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第第第 DNA 第第第第第 DNA Biosynthesis

第十章 DNA 的生物合成

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第十章 DNA 的生物合成. DNA Biosynthesis. DNA 是大多数生物的遗传物质的载体. DNA 的主要生物学功能:. 1. 遗传信息的载体或贮库. 2. 可以进行忠实地复制,传代. 3. 可接受某些偶然的变化,即突变. 第一节 DNA 复制的基本特性. Basic Characters of DNA Replication. 复制 (replication) —— 指在生物体内以亲代 DNA 分子两条链为模板,合成两个子代 DNA 分子的过程. DNA 复制的基本特性. 半保留复制. 半不连续复制. 双向复制. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 第十章     DNA 的生物合成

第十章 DNA 的生物合成

DNA Biosynthesis

Page 2: 第十章     DNA 的生物合成

DNA 是大多数生物的遗传物质的载体

DNA 的主要生物学功能:

1. 遗传信息的载体或贮库

2. 可以进行忠实地复制,传代

3. 可接受某些偶然的变化,即突变

Page 3: 第十章     DNA 的生物合成

第一节

DNA 复制的基本特性

Basic Characters of DNA Replication

Page 4: 第十章     DNA 的生物合成

复制 (replication) —— 指在生物体内以亲代 DNA 分子两条链为模板,合成两个子代 DNA 分子的过程

AGGTACTGCCACTGG

TCCATGACGGTGACC

AGGTACTGCCACTGG

TCCATGACGGTGACC

AGGTACTGCCACTGG

TCCATGACGGTGACC

+

ĸÁ´DNA Á½̧ö ×Ó́ú DNA·Ö×Ó

3¡¯ 3¡¯

3¡¯ 3¡¯5¡¯

5¡¯5¡¯

5¡¯5¡¯ 3¡¯

5¡¯3¡¯

Page 5: 第十章     DNA 的生物合成

DNA 复制的基本特性

半保留复制

半不连续复制

双向复制

特定的复制起点

需要引物

Page 6: 第十章     DNA 的生物合成

一、半保留复制(semiconservative replication)

DNA 复制时,亲代 DNA 双螺旋解开成为两条单链,各自作为模板,按照碱基配对规律合成一条与模板相互补的新链,形成两个子代 DNA 分子。每一个子代 DNA 分子中都保留有一条来自亲代的链。这种 DNA 复制的方式称为半保留复制。

Page 7: 第十章     DNA 的生物合成

含 15N-DNA 的细菌

第一代细菌

第二代细菌

培 养 于 普通培养基

继续培养于普通培养基

轻 DNA 沉降的位置

重 DNA沉降的位

中等密度 DNA 沉降的位置

DNA 半保留复制的实验证明

Page 8: 第十章     DNA 的生物合成

T

G

C

A

C

G

T

DNA 的半保留复制

A

C

G

T

A

G

C

T

G

C

A

C

G

T

A

C

G

T

A

G

C

T

G

C

A

C

G

TA

C

G

T

A

G

C

T

G

C

A

C

G

TA

C

G

T

A

G

C

Page 9: 第十章     DNA 的生物合成
Page 10: 第十章     DNA 的生物合成

二、 DNA 复制的方向和方式

模板 DNA 的阅读方向是 3’→ 5’

新链的延伸方向是 5’→ 3’

Page 11: 第十章     DNA 的生物合成

P PP3’

5’

P

P

P

OH

PC

G

A

T

A

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

temp

late

Prim

er and

the d

irection of n

ew

strand

P

Mechanism of DNA replication

Page 12: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

Mechanism of DNA replication

3’

5’Prim

er and

the d

irection of n

ew

strand

temp

late

Page 13: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

3’

5’Prim

er and

the d

irection of n

ew

strand

Mechanism of DNA replication

temp

late

Page 14: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

PC

3’

5’Prim

er and

the d

irection of n

ew

strand

temp

late

Mechanism of DNA replication

Page 15: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

PC

3’

