第14章 DNA的生物合成

1、123一、一、DNADNA复制的基本特点复制的基本特点1 1、DNADNA复制是复制是半保留复制半保留复制（semiconservative replication） 4半保留复制半保留复制新链新链1957, Mathew Messelson andFranklin StahlRadioisotope labeling and density gradient centrifugation clearly distinguishes replications of semiconservative from conservative.复制起始区：复制起始区：复制是从复制是从DNA分子上的特定部

2、位开始。分子上的特定部位开始。(origin of replication, ori)复制子：复制子：独立进行复制的独立进行复制的DNA单位单位真核生物染色体真核生物染色体DNA复制有多个起始点复制有多个起始点多复制子多复制子。细菌和真核生物细胞器细菌和真核生物细胞器DNA只有一个起始点只有一个起始点单复制子单复制子。复制叉复制叉：复制正在进行的部位形成的叉状结构。：复制正在进行的部位形成的叉状结构。73、DNA复制多为双向复制，少数为单向复制多为双向复制，少数为单向 894、DNA复制方向始终是复制方向始终是535、DNA复制需要引物复制需要引物 RNA 或或DNADNADNA聚合酶聚合酶减

3、少突变，提高减少突变，提高DNADNA复制的真实性复制的真实性56 6、体内仅存在体内仅存在5 5 3 3的的DNADNA聚合酶聚合酶1112岗崎片段岗崎片段（OkazakiOkazaki）13147、DNA复制具有高度的忠实性复制具有高度的忠实性15二、二、DNADNA复制所需的酶和蛋白质复制所需的酶和蛋白质 dNTPdNTP MgMg+ 3 3-OH-OH引物引物 DNADNA模板模板 酶和蛋白质因子酶和蛋白质因子DNADNA链合成的条件：链合成的条件：16 DNADNA聚合酶聚合酶 解链酶解链酶 单链结合蛋白单链结合蛋白(SSB(SSB） 拓扑异构酶拓扑异构酶 引发酶引发酶 DNADNA

4、连接酶连接酶 端粒酶端粒酶酶和蛋白质因子酶和蛋白质因子1718(1)(1)细菌细菌DNADNA聚合酶（原核生物）聚合酶（原核生物）包括包括5种种DNA聚合酶聚合酶: pol、1 1、DNADNA聚合酶聚合酶（DNA polymerase, DNA polDNA polymerase, DNA pol）2021DNA pol 作用主要的复制酶Sliding clamp subunits聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性聚合酶活性3 5 外切活性外切活性 复合物，复合物，促进促进亚基结合于亚基结合于DNADNA pol III （复制酶）（复制酶） 无无5-3 外切酶活性外切酶活性 组成核心酶组成核心

5、酶促进核心酶形成二聚体组装2 24lDNA聚合酶聚合酶 lDNA聚合酶聚合酶和和(1999(1999年以后发现）年以后发现） DNA受严重损伤时诱导产生受严重损伤时诱导产生 跨越受损部位跨越受损部位 使复制缺乏准确性使复制缺乏准确性（修复酶）（修复酶）25增殖细胞核抗原（ 类似于亚基）26Linking number两条链的互绕数两条链的互绕数272829lDNADNA聚合酶只能在模板链的指令下，在引物（通聚合酶只能在模板链的指令下，在引物（通常常RNARNA）3 3-OH-OH添加新核苷酸功能，没有从头合成添加新核苷酸功能，没有从头合成活力；活力；l引物酶引物酶合成一小段合成一小段RNARN

6、A，作为，作为DNADNA合成的引物；合成的引物；l必须与几种辅助蛋白组装成必须与几种辅助蛋白组装成引发体引发体，才有合成引，才有合成引物的活性。物的活性。 如：如：DnaADnaA、DnaBDnaB、DnaCDnaC、DonaTDonaT、PriAPriA、PriBPriB、PriCPriC等等3055531l哺乳动物：哺乳动物：ATPATP供能供能， 大肠杆菌：大肠杆菌：NADNAD+ +供能供能， 都需要都需要MgMg2+2+32333435 解旋酶解旋酶SSBSSB引发体引发体373839l端粒能稳定染色体端粒能稳定染色体42l二十世纪三十年代，遗传学家二十世纪三十年代，遗传学家Bar

7、bava Barbava McClintockMcClintock和和Hermann J.MullerHermann J.Muller发现，发现，染色染色体的末端体的末端有一种能有一种能稳定染色体结构和功能的稳定染色体结构和功能的特殊成分特殊成分。l如缺少染色体间会互相粘连、出现结构变化如缺少染色体间会互相粘连、出现结构变化或其它错误行为，以致影响或其它错误行为，以致影响染色体的生存和染色体的生存和正确复制正确复制并进一步威胁到细胞的存亡。并进一步威胁到细胞的存亡。 希腊语末端希腊语末端“telostelos”和部分和部分“merosmeros” 端粒端粒 telomeretelomere44

