正常人体学DNA合成损伤修复培训课件

1、正常人体学DNA合成损伤修复DNA RNA 蛋白质中心法则复制转录翻译逆转录RNA复制2正常人体学DNA合成损伤修复DNA的合成与损伤修复第一节3正常人体学DNA合成损伤修复一、DNA复制的几个基本原则4(一)半保 留复制(semiconservative replication)模板：亲代的DNA双链(每股均可为模板)原则：按碱基配对原则(A-T、G-C)指导新链的合成特点：合成的两个子代DNA分子碱基序列与亲代分 子完全一样，但其中一条链来自于亲代的 DNA链，另一条链是新合成的链正常人体学DNA合成损伤修复AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTG

2、ACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+亲代DNA子代DNA新合成 的链5正常人体学DNA合成损伤修复(亲代)DNA两股链反向平行两股子链反向平行5 3 3 5 5 33 5 3 55 3 亲代子代子代6(二)半不连续复制(semidiscontinuous replication)正常人体学DNA合成损伤修复存在两种DNA聚合酶？ 53 35 体内仅有53DNA聚合酶所有DNA聚合酶只能催化53方向合成35 如何合成? 岗崎片段7正常人体学D

3、NA合成损伤修复3535解链方向35335前导链(leading strand)随从链(lagging strand)岗崎片段58半不连续复制正常人体学DNA合成损伤修复不能催化两个游离的dNTP聚合需要含3-OH的引物(RNA)RNA聚合酶抑制物能抑制DNA合成岗崎片段5端有RNA引物 根据DNA聚合酶(三)RNA引物(RNA prime)9正常人体学DNA合成损伤修复RNA聚合酶能催化两个游离的NTP聚合其产物提供3-OH10正常人体学DNA合成损伤修复55335533前导链随从链岗崎片段RNA引物11正常人体学DNA合成损伤修复RNA引物最后要被DNA聚合酶除去，空隙由 该酶补满，缺口再

4、由DNA连接酶连接。RNA引物的作用： 为DNA聚合酶提供合成核苷酸所需的3-OH 可尽量减小DNA复制起始处的突变12正常人体学DNA合成损伤修复(四)复制的真实性DNA的半保留复制 遵守严格的碱基配对规律RNA引物 尽量减少DNA复制起始处的突变DNA聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能 复制出错时有即时的校读功能(35外切酶功能)DNA损伤的修复机制13正常人体学DNA合成损伤修复底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP(dNTP)聚合酶(polymerase): DNA指导的DNA聚合酶， 简写为DNA pol，需Mg2+模板(template): 解开

5、成单链的DNA母链引物(primer): 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合 DNA复制的条件14二、参与DNA复制的一些酶类和蛋白质正常人体学DNA合成损伤修复DNA聚合酶：、 (原核生物) 、 、 (真核生物)解链、解旋酶类：DNA解链酶、单链DNA结合蛋白(SSB)、DNA拓扑异构酶/引发体DNA连接酶其他的酶和蛋白质15正常人体学DNA合成损伤修复3, 5-磷酸二酯键3(一)DNA聚合酶516正常人体学DNA合成损伤修复1. 大肠杆菌DNA聚合酶1955年Kornberg发现了DNA聚合酶 简称为pol，也称为Kornberg酶活性：53 的聚合酶活性 53 核酸外切酶活性 35

6、核酸外切酶活性17正常人体学DNA合成损伤修复 35 53 外切酶 聚合酶 NC 53 外切酶 小片段大片段(klenow片段)切除RNA引物损伤修复校读功能聚合功能DNA聚合酶是多功能酶18正常人体学DNA合成损伤修复5 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A C C G A C 5 3 5外切酶活性 5 3外切酶活性?5 A G C U U C A G G A U 3 | | | | | | | | | | |核酸外切酶活性19正常人体学DNA合成损伤修复DNA聚合酶全酶2个核心酶-复合物

