级七的生物合成和损伤修复熊宇芳副本演示文稿

级七的生物合成和损伤修复熊宇芳副本演示文稿1目前一页\总数一百零五页\编于十七点2（优选）级七的生物合成和损伤修复熊宇芳副本目前二页\总数一百零五页\编于十七点甘舒霖N芯/低精蛋白重组人胰岛素注射液

目前三页\总数一百零五页\编于十七点蝌蚪，青蛙图目前四页\总数一百零五页\编于十七点目前五页\总数一百零五页\编于十七点什么是分子生物学(molecularbiology)？人们通常将研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的结构、功能及基因结构、表达与调控的内容，称为分子生物学。目前六页\总数一百零五页\编于十七点遗传的中心法则(thecentraldogma)：DNAreplicationtranscriptionRNAproteinReversetranscriptionTranslation目前七页\总数一百零五页\编于十七点

DNA的合成及重组

DNABiosynthesisandRecombination第十六章目前八页\总数一百零五页\编于十七点DNA生物合成DNA复制逆转录细胞中DNA的损伤修复自然界DNA重组和基因转移的基本方式目前九页\总数一百零五页\编于十七点基因组复制的主要特点TheGeneralfeaturesofGenomeReplication

第一节目前十页\总数一百零五页\编于十七点复制(replication)是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。replicationParentalDNADaughterDNA目前十一页\总数一百零五页\编于十七点一、基因组含有一种生物的一整套遗传信息的遗传物质，称为基因组（genome）。在真核生物体中，基因组是指一套完整单倍体DNA（染色体DNA）和线粒体DNA的全部序列，既包括编码序列，也包括非编码序列。是细胞或病毒全部遗传信息的总和目前十二页\总数一百零五页\编于十七点二、基因组DNA复制具备一些共同特征（一）具有固定的复制起始点（二）复制过程中形成双向的复制叉（三）复制的基本单位称为复制子

（四）半保留复制方式（五）半不连续复制（六）复制起点由多个短重复序列组成

（七）DNA复制必须有引物目前十三页\总数一百零五页\编于十七点复制起点（ori）：指DNA复制所必需能控制复制起始的一段特殊的DNA序列。

（一）基因组DNA都具有固定的复制起始点oriAB目前十四页\总数一百零五页\编于十七点双螺旋DNA复制时，复制区生长点的结构呈Y形或叉形，称之为复制叉。（二）复制过程中形成复制泡和复制叉目录目前十五页\总数一百零五页\编于十七点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(replicationfork)，称为双向复制。复制中的放射自显影图象目前十六页\总数一百零五页\编于十七点从一个DNA复制起点起始的DNA复制区域，它是一个独立复制单位。复制子（replicon）（三）复制的基本单位称为复制子

目前十七页\总数一百零五页\编于十七点5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’复制子3’P220目前十八页\总数一百零五页\编于十七点

（四）半保留复制方式保证遗传信息的忠实传递*半保留复制(semiconservativereplication)

DNA复制时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全重新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为——半保留复制。目前十九页\总数一百零五页\编于十七点密度梯度实验

——实验结果支持半保留复制方式含重氮-DNA的细菌培养于普通培养液

第一代继续培养于普通培养液

第二代梯度离心结果目前二十页\总数一百零五页\编于十七点（五）半不连续复制克服了DNA空间结构对DNA新链合成的制约p45目前二十一页\总数一百零五页\编于十七点前导链（leadingstrand）:DNA复制时，一条链的合成方向和复制叉前进方向相同，可以连续复制合成的新链。后随链（laggingstrand）:链的合成方向与复制叉前进方向相反，不能连续复制，只能分成若干小片段分别合成，然后连接起来形成新链。后随链中的小片段称为冈崎片段（Okazakifragments)。前导链连续复制而后随链不连续复制，即DNA半不连续复制。目前二十二页\总数一百零五页\编于十七点复制起点的一般特征:①由多个独特的短重复序列组成。②短重复序列被多亚基的复制起始因子所识别并结合。③一般富含AT，利于双螺旋DNA解旋，以产生单链DNA复制模板。（六）复制起点由多个短重复序列组成目前二十三页\总数一百零五页\编于十七点E.coli复制起始点oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

同向重复序列

反向重复序列5353目前二十四页\总数一百零五页\编于十七点酵母复制起点为自主复制序列（autonomouslyreplicatingsequences，ARS）：酵母染色体含有多个复制起点。酵母复制起始点目前二十五页\总数一百零五页\编于十七点DNA聚合酶必须由引物（primer）提供自由的3-OH末端。所有细胞和多数病毒的DNA复制，首先在模板对应位置合成一段RNA引物，这一过程为引发（priming）。（七）DNA复制必须有引物目前二十六页\总数一百零五页\编于十七点●多数细菌和噬菌体通过引发酶合成RNA引物●真核细胞引发酶是DNA-polα●线粒体利用转录产物3’-OH末端为引物●反转录病毒利用宿主tRNA的3’-OH末端为引物●