8、46 组成组成 蛋白质蛋白质(DNA(DNA聚合酶聚合酶)+RNA()+RNA(合成端粒合成端粒DNADNA的模板的模板) ) 唯一携带唯一携带RNARNA模板的逆转录酶模板的逆转录酶 人端粒酶人端粒酶: :模板模板(RNA-(RNA-端粒酶端粒酶):3):3-CAAUCCCAAUC-5-CAAUCCCAAUC-5合成合成(DNA): 5(DNA): 5-AGGGTTAGGGTT-3-3 端粒酶和衰老、肿瘤有关端粒酶和衰老、肿瘤有关2.端粒酶（端粒酶（telomerase)55 35oH335 末端补齐机制：末端补齐机制：553549端粒酶催化端粒不断延长，从而抵消因染色体端粒酶催化端粒不断延

9、长，从而抵消因染色体复制、细胞分裂导致的复制、细胞分裂导致的DNADNA缩短，使得染色体缩短，使得染色体DNADNA完好无损，细胞能够顺利地分裂繁殖。完好无损，细胞能够顺利地分裂繁殖。 抗衰老染色体DNA端粒端粒53七、七、DNA复制的调控复制的调控DNADNA复制的调控发生在起始阶段，一旦起始，复制必复制的调控发生在起始阶段，一旦起始，复制必然进行到终止。然进行到终止。 细菌复制起始与细菌复制起始与DNADNA的甲基化有关的甲基化有关OricOric中含中含1111个个GATCGATCDamDam甲基化酶使甲基化酶使A A上上N N6 6甲基化（亲代）甲基化（亲代）半甲基化的半甲基化的Ori

10、cOric可与细胞膜结合可与细胞膜结合 真核生物复制起始受复制执照因子的调控真核生物复制起始受复制执照因子的调控56一、一、DNA的损伤的损伤571、碱基损伤碱基缺失或脱落碱基缺失或脱落碱基转换碱基转换碱基修饰碱基修饰碱基交联碱基交联碱基错配碱基错配2、DNA链的损伤DNADNA链的断裂链的断裂DNADNA链的交联链的交联DNADNA与蛋白质之间的交联与蛋白质之间的交联58二、二、DNADNA损伤的修复损伤的修复59光复活光复活/ /光修复光修复光复活酶识别光复活酶识别TT TT 与之形成复合物与之形成复合物吸收光能吸收光能使使TTTT解开成为单体解开成为单体酶从复合物中释放酶从复合物中释放仅

11、作用于仅作用于UVUV形成的产物形成的产物60 1949 1949年年A.A.凯尔纳偶然发现灰色链丝菌等微生物经紫外线凯尔纳偶然发现灰色链丝菌等微生物经紫外线(UV)(UV)照射后照射后如果立即暴露在可见光下则可减少死亡。此后在大量的微生物实验中都如果立即暴露在可见光下则可减少死亡。此后在大量的微生物实验中都发现了这种现象，并证明这是许多种微生物固有的发现了这种现象，并证明这是许多种微生物固有的DNADNA损伤修复功能损伤修复功能, ,并并把这一修复功能称为光复活。把这一修复功能称为光复活。19581958年年R.L.R.L.希尔证明即使不经可见光的照希尔证明即使不经可见光的照射，大肠杆菌也能

12、修复它的由紫外线所造成的射，大肠杆菌也能修复它的由紫外线所造成的DNADNA损伤，而后又证明其损伤，而后又证明其他微生物也有这种功能他微生物也有这种功能, ,当时就把这种修复功能称为暗复活或暗修复。当时就把这种修复功能称为暗复活或暗修复。此后发现暗修复普遍地存在于原核生物、低等真核生物、高等真核生物此后发现暗修复普遍地存在于原核生物、低等真核生物、高等真核生物的两栖类乃至哺乳动物中，并证实暗修复包括切除修复和复制后修复两的两栖类乃至哺乳动物中，并证实暗修复包括切除修复和复制后修复两种。种。 61 光复活酶已在细菌、酵母菌、原生动物、藻类、蛙、光复活酶已在细菌、酵母菌、原生动物、藻类、蛙、鸟类、

