第十章DNA的生物合成（复制）tianx

（二）复制的延长:领头链连续复制，随从链不连续复制复制的延长指在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，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。

DNA生物合成过程

5'

3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-polDNA生物合成过程领头链的合成:领头链的子链沿着5→3方向可以连续地延长。随从链的合成同一复制叉上领头链和随从链由相同的DNA-pol催化延长复制过程简图复制过程动画*原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。oriter

E.coli8232

ori

terSV40500（三）复制的终止555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATP

ADP+Pi55DNA连接酶随从链上不连续性片段的连接二、真核生物的DNA生物合成•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)。•增殖细胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen,PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。（一）复制的起始与原核基本相似（二）真核生物复制的延长发生DNA聚合酶α/δ转换DNA-polδ和polα分别兼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基础上连续合成领头链。随从链引物也由polα催化合成。然后由PCNA协同，polδ置换polα，继续合成DNA子链。染色体DNA呈线状，复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。（三）复制的终止DNA生物合成过程DNA生物合成过程53355335+53333555线性DNA复制的末端

端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。功能•维持染色体的稳定性•维持DNA复制的完整性端粒端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶协同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆转录酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

组成端粒酶的催化延长作用——爬行模型DNA聚合酶复制子链进一步加工逆转录和其他复制方式ReverseTranscriptionandOtherDNAReplicationWays第四节双链DNA是大多数生物的遗传物质。某些病毒的遗传物质是RNA。少数低等生物如M13噬菌体，它的感染型只含单链DNA。原核生物的质粒，真核生物的线粒体DNA，都是染色体外存在的DNA。这些非染色体基因组，采用特殊的方式进行复制。一、逆转录(reversetranscription)

RNA指导下的DNA合成过程,催化此反应的酶为逆转录酶逆转录

逆转录酶具有三种酶活性

1.RNA指导的DNA合成2.3’→5’和5’→3’RNA外切酶活性，可水解RNA3’→5’RNA外切酶活性又称RNaseH活性，能特异水解RNA-DNA杂交体上的RNA3.DNA指导的DNA合成逆转录酶(reversetranscriptase)

逆转录逆转录过程逆转录酶RNaseH逆转录酶RNARNA-DNA杂化双链单链DNA双链DNA逆转录(HIV)逆转录逆转录酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ碱水解

TTTT分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为cDNA法。

以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。

试管内合成cDNAcDNA

complementaryDNAcDNA合成*二、逆转录研究的意义

逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。

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

逆转录滚环复制(rollingcirclereplication)三、滚环复制和D环复制

是某些低等生物的复制形式，如X174和M13噬菌体等。3-OH5-P55533335'滚环复制5'5335dNTPDNA-pol

γ

D环复制(D-loopreplication)

是线粒体DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的复制形式。

D-环复制时需合成引物。mtDNA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。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。DNA损伤（突变）与修复DNADamage(Mutation)andRepair第五节DNA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，也称为DNA损伤(DNAdamage)。从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。DNA损伤一、突变的意义（一）突变是进化、分化的分子基础（二）突变导致基因型改变（三）突变导致死亡（四）突变是某些疾病的发病基础

DNA损伤二、多种化学或物理因素可诱发突变大量的突变属于自发突变，发生频率只不过在10-9左右。但由于生物基因组庞大，细胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。实验室用来诱发突变，也是生活环境中导致突变的因素，主要有物理和化学因素。物理因素:紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐射

UV化学因素三、突变的分子改变类型错配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)框移(frame-shift)

DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation)。自发突变和不少化学诱变都能引起DNA上某一碱基的置换。点突变发生在基因的编码区，可导致氨基酸改变。（一）错配可导致编码氨基酸的改变镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val

·

his

·

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·

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pro·

val

·

glu

·

·

·

·

·

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C肽链CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亚基N-val

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glu

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·

·

·

C肽链CTCGAG基因镰形红细胞贫血病人HbA：N’

Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysHbS：N’

Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys

正常红细胞

镰状红细胞贫血症（二）缺失、插入和框移缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。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。框移突变是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。

缺失或插入都可导致框移突变。谷酪蛋丝5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙缬组缬正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突变（三）重组或重排常可引起遗传、肿瘤等疾病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（倒位），也可以在染色体之间发生交换重组。由基因重排引起的两种地中海贫血基因型DNA损伤（突变）可能造成两种结果：其一是导致复制或转录障碍（如胸腺嘧啶二聚体，DNA骨架中产生切口或断裂）；其二是导致复制后基因突变（如胞嘧啶自发脱氨基转变为尿嘧啶），使DNA序列发生永久性改变。所以，必须通过进化使细胞拥有灵敏的机制，以识别和修复这些损伤，否则细胞无法维持正常代谢。四、DNA损伤的修复修复(repairing)是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。修复的主要类型错配修复(mismatchrepair)直接修复(directrepair)切除修复(excisionrepairing)重组修复(recombinationrepairing)SOS修复

（一）直接修复系统利用酶简单地逆转DNA损伤光修复酶(photolyase)

UV（二）核苷酸切除修复系统识别DNA双螺旋变形这是细胞内最重要和有效的修复方式。其过程包括去除损伤的DNA