5’5’3’3’5’5’3’3’前導鏈隨從鏈崗崎片段RNA引物10第10頁/共59頁第十頁，共60頁。RNA引物最后要被DNA聚合酶Ⅰ除去，空隙由該酶補滿，缺口再由DNA連接酶連接。RNA引物的作用：為DNA聚合酶提供合成核苷酸所需的3’-OH

可盡量減小DNA復制起始處的突變11第11頁/共59頁第十一頁，共60頁。(四)復制的真實性DNA的半保留復制遵守嚴格的堿基配對規律RNA引物盡量減少DNA復制起始處的突變DNA聚合酶在復制延長中對堿基的選擇功能復制出錯時有即時的校讀功能(3’→5’外切酶功能)DNA損傷的修復機制12第12頁/共59頁第十二頁，共60頁。底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP(dNTP)聚合酶(polymerase):DNA指導的DNA聚合酶，

簡寫為DNApol，需Mg2+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

DNA復制的條件13二、參與DNA復制的一些酶類和蛋白質第13頁/共59頁第十三頁，共60頁。DNA聚合酶：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(原核生物)、、、、(真核生物)解鏈、解旋酶類：DNA解鏈酶、單鏈DNA結合蛋白(SSB)、DNA拓撲異構酶Ⅰ/Ⅱ引發體DNA連接酶其他的酶和蛋白質14第14頁/共59頁第十四頁，共60頁。3’,5’-磷酸二酯鍵3’(一)DNA聚合酶5’15第15頁/共59頁第十五頁，共60頁。1.大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ1955年Kornberg發現了DNA聚合酶Ⅰ

簡稱為polⅠ，也稱為Kornberg酶活性：53

的聚合酶活性

53核酸外切酶活性

35核酸外切酶活性16第16頁/共59頁第十六頁，共60頁。

3’→5’5’→3’

外切酶

聚合酶NC5’→3’外切酶小片段大片段(klenow片段)切除RNA引物損傷修復校讀功能聚合功能DNA聚合酶Ⅰ是多功能酶17第17頁/共59頁第十七頁，共60頁。5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTACCGAC5′35外切酶活性53外切酶活性?5′AGCUUCAGGAU

3′

|||||||||||核酸外切酶活性18第18頁/共59頁第十八頁，共60頁。DNA聚合酶Ⅲ全酶2個核心酶——θαεγ-復合物——γ2δδ’χψDNA夾子——β(4個)2.大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ19第19頁/共59頁第十九頁，共60頁。特點一種非常高的續進性酶催化活性比DNA聚合酶Ⅰ高100倍產物真實性高?DNA聚合酶Ⅲ是DNA復制的主要酶，是原核生物復制延長中真正起催化作用的酶

20第20頁/共59頁第二十頁，共60頁。3.真核細胞的DNA聚合酶DNA-pol負責合成引物(去除后的填補)DNA-pol負責線粒體DNA的復制與損

傷修復DNA-pol、

DNA復制、切除修復21DNA-pol堿基切除修復第21頁/共59頁第二十一頁，共60頁。(二)解旋、解鏈酶類DNA分子的堿基埋在雙螺旋內部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用；復制不斷延伸，螺旋不斷解開—解鏈、解旋酶類保持解開模板的單鏈狀態—單鏈DNA結合蛋白解旋后在復制前方產生很大的張力，DNA發生纏結后—DNA拓撲異構酶22第22頁/共59頁第二十二頁，共60頁。1.DNA解鏈酶(DNAhelicase)

解開DNA雙鏈，具有ATP酶的活性每解開1對堿基消耗2個ATP23第23頁/共59頁第二十三頁，共60頁。35353'HO5'SSBSSB2.單鏈DNA結合蛋白(singlestrandbindingprotein,SSB)24第24頁/共59頁第二十四頁，共60頁。3.DNA拓撲異構酶(DNAtopoisomerase)←解鏈過程中正超螺旋的形成25第25頁/共59頁第二十五頁，共60頁。26第26頁/共59頁第二十六頁，共60頁。分類拓撲異構酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉不致打結；解除張力后封閉切口。反應不需ATP拓撲異構酶Ⅱ暫時切斷DNA雙鏈，斷端通過切口旋轉使超螺旋松弛，隨后再連接斷端。需要ATP供能27第27頁/共59頁第二十七頁，共60頁。4.引發體(primosome)DnaA結合至復制起始部位DnaB具有解鏈酶的作用DnaC協同DnaBDnaG引物酶，是一種RNA聚合酶由多種蛋白質及酶組成，是DNA復制開始所必需的。28第28頁/共59頁第二十八頁，共60頁。3535引物3'HO5'引物酶DnaADnaB、DnaCDNA拓撲異構酶SSB引發體和引物29第29頁/共59頁第二十九頁，共60頁。5’3’OH5’3’有缺口的DNA鏈DNA連接酶ATPAMP+PPi5’3’缺口封閉

OO_－P－O

O_III

OO－P－O

O_III305.DNA連接酶(DNAligase)第30頁/共59頁第三十頁，共60頁。連接雙鏈DNA分子中一條鏈上的缺口連接雙鏈DNA分子中雙鏈的缺口不能連接兩分子單鏈DNA缺口填補x31第31頁/共59頁第三十一頁，共60頁。參與復制的酶類與蛋白質polⅢ真正的復制酶polⅠ切除引物、填補引物遺留空隙解鏈酶解開DNA雙鏈SSB穩定與保護已解開的單鏈DNA拓撲異構酶克服解鏈中的打結纏繞、解除張力引物酶合成RNA引物DNA連接酶連接缺口、形成磷酸二酯鍵32第32頁/共59頁第三十二頁，共60頁。三、DNA復制過程大腸桿菌復制時有特定的起始部位稱oriCoriC33(一)復制的起始第33頁/共59頁第三十三頁，共60頁。DNA雙鏈復制起始點oriC