5’Prim

er and

the d

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temp

late

Mechanism of DNA replication

Page 16: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

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G

C

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T

PC

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5’Prim

er and

the d

irection of n

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strand

temp

late

Mechanism of DNA replication

Page 17: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

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5’

G

C

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A

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T

PG

PC

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3’

5’Prim

er and

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temp

late

Mechanism of DNA replication

Page 18: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

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A

T

T

PG

PC

PA

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5’Prim

er and

the d

irection of n

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strand

temp

late

Mechanism of DNA replication

Page 19: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

PG

PC

PA

PT

3’

5’Prim

er and

the d

irection of n

ew

strand

temp

late

Mechanism of DNA replication

Page 20: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

PG

PC

PA

PT

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5’Prim

er and

the d

irection of n

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strand

temp

late

Mechanism of DNA replication

Page 21: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

PG

PC

PA

PT

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5’Prim

er and

the d

irection of n

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strand

temp

late

Mechanism of DNA replication

Page 22: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

PG

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PT

PA

3’

5’Prim

er and

the d

irection of n

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strand

temp

late

Mechanism of DNA replication

Page 23: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

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A

T

T

PG

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PA

PT

PA

3’

5’Prim

er and

the d

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strand

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late

Mechanism of DNA replication

Page 24: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

PG

PC

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PT

PA

3’

5’

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Prim

er and

the d

irection of n

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strand

temp

late

Mechanism of DNA replication

Page 25: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

PG

PC

PA

PT

PA

3’

5’

OH

Prim

er and

the d

irection of n

ew

strand

temp

late

Mechanism of DNA replication

Page 26: 第十章     DNA 的生物合成

P

P

P

P

P

P

3’

5’

G

C

T

A

T

T

PG

PC

PA

PT

PA

3’

5’

OHP PP

A

Prim

er and

the d

irection of n

ew

strand

temp

late

Mechanism of DNA replication

Go to 35

Page 27: 第十章     DNA 的生物合成

DNA 复制时碱基的配对规律: A=T G≡C

Page 28: 第十章     DNA 的生物合成
Page 29: 第十章     DNA 的生物合成

DNA 的复制泡 及复制叉

origin  原核生物的 DNA

为环状,复制时要在特定的复制起始点上开始解链,形成“复制泡”,并向两个方向解链,形成两个复制叉。

复制叉 复制叉

Page 30: 第十章     DNA 的生物合成

AGGTACTGCCACTGG

TCCATGACGGTGACC

AGGTACTGCCACTGG

TCCATGACGGTGACC

CCACTGG

GGTGACC

AGGTACTGCCACTGG

TCCATGACGGTGACC

+

5¡¯

5¡¯

5¡¯ 3¡¯3¡¯

3¡¯ 3¡¯ 3¡¯

3¡¯ 3¡¯5¡¯

5¡¯5¡¯

5¡¯5¡¯ 3¡¯

5¡¯3¡¯

亲代的 DNA 复制叉的形成 两个子代的 DNA 分子

Page 31: 第十章     DNA 的生物合成

三、半不连续复制

领头链 (leading strand)

随从链 (lagging strand)

冈崎片段 (Okazaki fragment)

Page 32: 第十章     DNA 的生物合成

3¡¯

3¡¯

5¡¯

5¡¯5¡¯ ¸´ ÖƲæµÄ½âÁ ·́½Ïò

3¡¯

5¡¯

3¡¯

3¡¯

5¡¯

5¡¯

5¡¯¸´ ÖƲæµÄ½âÁ ·́½Ïò

3¡¯

5¡¯

领头链

随从链

冈崎片段

Page 33: 第十章     DNA 的生物合成

四、复制的保真性

新链的延伸过程严格遵守碱基配对的规律,即A = T , G ≡ C 。

DNA 聚合酶对碱基的选择能力,能选择与亲代模板链正确配对的碱基进入子链相应的位置。

校读修正错配碱基,通过 DNA 聚合酶的 3′→5′外切酶活性,在碱基发生错配时,及时切除并更换上正确碱基。

Page 34: 第十章     DNA 的生物合成

第二节

DNA 复制的反应体系

Reaction System for DNA Replication

Page 35: 第十章     DNA 的生物合成

DNA 复制的反应体系组成有:

① 模板 (template) , DNA 的两条单链均作为模板② 主要的复制酶, DNA dependent DNA polymerase or DDDP, DNA pol

④ 引物 (primer) ,是一段短的特殊 RNA

③ 底物 (substrate) , dNTP

⑤ 其他的酶和蛋白质因子,包括拓朴异构酶、解螺旋酶、 DNA 单链结合蛋白、引物酶、 DNA 连接酶等

Page 36: 第十章     DNA 的生物合成

一、 DNA 聚合酶 DNA dependent DNA polymerase , DD

DP ,或 DNA pol

功能:

5’→3’ 聚合活性

外切活性5’→3’ 外切活性

3’→5’ 外切活性

Go to 26

Page 37: 第十章     DNA 的生物合成

3’ 5’

5’ 3’

5’→3’ 外切活性

3’ 5’

5’ 3’

3’ 5’

5’ 3’

Page 38: 第十章     DNA 的生物合成

3’→5’ 外切活性

3’ 5’

5’ 3’

3’ 5’

5’ 3’

3’ 5’

5’ 3’

Page 39: 第十章     DNA 的生物合成

( 一 ) 原核生物 DNA 聚合酶

E coli 中的 DNA 聚合酶,已知有三种,分别为 DNA pol I , DNA pol II , DNA pol III

5’→3’ 聚合活性

外切活性5’→3’ 外切活性

3’→5’ 外切活性

切除引物

校读作用

Page 40: 第十章     DNA 的生物合成

DNA 聚合酶Ⅰ的校读作用

3′ 5′

3′5′

DNA pol I 的 3′→5′ 外切活性

错配碱基

AG A G C T T A AA G C G T G C G G T A T G

TC T C G A A T TA C G C A C G C C A C

Page 41: 第十章     DNA 的生物合成

DNA polⅠ DNA pol DNA pol Ⅱ Ⅲ分子组成 单一多肽链 不清 10 种亚基的不对称二

聚体生物学活性( 1 ) 5′→3′ 聚合活性

聚合活性低 有 聚合活性高

( 2 ) 3′→5′ 外切酶活性

有 有 有

( 3 ) 5′→3′ 外切酶活性

有 无 无

功能 ① 校读作用 无其他酶时发挥作用

① 主要的复制酶

② 修复填补 ② 校读作用

E . coli 中三种 DNA 聚合酶的比较

Page 42: 第十章     DNA 的生物合成

DNA pol Ⅲ 的不对称异源二聚体结构

γ 复合物

核心酶

¦Á ¦Á¦Å ¦Å¦È ¦È

¦Â2¦Â2¦Ó2

(¦Ä ¦Ä' ¦Ö ¦×)2

¦Ã2

核心酶

Page 43: 第十章     DNA 的生物合成

DNA 聚合酶种类 生物学功能

DNA 聚合酶 α 有引物酶活性,参与复制的引发过程

DNA 聚合酶 β 主要参与 DNA 的修复过程

DNA 聚合酶 γ 参与线粒体中 DNA 的复制

DNA 聚合酶 δ 是最主要的复制酶,参与链的延伸

DNA 聚合酶 ε 参与修复过程

( 二 ) 真核生物 DNA 聚合酶

Page 44: 第十章     DNA 的生物合成

二、 DNA 解螺旋酶、 DNA 拓扑异构酶、单链 DNA 结合蛋白 ( 一 ) DNA 解螺旋酶 (helicase)

每解开一对碱基,需消耗 2 分子 ATP

功能:

使 DNA 双链解开成为单链

现知为 Dna B 蛋白

Page 45: 第十章     DNA 的生物合成

( 二 ) DNA 拓扑异构酶 (topoisomerase )

功能:

使 DNA 超螺旋旋松,理顺超螺旋,便于 DNA 解链

既能水解 、又能连接磷酸二酯键

特点:

Page 46: 第十章     DNA 的生物合成

表 10-2 E . coli 的拓扑异构酶

拓扑异构酶Ⅰ 拓扑异构酶Ⅱ

亚型topoⅠ DNA gyrase ( topoⅡ)topo Ⅲ topo Ⅳ

功能 切断 DNA 双链中的一股,松弛后再封闭

切断 DNA 的双股链,松弛后再封闭

是否需要ATP

不需要 需要

Page 47: 第十章     DNA 的生物合成

( 三 ) DNA 单链结合蛋白 ( DNA single strand binding protein, DBP or SSB)

功能:

与解开的 DNA 单链结合,稳定并保护 DNA 单链

* 防止单链重新形成双螺旋,保持模板的单链状态以便于复制* 防止单链模板被核酸酶水解

意义:

Page 48: 第十章     DNA 的生物合成

三、引物酶和引发体 (primase, primosome ) 引物酶,即 Dna G 蛋白,催化引物的生成

引发体,由 ori C , Dna A 、 Dna B 、 Dna C 及 Dna G 组成

引物为一段短的 RNA 片段

为什么需要引物?

DNA 聚合酶不能催化游离的 dNTP 聚合

Page 49: 第十章     DNA 的生物合成

Formation of an open complex at Ori C

Page 50: 第十章     DNA 的生物合成

四、 DNA 连接酶 (DNA ligase)

功能

  催化 DNA 分子中两段相邻单链片段的连接,但不能连接单独存在的 DNA 单链

   DNA 连接酶催化的反应是耗能的,在真核生物中利用 ATP供能,而在原核生物中则消耗 NAD+

Page 51: 第十章     DNA 的生物合成

5' 3'

5'3'P OH

DNAÁ¬½ÓøATP(NAD+)

ADP+Pi (NMN +AMP )5' 3'

3' 5'

DNA 连接酶的作用

真核生物 原核生物

Page 52: 第十章     DNA 的生物合成

第三节

DNA 复制过程

DNA Replication Process

Page 53: 第十章     DNA 的生物合成

  生物体在细胞分裂之前要完成 DNA 复制。 DNA 复制是一个连续酶促反应的复杂过程,大致分为复制的起始、延伸及终止三个阶段 。

Page 54: 第十章     DNA 的生物合成

一、原核生物 DNA 复制的基本过程 ( 一 ) 复制的起始

  原核生物 DNA 复制起始以形成引发体 (pri

mosome) ,催化引物 (primer) 的生成为标志。

Page 55: 第十章     DNA 的生物合成

1. DNA 拓扑异构酶松解超螺旋,解螺旋酶使DNA 双链解开

SSB

3

5

3

5

Dna B

DNA 拓扑异构酶

Dna A

Dna C

复制是在一个特定的起始点上开始, E coli 的复制起始点 ori C 有特殊的碱基组成,四个 9 核苷酸组成的一致性序列 TTATCCACA 能被 Dna A所识别及结合,在 Dan C 的帮助下,解螺旋酶 Dna B 结合到该区,使 DNA局部解链。