174等噬菌体以双链环形DNA的一条链上产生切口处的3-OH为引物；●体外合成DNA用人工合成的DNA为引物。引物的生成：目前二十七页\总数一百零五页\编于十七点三、不同基因组DNA通过不同的模式

进行复制（一）真核生物基因组DNA复制过程涉及反转录（二）基因组单链DNA通过复制中间体完成复制

（三）有的基因组DNA通过RNA中间体进行复制

（四）双链环状DNA也有不同的复制方式目前二十八页\总数一百零五页\编于十七点四、不同基因组RNA通过不同的

模式进行复制（一）基因组双链RNA复制过程是双链复制

（二）基因组单链正链RNA以负链为模板进

行复制

（三）基因组单链负链RNA以正链RNA为模板进行复制

（四）反转录病毒的基因组RNA通过DNA中间体进行复制

目前二十九页\总数一百零五页\编于十七点

DNA复制过程

ProcessofDNAReplication第二节目前三十页\总数一百零五页\编于十七点DnaA、DnaB、DnaC、HU、促旋酶（gyrase，即拓扑异构酶Ⅱ）、单链DNA结合蛋白(singlestrandbindingprotein,SSB)DNA复制需要6种蛋白因子：一、原核生物DNA复制（一）在复制起点解旋酶和多种因子形成复合物

目前三十一页\总数一百零五页\编于十七点E.coliDNA复制起始

目前三十二页\总数一百零五页\编于十七点E.coli中DnaB结合引发酶DnaG，催化合成RNA引物，其序列始于pppAG，模板链序列3-GTC-5，引物长度一般11~12个碱基。（二）引发酶合成RNA引物目前三十三页\总数一百零五页\编于十七点53解旋酶作用产生两条复制模板链激活引发酶DnaG蛋白DnaB蛋白与引发酶结合，形成引发体DnaB蛋白目前三十四页\总数一百零五页\编于十七点负责切除RNA引物。填补空隙和校读（三）DNA聚合酶的催化作用DNA聚合酶Ⅰ可利用损伤尚未修复的DNA链作为模板合成DNA，但不能修复损伤。负责合成DNA。DNA聚合酶ⅢDNA聚合酶Ⅱ目前三十五页\总数一百零五页\编于十七点２个核心酶1个-复合物可滑动的DNA夹子（含1对-亚基）DNA聚合酶Ⅲ全酶结构全酶结构包括：目前三十六页\总数一百零五页\编于十七点亚基（130000）主要功能是合成DNA亚基具有35外切酶活性（校正功能）亚基可增强其活性亚基可能起组装作用核心酶由、和亚基组成：目前三十七页\总数一百零五页\编于十七点

在复制叉同时合成前导链和后随链目前三十八页\总数一百零五页\编于十七点35353535前导链(leadingstrand)后随链(laggingstrand)解链方向冈崎片段35目前三十九页\总数一百零五页\编于十七点拇指手掌引物链手指聚合酶活性中心外切酶活性中心模板链目前四十页\总数一百零五页\编于十七点53外切酶：去除RNA引物35外切酶：起校正作用DNA聚合酶活性：填补两个冈崎片段之间的缺口DNA聚合酶Ⅰ有3个酶促活性结构域:切口平移标记DNA目前四十一页\总数一百零五页\编于十七点323个氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段：Klenow片段

604个氨基酸DNA聚合酶活性

5核酸外切酶活性N端C端枯草杆菌蛋白酶DNA-polⅠ目前四十二页\总数一百零五页\编于十七点1.遵守严格的碱基配对规律；2.聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；3.复制出错时DNA-polⅠ的及时校读功能。*DNA复制的保真性至少要依赖三种机制

目前四十三页\总数一百零五页\编于十七点拓扑异构酶的功能是改变超螺旋状态拓扑异构酶既能切断磷酸二酯键。也可连接磷酸二酯键(四)DNA复制需要两类DNA拓扑异构酶目前四十四页\总数一百零五页\编于十七点拓扑异构酶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

目前四十五页\总数一百零五页\编于十七点HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’3’目录负超螺旋状态（五）DNA连接酶

