《医学遗传与胚胎发育》dna复制与修复 整合课程

DNA的复制与修复整理课件第一节参与DNA复制的一些酶类和蛋白质DNA链合成的条件dNTPMg++3’-OH引物DNA模板酶参与DNA复制的酶DNA聚合酶解螺旋酶引物酶单链DNA结合蛋白(SSB）拓扑异构酶Ⅰ/ⅡDNA连接酶2整理课件一、大肠埃希菌DNA聚合酶（原核生物）3,’5’-磷酸二酯键3’5’图12-4整理课件DNA聚合酶Ⅰ多功能酶

5’3’外切酶

3’5’外切酶

5’3’聚合酶单链多肽大小二个片段切除RNA引物，填补空缺损伤后修复DNA聚合酶Ⅱ与Ⅲ多功能酶

5’3’聚合酶

3’5’外切酶

不对称二聚体单体1-前导链/单体2-随从链DNA复制的主要酶高续进性

高聚合酶活性

高产物真实性4整理课件

3’5’5’3’

外切酶聚合酶NC5’3’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（常用的工具酶）DNA聚合酶Ⅰ（DNAPolymeraseⅠ）

Kornberg酶

DNA指导的DNA聚合酶（DNA-DirectedDNAPolymerase,DDDP）聚合功能5整理课件5’3’5’3’5’3’外切酶3’5’外切酶6整理课件3,’5’-磷酸二酯键

5’3’聚合酶5’5’3’3’模板链合成链7整理课件整理课件DNA聚合酶Ⅲ全酶

（DNAPolymeraseⅢholoenzyme）10种不同亚基组成α,ε,θβγ,δ,δ’,χ,ψ,τ核心聚合酶β亚基γ复合物ρ(rho),δ(delta),ε(epsilon),ψ(psi),τ(Tau),σ(sigma),θ(theta),

χ(chi)9整理课件整理课件二、真核生物的DNA聚合酶原核生物DNA聚合酶DNA聚合酶Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ真核生物DNA聚合酶DNA聚合酶α(引物酶）起始引发，引物酶活性DNA聚合酶β低保真度的复制DNA聚合酶γ线粒体DNA复制DNA聚合酶δ(DNA聚合酶Ⅲ)延长子链的主要酶，解旋酶活性DNA聚合酶ε(DNA聚合酶Ⅰ)填补引物空隙，切除修复，重组11整理课件

三、解链、解旋酶类

DNA解链酶（helicase）DNA结合蛋白(SSB）

解开DNA双链

每个bp消耗2个ATP与单链DNA结合,维持单链状态(“镇纸”)使其不受核酸酶水解避免单链DNA自身发夹螺旋形成使前端螺旋易解开

12整理课件四、拓扑异构酶拓扑异构酶水解3’,5’-磷酸二酯键连接3’,5’-磷酸二酯键切断、整理DNA双链拓扑异构酶Ⅰ切断DNA双螺旋中的一股，张力下降后封闭。拓扑异构酶Ⅱ切断DNA双链，使另一双链经过此缺口，再封闭。13整理课件五、引发体（primosome）蛋白质DnaADnaBDnaCDnaG（引物酶）结合到DNA双链复制起始部位(需ATP)解链酶的作用辅助DnaB结合到复制起始点合成RNA引物RNA引物的合成和复制的起始必需的14整理课件5’5’3’3’5’5’3’3’

前导链随从链岗崎片段RNA引物3’-OH解螺旋酶拓扑异构酶SSB15整理课件六、DNA连接酶

催化二段DNA链之间3’,5’

磷酸二酯键的形成3’OH5’5’3’

OO-POO-有缺口的DNA链DNA连接酶ATPAMP+PPi

OO

POO-5’3’缺口封闭16整理课件缺口填补:连接双股DNA分子中一链的缺口双链DNA分子中双链的缺口不能连接二分子单链DNA

17整理课件应用:1.岗崎片段之间的连接.2.DNA损伤修复中的连接.3.一种重要的工具酶:

限制性内切酶切割后形成的粘性末端或平头末端的连接.18整理课件第二节DNA复制的过程

(起始、延长、终止）确定复制的起始点解开双链DNA,提供单链DNA模板，形成复制叉RNA引物的形成DNA链合成及延长复制的终止19整理课件一、原核生物的DNA复制的基本过程复制的起始双向复制（θ型复制）特定起始点解链/解旋/稳定单链引发体和引物oriCDnaA、B、C/拓扑异构酶/SSB引发体=DnaB+DnaC+DnaG(引物酶)引物:RNA--提供3’-OH20整理课件大肠埃希菌复制起始点oriC的结构整理课件

原核生物双向复制（θ型复制）整理课件复制的延长子链的延长子链延长方向领头链随从链DNA聚合酶Ⅲ/dNTP/3’,5’-磷酸二酯键5’3’模板：3’5’，子链：5’3’前导链合成1000-2000个核苷酸后，随从链开始合成模板：5’3’，子链：5’3’，岗崎片段长度为1000-2000个核苷酸DNADNA聚合酶Ⅲ为不对称二聚体：一个作用于前导链另一个作用于随从链(loop)23整理课件图12-14整理课件复制的终止去除RNA引物补充空缺连接DNA聚合酶Ⅰ的小片段

5’3’外切酶DNA聚合酶Ⅰ的大片段

3’5’外切酶

5’3’聚合酶DNA连接酶3’5’5’3’25整理课件原核生物复制的起始真核生物复制的起始双向复制θ型复制双向复制多个复制单位(复制泡=复制起始点+复制叉)oriC多个起始点DnaA辨认起始点“蛋白质+DNA复合物”辨认起始点DnaA、B、C/拓扑异构酶/SSB/引物酶DNA-polα、δ，PCNA，拓扑酶，复制因子二、真核生物的DNA复制的基本过程26整理课件复制泡真核生物复制泡（复制起始点+复制叉）整理课件复制的延长子链的延长子链延长方向领头链随从链DNA聚合酶δ+PCNA/dNTP/3’,5’-磷酸二酯键5’3’模板：3’5’，子链：5’3’模板：5’3’，子链：5’3’，岗崎片段28整理课件复制的终止去除RNA引物补充空缺连接真核生物是线性DNA每复制一次，子链5’有缺失端粒酶作用，形成端粒，防止子链的5’有缺失线形DNA复制末端问题29整理课件端粒(telomere)真核生物染色体线性DNA分子末端的结构染色体线性DNA膨大结构：DNA+结合蛋白维持染色体稳定和DNA复制的完整性端粒酶（telomerase)防止端粒缩短的酶蛋白质(逆转录酶/协同蛋白)+RNA(合成端粒DNA的模板)唯一携带RNA模板的逆转录酶端粒、端粒酶和衰老、肿瘤有关

端粒的形成30整理课件DNA末端1.RNA和DNA单链互补序列识别结合2.以RNA为模板的逆转录过程3.再发动新一轮的合成延长,合成较长的重复序列3.端粒酶的作用机制整理课件4.以延长的DNA单链为模板,3’-OH为引物合成富含C的互补链整理课件整理课件

第三节DNA复制的几个基本原则（特点）

一、半保留复制

（semiconservativereplication）

模板原则特点亲代的DNA双链，每股链都可作为模板按碱基配对原则指导新链的合成合成的两个子代DNA分子碱基顺序与亲代分子完全一样一条链来自于亲代的DNA链，另一条链是新合成的链34整理课件亲代DNA子代子代半保留复制新合成的链35整理课件整理课件二、半不连续复制（semidiscontinuousreplication）

1、体内仅存在5’3’的DNA聚合酶

2、前导链与随从链（岗崎片段）37整理课件

半不连续复制：

在DNA复制过程中，亲代DNA分子中以3’5’方向的母链作为模板指导新的链以5’3’

