DNA复制DNA损伤修复逆转录转录

1、DNA复制、DNA损伤修复、逆转录、转录 一、DNA的复制1. DNA复制的一般特点：DNA复制是半保留复制（1985年，Meselson和Stahl的实验，明，该结论。他们使用一种含N15的氯化镂的细菌培养液，研 究大肠 杆菌的DNA复制过程。）DNA复制的生长点形成复制叉（复制叉指的是DNA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丫字形结构）DNA复制是双向复制（双向复制是指复制时，DNA从起始点向两个 方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉。在原核生物中，其 DNA为环形DNA,只有一个复制起点，产生的两个复制叉在环形染 色体和起点相对位置（起点旋转180）汇合后，复制

2、完成。在真核 生物中，每个染色体都有多个起始点，每个起点的复制叉遭遇到邻近 的复制起点所形成的复制叉后停止复制）DNA复制为半不连续复制（同一个复制叉上只有一个解链方向，就 是从5到3、而在复制时，一条链的合成方向和复制叉 前进的方向相 同，可以连续复制，成为前导链，但是另一条链的和成方向与复制叉 前进的方向相反，不能顺着解链方向连续延长，只能待模板链解开至 足够长度，才从5到3开始复制，在延长过程中，又要等待下一段 有足够长度的模板，再次生成引物而延长，称为后随链。后随链所 形成的一个个小片段称为冈崎片段。）复制起点由多个短重复序列组成（复制起点是指DNA复制所必需的一段特殊的DNA序列，其

3、一般特征为由多个短序列组成；能被多亚基的复制起始因子识别和结合；一般富含 AT） DNA复制必须有引物（多数DNA复制使用RNA引物，提供只有 的3-0H末端，通过加入核昔酸不断延长。少数以DNA或 者核 昔酸为引物）DNA复制需要多种酶参与（A解旋要解旋酶，暴露复制模板链B延长只能利用引物3-OH开始延伸C连接冈崎片段必须利用DNA连接酶）DNA复制具有高度忠实性2. DNA聚合酶的特征DNA聚合酶的底物是dNTP和引物-模板连接处（其中模板指引 合成方向，引物提供3端吸引底物的5-P形成磷酸二酯键）DNA 聚合酶的活化中心催化DNA合成（DNA聚合酶具有监控进入的 dNTP形成A： T或者

4、G:C配对的能力，还能区分rNTP和 dNTP）3. DNA聚合酶的分类原核生物的DNA聚合酶 分别有DNA-pol I, DNA-polH, DNA-pol 皿，而且他们都有35核酸外切酶的活性。DNA-pol IDNA-pol HDNA-pol 皿分子量（kd）108120250组成单肽链还不清楚多亚基不对称二聚体分子数4009 *2053核酸外切酶有无无基因突变后的致死性可能不可能可能其中,1. DNA-pol皿是复制中真正起催化作用的酶，由a,£, B组成核 心酶，两边的B起夹稳模板链并使酶沿模板滑动的作用。 由六 个亚基构成y-复合物，负责将可沿DNA链滑动的一对B -亚基

5、 加 载于DNA上，使DNA聚合酶三具有持续合成能力。2. DNA-pol I的二级结构以a-螺旋为主，可划分为A到R共18个a-螺旋，其中I到0容纳DNA链，H到I是无结构的氨基酸 残 基，把DNA链包裹起来，使其向一个方向滑动。但是，DNA-pol I 的主要作用是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修补。3. DNA-pol H基因发生突变，细菌仍能存活，推想他是其他两种酶 缺失情况下暂时其作用的酶。真核生物的DNA聚合酶至少有15种，但常见的有5种，都有5'-3'核酸外切酶的活性。DNA-polay5£分子量16.54.014.012.525.

6、53-5核酸无无有有有外切酶活性功能起始引低保真线粒体延长子填补引发，引物度的复DNA复链的主物空隙，酶活性制制要酶，解切除修螺旋酶复，重组活性4,复制保真性的酶学依据：A核酸外切酶活性在复制中辨认切除错配碱基并加以校正B复制的保真性依赖聚合酶对碱基的选择功能C靠模板的指引，子链延长严格遵照碱基配对规律。5原核生物的DNA生物合成复制起始：DNA解链形成引发体1 .DNA角尾旋：解旋的过程主要由DnaA, B, C三种蛋白共同参 与。有相同亚基组成的四聚体DnaA辨认并结合与串联重复序列即AT区，然后几个相同的DnaA蛋白结合成类似核小体。DnaB在DnaC蛋白的协同下，结合和沿解链的方向移动

