医学13 DNA的生物合成课件

～13～

DNA的生物合成——复制目录1043清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件～13～DNA的生物合成目录1043清华版教材《医生物体DNA的合成主要包括三个方面：①S期的DNA复制（replication）②DNA损伤时的修复③某些病毒以RNA为模板合成DNA以DNA为模板复制(replication)

指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA目录1044清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件生物体DNA的合成主要包括三个方面：以DNA为模板复制(re本章主要内容

复制的基本规律

参与DNA复制的酶类和其他物质复制的过程反转录和其他复制方式

DNA的损伤与修复目录1045清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件本章主要内容复制的基本规律目录1045清华版教材《医学生13.1

复制的基本规律(BasicRulesofDNAReplication)复制的方式——半保留复制(semi-conservativereplication)双向复制(bidirectionalreplication)半不连续复制(semi-discontinuousreplication)

目录1046清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件13.1复制的基本规律(BasicRulesofDN1．半保留复制

DNA生物合成时，亲代双链DNA解开为两条单链，以拆开后的双链中的每一条链分别作为模板，按碱基配对原则，分别合成与两条模板互补的两条新链。每一条新链和一条旧链构成一分子DNA双链（即子代DNA分子中一条链来自亲代，另一条链为新合成的），这样，就形成了既彼此全同又和原来DNA分子相同的两个完整的DNA分子。DNA的这种合成方式称为半保留复制。目录1047清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件1．半保留复制DNA生物合成时，亲代双链DNA解开为两条单AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA复制过程中形成的复制叉子代DNA目录1048清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件ATCGATTAATAT+母链DNA复制过程中形成的复制叉子DNA复制理论上有三种形式：目录1049清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA复制理论上有三种形式：目录1049清华版教材《医学生密度梯度实验结果支持半保留复制的设想目录1050清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件密度梯度实验结果支持半保留复制的设想目录1050清华版教材按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。半保留复制的意义:目录1051清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子2．双向复制原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。

目录1052清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件2．双向复制原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向oriterABCA.环状双链DNA及复制起始点；B.复制中的两个复制叉；C.复制接近终止点(termination,ter)。目录1053清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件oriterA真核生物基因组庞大而复杂，由多个染色体组成，全部染色体均需复制，每个染色体又有多个起始点，称为多点双向复制。即每个起始点产生两个移动方向相反的复制叉，复制完成时，复制叉相遇并汇合连接。习惯上把两个相邻起始点之间的一段DNA称为一个复制子（replicon）。

目录1054清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件真核生物基因组庞大而复杂，由多个染色体组成，全部染色体均需复3、复制的半不连续性目录1055清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件3、复制的半不连续性目录1055清华版教材《医学生物化学与顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为前导链(leadingstrand)

。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为后随链(laggingstrand)

。复制中的不连续片段称为冈崎片段(okazakifragment)。

前导链连续复制而后随链不连续复制，就是复制的半不连续性。

目录1056清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为前导链(13.2

参与DNA复制的酶类和其他物质

(EnzymeandOtherSubstances

InvolvedinDNAReplication)底物(substrate):

dATP、dGTP、dCTP、dTTP；聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol；模板(template):

解开成单链的DNA母链；引物(primer):提供3-OH末端使dNTP可依次聚合；其他的酶和蛋白质因子。目录1057清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件13.2参与DNA复制的酶类和其他物质底物(substra1、解螺旋酶（helicase）——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。目录1058清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件1、解螺旋酶（helicase）——利用ATP供能，作用于氢2、单链结合蛋白（singlestrandbindingprotein，SSB）——在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。4、拓扑异构酶——能够引起DNA的拓扑异构反应的一类酶，其特点是既能水解，又能连接磷酸二酯键。3、引物酶——促进引物合成的酶。目录1059清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件2、单链结合蛋白（singlestrandbinding108局部解链后拓扑异构酶Ⅰ拓扑异构酶Ⅱ拓扑异构酶分类目录1060清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件108局部解链后拓扑异构酶Ⅰ拓扑异构酶分类目录1060清华拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA进入松弛状态。反应不需ATP。拓扑异构酶Ⅱ切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。目录1061清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结5、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)。简称：DNA-pol。活性：53

的聚合活性。35核酸外切酶活性。53核酸外切酶活性。目录1062清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件5、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-d目录1063清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件目录1063清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件

