《医学生物化学》课件第10章-DNA的生物合成

生物体DNA合成的方式①DNA复制②DNA损伤时的修复③某些病毒以RNA为模板合成DNA（逆转录）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目录本章主要内容复制的基本规律参与DNA复制的酶和蛋白因子复制的过程反转录

DNA的损伤与修复目录第一节DNA复制的基本规律

一、DNA复制是以半保留方式进行

DNA复制时，亲代双链DNA解开为两条单链，各自作为模板，按照碱基配对的原则

合成两个子代DNA，每一子代分子中各有一条链来自亲代，另一条是新合成的，这种复制方式叫半保留复制。GGAACGTACCCTTGCATGGGAACGTACCCTTGCATGGGAACGTACCCTTGCATG通过半保留复制，子代DNA和亲代的DNA是一致的按半保留复制方式，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

二、DNA复制从起始点开始呈双向复制

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。原核生物:1个ori真核生物:多个ori复制子：习惯上把两个相邻复制起点之间的一段DNA定为一个复制子。

复制起始点(origin，ori):

DNA复制时特定的起始部位

。

三、DNA的复制是半不连续的

领头链：

顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的。随从链：另一股链因复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，复制是不连续进行的。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazakifragment)。复制的半不连续性

:

领头链连续复制而随从链不连续复制。参与DNA复制的酶和蛋白因子第二节DNA复制的体系

底物

dNTP,N=A,T,C,G

聚合酶

DNA-pol

依赖DNA的DNA聚合酶模板DNA单链引物

RNA或延长中的DNA子链，提供3

-OH末端使dNTP可以依次聚合其他酶和蛋白质因子

聚合反应的特点DNA新链生成需引物和模板

新链的延长只可沿5→3

方向进行一、DNA聚合酶是DNA复制的主要酶

全称：依赖DNA的DNA聚合酶

(DNA-dependentDNApolymerase)

简称：DNA-pol

活性：

5

3

的聚合活性

5

3

核酸外切酶活性

35核酸外切酶活性(dNMP)n+dNTP→(dNMP)n+1+PPi

5

3

的聚合活性5´GCATACATGAT

3´

|||||||||||3´CGTATGTACTGACT5´3

5

外切酶活性

5

3

外切酶活性能切除突变的DNA片段。能辨认错配的碱基对，并将其水解。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;去除引物.DNA-polⅠ:（多功能酶）（一）原核生物的DNA-pol（IIIIII）

3种酶活性DNA-polI

可水解为两个片段：

小片段：5’3’

核酸外切酶活性大片段：(Klenow片段工具酶）

DNA聚合酶活性

3’5’核酸外切酶活性DNA-polⅡ（120kD）在无polI、III时起作用，功能尚不清楚它参与DNA损伤的应急状态修复。

2种酶活性

5’3’聚合活性

3’5’外切酶活性10种亚基组成的不对称二聚体

αεθ组成核心酶具有

5’3’聚合活性

3’5’外切酶活性

DNA-polⅢ：功能是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。原核生物的DNA聚合酶

（二）真核生物的DNA聚合酶（5种）DNA-pol

起始引发，有引物酶活性DNA-pol

延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性DNA-pol

参与低保真度的复制DNA-pol

校读、修复和填补缺口DNA-pol

在线粒体DNA复制中起催化作用真核生物的DNA聚合酶二、引物酶是一种特殊的RNA聚合酶，用于引物的合成

引物酶:是一种RNA聚合酶，在复制的起始点催化合成RNA引物的酶。

引物酶能直接在单链DNA模板上催化游离的NTP合成一小段RNA，并由这一小段RNA引物提供3’-OH，经DNA聚合酶催化链的延伸。

三、DNA复制还需要多种DNA解旋、解链的酶与蛋白质1、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。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。3、DNA拓扑异构酶(DNAtop)

作用：DNA复制时松弛超螺旋，以利复制叉的行进及DNA合成，合成后再使其恢复成超螺旋特点既能水解、又能连接磷酸二酯键

拓扑异构酶Ⅰ

拓扑异构酶Ⅱ分类拓扑异构酶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变为松弛状态。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。作用机制

HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’3’四、DNA连接酶连接复制中产生的单链缺口

——连接DNA双链中的单链缺口。特点：连接碱基互补基础上双链中的单链缺口不能连接单独存在的DNA或RNA单链作用方式：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。DNA复制的过程第三节一、复制的起始

（一）DNA的解链：解开成单链，提供模板。

（二）引物RNA的合成：引物酶的作用下，以NTP为原料，以解开的一段DNA链为模板合成引物，提供3-OH末端。复制开始超螺旋DNA拓扑酶松弛解链酶解开双链SSB解开、理顺DNA链、维持DNA单链状态3

5

3

5

引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。

引物3'HO5'引物酶

引物的合成

引物酶3'HO二、DNA链的延长复制的延长：指在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3′-OH末端通过磷酸二酯键相连，合成两条新的DNA子链

。化学本质：磷酸二酯键的不断生成

催化此反应的酶：原核生物：DNA-polⅢ真核生物：DNA-polδ随从链上要不断的生成引物，并在引物的基础上合成一段段“冈崎片段”。

复制过程简图三、终止阶段

包括引物RNA的切除、空缺部位的填补及最后由连接酶连接DNA片段成完整的DNA分子

。

5

5

5

RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

PATPADP+Pi5

5

DNA连接酶

随从链上不连续性片段的连接真核生物复制的终止引物去除后要形成端粒结构.端粒(telomere)：指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。可维持染色体的稳定性和DNA复制的完整性。端粒酶(telomerase)：由RNA和蛋白质组成的一种核糖核蛋白，自身携带的RNA为模板，由端粒酶催化合成一段端粒DNA序列，所以端粒酶是一类特殊的逆转录酶

。四、真核染色体DNA在每个细胞周期中只能复制一次真核染色体复制只在S期发生一次第四节逆转录过程

一、逆转录的概念及意义

逆转录指遗传信息从RNA流向DNA，是RNA指导下的DNA合成过程，即以RNA为模板，四种dNTP为原料，合成与RNA互补的DNA单链。RNADNA

逆转录酶逆转录酶(reversetranscriptase)

催化逆转录过程的酶称逆转录酶，RNA病毒中都含有此酶。

具有三种酶活性：

RNA指导的DNA聚合酶

RNA酶

DNA指导的DNA聚合酶合成过程

RNA模板逆转录酶DNA-RNA杂化双链RNA酶单链DNA逆转录酶双链DNA

意义

补充了中心法则。加深了对RNA病毒致癌、致病的认识。利用反转录酶，进行基因操作，制备cDNA。二、逆转录病毒和癌基因

逆转录病毒RNA信息中包括有病毒颗粒蛋白基因、逆转录酶基因、核心蛋白基因和被膜蛋白基因的基本结构。

有时还含有病毒癌基因。DNA损伤与修复第五节一、DNA损伤的类型和意义DNA损伤（DNAdamage）：各种体内外因素导致的DNA组成与结构发生变化。有的可称为突变，从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。（一）DNA损伤有多种类型DNA损伤常可分为几种类型：①碱基脱落②碱基结构破坏③碱基错配④DNA单链或双链断裂⑤DNA链的共价交联DNA损伤可致碱基错配(pointmutation)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)1、错配(mismatch)DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation)。

转换：发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。颠换：发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·

val

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽链CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亚基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·

glu

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽链CTCGAG基因2、缺失、插入、框移

缺失(deletion)

：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。

插入(insertion)

：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。

框移(frame-shift)突变：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。

谷酪蛋丝5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙缬