第9章DNA复制

1、第第9 9章章 复制复制 replication 适量照太阳可以预防小孩佝偻病发生，适量照太阳可以预防小孩佝偻病发生，但过度照射却可引发癌症，如着色性干皮症但过度照射却可引发癌症，如着色性干皮症。为什么？。为什么？全世界胃癌患者普遍下降但大肠癌等全世界胃癌患者普遍下降但大肠癌等大幅上升为什么？大幅上升为什么？河南林县食管癌发病率比较高，为什么？河南林县食管癌发病率比较高，为什么？一般细胞为何会死亡？癌细胞为何不会？一般细胞为何会死亡？癌细胞为何不会？艾滋病病毒，艾滋病病毒，SARS SARS 病毒病毒 A/H1N1A/H1N1流感病毒有什么联系吗？流感病毒有什么联系吗？人的寿命有限，不可越过人

2、的寿命有限，不可越过120岁，为什么？岁，为什么？前导问题Luohe Medical College漯河医学高等专科学校DNA dependent DNA polymeraseDDDPDNA dependent RNA polymeraseDDRPRNA dependent RNA polymeraseRDRPRNA dependent DNA polymeraseRDDPDNA复制（复制（DDDP）转录（转录（DDRP）RNA蛋白质蛋白质翻译翻译复制（复制（RDRP）反转录（反转录（RDDP）中心法则中心法则Luohe Medical College漯河医学高等专科学校DNA复制早：常染色质

3、，中：异染色质，晚：着丝粒和端粒手术中切除患者肝脏的70%，只要两个月的时间，大约90%的肝就会长出来。 1.复制复制 replication2.修复修复 repair3.逆转录逆转录 reverse transcription三种方式DNA复制特点3R第一节 DNA复制基本规律与体系v半保留复制半保留复制v有特定的起始点有特定的起始点v双向复制双向复制v半不连续复制半不连续复制v高保真性复制高保真性复制1、半保留复制1 1、复制可以随机起始吗？、复制可以随机起始吗？2 2、复制是单向的还是双向的？、复制是单向的还是双向的？v DNA在复制时，需在特定的位点起始，这是一些具有特定核苷酸排列顺序

4、的片段，即复制起始点(origin) 。v 在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个。v 习惯上把两个相邻DNA复制起始点之间的距离（或DNA片段）定为一个复制子(replicon) 。2 2、有固定起始点、有固定起始点复制起始点与复制子示意图复制起始点与复制子示意图复制起始点、复制子与复制叉（动画演示）复制起始点、复制子与复制叉（动画演示）1 1、新生链合成的方向是从、新生链合成的方向是从5to 3 还是3 to 5，还是两个方向均可？2 2、两条链是同时进行复制的吗？、两条链是同时进行复制的吗？3 3、双向复制、双向复制3 5 3 5 3 5 3 5 解链方向解链方向领头

5、链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)3 5 4.4.半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication)(semi-discontinuous replication)5.5.高保真性复制高保真性复制DNADNA复制生成的子代复制生成的子代DNADNA与亲代与亲代DNADNA的碱基序列一的碱基序列一致性，称为致性，称为DNADNA复制的高保真性复制的高保真性。依赖机制依赖机制1.1.遵守严格的碱基配对规律遵守严格的碱基配对规律 AT GC AT GC2.2.碱基正确选择碱基正确选择3.3.及时校读及时校读DNA

6、DNA聚合酶不能从头合成聚合酶不能从头合成DNADNA。这就必然需要引物。这就必然需要引物附加：需要引物附加：需要引物问题：为什么需要有问题：为什么需要有RNARNA引物来引发引物来引发DNADNA复制呢复制呢? ?（1 1）RNARNA引物可以提供引物可以提供3-OH3-OH末端作合成新末端作合成新DNADNA链起点；链起点；（2 2）提高了）提高了DNADNA复制的准确性。因为复制的准确性。因为DNADNA复制开复制开始时掺入的核苷酸往往容易出错，加在始时掺入的核苷酸往往容易出错，加在RNARNA引物引物中可以被切除，不会影响中可以被切除，不会影响DNADNA复制的准确性。复制的准确性。

7、二 DNA复制体系v原料：dNTPv模板：DNA单链v引物：3-OH引物v酶和蛋白质因子v以四种脱氧核糖核酸(deoxynucleotide triphosphate)为原料，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP。一、一、原料原料( (substratesubstrate) ) (dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 +PPi二、模板二、模板(template)(template) 亲代DNA的两股链解开后，可分别作为模板进行复制。 v解螺旋酶解螺旋酶( (helicasehelicase) ) v每解开一对碱基，需消每解开一对碱基，需消耗耗2 2分子分子ATPATP。三、解螺旋

8、酶三、解螺旋酶早老症早老症v单链DNA结合蛋白 （single strand DNA binding protein, SSB）四、单链四、单链DNADNA结合蛋白结合蛋白稳定稳定单链单链DNADNA五、DNA拓扑异构酶解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断一股一股链，链，反应反应不需不需ATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断两股两股链，链，利用利用ATP供能。供能。DNADNA拓扑异构酶的作用机制拓扑异构酶的作用机制 六、六、DNADNA聚合酶聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶 ( DNA-dependent DNA polymerase, DDDP )

9、简称：DNA-pol活性：1. 53 的聚合酶活性 2. 2. 核酸外切酶活性核酸外切酶活性v在原核生物中v这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。v参与DNA复制的主要是pol 和pol。种类和生理功能种类和生理功能DNADNA聚合酶聚合酶（pol pol ），DNADNA聚合酶聚合酶（pol pol ），DNADNA聚合酶聚合酶（pol pol ），聚合一段RNA短链引物(primer)，以提供自由的3-OH，使子代DNA链能够开始聚合。七、七、引物酶引物酶(primerase)(primerase)DNA连接酶连接酶ATP（NAD+）ADP+Pi（NMN+AMP）HO5POO-O-O35