5´AGCTTCAGGATA

3´

|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´?目录1064清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件5´AGCTTCA（1）原核生物DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢDNA-polⅣDNA-polⅤ目录1065清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（1）原核生物DNA聚合酶DNA-polⅠ目录1065DNA-polⅠ——是大肠杆菌中发现的第一个DNA聚合酶，也称为Kornberg酶。活性：

53

聚合活性。35核酸外切酶活性。53核酸外切酶活性。功能：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。目录1066清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA-polⅠ——是大肠杆菌中发现的第一个DNA聚合酶323个氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604个氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究常用的工具酶。

目录1067清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件323个氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/KleDNA-polⅡ为多亚基酶，有5'→3'聚合活性及3'→5'核酸外切酶活性。在无DNA聚合酶Ⅰ和DNA聚合酶Ⅲ存在时起作用，真正的功能尚不清楚。目录1068清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA-polⅡ为多亚基酶，有5'→3'聚合活性及3'→DNA-polⅢ——是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。目录1069清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA-polⅢ——是原核生物复制延长中真正起催化作用的（2）真核生物的DNA聚合酶DNA-pol

起始引发，有引物酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制。在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。在线粒体DNA复制中起催化作用。DNA-polDNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

目录1070清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（2）真核生物的DNA聚合酶DNA-pol起始引发，有引目录1071清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件目录1071清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（3）复制的保真性复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本保证。

——复制的保真性依赖正确的碱基选择。此外还需酶学的机制来保证复制的保真性。

——核酸外切酶活性在复制中辨认、切除错配碱基并加以校正。目录1072清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（3）复制的保真性复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确DNA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。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，嘌呤应处于反式构型。

目录1073清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯DNApolⅠ的校读功能DNA-polⅠ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。碱基配对正确，DNA-polⅠ不表现活性。目录1074清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNApolⅠ的校读功能DNA-polⅠ的外切酶活性切除遵守严格的碱基配对规律；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；复制出错时DNA-polⅠ的及时校读功能。DNA复制的保真性至少要依赖三种机制：目录1075清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件遵守严格的碱基配对规律；DNA复制的保真性至少要依赖三种机制（6）DNA连接酶——连接DNA双链中的单链缺口。连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。作用方式：目录1076清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（6）DNA连接酶——连接DNA双链中的单链缺口。连接DNADNA连接酶的作用：对单独存在的DNA单链没有连接作用。在DNA不连续合成、重组及损伤修复过程中，DNA连接酶有重要作用。目录1077清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA连接酶的作用：对单独存在的DNA单链没有连接作用。目13.3DNA复制的基本过程和机制

(TheProcessofDNAReplication)1．原核生物DNA的复制（1）复制起始DNA解开成单链，提供模板。形成引发体，合成引物，提供3-OH末端。目录1078清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件13.3DNA复制的基本过程和机制1．原核生物DNA的复目录清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件E.coli复制起始点oriC的辨认目录1079清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件目录清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件E.coli

DnaA

DnaB、

DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB3535引发体含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。目录1080清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DnaADnaB、DnaCDNA3535引物3'HO5'引物酶引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。目录1081清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件3535引物3'HO5'引物酶引物是由引物酶催化合（2）复制的延长前导链连续复制，后随链不连续复制。在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。目录1082清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（2）复制的延长前导链连续复制，后随链不连续复制。在DNA-前导链的合成：前导链的子链沿着5→3方向可以连续地延长。目录Ⅱ1083清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件前导链的合成：前导链的子链沿着5→3方向可以连续地延长。后随链的合成目录1084清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件后随链的合成目录1084清华版教材《医学生物化学与分子生物同一复制叉上前导链和后随链由相同的DNA-pol催化延长。目录1085清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件同一复制叉上前导链和后随链由相同的DNA-pol催化延长。（3）复制的终止复制的终止包括引物RNA的切除、空缺部位的填补及最后由连接酶连接切口。目录1086清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（3）复制的终止复制的终止包括引物RNA的切除、空缺部位的填复制过程简图目录1087清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件复制过程简图目录1087清华版教材《医学生物化学与分子生物2、真核生物DNA的复制真核染色体复制只在S期发生一次。

目录1088清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件2、真核生物DNA的复制真核染色体复制只在S期发生一次。（1）复制的起始分两步进行：即复制基因的选择和复制起点的激活。

真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。

复制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子(replicationfactor,RF)。

目录1089清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（1）复制的起始分两步进行：真核生物每个染色体有多个起始点，前复制复合物及复制叉的形成

