第10章 DNA复制课件

第三篇基因信息传递许崇波

大连大学医学院2024/5/41第10章-DNA复制联系方式办公电话：手机号码：电子信箱：

xcb921@163.com办公地点：医学院222室2024/5/42第10章-DNA复制

第三篇主要内容●

DNA的生物合成——

复制●

RNA的生物合成——

转录●蛋白质的生物合成——

翻译●基因表达调控●

基因重组与基因工程2024/5/43第10章-DNA复制本篇重点掌握的内容基因信息传递各过程的基本特性、参与的成分及重要酶、原核生物和真核生物之间特点的比较。基因表达的基本原理、基因工程的基本概念及分子生物学常用技术的基本原理。2024/5/44第10章-DNA复制基因

(gene)：

为生物活性产物(蛋白质或RNA)编码的DNA功能片段，是以碱基排列顺序方式储存的遗传信息。基因组(genome)：

某一生物个体拥有的全部遗传物质，从分子意义上说，是指全部的DNA序列。人类基因组由3×109

bp的DNA组成,约含3～4万个基因。2024/5/45第10章-DNA复制中心法则

(Thecentraldogma)

转录翻译复制DNARNA蛋白质

逆转录

转录翻译复制DNARNA蛋白质

逆转录

转录翻译复制DNARNA蛋白质

逆转录

转录翻译复制DNARNA蛋白质

逆转录

转录翻译复制DNARNA蛋白质

逆转录

转录翻译复制DNARNA蛋白质

逆转录DNA分子兼备储存遗传信息和表达的功能,处于生命活动中心。RNA分子是处于生命活动中心位置的物质，RNA携带遗传信息和催化功能。

DNA通过复制将遗传信息代代相传，DNA的遗传信息转录为RNA,RNA指导翻译成蛋白质,它代表大多数生物遗传信息储存和表达的规律。1970年发现RNA能反转录为DNA，是对中心法则的补充。2024/5/46第10章-DNA复制Franciscrick于1958年提出中心法则，1970年正式发表在nature

(227:561-563)。2024/5/47第10章-DNA复制DNA的生物合成(复制)DNABiosynthesis(Replication)第十章2024/5/48第10章-DNA复制逆转录：(RNA指导的DNA合成)是RNA病毒的复制形式,以RNA为模板,由逆转录酶催化合成DNA,这种RNA病毒又叫逆转录病毒。修复合成：DNA受到损伤(突变)后进行修复,需要进行局部DNA的合成,用以保证遗传信息的稳定遗传。DNA生物合成的方式DNA复制:

(DNA指导的DNA合成)是细胞内最主要的合成方式。遗传信息储存在DNA分子中,细胞增殖时，DNA通过复制使遗传信息从亲代传递到子代。2024/5/49第10章-DNA复制DNA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。分子基础：碱基配对规律和DNA双螺旋结构化学本质：酶促的生物细胞内单核苷酸聚合亲代DNA子代DNA复制2024/5/410第10章-DNA复制本章内容第一节DNA复制的基本规律第二节DNA复制的酶学和拓扑学变化第三节DNA生物合成过程第四节逆转录和其他复制方式第五节DNA损伤(突变)与修复2024/5/411第10章-DNA复制DNA复制的基本规律第一节BasicRulesofDNAReplication2024/5/412第10章-DNA复制半保留复制(semi-conservativereplication)双向复制(bidirectionalreplication)半不连续复制(semi-discontinuousreplication)DNA复制的基本规律2024/5/413第10章-DNA复制一、半保留复制是DNA复制的基本特征

DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template),以dNTP为原料，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。半保留复制（semidiscontinuousreplication）2024/5/414第10章-DNA复制2024/5/415第10章-DNA复制DNA复制三种可能方式

全保留式半保留式混合式2024/5/416第10章-DNA复制——实验结果支持半保留复制的设想密度梯度实验(M.Meselson&F.W.Stahl,1958)14N含15N-DNA的细菌15N14N/15N培养于普通培养液N14-DNA第一代继续培养于普通培养液N14-DNA第二代14N14N/15N2024/5/417第10章-DNA复制半保留复制的意义按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。2024/5/418第10章-DNA复制二、双向复制(BidirectionalReplication)1、原核生物DNA复制：•