13、哺乳动物中的有袋类和高等哺乳类及人类的淋巴细鸟类、哺乳动物中的有袋类和高等哺乳类及人类的淋巴细胞和皮肤成纤维细胞中发现。这种修复功能虽然普遍存在，胞和皮肤成纤维细胞中发现。这种修复功能虽然普遍存在，但主要是低等生物的一种修复方式，随着生物的进化，它但主要是低等生物的一种修复方式，随着生物的进化，它所起的作用也随之削弱。所起的作用也随之削弱。 62（excision repair） 63 1968 1968年美国学者年美国学者J.E.J.E.克利弗首先发现人类克利弗首先发现人类中的常染色体隐性遗传的光化癌变疾病中的常染色体隐性遗传的光化癌变疾病着着色性干皮病色性干皮病(XP)(XP)是由基因突变

14、造成的是由基因突变造成的 DNADNA损伤损伤切除修复功能的缺陷引起的。这一发现为恶性切除修复功能的缺陷引起的。这一发现为恶性肿瘤的发生机理提供了一个重要的分子生物学肿瘤的发生机理提供了一个重要的分子生物学证据证据, ,也使也使DNADNA损伤修复的研究进入了医学领域。损伤修复的研究进入了医学领域。着色性干皮病患者的皮肤部位缺乏核酸内切酶，不能修复被紫外线损着色性干皮病患者的皮肤部位缺乏核酸内切酶，不能修复被紫外线损伤的皮肤的伤的皮肤的DNA，因此在日光照射后皮肤容易被紫外线损伤，先是出现皮，因此在日光照射后皮肤容易被紫外线损伤，先是出现皮肤炎症，继而可发生皮肤癌。另外，患者还可能同时伴有眼睛

15、和神经的症肤炎症，继而可发生皮肤癌。另外，患者还可能同时伴有眼睛和神经的症状。状。 着色性干皮病首先表现为对日光的高度敏感，这个症状在出生后不到着色性干皮病首先表现为对日光的高度敏感，这个症状在出生后不到一岁就可能出现，也就是说患者经轻度日晒后就会皮肤发红，出现雀斑样一岁就可能出现，也就是说患者经轻度日晒后就会皮肤发红，出现雀斑样损害，甚至出现水疱，继而出现皮肤萎缩、变薄、毛细血管扩张、色素沉损害，甚至出现水疱，继而出现皮肤萎缩、变薄、毛细血管扩张、色素沉着和色素脱失、皮肤干燥、脱屑等，日久可引发皮肤的良性或恶性肿瘤，着和色素脱失、皮肤干燥、脱屑等，日久可引发皮肤的良性或恶性肿瘤，包括皮肤的基

16、底细胞癌、鳞状细胞癌、黑色素瘤、角化棘皮瘤、血管瘤和包括皮肤的基底细胞癌、鳞状细胞癌、黑色素瘤、角化棘皮瘤、血管瘤和血管肉瘤等。肿瘤一般在血管肉瘤等。肿瘤一般在10岁内出现，大多数患者在岁内出现，大多数患者在20岁前就发展为肿瘤岁前就发展为肿瘤期。期。切除修复发生在复制之前切除修复发生在复制之前核苷酸切除修复核苷酸切除修复65666768耗能的过程耗能的过程3、错配修复、错配修复 CH3 G A T C C T AGGT G A T C5 3 C T A G3 5 GTCH3 CH3 G A T C C T AGGTMutHMutSMutL切口切口 CH3 G A T C C T AGGT 5

17、 3 CH3 G A T C5 3 C T A G3 5 TGDNADNA解链酶解链酶 核酸外切酶核酸外切酶 SSBSSBdNMPs CH3 G A T C C T AGGT 5 3 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA连接酶连接酶dNTPs CH3 G A T C C T AGGCDNADNA错配修复的模型错配修复的模型4 4、重组修复、重组修复（recombinational repair）复制后修复复制后修复745 5、易错修复、易错修复DNADNA受到损伤或复制系统受到抑制受到损伤或复制系统受到抑制SOSSOS反应反应诱导修复系统：诱导修复系统：免错修复（免错修复（error fre

18、e repairerror free repair）易错修复易错修复（error prone repairerror prone repair）762、自发突变和诱发突变、自发突变和诱发突变 根据突变发生的原因可将突变分为根据突变发生的原因可将突变分为: :自然条件下未经人工处理而发生的自然条件下未经人工处理而发生的自发突变自发突变（spontaneous mutation）经人工处理而发生的突变经人工处理而发生的突变诱发突变诱发突变（induced mutaion）诱发突变的各种内外因素统称为：诱发突变的各种内外因素统称为： 诱变剂诱变剂（mutagen） 逆转录病毒最早于1911年由Rou