目录1090清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件前复制复合物及复制叉的形成目录1090清华版教材《医学生（2）复制的延长DNA-polδ和polα分别具有解螺旋酶和引物酶活性。在复制叉及引物生成后，DNA-polδ通过PCNA的协同作用，逐步取代polα，在RNA引物的3-OH基础上连续合成前导链。后随链引物也由polα催化合成，然后由PCNA协同，polδ置换polα，继续合成DNA子链。目录1091清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（2）复制的延长DNA-polδ和polα分别具有解螺旋3553前导链3535亲代DNA后随链引物核小体真核生物复制叉的延长：

目录1092清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件3553前导链3535亲代DNA后随链引物核（3）复制的终止和端粒酶染色体DNA呈线状，复制在末端停止。染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。目录1093清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（3）复制的终止和端粒酶染色体DNA呈线状，复制在末端停止。53355335+53333555目录1094清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件53355335+5333355线性DNA复制的末端

目录1095清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件线性DNA复制的末端目录1095清华版教材《医学生物化学端粒(telomere)

指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。端粒的功能：维持染色体的稳定性。维持DNA复制的完整性。端粒的结构特点：由末端单链DNA序列和蛋白质构成。末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。目录1096清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端端粒酶(telomerase)：由RNA和蛋白质组成的一种核糖核蛋白，能识别和结合端粒序列。端粒酶催化作用的爬行模型

目录1097清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件端粒酶(telomerase)：由RNA和蛋白质组成的一种核13.4反转录和其他复制方式

(ReverseTranscription&OtherDNAReplicationWays)高等生物的遗传物质大多数是双链DNA，通常采用半保留方式复制。而某些病毒的基因组是RNA。少数低等生物，如感染型M13噬菌体只含单链DNA。另外，原核生物的质粒，真核生物的线粒体DNA，都是染色体以外存在的DNA。这些非染色体基因组，采用特殊的方式进行复制。目录1098清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件13.4反转录和其他复制方式高等生物的遗传物质大多数是双1、RNA指导的DNA合成——反转录反转录酶(reversetranscriptase)。反转录(reversetranscription)。

反转录酶RNADNA目录1099清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件1、RNA指导的DNA合成——反转录反转录酶(reverseRNA病毒在细胞内复制成双链DNA的前病毒(provirus)。前病毒保留了RNA病毒全部遗传信息，并可在细胞内独立繁殖。在某些情况下，前病毒基因组通过基因重组(recombination)，参加到细胞基因组内，并随宿主基因一起复制和表达。这种重组方式称为整合(integration)。前病毒独立繁殖或整合，都可成为致病的原因。目录1100清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件RNA病毒在细胞内复制成双链DNA的前病毒(provirus反转录病毒RNA转变为双链cDNA的过程

目录1101清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件反转录病毒RNA转变为双链cDNA的过程目录1101清华反转录的生物学意义：反转录酶和反转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。

反转录现象说明：至少在某些生物，RNA同时兼有遗传信息传代与表达功能。对反转录病毒的研究，拓宽了20世纪初已注意到的病毒致癌理论。

目录1102清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件反转录的生物学意义：反转录酶和反转录现象，是分子生物学研究中2、其他复制方式噬菌体DNA按滚环方式复制。线粒体DNA按D环方式复制。目录1103清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件2、其他复制方式噬菌体DNA按滚环方式复制。线粒体DNA按D滚环复制示意图3-OH5-P55533335'5'5335目录1104清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件滚环复制示意图3-OH5-P5553333dNTPDNA-polγD环复制示意图目录1105清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件dNTPDNA-polγD环复制示意图目录1105清华版D环复制时需合成引物。线粒体DNA为双链，第一个引物以内环为模板延伸。至第二个复制起始点时，又合成另一个反向引物，以外环为模板进行反向的延伸。最后完成两个双链环状DNA的复制。因复制中呈字母D形状而得名。D环复制的特点是复制起始点不在双链DNA同一位点，内、外环复制有时序差别。目录1106清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件D环复制时需合成引物。线粒体DNA为双链，第一个引物以内环为13.5DNA的损伤与修复（DNADamage&Repair）DNA损伤（也称突变）：具体指个别dNMP残基以至片段DNA在构成、复制或表型功能的异常变化。从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。目录1107清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件13.5DNA的损伤与修复（DNADamage&R1、DNA损伤的类型自发性损伤：DNA分子的自发性损伤可能是DNA复制本身的特性所致，也可能是DNA分子自身构型的变化或化学变化影响了复制时碱基的正确配对。尽管复制DNA的酶促系统试图通过校正读码的机制来纠正不正确核苷酸的错误插入，但是仍有些错误逃避校正，发生频率大约在10-10左右。目录1108清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件1、DNA损伤的类型自发性损伤：目录1108清华版教材《医物理损伤：物理损伤主要指紫外线和各种辐射，其中又以紫外线照射研究较多。紫外线的高能量可以使相邻嘧啶形成嘧啶二聚体。电离辐射（如Х射线、γ射线等）的作用比较复杂，除射线的直接效应外，还可以通过水在电离时所形成的自由基起作用，使DNA出现双链断裂或单链断裂，大剂量照射时还可造成碱基的破坏。目录1109清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件物理损伤：目录1109清华版教材《医学生物化学与分子生物