DNA连接酶(DNAligase)作用方式目前四十六页\总数一百零五页\编于十七点复制中起最后接合缺口的作用。DNA修复、重组中也起缝合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能目前四十七页\总数一百零五页\编于十七点Tus蛋白具有反解旋酶（contra-helicase）活性，识别并结合ter序列中共有序列，阻止DnaB蛋白的解旋作用，从而抑制复制叉前进。Tus蛋白还可能造成复制体解体。(六)Tus蛋白识别复制终点使复制终止在复制叉汇合点两侧约100kb处各有一个终止区（terD/A和terC/B）。目前四十八页\总数一百零五页\编于十七点SeqA蛋白迅速结合半甲基化的GATC，阻止Dam甲基化酶的结合，同时阻止DnaA蛋白结合oriC。oriC的GATC被完全甲基化，DnaA蛋白就能与之结合，开始新的一轮复制。(七)DNA甲基化保证复制起点在每个复制周期中仅起一次作用E.coli的oriC含有11个拷贝GATC回文序列，其中A是Dam甲基化酶的靶位点。目前四十九页\总数一百零五页\编于十七点多起始点复制、冈崎片段短(100-200nt)、复制叉前进速度慢；进入延伸阶段发生DNA聚合酶/转换；切除RNA引物的是RNAseHⅠ和FEN1等。二、真核生物DNA复制真核生物与原核生物DNA复制的差异：目前五十页\总数一百零五页\编于十七点(一)常见的真核细胞DNA聚合酶有5种Pol负责合成引物Pol负责DNA复制、核苷酸切除修复和碱基切除修复Pol的功能与Pol相似（其确切功能尚待定）Pol可能和碱基切除修复有关Pol负责线粒体DNA复制和损伤修复目前五十一页\总数一百零五页\编于十七点(二)真核DNA复制叉主要蛋白质的类型和功能目前五十二页\总数一百零五页\编于十七点1.DNA聚合酶/引发酶复合物合成RNA-DNA引物调节：受磷酸化作用的抑制调节功能：合成RNA-DNA引物目前五十三页\总数一百零五页\编于十七点功能：

2.RPA的功能与E.coli的SSB相似复制蛋白A（replicationproteinA，RPA）结合单链DNA促使双螺旋DNA解旋激活Pol/引发酶活性为Pol依赖RFC和PCNA合成DNA所必需RPA三聚体与SV40T抗原结合，组装引发体复合物所必需RPA参与DNA重组和修复目前五十四页\总数一百零五页\编于十七点p140结合PCNAp40、p37和p36组成稳定的核心复合物，具有依赖DNA的ATPase活性p38可能在p140和核心复合物之间起连接作用3.RFC促使PCNA结合于引物-模板链replicationfactorC，RFC结构：有p140，p40，p38，p37、p365个亚基目前五十五页\总数一百零五页\编于十七点PCNA是Pol的进行性因子，使Pol获得持续合成能力。PCNA是协调DNA复制、损伤修复、表观遗传和细胞周期调控的核心因子。PCNA水平是检测细胞增殖的重要指标。PCNA能激活Pol。4.PCNA是可滑动的DNA夹子增殖细胞核抗原（proliferatingcellnuclearantigen，PCNA）结构：功能：同源三聚体，形成可滑动的DNA夹子。目前五十六页\总数一百零五页\编于十七点5.DNA聚合酶合成前导链和后随链结构：Pol分子是异源二聚体（p125和p50）功能：Pol合成前导链和后随链目前五十七页\总数一百零五页\编于十七点FEN1（flapendonuclease1）具有核酸内切酶和53核酸外切酶活性。RNAseHⅠ是核酸内切酶6.FEN1和RNAseHⅠ切除RNA引物目前五十八页\总数一百零五页\编于十七点8.真核复制叉有1个Pol和2个Pol复合物真核DNA复制叉模型目前五十九页\总数一百零五页\编于十七点Pol/引发酶 合成RNA-DNA引物Pol

合成前导链和后随链RFC 识别引物iDNA的3端并驱除Pol/引发酶PCNA 结合DNA并引入PolRNAseHI/FEN1切除冈崎片段5端的RNA引物真核生物复制过程中酶及功能目前六十页\总数一百零五页\编于十七点Pol（或Pol） 填补冈崎片段之间的空隙DNA连接酶Ⅰ 封口RPA 稳定解旋后的单链DNA解旋酶 复制叉的形成和移动必不可少拓扑异构酶 释放复制叉前进时产生的扭曲应力目前六十一页\总数一百零五页\编于十七点(三)引发和延伸发生DNA聚合酶/转换识别染色体DNA复制起点和DNA局部解旋后，Pol/引发酶复合物结合于复制起点，这一步叫做引发体组装。引发体组装包括DNA解旋酶与Pol/引发酶相互作用。1.解旋酶与Pol/引发酶相互作用组装引发体2.DNA聚合酶/转换目前六十二页\总数一百零五页\编于十七点真核DNA聚合酶转换和后随链合成目前六十三页\总数一百零五页\编于十七点RNAseHⅠ/FEN1Dna2/FEN1(四)切除RNA引物有两种机制目前六十四页\总数一百零五页\编于十七点(五)真核染色体在每个细胞周期中只能复制一次目前六十五页\总数一百零五页\编于十七点前复制复合物（pre-RC）的形成复制基因的选择出现于G1期目前六十六页\总数一百零五页\编于十七点pre-RC的激活和组装真核DNA复制叉Cdk的作用目前六十七页\总数一百零五页\编于十七点(六)端粒酶复制染色体末端目前六十八页\总数一百零五页\编于十七点端粒（telomeres）由富含TG的重复序列组成。染色体的3’端比5端长，形成单链DNA。目前六十九页\总数一百零五页\编于十七点目前七十页\总数一百零五页\编于十七点端粒酶（telomerase）由蛋白质和RNA组成端粒酶RNA(hTR)端粒酶协同蛋白(hTP1)端粒酶逆转录酶(hTRT)