基因组是环状DNA•

只有一个复制起始点•

复制时，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，称为双向复制。2024/5/419第10章-DNA复制在原核生物双向复制中，DNA被描述为眼睛状。为说明方便而做的图为形。ori复制中的放射自显影图象2024/5/420第10章-DNA复制A.环状双链DNA及复制起始点(origin,ori)B.复制中的两个复制叉C.复制接近终止点(termination,ter)oriterABC

对于细菌、质粒和某些病毒的小环形DNA复制，一个复制起点往往就足够了，产生的两个复制叉在环形染色体和起点相对的位置汇合后，复制即告完成。2024/5/421第10章-DNA复制TCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGAGGTACTGCCACTGG+母链DNA复制过程中形成复制叉子代DNATCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTTCCATGAAGGTACTTCCATGAGCCACTGGCGGTGACC复制叉(ReplicationFork)

复制时,DNA双链解开分成两股,各自作为模板,子链沿模板延长所形成的Y字形结构，称为复制叉。2024/5/422第10章-DNA复制2024/5/423第10章-DNA复制2、真核生物DNA复制

•染色体DNA有多个复制起始点。

•从一个DNA复制起始点起始的DNA复制区域称为称为复制子(replicon)。

•复制子是独立完成复制的功能单位。

★原核生物是单复制子完成复制，称为复制体(replisome)。2024/5/424第10章-DNA复制真核生物多个复制起始点、复制子与复制叉真核生物的多复制子复制电镜图2024/5/425第10章-DNA复制三、半不连续复制(semi-discontinuousreplication)顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股连续复制的链称为领头链。另一股链复制的方向与解链方向相反，复制是不连续进行的，这股不连续复制的链称为随从链。领头链连续复制而随从链不连续复制称半不连续复制领头链随从链2024/5/426第10章-DNA复制半不连续复制动画2024/5/427第10章-DNA复制冈崎片段

•1968年日本生化学者冈崎用电镜及放射自显影技术，观察到DNA复制中出现一些不连续的片段，将这些不连续的片段称为冈崎片段。•原核生物:1000~2000个核苷酸•真核生物:100~200个核苷酸2024/5/428第10章-DNA复制DNA复制的基本规律小结2024/5/429第10章-DNA复制DNA复制的酶学第二节TheEnzymologyofDNAReplication2024/5/430第10章-DNA复制底物:dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)

聚合酶:依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-pol)

模板:解开成单链的DNA母链

引物:提供3

-OH末端使dNTP可以依次聚合其他酶和蛋白质因子:拓扑异构酶、解螺旋酶、单链DNA结合蛋白、引物酶、连接酶参与DNA复制的物质(DNA复制的体系)2024/5/431第10章-DNA复制一、复制的基本化学反应就是核苷酸和核苷酸之间生成3

,

5

-

磷酸二酯键。DNA复制的基本化学反应的简式：DNA模板–引物－(dNMP)n+

dNTP→DNA模板-引物－(dNMP)n+1+PPi2024/5/432第10章-DNA复制(1)以单链DNA为模板(2)以dNTP为原料(3)引物提供3

-OH(4)聚合方向(新链的延长)只能为5

→3

(5)遵守碱基互补规律聚合反应的特点2024/5/433第10章-DNA复制全称：依赖DNA的DNA聚合酶

(DNAdependentDNApolymerase)简称：DNA-pol活性：1.5

3

的聚合活性2.核酸外切酶活性二、DNA聚合酶2024/5/434第10章-DNA复制

DNA聚合酶活性特点：

1.以单链DNA为模板2.以dNTP为原料3.以碱基互补为指导原则4.催化形成3

，5

-磷酸二酯键5.不能催化游离的脱氧核苷酸聚合6.核酸外切酶活性2024/5/435第10章-DNA复制5

3

聚合活性3

5

3

5

2024/5/436第10章-DNA复制5´AGCTTCAGGATA

3´

|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´?

5

3

外切酶活性能切除引物和突变的DNA片段。

3

5

外切酶活性

能辨认错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性2024/5/437第10章-DNA复制DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢDNA聚合酶的种类原核生物真核生物DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

2024/5/438第10章-DNA复制(一)原核生物的DNA聚合酶(DNA-polⅠ)催化DNA聚合参与DNA损伤的应急状态修复错误校读切除引物填补空隙功能2040400分子数/细胞1011亚基数--+5外切酶活性+++

5外切酶活性+++5聚合酶活性DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI2024/5/439第10章-DNA复制首先被发现，当时称为复制酶(replicase)单肽链，二级结构以α-螺旋为主，可划为18个α-螺旋肽段。含量最多，400个/细胞。用特异的蛋白酶处理后可水解成两个片段:—小片段(N端)—大片段(C端)DNA聚合酶Ⅰ(DNA-polⅠ)2024/5/440第10章-DNA复制DNAPolI功能：对复制中的错误进行校读；对复制和修复中出现的空隙进行填补;去除RNA引物。DNAPolI的三种酶活性区域2024/5/441第10章-DNA复制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-polⅠKlenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究中常用的工具酶。

FG2024/5/442第10章-DNA复制•具有5

→3

的聚合酶活性。•只是在无polⅠ及polⅢ的情况下暂时起作用。•对模板的特异性不高,参与DNA损伤的应急状态修复(SOS修复)。DNA聚合酶Ⅱ(DNA-polⅡ)2024/5/443第10章-DNA复制功能：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。

由10种亚基组成不对称的聚合体DNA聚合酶Ⅲ(DNA-polⅢ)2024/5/444第10章-DNA复制DNApolⅢ核心酶、、亚基组成核心酶，兼有5

→3

的聚合活性和3

→5核酸外切酶活性。

亚基具有5

→3

的聚合活性。

亚基具有3

→5核酸外切酶活性(校正功能)和碱基选择功能，是复制保真所必需的。

亚基可能起组装、维系二聚体的作用。β亚基(DNA夹子)能夹稳模板链，负责酶沿DNA模板滑动的作用。其余亚基统称为γ-复合物,有促进全酶组装至模板上及增强核心酶活性的作用。2024/5/445第10章-DNA复制DNA聚合酶Ⅲ

(核心酶)的三维结构聚合酶活性中心:位于手掌上部，即手指和拇指接合部；3

→5

外切酶活性中心:位于手掌底部。类似于半闭合的右手2024/5/446第10章-DNA复制(二)真核生物的DNA聚合酶填补引物空隙，切除修复，重组延长子链的主要酶，解螺旋酶活性线粒体DNA复制低保真度的复制起始引发，引物酶活性功能3

→5

核酸外切酶活性--+++5

→3

聚合活性中？高高高分子量（kD）16.54.014.012.525.5

DNA-pol

αβγδε2024/5/447第10章-DNA复制DNA-pol

起始引发，有引物酶活性，催化RNA合成DNA-pol

参与低保真度复制，可能是应急修复复制酶

DNA-pol

在线粒体DNA复制中起催化作用DNA-pol

延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性DNA-pol

在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用真核生物DNA聚合酶的功能2024/5/448第10章-DNA复制三、复制保真性的酶学依据复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本原理。复制保真性的酶学机制：（一）DNA-pol的核酸外切酶活性和即时校读

（二）复制的保真性和碱基选择2024/5/449第10章-DNA复制(一)核酸外切酶活性和即时校读功能核酸外切酶(exonuclease)：指能从核酸链的末端把核苷酸依次水解出来的酶。

5核酸外切酶：从端切除核苷酸的核酸外切酶。5

核酸外切酶：从5端切除核苷酸的核酸外切酶。2024/5/450第10章-DNA复制A：DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，DNA-pol不表现