化学损伤：化学因素导致DNA的损伤可以是化学物质直接与DNA发生作用引起的，也可以通过间接方式引起。烷化剂是化学因素引起DNA损伤的典型代表。一些与DNA正常碱基结构类似的化合物能在DNA复制时取代正常碱基掺入并与互补链上的碱基配对。目录1110清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件化学损伤：目录1110清华版教材《医学生物化学与分子生物2、DNA突变的类型点突变(pointmutation)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)

框移(frame-shift)

目录1111清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件2、DNA突变的类型点突变(pointmutation)框

点突变

——即DNA分子上的碱基错配。

◆分两类：转换：两种嘧啶或两种嘌呤间的互换；颠换：嘌呤与嘧啶或嘧啶与嘌呤间的互换。

◆点突变可导致编码氨基酸的改变。目录1112清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件点突变◆点突变可导致编码氨基酸的改变。目录1112缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA上消失。插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。缺失或插入都可导致框移突变。框移突变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。

目录1113清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA上消失。目录1113清DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。移位的DNA可以在新位点上颠倒方向反置，也可以在染色体之间发生交换重组。

目录1114清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。目录1114清3、DNA损伤的修复DNA聚合酶的校对功能。光修复(lightrepairing)。错配修复(mismatchrepair)。切除修复(excisionrepairing)。重组修复(recombinationrepairing)。SOS修复。修复的主要类型：目录1115清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件3、DNA损伤的修复DNA聚合酶的校对功能。修复的主要类型：DNA聚合酶的校对功能：

DNA聚合酶在合成DNA的过程中，利用其3′→5′外切酶活性对错配的碱基进行校对，从而将突变几率降到最低。大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ的3′→5′外切酶活性能从引物模板复合物的3’端切除错配的碱基，DNA聚合酶Ⅲ的核心酶ε亚基也具有这种功能，动物细胞的DNA聚合酶δ和ε也有校对活性。

目录1116清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA聚合酶的校对功能：目录1116清华版教材《医学生物化光修复：

紫外线可使相邻嘧啶碱基间通过共价连接，形成嘧啶二聚体。最容易形成的是T-T二聚体，其次是C-T和C-C二聚体，二聚体的形成影响DNA的解旋。利用光能（400～600nm）可使嘧啶二聚体拆开，这需要一种光修复酶的参与。在许多生物中发现了这种酶了，但人和哺乳动物不具备这种酶，因此不能进行这种修复作用。目录1117清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件光修复：目录1117清华版教材《医学生物化学与分子生物学》切除修复：切除修复指在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成出切去的部分，然后使DNA恢复正常结构的过程。这是比较普遍的一种修复机制，对多种损伤均能起修复作用。切除修复包括两个过程：一是由细胞内特异的酶找到DNA的受损部位，切除含有损伤结构的核酸链；二是修复合成并连接。目录1118清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件切除修复：目录1118清华版教材《医学生物化学与分子生物学重组修复：即从同源DNA的母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列来弥补母链的空缺。

目录1119清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件重组修复：目录1119清华版教材《医学生物化学与分子生物学SOS修复：当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。这种修复特异性低，对碱基的识别、选择能力差。通过SOS修复，复制如能继续，细胞是可存活的。然而DNA保留的错误较多，导致较广泛、长期的突变。目录1120清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件SOS修复：目录1120清华版教材《医学生物化学与分子生物～13～