7、，并且逐步置换出DnaAo此时，就形成了复制 叉。同时，SSB （单链DNA结合蛋白）在一定时间内使复 制叉保持适当的长度，利于核甘酸依据模板参入。2 .引发体和引物：引物由引物酶催化合成的短链RNA分子。引发体就是含有解螺旋酶，DnaC蛋白，弓I物酶和DNA的 开始复制区的复合结构。其作用过程：引发体的蛋白质组 分在DNA链上移动（ATP供能），在适当的位置，引物酶 催 化生成引物，留有3-0H末端，此时进入DNA复制延 长。复制延长的过程，前导链连续复制，后随链不连续复制1 .复制延长是指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐 个加入引物或者延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯

8、键 的不断生成。2 .冈崎片段的形成原因，是因为后随链的子链延长方向与解 链的方向相仿，需要等待复制叉解开至相当长度，生成新 的引物，然后又在引物3'-OH末端上延长。复制的终止过程：切除引物，填补空缺和连接切口1.多个引物的水解需胞核内的RNA酶，留下的空隙由DNA-pol皿催化，从5-3用dNTP为原料申城相当于引物 长度的DNA链。最后，大缺口又连接酶连接起来。6 .真核生物的DNA生物合成真核生物复制的起始与原核基本相似，但是作用的酶类是A： DNA-pola合成RNA-DNA弓I物（首先合成RNA引物，再利 用其DNA聚合酶活性将引物延伸，产生起始DNA短序列， 形成RNA-

9、DNA弓I物）B：复制蛋白A （RPA相当于SSB可促进DNA进一步解旋，一 定条件下激活POLa或者引发酶活性C：复制因子C（ RFC含5个亚基（其中p140的存在，其 ATPase舌性才能被PCNA激活），他的主要功能是促使可滑动 的DNA夹子PCNA结合于引物模板链。D：增殖细胞核抗原（PCNA是是可滑动的夹子。RFC可将 PCNA三聚体装载于DNA并可卸载下来。同时，PCNA是协调 DNA复制，DNA损伤修复，表观遗传和细胞周期调控的核心因 子。E: DNA聚合酶3合成前导链和后随链。F： DNA解旋酶打开双螺旋以暴露复制模板G：真核复制叉有一个POLa和2个pol3复合物引发和延伸发

10、生DNA聚合酶3转换1 .引发体组装：识别染色体DNA复制起点和DNA局部 解旋后，POLa引I发酶复合物结合于复制起点。2 .引发和延伸发生DNA聚合酶3转换：其机制为 POLa引I发酶产生RNA-DNA引物，接着RPC识别其 iDNA的3端，取代POLa引I发酶，然后PCNA结合 DNA并弓I入POL3。POLa被取代的原因是POLa不具 有持续合成能力端粒酶参与解决染色体末端复制问题在染色体末端，有端粒取代引物RNAo而端粒酶（一种由RNA和蛋白 质组成的核糖蛋白RNP能够延伸其DNA底物的3端，以自己的RNA组 分为模板，以染色体的3端后随链模板为引物将端粒序列（富 含TG的 序列）加

11、于染色体的3端。线粒体DNA按D环方式复制；噬菌体DNA按滚环方式复 制。7 .DNA的损伤修复原核生物利用错配修复蛋白MutS二聚体沿着DNA运动，去现DAN 骨架因非互补碱基对之间的不对称而长生的变形，从而识别错配的 核甘酸，结合MutL （在母链上）和MutH （在子链上）将错配 的 子链部分切除，再由DNA-pol皿填补，连接酶封口。真核细胞修复错配核甘酸利用的是MSH蛋白，以及与MutL同源 的 和PMS蛋白。化学或物理因素造成细胞DNA损伤：碱基丢失，碱基改变，和泛酸 插入或缺失，DNA链断裂，DNA链间共价交联（具有两个功 能基 团的烷化剂）DNA损伤的修复系统有1 .直接修复系

12、统利用没简单的逆转DNA损伤（光复活修 复系统，可见光能激活细胞内光裂合酶，将DNA中因 紫外线而形成的喀咤二聚体分解，但哺乳动物缺乏）2 .碱基切除系统修复切除受损碱基（碱基切除修复是最 普遍的切除之一。3 .核昔酸切除修复系统识别DNA双螺旋变形。核昔酸切除修复NER有4种蛋白质组成：UvrA, UvrB, UvrC 和UvrD°在着色性干皮肤XP患者中，紫外线辐射 产 生的喀咤二聚体几乎没有任何改变。4 .重组修复系统能够修复双链短链损伤。前提是还有一 条链保持完整，且可用于修复DNA复制中的差 错。5 .跨损伤DNA聚合酶能够跨越损伤部位合成DNAo8,逆转录RNA病毒的基因