5外切活性。即时校读(proofread)：DNA-polI的

5核酸外切酶活性把错配的碱基水解下来，同时利用5

聚合酶活性补回正确配对的碱基，复制可以继续下去，这种功能称为即时校读。2024/5/451第10章-DNA复制•

DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。•DNA-polIII

亚基具有碱基选择功能。•嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型，与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型。（二）复制的保真性依赖正确的碱基选择2024/5/452第10章-DNA复制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-pol的即时校读功能。DNA复制的精确度极高，在细菌中其误差只有10-8～10-10左右。DNA复制的保真性至少要依赖三种机制2024/5/453第10章-DNA复制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。四、复制中的分子解链及DNA分子拓扑学变化2024/5/454第10章-DNA复制理顺DNA链拓扑异构酶(gyrA,B)稳定已解开的单链单链DNA结合蛋白SSB催化RNA引物生成引物酶DnaG(dnaG)运送和协同DnaBDnaC(dnaC)解开DNA双链解螺旋酶DnaB(dnaB)辨认起始点DnaA(dnaA)蛋白质（基因）通用名功能原核生物复制起始的相关蛋白质（一）解螺旋酶、引物酶和单链DNA结合蛋白2024/5/455第10章-DNA复制解螺旋酶(helicase)又称解链酶或rep蛋白利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。每解开一对碱基，需消耗2分子ATP。DnaBDnaC解链方向解螺旋酶动画2024/5/456第10章-DNA复制引物酶(primase)：是复制起始时催化生成RNA引物的酶。依赖DNA的RNA聚合酶。在大肠杆菌，是dnaG基因的表达产物。催化RNA引物的生成。可以催化游离NTP聚合。引物(primer)：是由引物酶催化生成的短链RNA，引物作用是为DNA聚合提供3'-OH末端。2024/5/457第10章-DNA复制•为177aa的同源四聚体•与DNA单链紧密结合、结合跨度约为32个核苷酸。•表现为正协同效应，是不断地结合、脱离的。SSB的作用：在复制中维持模板处于单链状态并保护单链完整。

单链DNA结合蛋白

(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)2024/5/458第10章-DNA复制2024/5/459第10章-DNA复制拓扑：是指物体或图像作弹性移位而保持物体原有不变的性质。拓扑酶：改变DNA拓扑构象，理顺DNA链。（二）DNA拓扑异构酶(DNAtopoisomerase)10

8局部解链后复制过程正超螺旋的形成2024/5/460第10章-DNA复制解链过程中，DNA分子会过度拧紧、打结、缠绕、连环等现象，即使不出现打结现象，双链的局部打开，也会导致DNA超螺旋的其他部分过度拧转，形成正超螺旋。2024/5/461第10章-DNA复制拓扑异构酶作用特点既能水解、又能连接磷酸二酯键克服解链过程中的打结、缠绕现象

拓扑异构酶Ⅰ

拓扑异构酶Ⅱ分类2024/5/462第10章-DNA复制•曾用名：原核生物—

-蛋白真核生物—转轴酶、解缠酶、切口-封闭酶和松弛酶•主要作用：切开DNA双链中的一股，使DNA解链旋转中不打结，在适当时候又把切口封闭，使DNA变为松弛状态。催化反应不需ATP拓扑异构酶I(topoI):2024/5/463第10章-DNA复制拓扑异构酶Ⅰ的作用2024/5/464第10章-DNA复制•在原核生物又叫旋转酶(gyrase)。•无ATP时，能切断正超螺旋DNA双链，使螺旋松弛。•在利用ATP供能下，连接断端，松弛的DNA进入负超螺旋状态。拓扑异构酶II(topoII):2024/5/465第10章-DNA复制拓扑异构酶Ⅱ的作用2024/5/466第10章-DNA复制连接DNA链3

-OH末端和相邻DNA链5

-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。催化作用需要ATP(或NAD+)。五、DNA连接酶2024/5/467第10章-DNA复制DNA连接酶的作用机制分三步进行：①ATP+DNAligase(E)→E-AMP+PPi。②E-AMP上的AMP转移到DNA的5′磷酸根上，使其活化，释放出酶。③活化的5′磷酸根与相邻的3′羟基形成3′，5′-磷酸二酯键，并释放出AMP。

连接酶动画2024/5/468第10章-DNA复制2024/5/469第10章-DNA复制DNA连接酶的功能•DNA连接酶在复制中起最后接合双链中单链缺口的作用，没有连接单独存在DNA单链或RNA单链的作用。•在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。•是基因工程的重要工具酶之一。2024/5/470第10章-DNA复制2024/5/471第10章-DNA复制2024/5/472第10章-DNA复制第三节DNA生物合成过程TheProcessofDNAReplication2024/5/473第10章-DNA复制一、原核生物的DNA生物合成需要解决两个问题：DNA解开成单链，提供模板。合成引物，提供3

-OH末端;形成引发体。（一）复制的起始:DNA解链形成引发体2024/5/474第10章-DNA复制5

3

5

3

GATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···

···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACAE.coli复制起始点

oriC

113172932445866166174201209237245

串联重复序列

反向重复序列1.DNA解链:复制起始的解链需要多种蛋白质(主要由DnaA,B,C)参与,它们与复制起始点的特有序列结合，促使其邻近的DNA解链。2024/5/475第10章-DNA复制DnaA蛋白作用：辨认复制起始点•结合oriC的4个9bp反向重复序列形成复制起始复合物。•作用于oriC的3个13bp串联重复序列，DNA在这3个位点解链，形成开放型复合物（opencomplex）。2024/5/476第10章-DNA复制DnaB蛋白作用：解开DNA双链•5

→3

解旋酶作用产生两条复制模板链•激活引物酶DnaG蛋白•DnaB蛋白与引物酶结合，形成引发体DnaC蛋白作用：运送和协同DnaB2024/5/477第10章-DNA复制2024/5/478第10章-DNA复制2.引发体和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。

DnaA

DnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB3

5

3

5

引发体的生成动画2024/5/479第10章-DNA复制3

引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。

3

5

5

引物3'HO5'引物酶•长度一般为11～12个核苷酸,合成方向是5

→3

方向。•提供的3

-OH，可在DNA-polⅢ催化下，利用dNTP生成磷酸二酯键。2024/5/480第10章-DNA复制DNA解成单链 由拓扑异构酶松弛超螺旋，解螺旋酶解开双链，SSB结合到单链上使其稳定。(DNA解成单链动画)2024/5/481第10章-DNA复制DNA复制起始小结2024/5/482第10章-DNA复制（二）复制的延长：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。

领头链连续复制，随从链不连续复制。

5'

3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'

3'DNA-pol2024/5/483第10章-DNA复制领头链的合成2024/5/484第10章-DNA复制随从链的合成2024/5/485第10章-DNA复制同一复制叉上领头链和随从链由同一DNA-polⅢ催化。2024/5/486第10章-DNA复制2024/5/487第10章-DNA复制复制延长简图复制延长动画2024/5/488第10章-DNA复制

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）终止阶段切除引物、填补空缺和连接切口Simianvirus40

复制终止动画2024/5/489第10章-DNA复制大肠杆菌复制过程动画随从链上不连续性片段连接2024/5/490第10章-DNA复制2024/5/491第10章-DNA复制2024/5/492第10章-DNA复制二、真核生物的DNA生物合成哺乳动物的细胞周期DNA合成期2024/5/493第10章-DNA复制真核生物与原核生物DNA复制的差异：•真核生物复制子多、冈崎片段短、复制叉前进速度慢等；•DNA复制从引发进入延伸阶段发生DNA聚合酶

/

转换；•切除冈崎片段RNA引物的是核酸酶RNAseHⅠ和FEN1等。2024/5/494第10章-DNA复制•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)。（一）复制的起始2024/5/495第10章-DNA复制•增殖细胞核抗原(proliferationcellnuclearantigen,PCNA)在复制起始和延长中起关键作用。•真核生物复制起始点比E.coli的oriC短。•酵母DNA复制起始点为11bp富含AT的核心序列，称为自主复制序列(ARS)。•复制起始包括打开复制叉、形成引发体和合成RNA引物。2024/5/496第10章-DNA复制2024/5/497第10章-DNA复制（二）复制的延长