Page 56: 第十章     DNA 的生物合成

E. coli 的 ori C 结构。剪头所示为四个 9 核苷酸序列,黑括弧内所示为 245 个碱基组成的最小复制起始区。 GATC 为 Bgl II 内切酶识别位点。

GGATCCTGgnTATTAAAAAGAA[GATCTnTTTATTTAGAGATCTGTTnTATT

101 150

200

nTTtAAGATCAAnnnnnTggnAAGGATCncTAnCTGTGAATGATCGGTGA

201 250

TtnAnCAgAGTTATCCAC]AntnGAnnGcnn-GAT

GTGATCTCTTATTAGGATCGnnntnnnnTGTGGATAAgnngGATCCnn

TCCTGGnCCGTATAAGCTGGGATCAnAATGngGGnTTATACACAgCtCA

AAAncgnACaaCGGTTaTTCTTTGGATAACTACCGGTTGATCCAAGCTT

501

51 100

151

Page 57: 第十章     DNA 的生物合成

SSB

3

5

3

5

Dna B

DNA 拓扑异构酶

引物酶

Dna C

Dna A

含有解螺旋酶 (Dna B ) 、 Dna A 、 DnaC

、引物酶和 DNA 复制起始区域的复合结构称为引发体。

2. 引发体的组装及引物的形成

Page 58: 第十章     DNA 的生物合成

3

5

3

5

引物酶

在引发体引物酶的作用下,催化合成一段短的RNA 作为引物

Page 59: 第十章     DNA 的生物合成

( 二 ) 复制的延伸

当引物合成后, DNA 聚合酶可在引物的3’-OH 基础上逐步催化脱氧核苷酸的聚合,以 3’-5’ 磷酸二酯键相连,使新链不断向前延伸。

3

5

3

5

DNA pol III

本质: 3’-5’ 磷酸二酯键的不断生成

Page 60: 第十章     DNA 的生物合成

DN

A

复制的延伸过

领头链的合成 (DNA pol III)

DNA 拓扑异构酶 II( DNA gyrase )

随从链的合成

RNA 引物RNA 引物引物酶

随从链的合成 (DNA pol III)

解螺旋酶

复制叉的前进方向

Page 61: 第十章     DNA 的生物合成

( 三 ) 复制的终止

从一个亲代 DNA 分子到两个子代 DNA 分子的合成结束

细菌的环状 DNA 从两个复制叉向前复制延伸,在同一个终止点上结束

两个复制叉上的延伸速度可以是不同的

E coli 的复制起始点在 82 位点,终止点在 32位点

Page 62: 第十章     DNA 的生物合成

E. Coli 基因组结构

复制起始点复制终止点

82 位点

32 位点

Page 63: 第十章     DNA 的生物合成

在复制的终止阶段,要切除引物,并填补引物切除后留下的空隙。对于 E coli DNA

的复制,主要由 DNA pol Ⅰ 发挥这一作用。最后,由 DNA 连接酶将不连续的片段进行连接,从而成为完整的 DNA 分子。

Page 64: 第十章     DNA 的生物合成
Page 65: 第十章     DNA 的生物合成

二、真核生物 DNA 复制的特点

真核生物 DNA 复制也比原核生物的复制过程复杂得多,在细胞的 S期完成 DNA 复制

真核生物 DNA 复制为多点双向复制,有多个复制起始点,形成多个复制子

真核生物的 DNA 复制与核小体装配同步进行

真核生物的 DNA末端有端粒结构,由端粒酶催化形成

Page 66: 第十章     DNA 的生物合成

Replication fork dynamics in eukaryrotes真核生物的 DNA 复制叉及其复制过程

Page 67: 第十章     DNA 的生物合成

ori ori ori

真核生物 DNA 的多点双向复制

两个复制起始点之间的一段序列为一个复制单位,也称复制子

Page 68: 第十章     DNA 的生物合成

三、滚环复制 一些简单的环状 DNA如质粒、病毒 DNA 或

F 因子经接合作用转移 DNA 时,采用滚环复制 (rolling cycle replication )

滚环复制时,亲代双链 DNA 的一条链在复制起点处被切开, 5' 端游离出来。 DNA pol Ⅲ 可以将脱氧核苷酸聚合在 3'-OH端。

外环的 5’-端不断向外侧伸展,作为模板指导另一条链的合成延伸

Page 69: 第十章     DNA 的生物合成

3-OH5-P

3-OH5-P

5'

5 33 55'

5 33 5

5

5

5

3

33

3

5'

5

5

5

3

33

3

5'

DNA 的滚环复制

Page 70: 第十章     DNA 的生物合成

四、端粒 DNA 及端粒酶

由特殊 DNA 即短的 GC丰富区重复序列 (repeats of short, GC-rich sequences) 及蛋白质组成,覆盖在染色体两个末端的庞大结构,称为端粒

端粒的概念

对维持染色体 DNA 的稳定,防止 DNA 链的缩短有重要意义

端粒的功能

Page 71: 第十章     DNA 的生物合成

端粒的特征序列

端粒的重复序列有种属特异性,在四膜虫为TTGGGG / AACCCC;在脊椎动物包括人为 TTAGGG / AATCCC

端粒酶 (telomerase)