DNA的生物合成——复制目录1121清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件～13～DNA的生物合成目录1043清华版教材《医生物体DNA的合成主要包括三个方面：①S期的DNA复制（replication）②DNA损伤时的修复③某些病毒以RNA为模板合成DNA以DNA为模板复制(replication)

指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA目录1122清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件生物体DNA的合成主要包括三个方面：以DNA为模板复制(re本章主要内容

复制的基本规律

参与DNA复制的酶类和其他物质复制的过程反转录和其他复制方式

DNA的损伤与修复目录1123清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件本章主要内容复制的基本规律目录1045清华版教材《医学生13.1

复制的基本规律(BasicRulesofDNAReplication)复制的方式——半保留复制(semi-conservativereplication)双向复制(bidirectionalreplication)半不连续复制(semi-discontinuousreplication)

目录1124清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件13.1复制的基本规律(BasicRulesofDN1．半保留复制

DNA生物合成时，亲代双链DNA解开为两条单链，以拆开后的双链中的每一条链分别作为模板，按碱基配对原则，分别合成与两条模板互补的两条新链。每一条新链和一条旧链构成一分子DNA双链（即子代DNA分子中一条链来自亲代，另一条链为新合成的），这样，就形成了既彼此全同又和原来DNA分子相同的两个完整的DNA分子。DNA的这种合成方式称为半保留复制。目录1125清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件1．半保留复制DNA生物合成时，亲代双链DNA解开为两条单AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA复制过程中形成的复制叉子代DNA目录1126清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件ATCGATTAATAT+母链DNA复制过程中形成的复制叉子DNA复制理论上有三种形式：目录1127清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA复制理论上有三种形式：目录1049清华版教材《医学生密度梯度实验结果支持半保留复制的设想目录1128清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件密度梯度实验结果支持半保留复制的设想目录1050清华版教材按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。半保留复制的意义:目录1129清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子2．双向复制原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。

目录1130清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件2．双向复制原核生物复制时，DNA从起始点(origin)向oriterABCA.环状双链DNA及复制起始点；B.复制中的两个复制叉；C.复制接近终止点(termination,ter)。目录1131清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件oriterA真核生物基因组庞大而复杂，由多个染色体组成，全部染色体均需复制，每个染色体又有多个起始点，称为多点双向复制。即每个起始点产生两个移动方向相反的复制叉，复制完成时，复制叉相遇并汇合连接。习惯上把两个相邻起始点之间的一段DNA称为一个复制子（replicon）。

目录1132清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件真核生物基因组庞大而复杂，由多个染色体组成，全部染色体均需复3、复制的半不连续性目录1133清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件3、复制的半不连续性目录1055清华版教材《医学生物化学与顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为前导链(leadingstrand)

。另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为后随链(laggingstrand)

。复制中的不连续片段称为冈崎片段(okazakifragment)。

前导链连续复制而后随链不连续复制，就是复制的半不连续性。

目录1134清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为前导链(13.2

参与DNA复制的酶类和其他物质

(EnzymeandOtherSubstances

InvolvedinDNAReplication)底物(substrate):

dATP、dGTP、dCTP、dTTP；聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol；模板(template):

解开成单链的DNA母链；引物(primer):提供3-OH末端使dNTP可依次聚合；其他的酶和蛋白质因子。目录1135清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件13.2参与DNA复制的酶类和其他物质底物(substra1、解螺旋酶（helicase）——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。目录1136清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件1、解螺旋酶（helicase）——利用ATP供能，作用于氢2、单链结合蛋白（singlestrandbindingprotein，SSB）——在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。4、拓扑异构酶——能够引起DNA的拓扑异构反应的一类酶，其特点是既能水解，又能连接磷酸二酯键。3、引物酶——促进引物合成的酶。目录1137清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件2、单链结合蛋白（singlestrandbinding108局部解链后拓扑异构酶Ⅰ拓扑异构酶Ⅱ拓扑异构酶分类目录1138清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件108局部解链后拓扑异构酶Ⅰ拓扑异构酶分类目录1060清华拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA进入松弛状态。反应不需ATP。拓扑异构酶Ⅱ切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。目录1139清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结5、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)。简称：DNA-pol。活性：53

的聚合活性。35核酸外切酶活性。53核酸外切酶活性。目录1140清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件5、DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-d目录1141清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件目录1063清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件

