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1、第十一章DNA的生物合成 复制DNA ReplicationDNARNA蛋白质复制复制转录反转录翻译遗传信息传递的中心法那么DNA的生物合成：细胞内合成DNA的过程1、复制：以DNA作为模板指导的DNA合成，即将DNA携带的信息传至子代DNA。 2、 反转录：DNA合成也可以RNA为模扳指导合成作用，见于RNA病毒。 3、修复合成：当各种因素引起DNA损伤时，损伤DNA可修复合成，校正错误，完成正确合成，以保持DNA结构 的稳定性和遗传信息的准确性。 第一节 DNA 复制 一、复制的特征一半保存复制-semiconservative replication 两个子代分子中各有一条链来自亲代，各

2、有另一条新合成的链，这种复制方式叫半保存复制。提问 DNA的合成是否为全保存复制方式？ DNA的合成是否为混合式复制方式？ DNA的合成是否为半保存复制方式？ 实验证据：1957年 M.Meselson 和用大 肠杆菌为材料，在含15N和14N的NH4cl中培养证实了半保存复制方式。图11-1 Cscl梯度离心的结果。图11-2 二复制的起始点与方向 亲代DNA开链，复制起始点呈叉型移动。图11-31、复制起始点： DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此部位称复制起始点。图11-3加原核：仅含一个 ，约245 bp,特殊的重复序列。 真核：多个起始点 例：酵母17号染色体含400个。2、复

3、制方向：含三种机制 2个起点，2个叉，各合一条链腺病毒。一个起点一个叉，同方向合成两条链质粒ColEI一个起点2个叉，不同方向合成两条链，此为常见方式。图11-4三半不连续合成semidiscontinuous replication 在DNA复制过程中，一条链是连续合成的，而另一条链是不连续合成。体内仅含催化53合成的DNA酶。 60年代冈琦片段的发现解决了这个问题：合成53前导链leading strand是连续的，方向与复制叉一致。合成3 5随从链时，方向与叉相反，合成不连续，各片段连成一条链。图11-5二、复制过程和参与酶及因子一复制的起始分两步1、螺旋的松弛与解链1拓扑异构酶-能改变

4、DNA空间构型的酶 作用： DNA复制时松弛超螺旋，以利复制叉的行进及DNA合成，合成后再引向超螺旋。功能：不清楚，可催化体外拓扑异构化反响，分两型。拓扑异构酶I topoisomerase- I 作用：图11-6加松弛超螺旋，不需ATP, 机制：切开环状一条链打结与解结环状双链DNA的合成环连与解环连原核：对负超螺旋正 真核：对正、负均有作用。拓扑异构酶I I -旋转酶gyrase作用：松弛超螺旋 松 + ATP 超 - 切开环状两条链打结与解结环连与解环连 图11-62解链酶 helicase-复制蛋白rep 作用：ATP供能时，解开DNA双链。 原核：编码解链酶的基因是dnaB,DnaB

5、表示蛋白产物。前导链结合rep蛋白，随从链 结合解链酶II 图11-7。3单链结合蛋白-single strand binding protein-SSB 作用： SSB与解开DNA单链结合，保护稳定DNA。与新复制DNA单链结合，以防降解。超螺旋DNA 拓扑酶 松弛 解链酶 解开双链 SSB 复制开始2、引发 需引发酶及引发前体参与1引物酶primase作用：以DNA为模板，自53合成RNA小片段, 3末端为-OH，长短：十几到几十个核苷酸。原核：dnaG基因编码DnaG蛋白即引物酶。2引发前体preprimosome 由多种蛋白因子组成复合物。作用：合成RNA引物，沿随从链复制叉的行进方向

6、移动，在不同部位，合成RNA引物。总结：合成RNA引物，在引物3-OH末段进行DNA片段合成。表11-1二 DNA链的延长反响体系： DNA模板， DNA聚合酶， dNTP，引物，Mg2+离子 过程：引物3-OH dNTP ppi 引物-dNMP反响式：DNA+dNTP DNAn+1+ppi 反响机理：图11-8加1磷亲核攻击。真核与原核中DNA聚合酶DNA polymorase-DNApol有几种类型，作用方式相同，但各具特性及功能。1、大肠杆菌DNA聚合酶 3种1pol ： 催化53的聚合作用，合成20个核苷酸即离开模板，填充空隙。有3 5外切酶活性，去除错误碱基的校对作用。 有53外切酶

7、活性，去除RNA引物及修正错误碱基。图11-8加22 pol ： 53 DNA合成及3 5外切酶活性，体内功能不清楚。3pol : DNA链延长起主要作用，细菌中1000dNTP/秒参加。 3 5外切酶活性，校对作用，与pol 配合错误率降至10-6。 图11-8图11-9表11-24 DNA复制的保真性： 遵守严格的碱基配对规律。 聚合酶对碱基的选择功能。 聚合酶对错误碱基的校读proofread作用。2、真核生物DNA pol特性与大肠杆菌相似，共五种： 表11-3pol ：催化前导链及随从连的合成，需增殖细胞核抗原蛋白PCNAproliferatating cell nucleus an