是一种由 RNA 及蛋白质组成的复合酶

以端粒酶中的 RNA 为模板,经逆转录而延伸末端的 DNA

Page 72: 第十章     DNA 的生物合成

•人的端粒酶 (telomerase) 组成

•端粒酶 RNA (human telomerase RNA, hTR

)

•端粒酶协同蛋白 (human telomerase associa

ted protein 1, hTP1)

•端粒酶逆转录酶 (human telomerase reverse

transcriptase, hTRT)

Page 73: 第十章     DNA 的生物合成

第四节

DNA 损伤、突变和修复

DNA Damage (Mutation) and Repair

Page 74: 第十章     DNA 的生物合成

DNA 突变 (DNA mutation ) 或基因突变是指 DNA 分子中有碱基的改变,也称 DNA

损伤 (DNA Damage )

DNA 碱基的改变可发在复制过程中,或在某些理化因素作用下引起 DNA 突变

Page 75: 第十章     DNA 的生物合成

一、引起 DNA损伤的因素

1. 物理因素,如紫外线,幅射等

  紫外线可使 DNA 分子中相邻的两个嘧啶碱基发生共价交联形成嘧啶二聚体。

O

HHO

HH

H

H

P N

NH

O

O

O

HO

HHHH

Pi N

HN

O

O

O

HO

UV

¹â ÐÞ̧´ ø

O

HOH

HHHH

P

N NH

O

OO

HO

O

HO

HHHH

Pi

N

HN

O

O

O

O

O

Turn to 81

Page 76: 第十章     DNA 的生物合成

2. 化学因素

  包括一些药物、化学试剂、食品添加剂、工业排出废物、汽车排放废气、某些农药等。

  亚硝酸盐或亚硝胺类可使碱基发生突变,如胞嘧啶脱氨突变为尿嘧啶

  氮芥类烷化剂能使碱基或核糖被烷基化。

  苯并比类使 DNA 中嘌呤碱基产生共价交联。

Page 77: 第十章     DNA 的生物合成

Ames试验

  是一种回复突变试验,用于新化学品、药物遗传毒性的初筛。

  利用组氨酸依赖性鼠沙门氏菌为检测菌株,受试物如有诱变性,可使回复突变菌落明显增加,并有剂量依赖性。

Page 78: 第十章     DNA 的生物合成

3. 生物因素

  某些病毒或噬菌体的感染,可导致基因的突变,与某些肿瘤或癌症的发生密切相关。

  乙肝病毒为噬肝细胞的部分双链 DNA病毒,可整合至宿主染色体 DNA ,其整合及表达产物均可引起宿主细胞基因突变及表达失常。   乙肝病毒感染人群发生肝癌的危险度为非感染人群的 100倍以上。

Page 79: 第十章     DNA 的生物合成

二、基因突变类型 1. 点突变

2. 缺失、插入及框移突变

3. 重排

   DNA 分子上的碱基发生错配称为点突变,包括碱基的转换、颠换

  包括多个碱基或一段核苷酸序列的缺失、插入 ,常导致翻译的读码框架改变,称框移突变

   DNA 分子中的某个片段从一位置转到另一个位置,或不同 DNA 分子间 DNA 片段的转移及重新组合

Page 80: 第十章     DNA 的生物合成

三、 DNA损伤的修复

  即通过细胞内一系列酶系统的作用,消除DNA 分子上的突变部位,使其恢复正常结构

主要类型

光修复 (light repair)

切除修复 (excision repair)

重组修复 (recombinational repair) SOS 修复 (SOS repair)

Page 81: 第十章     DNA 的生物合成

1 、光修复 (light repair)

300~ 600nm范围内的光波可激活细胞内的光修复酶 (photolyase) ,该酶能特异地识别共价交联的嘧啶二聚体,断裂两个嘧啶环间形成的共价键,使二聚体解聚,恢复 DNA 原来的结构

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Page 82: 第十章     DNA 的生物合成

2 、切除修复 (excision repair)