10、3八、八、DNADNA连接酶连接酶催化条件催化条件 一段一段DNADNA3-OH3-OH，而另一段具有，而另一段具有5-Pi5-Pi基；基； 未封闭的未封闭的缺口位于双链缺口位于双链DNADNA中中，即其中有，即其中有一条链是完整的；一条链是完整的；第二节 DNA复制过程Section 2 The Process of DNA Biosynthesis一、复制起始一、复制起始某蛋白质解旋酶拓扑异构酶SSB引物酶识别复识别复制的起制的起始序列始序列在在ATPATP的的作用下将作用下将DNADNA双链双链解开形成解开形成单链单链消除消除DNADNA解链过解链过程中所程中所产生的产生的扭曲力扭曲力新

11、解链新解链的的DNADNA保保持稳定持稳定结构结构为为DNADNA复复制提供制提供RNRNA A引物引物 5 5 3 35 5dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH 33 3DNA-pol二、复制的延长二、复制的延长 3553AATGGCCGATTTACCGGCTA领头链的合成过程领头链的合成过程随从链的合成过程随从链的合成过程DNADNA复制过程简图复制过程简图5 5 5 RNA酶酶OH P5 DNA-pol dNTP5 5 PATP ADP+Pi5 5 DNA连接酶连接酶三、复制的终止三、复制的终止 人的端粒人的端粒DNADNA序列：序列：（TTAGGGTTA

12、GGG）n n （1）稳定染色体结构稳定染色体结构 （2）防止染色体末端融合）防止染色体末端融合 （3）保护染色体结构基因）保护染色体结构基因 （4）避免遗传信息在复制过程中丢失避免遗传信息在复制过程中丢失附：端粒长度附：端粒长度-分子钟分子钟(molecularclock) 的作用的作用 随着细胞不断分裂，端粒的长度越来越短，当随着细胞不断分裂，端粒的长度越来越短，当 达到一个临界长度，细胞染色体即失去稳定性，达到一个临界长度，细胞染色体即失去稳定性， 阻止细胞进一步分裂的信号便发出。细胞将发阻止细胞进一步分裂的信号便发出。细胞将发 生凋亡（生凋亡（apoptosis）第四节 逆转录Sect

13、ion 4 Reverse Transcription逆转录：以RNA为模板合成DNA的过程。RNARNA病毒有：病毒有： 艾滋病病毒，烟草花叶病毒，艾滋病病毒，烟草花叶病毒，SARS SARS 病毒病毒 A/H1N1A/H1N1流感流感 一、逆转录病毒和逆转录酶一、逆转录病毒和逆转录酶逆转录病毒细胞内的逆转录现象：逆转录病毒细胞内的逆转录现象：RNA 模板模板逆转录酶逆转录酶DNA-RNA 杂杂化双链化双链RNA酶酶单链单链DNA逆转录酶逆转录酶双链双链DNA依赖RNA的DNA聚合酶活性RNA酶活性依赖DNA的DNA聚合酶活性第三节 DNA的损伤与修复 section 3 DNA Damag

14、e and Repair内环境内环境化学化学物理物理 基因型改变，基因型改变，表现型不变表现型不变疾病疾病产生产生进化的基础进化的基础 死亡死亡一、突变的意义二、引起突变的因素二、引起突变的因素自发脱碱基：每日可达近万1自发脱氨基：每日几十到几百个2复制错配3自发自发（二）物理因素：（二）物理因素：（三）化学因素：（三）化学因素： 亚硝酸亚硝酸与亚硝与亚硝酸盐酸盐氮芥类氮芥类5-FU5-FU，6-MP6-MP苯并芘苯并芘溴乙锭溴乙锭阿霉素阿霉素脱氨剂脱氨剂烷基化剂烷基化剂碱基类似物碱基类似物DNADNA加合剂加合剂 吖啶类吖啶类抗生素抗生素（四）生物因素：（四）生物因素： 病毒病毒三、突变的分

15、子改变类型 转转换换相相同同类类型型碱碱基基的的取取代代。 颠颠换换不不同同类类型型碱碱基基的的取取代代。 点点突突变变 插插入入增增加加一一个个碱碱基基。 缺缺失失减减少少一一个个碱碱基基。 插插入入 增增加加一一段段顺顺序序。 缺缺失失 减减少少一一段段顺顺序序。 复复突突变变 倒倒位位 一一段段碱碱基基顺顺序序发发生生颠颠倒倒。 移移位位 一一段段碱碱基基顺顺序序的的位位置置发发生生改改变变。 重重排排 一一段段碱碱基基顺顺序序与与另另一一段段碱碱基基顺顺序序发发生生交交换换。 一个碱基一个碱基发生改变发生改变两个或以上两个或以上碱基改变碱基改变镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人Hb

16、(HbS) 亚基亚基N-val his leu thr pro val glu C 肽链肽链CAC GTG基因基因正常成人正常成人Hb (HbA) 亚基亚基N-val his leu thr pro glu glu C 肽链肽链CTC GAG基因基因血红蛋白血红蛋白 -亚基的点突变亚基的点突变谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬正常正常5 G A G U A C A U G U C 缺失缺失C缺失引起的框移突变缺失引起的框移突变缺失四、四、DNADNA损伤的修复损伤的修复光修复光修复(light repair)切除修复切除修复(excision repair)重组修复重组修复(recombination rep