DNA复制从引发进入延伸阶段发生DNA聚合酶

/

转换,PCNA协同DNA聚合酶

/

转换转换DNA链的延长。在复制叉及引物生成后，DNA-polδ通过PCNA的协同作用，逐步取代DNA-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DNA-polα催化合成，然后由PCNA的协同作用，DNA-polδ置换DNA-polα，继续合成DNA子链。核小体的拆分和重新装配还不清楚2024/5/498第10章-DNA复制3

5

5

3

领头链3

5

3

5

亲代DNA随从链引物核小体2024/5/499第10章-DNA复制（三）复制的终止和端粒酶•DNA复制与核小体装配同步进行。•复制中冈崎片段的连接，复制子之间的连接。•染色体DNA呈线状，复制在末端停止。•染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。复制终止包括：岡崎片段、复制子之间的连接。端粒的合成2024/5/4100第10章-DNA复制1.岡崎片段的连接2024/5/4101第10章-DNA复制

2.真核生物的端粒端粒（telomere）是指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构部分，通常膨大成粒状。2024/5/4102第10章-DNA复制功能•维持染色体的稳定性•维持DNA复制的完整性结构特点•由末端DNA序列和蛋白质构成。•末端DNA序列是多次重复的富含G、T碱基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…2024/5/4103第10章-DNA复制端粒酶(telomerase)

线性DNA在复制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出现缩短。故需要在端粒酶（telomerase）的催化下，进行延长反应。2024/5/4104第10章-DNA复制端粒酶(telomerase)端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体，它可以用其RNA为模板，通过逆转录过程对末端DNA链进行延长。端粒酶的分子结构2024/5/4105第10章-DNA复制•端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)•端粒酶协同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)•端粒酶逆转录酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)端粒酶(telomerase)组成端粒酶的特点•由RNA和蛋白质构成的复合物•为特殊的逆转录酶，能以自身的RNA为模板逆转录合成端粒DNA•合成端粒DNA，维持端粒的长度端粒酶的功能2024/5/4106第10章-DNA复制端粒酶的爬行模型（动画演示）2024/5/4107第10章-DNA复制成年人端粒比胚胎细胞端粒短老化与端粒酶活性下降有关肿瘤的发生与端粒酶活性有关端粒酶不一定能决定端粒的长度端粒及端粒酶的意义2024/5/4108第10章-DNA复制原核生物与真核生物DNA复制的主要差别原核生物真核生物DNA聚合酶DNApolI、Ⅱ、ⅢDNA-polI:5

外切酶活性DNA-polI:错误校读/切除引物/填补空隙DNApolⅡ:参与DNA损伤应急修复DNApolⅢ：主要DNA复制酶DNApolⅢ核心酶DNApolα、β、γ、δ、εDNApolα:起始引发，引物酶活性DNApolβ:应急修复复制酶DNApolγ:线粒体DNA复制酶DNApolδ:主要复制酶,解螺旋酶活性DNApolε：校读、修复和填补缺口起始阶段DnaA蛋白、DnaB蛋白、DnaC蛋白、引物酶、SSB蛋白单个复制起始点DNApolα、DNApolδ、增殖细胞核抗原、复制因子多个复制起始点延长阶段DNA聚合酶Ⅲ单复制子DNA聚合酶

/

转换多复制子终止阶段冈崎片段长冈崎片段的连接DNApolI切除RNA引物冈崎片段短冈崎片段的连接和端粒的合成核酸酶RNAseHI和FEN1切除RNA引物2024/5/4109第10章-DNA复制第四节逆转录和其他复制方式ReverseTranscriptionandOtherDNAReplicationWays2024/5/4110第10章-DNA复制逆转录