(1) 碱基切除修复 (base excision repair ,BER)

  切除修复可分为碱基切除修复和核苷酸切除修复等方式,其基本过程包括识别、切除、修补和连接。

  指切除和替换由内源性化学物质作用产生的 DNA 碱基损伤, DNA糖基化酶 (DNA glycosylase)参与此过程。

Page 83: 第十章     DNA 的生物合成

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碱基切除修

Page 84: 第十章     DNA 的生物合成

(2) 核苷酸切除修复 (nucleotide excision repair, NER)

  原核细胞中,由 Uvr A 、 Uvr B 和 Uvr C 蛋白形成 ABC 切除核苷酸酶复合物,在损伤点 5′ 端第 8

个磷酸二酯键和 3′ 端第 15 个磷酸二酯键切除包括损伤部位在内的一段碱基,留下缺口由 DNA 聚合酶 I 和DNA 连接酶来修补

Page 85: 第十章     DNA 的生物合成

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原核生物核苷酸的切除修

Page 86: 第十章     DNA 的生物合成

3. 重组修复 (recombinational repair)

当 DNA 分子损伤来不及修复完善时所采用的修复机制

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Page 87: 第十章     DNA 的生物合成

  人类这种切除核苷酸酶活性由 8~ 10 个蛋白协同完成

  着色性干皮病基因 (xereoderma pigmentosum pomplementary group , XP) 产物为 XPA~ XPG , ERCC 系列

  有切除核苷酸酶活性

XP产物功能

  该系列基因如产生突变,可造成切除修复缺陷,对光尤其是紫外光非常敏感,癌变率很高。

Page 88: 第十章     DNA 的生物合成

4. SOS 修复 ( SOS repairing )

  生物体内 DNA损伤面较大的紧急状态下诱导产生的一种修复机制。

  不能将大范围内受损伤的 DNA完全精确地修复,留下的错误较多,故也称为错误倾向修复 (error-prone repair ) 。

  在一定程度下保证细胞的存活,但有较高的突变率。

Page 89: 第十章     DNA 的生物合成

第一个发现的 DNA 修复缺陷性遗传病 :

  着色性干皮病 (xeroderma pigmentosum, XP) 是一种人类常染色体隐性遗传病。

临床表现:

  患者 DNA 切除修复功能缺陷,对紫外线照射引起的皮肤细胞 DNA损伤不能修复,长期受日光或紫外线照射时易发生皮肤癌,常伴有神经系统障碍,智力低下等。

Page 90: 第十章     DNA 的生物合成

第五节

逆转录现象和逆转录酶

Reverse transcription and Reverse transcriptase, or antitranscriptase

Page 91: 第十章     DNA 的生物合成

逆转录 ( transcription )概念

  含有逆转录酶的 RNA病毒是通过逆转录( 反转录 ) 过程传递遗传信息的,即以 RNA 为模板,指导 DNA 的合成,也称为反转录或逆转录。 逆转录酶 (reverse transcriptase, or antitran

scriptase )

  是一种依赖 RNA 的 DNA 聚合酶 (RNA dependent DNA polymerase , RDDP) ,是一多功能酶。

Page 92: 第十章     DNA 的生物合成

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逆转录过程

Page 93: 第十章     DNA 的生物合成

  大多数逆转录病毒有致癌作用,因而将其称之为 RNA肿瘤病毒。

   RNA肿瘤病毒对动物的致瘤作用非常广泛,可诱发白血病、肉瘤、淋巴瘤和乳腺瘤等。

已知 RNA病毒:

  人类免疫缺陷病毒 (human immuno- deficiency virus, HIV) ,可引起艾滋病。

  小鼠白血病病毒MuLV ,可引起淋巴瘤及白血病。

Page 94: 第十章     DNA 的生物合成

总 结

一、 DNA 复制的基本特性

二、 DNA 复制的反应体系

三、 DNA 复制的基本过程

四、 DNA损伤与修复

五、 逆转录与逆转录酶

Page 95: 第十章     DNA 的生物合成

谢 谢!!