方向连续合成，另一股以5’3’

为方向的母链则指导新合成的链以5’3’方向合成1000—2000个核苷酸长度的许多不连续的片段（岗崎片段），这种复制方式称之为半不连续复制。38整理课件5’5’3’3’5’5’3’3’5’5’3’3’

前导链随从链岗崎片段半不连续复制39整理课件前导链（leadingstrand）：

DNA复制时，一股以3’5’方向的母链作为模板，指导新合成的链以5’3’方向连续合成的链称为前导链。（复制方向与解链方向一致）

40整理课件随从链（laggingstrand):

DNA复制时，一股以5’3’方向的母链作为模板，指导新合成的链沿5’3’合成，1000—2000个核苷酸不连续的小片段的链称为随从链。（复制方向与解链方向相反)41整理课件岗崎片段（Okazaki）：

DNA复制时，一股以5’3’方向的母链作为模板，指导新合成的链沿5’3’合成1000—2000个核苷酸不连续的小片段称之为岗崎片段。岗崎片段由DNA连接酶连成一条完整的新链。

42整理课件三、RNA引物

DNA聚合酶不能催化两个游离的dNTP在DNA模板上聚合需要具3’-OH的引物RNA聚合酶能催化两个游离的NTP在DNA模板上聚合提供3’-OH引物引物最后要被DNA聚合酶Ⅰ除去，缺口由该酶补满，再由连接酶连接减少突变，提高DNA复制的真实性43整理课件5’5’3’3’5’5’3’3’

前导链随从链岗崎片段RNA引物3’-OH44整理课件四、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DNA聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能复制出错是有即时的校读功能

(3’5’外切酶功能）DNA损伤的修复机制45整理课件第四节DNA的损伤与修复46整理课件一.造成损伤的原因自发因素物理因素化学因素细胞代谢、复制错误紫外线损伤（共轭双键）电离辐射损伤（X线/线）亚硝酸盐CU5-溴尿嘧啶5-BUA氮芥类烷化剂羟胺C-AGG羟胺47整理课件二、DNA损伤类型Oxidation（氧化）Alkylation(methylation)（烷化）Hydrolysis（水解）Bulkyadductformation（加合物形成）Mismatch（错配）48整理课件点突变DNA某一碱基的突变例：镰形红细胞贫血缺失、插入

移码突变---GCA

GUA

CAU

GUC---

丙缬组缬---GAG

UAC

AUG

UC--

谷酪蛋丝重排/重组DNA分子内较大片段的交换例：地中海贫血与基因损伤的区别49整理课件1.DirectreversalrepairMGMT,methylguaninemethyltransferase三.修复机制整理课件2.Baseexcisionrepair整理课件着色性干皮病（xerodermapigmentosum）：是一种隐性遗传性疾病，有些呈性联遗传。因核酸内切酶异常造成DNA修复障碍所致。临床以光暴露部位色素增加和角化及癌变为特征。诊断要点：幼年发病，常有同胞发病史；患儿生后皮肤和眼对日光敏感，畏光，在面部等暴露部位出现红斑，褐色斑点及斑片，伴毛细管扩张，间有色素脱失斑和萎缩或疤痕。皮肤干燥。数年内发生基底细胞癌，鳞癌及恶性黑素瘤。病情随年龄逐渐加重，多数患者于20岁前因恶性肿瘤而死亡。一、缺乏UV特异核酸内切酶

—着色性干皮病（xerodermapigmentosum）整理课件碱基修复识别酶：（1）一类DNA糖苷酶，各具特异性

e.g.尿嘧啶DNA糖苷酶—识别DNA中的U

（由C突变而来）（2）作用：识别-----DNA中改变的碱基水解-----改变的碱基与脱氧核糖间的糖苷键改变的碱基脱落53整理课件DNA碱基的组成为何是“T”

？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