19、s从鸡肉瘤组织中分离。 1970年Baltimore和Temin发现逆转录病毒颗粒中带有逆转录酶，复制是通过DNA中间阶段，病毒DNA可整合于宿主细胞。这一发现改变了传统的分子生物学关于DNA RNA 蛋白质的概念。因而获Nobel Prize.三、逆转录酶三、逆转录酶831 1、修正和补充了分子生物学的中心法则、修正和补充了分子生物学的中心法则2 2、加深了对、加深了对RNARNA病毒致瘤、致病的认识病毒致瘤、致病的认识3 3、逆转录酶是分子生物学重要工具酶、逆转录酶是分子生物学重要工具酶8420下列关于大肠杆菌DNA连接酶的叙述哪些是正确的：A催化DNA双螺旋结构之断开的DNA链间形成磷酸

20、二酯键B催化两条游离的单链DNA分子间形成磷酸二酯键C产物中不含AMPD需要ATP作能源8516插入或缺失碱基对会引起移码突变，下列哪种化合物最容易造成这种突变：A口丫啶衍生物 B5-溴尿嘧啶C氮杂丝氨酸 D乙基乙磺酸 E咪唑硫嘌呤17在对细菌DNA复制机制的研究中，常常用到胸腺嘧啶的类似物5-溴尿嘧啶，其目的在于：A引起特异性移码突变以作为顺序研究用B在胸腺嘧啶参入部位中止DNA合成C在DNA亲和载体中提供一个反应基D合成一种密度较高的DNA以便用离心分离法予以鉴别E在DNA中造成一个能被温和化学方法裂解的特异部位8613下列哪种突变最可能是致死的：A腺嘌呤取代胞嘧啶 B胞嘧啶取代鸟嘌呤C甲

21、基胞嘧啶取代胞嘧啶 D缺失三个核苷酸E插入一个核苷酸10大肠杆菌DNA连接酶需要下列哪一种辅助因子？AFAD作为电子受体 BNADP+作为磷酸供体CNAD+形成活性腺苷酰酶 DNAD+作为电子受体E以上都不是8从正在进行DNA复制的细胞分离出的短链核酸冈崎片段，具有下列哪项特性：A它们是双链的 B它们是一组短的单链DNA片段C它们是DNARNA杂化双链 D它们被核酸酶活性切除E它们产生于亲代DNA链的糖-磷酸骨架的缺口处874下列关于DNA复制特点的叙述哪一项错误的：ARNA与DNA链共价相连 B新生DNA链沿53方向合成CDNA链的合成是不连续的 D复制总是定点双向进行的EDNA在一条母链上

22、沿53方向合成，而在另一条母链上则沿35方向合成 1DNA按半保留方式复制。如果一个完全放射标记的双链DNA分子，放在不含有放射标记物的溶液中，进行两轮复制，所产生的四个DNA分子的放射活性将会怎样：A半数分子没有放射性 B所有分子均有放射性C半数分子的两条链均有放射性 D一个分子的两条链均有放射性E四个分子均无放射性88（ ）1中心法则概括了DNA在信息代谢中的主导作用。（ ）2原核细胞DNA复制是在特定部位起始的，真核细胞则在多个位点同时起始进行复制。（ ）4因为DNA两条链是反向平行的，在双向复制中一条链按53的方向合成，另一条链按35的方向合成。（ ）6重组修复可把DNA损伤部位彻底修

23、复。89后滞链中引物不断被合成后滞链中引物不断被合成3概述：概述： 只要有只要有DNA，就会发生重组，就会发生重组减数分裂减数分裂高等高等Euk.体细胞核基因、叶绿体和线粒体体细胞核基因、叶绿体和线粒体温和噬菌体温和噬菌体转座子转座转座子转座 生存生存变异变异突变，重组突变，重组 损伤修复、适应环境、加速进化损伤修复、适应环境、加速进化 广义遗传重组：任何造成基因型变化的基因交流过程广义遗传重组：任何造成基因型变化的基因交流过程 狭义遗传重组：涉及到狭义遗传重组：涉及到DNA分子内断裂分子内断裂-复合的基因交流复合的基因交流同源重组同源重组位点特异性重组位点特异性重组转座重组转座重组一、同源重

24、组一、同源重组(homologous recombination)两条具有同源序列的两条具有同源序列的DNA分子，通过配对、链的断分子，通过配对、链的断裂和再连接，而产生片段交换的过程。裂和再连接，而产生片段交换的过程。（一）同源重组的分子模型（一）同源重组的分子模型Holliday模型模型1964 Robin HollidayHolliday模型中，同源重组主要模型中，同源重组主要4个关键步个关键步骤骤两个同源染色体两个同源染色体DNA排列整齐排列整齐一个一个DNA的一条链断裂、并与另一个的一条链断裂、并与另一个DNA对对应的链连接，形成应的链连接，形成Holliday中间体中间体通过分支移动产生异源双链通过分支移动产生异