DnaADnaB、DnaCDNA雙鏈解開成單鏈DNASSB引物酶RNA引物(3’-OH)DNA聚合酶Ⅲ、dNTP和3’-OH形成3’,5’磷酸二酯鍵解鏈、解旋酶拓撲異構酶34第34頁/共59頁第三十四頁，共60頁。復制開始后由于DNA雙鏈解開，在兩股單鏈上進行復制。在電子顯微鏡下看到DNA復制前進部位伸展成叉狀，稱為復制叉(replicationfork)。復制從oriC開始，同時向兩個方向進行的，稱為雙向復制。35原核生物大腸桿菌第35頁/共59頁第三十五頁，共60頁。真核細胞DNA分子巨大，有許多個復制起始點，同時進行復制，形成多個復制單位。36真核生物第36頁/共59頁第三十六頁，共60頁。(二)復制的延長指在DNA聚合酶的催化下，新合成的DNA鏈不斷延長。其化學本質是磷酸二酯鍵的不斷生成。大腸桿菌崗崎片段的長度為1000~2000個核苷酸。前導鏈合成1000~2000個核苷酸后，隨從鏈開始合成。DNA聚合酶Ⅲ全酶2個核心酶分別負責前導鏈和隨從鏈的合成。37第37頁/共59頁第三十七頁，共60頁。5’3’38第38頁/共59頁第三十八頁，共60頁。55PolⅠ切除RNA引物5OHP5PolⅠ填補空隙55P55ATPAMP+PPiDNA連接酶39(三)復制的終止第39頁/共59頁第三十九頁，共60頁。四、真核生物端粒與端粒酶末端問題真核生物染色體線性DNA分子每復制一次，新合成子鏈的5’端RNA引物被切除后，就會留下末端的空缺。40第40頁/共59頁第四十頁，共60頁。53355335+53333555染色體末端DNA染色體末端DNA41第41頁/共59頁第四十一頁，共60頁。真核生物染色體線性DNA分子末端的結構數百個串聯重復GT豐富的短寡核苷酸構成的序列不含功能基因，但對維持染色體的穩定性起著重要作用42端粒(telomere)第42頁/共59頁第四十二頁，共60頁。端粒酶RNA作為合成端粒DNA的模板蛋白質一種特殊逆轉錄酶，以其中的RNA為模

板催化合成端粒DNA，具有種屬特異性43第43頁/共59頁第四十三頁，共60頁。44第44頁/共59頁第四十四頁，共60頁。45生殖細胞、干細胞：有端粒酶活性體細胞：無端粒酶活性，端粒隨分裂而縮短，最終導致細胞衰老、調亡，是正常的生理現象。腫瘤細胞：端粒酶活性重新出現，對端粒進行補償，使之永不衰老，形成惡性增殖。第45頁/共59頁第四十五頁，共60頁。UV461.點突變(一)DNA損傷的類型五、DNA的損傷與修復第46頁/共59頁第四十六頁，共60頁。2.缺失和插入

一個堿基/一段核苷酸鏈/整個基因3.重排

分子內較大片段的交換47第47頁/共59頁第四十七頁，共60頁。切除修復是細胞內最重要和有效的修復機制原核生物中主要由DNApolⅠ和連接酶完成遺傳性疾病如著色性干皮病由于缺乏UV特異的切割酶造成的48(二)切除修復1.核苷酸切除修復第48頁/共59頁第四十八頁，共60頁。OHPDNA聚合酶ⅠOHPDNA連接酶ATP8個核苷酸4個核苷酸UVrABC切割酶UvrAUvrBUvrCDNA損傷的切除修復49第49頁/共59頁第四十九頁，共60頁。2.堿基切除修復DNA糖苷酶識別切除損傷的堿基AP核酸內切酶切除AP附近的磷酸二酯鍵DNA聚合酶Ⅰ填補DNA連接酶連接50第50頁/共59頁第五十頁，共60頁。DNA聚合酶ⅠOHPDNA連接酶AP核酸內切酶CGUGDNA糖苷酶GOHPUDNA聚合酶ⅠP-PG51第51頁/共59頁第五十一頁，共60頁。DNA中的C容易突變成U尿嘧啶DNA糖苷酶——識別DNA中的U(由C突

變而來)若DNA中存在U，無法區別突變U和正常U所以DNA中U甲基化/耗能生成TDNA堿基中T的存在，增加遺傳信息的穩定性RNA中的U：數量多/半衰期短/經濟DNA堿基的組成為何是“T”?52第52頁/共59頁第五十二頁，共60頁。六、逆轉錄、逆轉錄病毒及癌基因1.逆轉錄酶(一)逆轉錄病毒及逆轉錄酶以RNA為模板，有逆轉錄酶的參與，在4種dNTP存在及合適條件下，按堿基互補配對的原則，合成互補DNA(complementaryDNA,cDNA)。53第53頁/共59頁第五十三頁，共60頁。RNARNADNA(-)DNA(-)DNA(+)DNA(-)①RNA指導的DNA合成②RNA的水解③DNA指導的DNA合成逆轉錄酶具有催化三種反應的活性54第54頁/共59頁第五十四頁，共60頁。單鏈RNA病毒進入宿主細胞雙鏈DNA前病毒

整合到宿主細胞基因組DNA中

宿主細胞RNA聚合酶ⅡmRNA

病毒RNA基因組作為合成相應病毒蛋白質的模板