5´AGCTTCAGGATA

3´

|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´?目录1142清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件5´AGCTTCA（1）原核生物DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢDNA-polⅣDNA-polⅤ目录1143清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（1）原核生物DNA聚合酶DNA-polⅠ目录1065DNA-polⅠ——是大肠杆菌中发现的第一个DNA聚合酶，也称为Kornberg酶。活性：

53

聚合活性。35核酸外切酶活性。53核酸外切酶活性。功能：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。目录1144清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA-polⅠ——是大肠杆菌中发现的第一个DNA聚合酶323个氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604个氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究常用的工具酶。

目录1145清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件323个氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/KleDNA-polⅡ为多亚基酶，有5'→3'聚合活性及3'→5'核酸外切酶活性。在无DNA聚合酶Ⅰ和DNA聚合酶Ⅲ存在时起作用，真正的功能尚不清楚。目录1146清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA-polⅡ为多亚基酶，有5'→3'聚合活性及3'→DNA-polⅢ——是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。目录1147清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA-polⅢ——是原核生物复制延长中真正起催化作用的（2）真核生物的DNA聚合酶DNA-pol

起始引发，有引物酶活性。延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制。在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。在线粒体DNA复制中起催化作用。DNA-polDNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

目录1148清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（2）真核生物的DNA聚合酶DNA-pol起始引发，有引目录1149清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件目录1071清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（3）复制的保真性复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本保证。

——复制的保真性依赖正确的碱基选择。此外还需酶学的机制来保证复制的保真性。

——核酸外切酶活性在复制中辨认、切除错配碱基并加以校正。目录1150清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（3）复制的保真性复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确DNA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。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，嘌呤应处于反式构型。

目录1151清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯DNApolⅠ的校读功能DNA-polⅠ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。碱基配对正确，DNA-polⅠ不表现活性。目录1152清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNApolⅠ的校读功能DNA-polⅠ的外切酶活性切除遵守严格的碱基配对规律；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；复制出错时DNA-polⅠ的及时校读功能。DNA复制的保真性至少要依赖三种机制：目录1153清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件遵守严格的碱基配对规律；DNA复制的保真性至少要依赖三种机制（6）DNA连接酶——连接DNA双链中的单链缺口。连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。作用方式：目录1154清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（6）DNA连接酶——连接DNA双链中的单链缺口。连接DNADNA连接酶的作用：对单独存在的DNA单链没有连接作用。在DNA不连续合成、重组及损伤修复过程中，DNA连接酶有重要作用。目录1155清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DNA连接酶的作用：对单独存在的DNA单链没有连接作用。目13.3DNA复制的基本过程和机制

(TheProcessofDNAReplication)1．原核生物DNA的复制（1）复制起始DNA解开成单链，提供模板。形成引发体，合成引物，提供3-OH末端。目录1156清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件13.3DNA复制的基本过程和机制1．原核生物DNA的复目录清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件E.coli复制起始点oriC的辨认目录1157清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件目录清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件E.coli

DnaA

DnaB、

DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB3535引发体含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。目录1158清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件DnaADnaB、DnaCDNA3535引物3'HO5'引物酶引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。目录1159清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件3535引物3'HO5'引物酶引物是由引物酶催化合（2）复制的延长前导链连续复制，后随链不连续复制。在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。目录1160清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（2）复制的延长前导链连续复制，后随链不连续复制。在DNA-前导链的合成：前导链的子链沿着5→3方向可以连续地延长。目录Ⅱ1161清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件前导链的合成：前导链的子链沿着5→3方向可以连续地延长。后随链的合成目录1162清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件后随链的合成目录1084清华版教材《医学生物化学与分子生物同一复制叉上前导链和后随链由相同的DNA-pol催化延长。目录1163清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件同一复制叉上前导链和后随链由相同的DNA-pol催化延长。（3）复制的终止复制的终止包括引物RNA的切除、空缺部位的填补及最后由连接酶连接切口。目录1164清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（3）复制的终止复制的终止包括引物RNA的切除、空缺部位的填复制过程简图目录1165清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件复制过程简图目录1087清华版教材《医学生物化学与分子生物2、真核生物DNA的复制真核染色体复制只在S期发生一次。

目录1166清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件2、真核生物DNA的复制真核染色体复制只在S期发生一次。（1）复制的起始分两步进行：即复制基因的选择和复制起点的激活。

真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。复制有时序性，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。

复制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子(replicationfactor,RF)。

目录1167清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（1）复制的起始分两步进行：真核生物每个染色体有多个起始点，前复制复合物及复制叉的形成