7、2DNA夹子(4个)2. 大肠杆菌DNA聚合酶20正常人体学DNA合成损伤修复特点 一种非常高的续进性酶催化活性比DNA聚合酶高100倍产物真实性高DNA聚合酶是DNA复制的主要酶，是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶 21正常人体学DNA合成损伤修复3. 真核细胞的DNA聚合酶DNA-pol 负责合成引物(去除后的填补)DNA-pol 负责线粒体DNA的复制与损 伤修复DNA-pol 、 DNA复制、切除修复22DNA-pol 碱基切除修复正常人体学DNA合成损伤修复(二)解旋、解链酶类DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用；复制不断延伸，螺旋不断解开解链、

8、解旋酶类保持解开模板的单链状态单链DNA结合蛋白解旋后在复制前方产生很大的张力，DNA发生缠结后DNA拓扑异构酶23正常人体学DNA合成损伤修复1. DNA解链酶(DNA helicase) 解开DNA双链，具有ATP酶的活性每解开1对碱基消耗2个ATP24正常人体学DNA合成损伤修复35353 HO5SSBSSB2. 单链DNA结合蛋白(single strand binding protein, SSB)25正常人体学DNA合成损伤修复3. DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase)解链过程中正超螺旋的形成26正常人体学DNA合成损伤修复27正常人体学DNA合成损伤修复分类拓扑

9、异构酶切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；解除张力后封闭切口。反应不需ATP拓扑异构酶暂时切断DNA双链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛，随后再连接断端。需要ATP供能28正常人体学DNA合成损伤修复4. 引发体(primosome)DnaA 结合至复制起始部位 DnaB 具有解链酶的作用DnaC 协同DnaBDnaG 引物酶，是一种RNA聚合酶由多种蛋白质及酶组成，是DNA复制 开始所必需的。29正常人体学DNA合成损伤修复3535引物 3 HO5引物酶Dna ADna B、Dna CDNA 拓扑异构酶SSB引发体和引物30正常人体学DNA合成损伤修复53OH53有缺口的DNA链

10、DNA连接酶ATPAMP + PPi53缺口封闭 OO_PO O_III OOPO O_III315. DNA连接酶(DNA ligase)正常人体学DNA合成损伤修复连接双链DNA分子中一条链上的缺口连接双链DNA分子中双链的缺口不能连接两分子单链DNA 缺口填补x32正常人体学DNA合成损伤修复参与复制的酶类与蛋白质pol 真正的复制酶pol 切除引物、填补引物遗留空隙解链酶 解开DNA双链SSB 稳定与保护已解开的单链DNA拓扑异构酶 克服解链中的打结缠绕、解 除张力引物酶 合成RNA引物DNA连接酶 连接缺口、形成磷酸二酯键33正常人体学DNA合成损伤修复三、DNA复制过程大肠杆菌复制

11、时有特定的起始部位称oriCoriC34(一)复制的起始正常人体学DNA合成损伤修复DNA双链复制起始点oriC DnaADnaB、DnaCDNA双链解开成单链DNASSB引物酶RNA引物(3-OH)DNA聚合酶、dNTP和3-OH形成3,5磷酸二酯键解链、解旋酶拓扑异构酶35正常人体学DNA合成损伤修复复制开始后由于DNA双链解开，在两股单链上进行复制。在电子显微镜下看到DNA复制前进部位伸展成叉状，称为复制叉(replication fork)。复制从oriC开始，同时向两个方向进行的，称为双向复制。36原核生物大肠杆菌正常人体学DNA合成损伤修复真核细胞DNA分子巨大，有许多个复制起始点

12、，同时进行复制，形成多个复制单位。37真核生物正常人体学DNA合成损伤修复(二)复制的延长指在DNA聚合酶的催化下，新合成的DNA链不断延长。其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。大肠杆菌岗崎片段的长度为10002000个核苷酸。前导链合成10002000个核苷酸后，随从链开始合成。DNA聚合酶全酶2个核心酶分别负责前导链和随从链的合成。38正常人体学DNA合成损伤修复5339正常人体学DNA合成损伤修复55Pol切除RNA引物5OHP5Pol填补空隙55P55ATPAMP + PPiDNA连接酶40(三)复制的终止正常人体学DNA合成损伤修复四、真核生物端粒与端粒酶末端问题真核生物染色体线性DN