13、组是RNA其复制方式是逆转录。逆转录的过程分三步：首先是逆转录酶以病毒基因组RNA为模板，催化dNTP聚合生成DNA互补链，产物是RNA-DNA杂化链。然后杂化双链中的RNA被逆转录酶中的RNase活性的组分水解，被 感染细胞内的RnaseH也可水解RNA链。RNA分解后剩下的单 链DNA再作为模板，由逆转录酶催化合成第二条DNA互补链。逆转录酶的三种活性：RNA或DNA作模板的dNTP聚合活性和RNase活性，需要锌离子为辅助因子。合成方向也是5-3逆转录病毒在宿主细胞的繁殖：逆转录成双链cDNA一双链cDNA插 入宿主染色体形成原病毒一原病毒DNA转录产生病毒RNA一病 毒RNA经翻译和包

14、装形成逆转录病毒颗粒。9. NRA的生物合成原核生物转录的模板和酶1. 能转录出RNA的DNA片段称为结构片段2. 所谓的不对称转录是指A一条链作为模板指引转录，另一条 不转录B模板链（DNA双链中按碱基配对规律指引转 录生成 的RNA单链的DNA链）并非总是在同一单链上。3. RNA聚合酶，能催化NTP之间形成3,5磷酸二酯键合成 RNA,还需要镁离子和锌离子辅助。而且该合成不需要引物， 只需要DNA特殊序列一启动子（RNA聚合酶在转 录起始上 游的结合序列），就能启动RNA合成。4. RNA聚合酶有多个亚基组成，分别有a2,B,B, o和3组成。其中a2BB' （3）亚基合称为核心

15、酶，加上能够 辨认转录起点的。亚基统称为全酶。转录起始需要的是全 酶，但是转录延长阶段则仅需要核心酶。其中B，亚基 是 RNA聚合酶与DNA模板相结合相依附的组分，a亚基决定 转录哪些类型和种类的基因。全酶的前三个亚基都参与整个 转录过程。5. RNA聚合酶结合到DNA的启动子上启动转录 因为转录是不 连续，分区进行的，所以每个转录区段 可视为一个转录单位称 为操纵子，而操纵子包括若干个结构基因及其上游的调控序 歹（I。其中，调控序列中的启动子就是RNA聚合酶结合到模板DNA的部位（控制转录的关键所在）原核生物的转录过程1 .转录起始先形成RNA聚合酶全酶，模板和转录5端首位的四磷酸二核昔（G

16、TP或者ATP组成的转录起始复合 物。其主要过程是：由。因子辨认DNA的启动子一-由RNA聚合酶与之结合-DNA双链打开10-20个碱基对，形 成转录空泡-RNA聚合酶按照模板链的序列指引，以 NTP为底物进行相应的碱基配对-当最初的两个核昔酸相 连在一起时，形成转录起始复合物，同时。因子脱落，等再 次与核心酶结合。2 .转录延长：。因子脱落后，核心酶向模板链下游移动，在核 心酶的催化下，与DNA模板链互补的NTP逐个聚合到 新生 的RNA链上，形成核心酶-DNA-RNA专录复合物。3 .转录终止有两种机制：一是依赖p因子的转录终止，其作 用机制尚不清楚，他是一种具有6个相同亚基的蛋白质， 能

17、和新生成的具有p-依赖转录终止区序列RNA乍用，并以 5到3方向移动，移动到转录复合体后，终止转录。二是不依赖P因子的转录终止，其特征为A有几个连续的尿喘 咤B是在这几个连续的U序列之前有一段富含G和C,并有 可以自身互补的碱基的序列。真核生物的转录过程1.真核生物的转录需要三种酶：RNA-polIH 皿。其中I酶催化和车工45SRNA对鹅膏薄碱反应耐受。H酶催 化 合成mRN前体hnRNA此酶对鹅膏薄碱反应极敏感。3酶催化合成5SRNA tRNA和snRNA此酶对鹅膏薄碱中度敏感。其中H酶中最大的亚基称为RBP1末端有一段共有序列，为Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Por-Ser的重

18、复序 列,称为竣基末端结构域（CTD）2.转录起始需要启动子，RNA聚合酶和转录因子参与（1）在转录起始点上游参与转录调控的DNA序列称为顺式作用元件，其包括启动子，启动子上元件和增 强子（能结合特异基因调节蛋白，促进邻近或者远 隔特定基因表达的DNA序列）等。在真核生物中， 也需要RNA聚合酶对起始区上游DNA序列作辨认 和 结合，生成起始复合物。而在上游中的有被称为Hog nest盒或TATA盒的共同的TATA序列（启动子 的核心序列）。（2）转录因子：能直接，间接辨别和结合转录上游区段 DNA的蛋白质称为反式作用因子。而在反式作用因 子中，直接或间接结合RNA聚合酶的称为转录因子。（3）转录起始前复合物是