目录1168清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件前复制复合物及复制叉的形成目录1090清华版教材《医学生（2）复制的延长DNA-polδ和polα分别具有解螺旋酶和引物酶活性。在复制叉及引物生成后，DNA-polδ通过PCNA的协同作用，逐步取代polα，在RNA引物的3-OH基础上连续合成前导链。后随链引物也由polα催化合成，然后由PCNA协同，polδ置换polα，继续合成DNA子链。目录1169清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（2）复制的延长DNA-polδ和polα分别具有解螺旋3553前导链3535亲代DNA后随链引物核小体真核生物复制叉的延长：

目录1170清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件3553前导链3535亲代DNA后随链引物核（3）复制的终止和端粒酶染色体DNA呈线状，复制在末端停止。染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。目录1171清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件（3）复制的终止和端粒酶染色体DNA呈线状，复制在末端停止。53355335+53333555目录1172清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件53355335+5333355线性DNA复制的末端

目录1173清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件线性DNA复制的末端目录1095清华版教材《医学生物化学端粒(telomere)

指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。端粒的功能：维持染色体的稳定性。维持DNA复制的完整性。端粒的结构特点：由末端单链DNA序列和蛋白质构成。末端DNA序列是多次重复的富含G、C碱基的短序列。目录1174清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端端粒酶(telomerase)：由RNA和蛋白质组成的一种核糖核蛋白，能识别和结合端粒序列。端粒酶催化作用的爬行模型

目录1175清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件端粒酶(telomerase)：由RNA和蛋白质组成的一种核13.4反转录和其他复制方式

(ReverseTranscription&OtherDNAReplicationWays)高等生物的遗传物质大多数是双链DNA，通常采用半保留方式复制。而某些病毒的基因组是RNA。少数低等生物，如感染型M13噬菌体只含单链DNA。另外，原核生物的质粒，真核生物的线粒体DNA，都是染色体以外存在的DNA。这些非染色体基因组，采用特殊的方式进行复制。目录1176清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件13.4反转录和其他复制方式高等生物的遗传物质大多数是双1、RNA指导的DNA合成——反转录反转录酶(reversetranscriptase)。反转录(reversetranscription)。

反转录酶RNADNA目录1177清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件1、RNA指导的DNA合成——反转录反转录酶(reverseRNA病毒在细胞内复制成双链DNA的前病毒(provirus)。前病毒保留了RNA病毒全部遗传信息，并可在细胞内独立繁殖。在某些情况下，前病毒基因组通过基因重组(recombination)，参加到细胞基因组内，并随宿主基因一起复制和表达。这种重组方式称为整合(integration)。前病毒独立繁殖或整合，都可成为致病的原因。目录1178清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件RNA病毒在细胞内复制成双链DNA的前病毒(provirus反转录病毒RNA转变为双链cDNA的过程

目录1179清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件反转录病毒RNA转变为双链cDNA的过程目录1101清华反转录的生物学意义：反转录酶和反转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。

反转录现象说明：至少在某些生物，RNA同时兼有遗传信息传代与表达功能。对反转录病毒的研究，拓宽了20世纪初已注意到的病毒致癌理论。

目录1180清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件反转录的生物学意义：反转录酶和反转录现象，是分子生物学研究中2、其他复制方式噬菌体DNA按滚环方式复制。线粒体DNA按D环方式复制。目录1181清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件2、其他复制方式噬菌体DNA按滚环方式复制。线粒体DNA按D滚环复制示意图3-OH5-P55533335'5'5335目录1182清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件滚环复制示意图3-OH5-P5553333dNTPDNA-polγD环复制示意图目录1183清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件dNTPDNA-polγD环复制示意图目录1105清华版D环复制时需合成引物。线粒体DNA为双链，第一个引物以内环为模板延伸。至第二个复制起始点时，又合成另一个反向引物，以外环为模板进行反向的延伸。最后完成两个双链环状DNA的复制。因复制中呈字母D形状而得名。D环复制的特点是复制起始点不在双链DNA同一位点，内、外环复制有时序差别。目录1184清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件D环复制时需合成引物。线粒体DNA为双链，第一个引物以内环为13.5DNA的损伤与修复（DNADamage&Repair）DNA损伤（也称突变）：具体指个别dNMP残基以至片段DNA在构成、复制或表型功能的异常变化。从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。目录1185清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件13.5DNA的损伤与修复（D