13、A分子每复制一次，新合成子链的5端RNA引物被切除后，就会留下末端的空缺。41正常人体学DNA合成损伤修复53355335+53333555染色体末端DNA染色体末端DNA42正常人体学DNA合成损伤修复真核生物染色体线性DNA分子末端的结构数百个串联重复GT丰富的短寡核苷酸构成的序列不含功能基因，但对维持染色体的稳定性起着重要作用43端粒(telomere)正常人体学DNA合成损伤修复45正常人体学DNA合成损伤修复46生殖细胞、干细胞：有端粒酶活性体细胞：无端粒酶活性，端粒随分裂而缩短， 最终导致细胞衰老、调亡，是正常的 生理现象。肿瘤细胞：端粒酶活性重新出现，对端粒进行补 偿，使之永不衰

14、老，形成恶性增殖。正常人体学DNA合成损伤修复UV471. 点突变(一)DNA损伤的类型五、DNA的损伤与修复正常人体学DNA合成损伤修复2. 缺失和插入 一个碱基/一段核苷酸链/整个基因3. 重排 分子内较大片段的交换48正常人体学DNA合成损伤修复切除修复是细胞内最重要和有效的修复机制原核生物中主要由DNA pol和连接酶完成遗传性疾病如着色性干皮病由于缺乏UV特异的切割酶造成的49(二)切除修复1. 核苷酸切除修复正常人体学DNA合成损伤修复OHPDNA聚合酶OHPDNA连接酶ATP8个核苷酸4个核苷酸UVrABC切割酶UvrAUvrBUvrCDNA损伤的切除修复50正常人体学DNA合成

15、损伤修复2. 碱基切除修复DNA糖苷酶识别切除损伤的碱基 AP核酸内切酶切除AP附近的磷酸二酯键DNA聚合酶填补DNA连接酶连接51正常人体学DNA合成损伤修复DNA聚合酶OHPDNA连接酶AP核酸内切酶CGUGDNA糖苷酶GOHPUDNA聚合酶P-PG52正常人体学DNA合成损伤修复DNA中的C容易突变成U尿嘧啶DNA糖苷酶识别DNA中的U(由C突 变而来)若DNA中存在U，无法区别突变U和正常U所以DNA中U甲基化/耗能生成TDNA碱基中T的存在，增加遗传信息的稳定性RNA中的U：数量多/半衰期短/经济DNA碱基的组成为何是“T”?53正常人体学DNA合成损伤修复六、逆转录、逆转录病毒及癌

16、基因1. 逆转录酶(一)逆转录病毒及逆转录酶以RNA为模板，有逆转录酶的参与，在4种dNTP存在及合适条件下，按碱基互补配对的原则，合成互补DNA(complementary DNA, cDNA)。54正常人体学DNA合成损伤修复RNARNADNA(-)DNA(-)DNA(+) DNA(-) RNA指导的DNA合成 RNA的水解 DNA指导的DNA合成逆转录酶具有催化三种反应的活性55正常人体学DNA合成损伤修复单链RNA病毒 进入宿主细胞双链DNA前病毒 整合到宿主细胞基因组DNA中 宿主细胞RNA聚合酶 mRNA 病毒RNA基因组 作为合成相应 病毒蛋白质的模板 包装成新的病毒颗粒，离开宿主2. 逆转录病毒的生活周期56正常人体学DNA合成损伤修复逆转录病毒与宿主细胞基因整合过程示意图RNA病毒粒子病毒RNARNADNA DNA(前病毒)和宿主细胞DNA整合整合后的DNA进行复制转录、翻译57逆转录酶正常人体学DNA合成损伤修复能在体外引起细胞转化，在体内诱发肿瘤的基因。1. 癌基因(oncogene)(二)癌基因与抑癌基因原癌基因(proto-oncogenes, pro-onc)/ 细胞癌基因(cellular-oncogene, c-