8、tigen-PCNA的参与。Pol:与引发酶配合，参与随从链的合成。 RFA(replication factor A):DNA延长中RFA与单链结合起到SSB的作用。三终止 连接酶ligase：作用-使相邻的DNA片段,以3 5 磷酸二酯键相连，需ATP。 反响原理：图11-10 P5-DNA E-AMP E+ATP E-AMP中间体 E-AMP-5DNA DNA-3-op-5-DNA Ho-3-DNA 前导链是连续合成的，随从链在连接酶作用下连成一条链。 拓扑酶DNA复制后 DNA超螺旋装配成染色体图11-11三、真核生物复制的特点1、复制速度：是原核的1/10，但复制起始点多。2、引物和

9、冈琦片段小于原核，引物为10个，片段100200；原核引物十几几十，片段10002000。3、复制需DNA pol及多种因子参加， pol pol 在核内起主要作用。4、 pol 为线粒体复制酶。5、 DNA复制位于细胞周期的S期。第二节 反转录作用reverse transcriptionRNA指导下的DNA合成作用，以RNA为模板在反转录酶催化下，由dNTP聚合成DNA的作用，新生DNA分子存有RNA基因组的信息。体系 RNA模板、反转录酶、引物tRNA、dNTP Zn2+一、反转录酶过程背景：1970年Temin等人自Rous肉瘤病毒RSV中发现一种酶,此酶催化RNA合成DNA，合成方向

10、53。反转录酶：作用：1、 RNA指导的DNA合成。2、 RNA水解反响。3、 DNA指导的DNA合成。特点：无外切酶活性，转录错误率高2X104。图11-12二、反转录酶病毒retrovirus性质：一类RNA病毒，含反转录酶，因致癌又称RNA肿瘤病毒。如HIV-人类免疫缺陷病毒，可引起AIDS。1、组成：核心RNA，蛋白外壳。2、病毒生活周期：早、晚两期早期：进入细胞后放出病毒RNA DNA整合进宿主染色体。晚期：转录和翻译。例1、 RSV基因结构图，全长10kb 图11-131、gag:编码四种病毒核心结构蛋白。2、pol:编码反转录酶。3、env:编码外壳蛋白。4、src:编码的蛋白引

11、起细胞转化。5、LTR:调节表达序列。例2、 HIV：感染人T4淋巴细胞,使病人丧失免疫能力,死于感染。基因结构含gag 、pol 、env和两个LTR,功能同RSV。不同：另含Sor、Trs、tat及3orf，这四种基因变异速度快，给疫苗研制带来困难。三、意义1、补充了中心法那么。2、加深了对RNA病毒致癌、致病的认识。3、利用反转录酶，进行基因操作，制备cDNA。四端粒酶Telomerase真核线性染色体末端叫端区，含重复序列TTTGGG。组成： RNA含端区重复序列约1.5拷贝蛋白质作用：可作为反转录酶，以含端区DNA重复序列拷贝的RNA作模板，合成端区DNA片段。图11-14生物学意义

12、：1、合成端区，保证染色体复制的完整性。2、保护DNA末段降解及相互融合。第三节 DNA的修复合成意义： DNA复制中的错误假设保存下来，在体细胞将影响功能；在性细胞将影响后代，体内的修复系统保证了DNA复制的高度精确性。一、突变的意义1、进化、分化的分子根底。2、基因型改变。表型不变3、致死性的突变。消灭病原体4、某些疾病的发病根底。二、突变的因素及类型1、 DNA损伤因素：物理-紫外线 化学-诱变剂 2、 DNA损伤类型：表11-41环丁基二聚体：相邻dTTP形成二聚体，干扰DNA合成。大肠杆菌、酵母含光化酶，可切开环丁基环，反响需要光。2脱嘌呤作用：正常体内即有碱基与核糖的糖苷键断裂嘌呤

13、脱落。3脱氨基作用：常发生在嘧啶。例如：胞嘧啶脱氨基 尿嘧啶 使C:G改为U:G.图11-15三、 DNA损伤修复机制1、光修复：略2、切除修复：先切除DNA损伤序列，再合成补充切除的片段。参与的因子 UvrA、UvrB、UvrC 图11-163、重组修复：切除错误片段，自另一条复制好的链中找相应片段补充。反响需要RecA等蛋白参与。4、SOS修复： DNA损伤后，应急诱导产生的修复作用称SOS修复，此系统由十几个修复蛋白组成。调控蛋白LexA参与此系统的启动。四、真核生物DNA损伤的修复1、 DNA修复缺陷疾病。表11-52、酵母的紫外损伤修复系：RAD(radiation sensitive,RAD)基因：1rad 3基因：编码解链酶2rad10基因：编码蛋白与大肠杆菌UvrA及UvrC 蛋白的序列相似，提示与大肠杆菌DNA修复机制相似。 图 11-2 CsCl梯度离心 图 11-3 复制叉 11-3-1 DNA复制起始点 图 11-6 拓扑酶I及II的作用特点 图 11-7 rep解链酶 图 11-8-1 DN