(reversetranscription)在逆转录酶的催化下，以RNA为模板合成DNA的过程，又称反转录。RNADNA

逆转录酶一、逆转录病毒和逆转录酶

2024/5/4111第10章-DNA复制逆转录酶(reversetranscriptase)从RNA病毒中发现，能催化以RNA为模板合成双链DNA的酶，全称为依赖RNA的DNA聚合酶。有三种活性：RNA指导的DNA聚合活性

RNaseH活性

DNA指导的DNA聚合活性2024/5/4112第10章-DNA复制逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA模板逆转录酶DNA-RNA

杂化双链RNA酶单链DNA逆转录酶双链DNA2024/5/4113第10章-DNA复制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cDNAcDNAcomplementaryDNA逆转录酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ碱水解

TTTT2024/5/4114第10章-DNA复制二、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。

2024/5/4115第10章-DNA复制三、滚环复制和D环复制

滚环复制(rollingcirclereplication)是某些低等生物的复制形式,如

X174和M13噬菌体等,感染型是单链DNA。特点：复制不需引物而在开链的3

-OH延伸，保持闭环的对应链为模板，一边滚动一边复制。2024/5/4116第10章-DNA复制滚环复制动画2024/5/4117第10章-DNA复制2024/5/4118第10章-DNA复制

D环复制(D-loopreplication)

是线粒体DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的复制形式。由DNA聚合酶-g催化。特点：制起始点不在双链DNA同一位点，内、外环复制有时序差别。2024/5/4119第10章-DNA复制D环复制H链L链2024/5/4120第10章-DNA复制第五节DNA损伤（突变）与修复DNADamage(Mutation)andRepair2024/5/4121第10章-DNA复制突变(mutation)：DNA突变（DNA损伤，DNAdamage)：

是由遗传物质结构改变而引起的遗传信息的改变。从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。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。包括各种突变类型、碱基的损伤和DNA链的断裂。2024/5/4122第10章-DNA复制进化过程是突变的不断发生所造成的。没有突变就没有今天的五彩缤纷的世界。遗传学家认为：没有突变就不会有遗传学。大量的突变都属于由遗传过程自然发生的，叫自发突变或自然突变（spontaneousmutation）。一、突变的意义(一)突变是进化、分化的分子基础2024/5/4123第10章-DNA复制这种突变只有基因型的改变，而没有可察觉的表型改变。多态性(polymophism)：是用来描述个体之间的基因型差别现象。利用DNA多态性分析技术，可识别个体差异和种、株间差异。(二)只有基因型改变的突变，形成DNA的多态性2024/5/4124第10章-DNA复制突变发生在对生命至关重要的基因上，可导致个体或细胞的死亡。(三)致死性的突变可导致个体、细胞的死亡(四)突变是某些疾病的发病基础包括遗传病、肿瘤及有遗传倾向的病。有些已知其遗传缺陷所在。但大多数尚在研究中。2024/5/4125第10章-DNA复制二、引发突变的因素自发性:自然错配率约为10-9～10-10

左右。物理因素:如UV(ultraviolet)、各种辐射。化学因素:烷化剂、碱基类似物、以及其他一些人工合成或环境中存在的化学物质，这些诱发突变的化学物质,称为致癌剂。生物因素:抗菌素类、黄曲霉素和病毒等。2024/5/4126第10章-DNA复制物理因素2024/5/4127第10章-DNA复制化学因素常见的化学诱变剂化合物类别作用点分子改变碱基类似物如：5-BUA®5-BU®G-A--T--G--C-羟胺类（NH2OH）T®C-T--A--C--G-亚硝酸盐（NO2）C®U-G--C--A--T-烷化剂如：氮芥类，NitrominsG®mGG®mGDNA缺失G2024/5/4128第10章-DNA复制三、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)

2024/5/4129第10章-DNA复制DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation)发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。

1.转换发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。

2.颠换（一）错配2024/5/4130第10章-DNA复制镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val

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his

·

leu

·

thr

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pro·

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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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pro·

glu

·

glu

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C肽链CTCGAG基因

1949年波林发现镰刀型细胞贫血症（病人的红血细胞为镰刀形）