*端粒酶结构特点目前七十一页\总数一百零五页\编于十七点目前七十二页\总数一百零五页\编于十七点目前七十三页\总数一百零五页\编于十七点线粒体DNA的D环（D-loop）复制噬菌体的滚环（rollingcircle）复制

三、线粒体和噬菌体DNA复制具有特殊方式目前七十四页\总数一百零五页\编于十七点dNTPDNA-polγ

H链L链（一）线粒体DNA按D环方式复制目前七十五页\总数一百零五页\编于十七点（二）噬菌体DNA按滚环方式复制目前七十六页\总数一百零五页\编于十七点3-OH5-P55533335'滚环复制5'5335A蛋白目前七十七页\总数一百零五页\编于十七点DNA的反转录合成Reversetranscription第三节目前七十八页\总数一百零五页\编于十七点RNA模板逆转录酶DNA-RNA杂化双链RNA酶活性单链DNA逆转录酶双链DNA一、反转录酶合成双链cDNA目前七十九页\总数一百零五页\编于十七点逆转录酶的三种活性：

RNA为模板的dNTP聚合活性;DNA为模板的dNTP聚合活性;RNase活性.目前八十页\总数一百零五页\编于十七点反转录病毒RNA基因组和原病毒目前八十一页\总数一百零五页\编于十七点反转录病毒RNA基因组转变为双链cDNA的途径目前八十二页\总数一百零五页\编于十七点DNA损伤修复

DNADamageandRepair第四节目前八十三页\总数一百零五页\编于十七点

一、多种因素可引起DNA损伤

碱基开环和糖苷键断裂引起碱基丢失

辐射或氧化损伤等引起碱基改变

化学因素可引起核苷酸插入或缺失

辐射和化学损伤可引起DNA链断裂

物理和化学因素可引起DNA链间或链内交联

目前八十四页\总数一百零五页\编于十七点其一，导致复制或转录障碍其二，导致复制后产生基因突变DNA损伤的结果:目前八十五页\总数一百零五页\编于十七点

二、DNA损伤修复系统有多种类型错配修复直接修复碱基切除修核苷酸切除修复跨损伤DNA合成重组修复目前八十六页\总数一百零五页\编于十七点光修复酶(photolyase)

UV（一）直接修复（光修复）目前八十七页\总数一百零五页\编于十七点（O6-甲基鸟嘌呤，与T配对）。O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶修复目前八十八页\总数一百零五页\编于十七点糖苷酶（glycosylases）AP内切酶AP外切酶DNA聚合酶DNA连接酶。（二）碱基切除系统修复切除受损碱基修复系统：目前八十九页\总数一百零五页\编于十七点E.coli碱基切除修复系统切除胞嘧啶自发脱氨基产生的尿嘧啶目前九十页\总数一百零五页\编于十七点（三）核苷酸切除修复系统识别

DNA双螺旋变形目前九十一页\总数一百零五页\编于十七点E.coli的NER主要由4种蛋白质组成：UvrAUvrBUvrCUvrD

目前九十二页\总数一百零五页\编于十七点人着色性干皮病（XP）与DNA的核苷酸切除修复基因缺欠有关;NER参与转录偶联修复高等真核生物的NER作用：目前九十三页\总数一百零五页\编于十七点重组修复（recombinationalrepair），通过与姐妹染色体正常拷贝的同源重组来恢复正确的遗传信息。（四）重组修复目前九十四页\总数一百零五页\编于十七点目前九十五页\总数一百零五页\编于十七点正在复制的DNA聚合酶可能遭遇尚未修复的DNA损伤，细胞防故障系统能够使复制体绕过损伤部位，这一机制就是跨损伤DNA合成。（五）跨损伤DNA聚合酶能够跨越损伤部位合成DNA目前九十六页\总数一百零五页\编于十七点第五节

DNA重组

DNARecombination