生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習課件：第10章dna的生物合成

基因診斷疾病診斷親子鑒定性別鑒定基因診斷疾病診斷第三篇基因信息的傳遞

中心法則第三篇基因信息的傳遞龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會打洞！DNA---RNA---蛋白龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會打洞！DNA---RNA---蛋生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習ppt課件：第10章dna的生物合成生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習ppt課件：第10章dna的生物合成第三篇基因信息的傳遞基因是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)DNA（脫氧核糖核酸）分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應(yīng)的DNA分子片段;2)生物活性產(chǎn)物編碼的DNA功能片斷;第三篇基因信息的傳遞基因是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)第三篇基因信息的傳遞

中心法則第三篇基因信息的傳遞

第10章

DNA的生物合成第10章復(fù)制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈DNA為模板合成子鏈DNA的過程。堿基配對規(guī)律和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是復(fù)制的分子基礎(chǔ),其化學(xué)本質(zhì)是酶促的生物細胞內(nèi)單核苷酸聚合.復(fù)制親代DNA子代DNA復(fù)制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以母鏈D生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習ppt課件：第10章dna的生物合成本章主要內(nèi)容：

復(fù)制的基本規(guī)律

DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓撲學(xué)變化復(fù)制的過程逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式

DNA損傷（突變）與修復(fù)本章主要內(nèi)容：復(fù)制的基本規(guī)律復(fù)制的基本規(guī)律BasicRulesofDNAReplication第一節(jié)復(fù)制的基本規(guī)律第一節(jié)復(fù)制的方式——半保留復(fù)制(semi-conservativereplication)雙向復(fù)制(bidirectionalreplication)半不連續(xù)復(fù)制(semi-discontinuousreplication)復(fù)制的基本規(guī)律復(fù)制的方式——半保留復(fù)制(semi-conservativ一、半保留復(fù)制是DNA復(fù)制的基本特征DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全從新合成。兩個子細胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。半保留復(fù)制的概念:一、半保留復(fù)制是DNA復(fù)制的基本特征DNA生物合成時，母鏈AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉子代DNAATCGATTAATAT+母鏈DNA復(fù)制過程中形成的復(fù)制叉子子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式:

全保留式半保留式混合式子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式:全保留式細菌培養(yǎng)細菌培養(yǎng)密度梯度實驗:——實驗結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。含重氮-DNA的細菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第二代梯度離心結(jié)果密度梯度實驗:——實驗結(jié)果支持半保留復(fù)制的設(shè)想。含重氮-D按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。半保留復(fù)制的意義:遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對的。按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子原核生物復(fù)制時，DNA從起始點(origin)向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制。二、DNA復(fù)制從起始點向兩個方向延伸形成雙向復(fù)制復(fù)制中的放射自顯影圖像原核生物復(fù)制時，DNA從起始點(origin)向兩個方向解鏈A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點B.復(fù)制中的兩個復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(termination,ter)oriterABCA.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點oriterA真核生物每個染色體有多個起始點，是多復(fù)制子的復(fù)制。習慣上把兩個相鄰起始點之間的距離定為一個復(fù)制子(replicon)

。復(fù)制子是獨立完成復(fù)制的功能單位。5’3’oriorioriori5’3’真核生物每個染色體有多個起始點，是多復(fù)制子的復(fù)制。習慣上把兩5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制3’5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’三、DNA一股子鏈復(fù)制的方向與解鏈方向相反導(dǎo)致半不連續(xù)復(fù)制3

5

3

5

解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)三、DNA一股子鏈復(fù)制的方向與解鏈方向相反導(dǎo)致半不連續(xù)復(fù)制3順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)

。另一股鏈因為復(fù)制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續(xù)延長，這股不連續(xù)復(fù)制的鏈稱為隨從鏈(laggingstrand)

。復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段(okazakifragment)。領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。順著解鏈方向生成的子鏈，復(fù)制是連續(xù)進行的，這股鏈稱為領(lǐng)頭鏈(DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓撲學(xué)變化第二節(jié)TheEnzymologyandTopologyofDNAReplicationDNA復(fù)制的酶學(xué)和拓撲學(xué)變化第二節(jié)TheEnzymol參與DNA復(fù)制的物質(zhì):底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP；聚合酶(polymerase):

依賴DNA的DNA聚合酶，簡寫為DNA-pol；模板(template):

解開成單鏈的DNA母鏈；引物(primer):

提供3

-OH末端使dNTP可以依次聚合；其他的酶和蛋白質(zhì)因子。參與DNA復(fù)制的物質(zhì):底物(substrate):dAT一、核苷酸和核苷酸之間生成磷酸二酯鍵是復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng)(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi一、核苷酸和核苷酸之間生成磷酸二酯鍵是復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng)(d聚合反應(yīng)的特點:DNA新鏈生成需引物和模板；新鏈的延長只可沿5→3

方向進行。聚合反應(yīng)的特點:DNA新鏈生成需引物和模板；PCR機器PCR機器底物(substrate):dNTP聚合酶(polymerase):

模板(template):引物(primer)緩沖體系

底物(substrate):dNTP二、DNA聚合酶催化核苷酸之間聚合全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡稱：DNA-pol活性：1.5

3

的聚合活性2.核酸外切酶活性二、DNA聚合酶催化核苷酸之間聚合全稱：依賴DNA的DNA聚5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′3

5

外切酶活性:5

3

外切酶活性:?能切除突變的DNA片段。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性:5′AGCTTCAG（一）原核生物的DNA聚合酶分為三型DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ（一）原核生物的DNA聚合酶分為三型DNA-polⅠ原核生物的DNA聚合酶原核生物的DNA聚合酶模型擬南介

果蠅模型擬南介果蠅基因敲除小鼠基因敲除小鼠功能：DNA-polⅠ（109kD）對復(fù)制中的錯誤進行校讀，對復(fù)制和修復(fù)中出現(xiàn)的空隙進行填補。功能：DNA-polⅠ（109kD）對復(fù)制中的錯誤進行校323個氨基酸小片段5

核酸外切酶活性大片段/Klenow片段

604個氨基酸DNA聚合酶活性

5

核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是實驗室合成DNA，進行分子生物學(xué)研究中常用的工具酶。

323個氨基酸小片段5核酸外切酶活性大片段/KlDNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)生突變，細菌依然能存活。DNA-polⅡ?qū)δ０宓奶禺愋圆桓撸词乖谝寻l(fā)生損傷的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此認為，它參與DNA損傷的應(yīng)急狀態(tài)修復(fù)。DNA-polⅡ（120kD）DNA-polII基因發(fā)生功能：DNA-polⅢ(250kD)是原核生物復(fù)制延長中真正起催化作用的酶。功能：DNA-polⅢ(250kD)是原核生物復(fù)制延（二）常見的真核細胞DNA聚合酶有五種DNA-pol

起始引發(fā)，有引物酶活性。延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。參與低保真度的復(fù)制。在復(fù)制過程中起校讀、修復(fù)和填補缺口的作用。在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

DNA-pol

（二）常見的真核細胞DNA聚合酶有五種DNA-pol起始真核生物的DNA聚合酶真核生物的DNA聚合酶三、核酸外切酶的校讀活性和堿基選擇功能是復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)復(fù)制按照堿基配對規(guī)律進行，是遺傳信息能準確傳代的基本原理。此外還需酶學(xué)的機制來保證復(fù)制的保真性。三、核酸外切酶的校讀活性和堿基選擇功能是復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)（一）核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認切除錯配堿基并加以校正核酸外切酶(exonuclease)是指能從核酸鏈的末端把核苷酸依次水解出來的酶，外切酶是有方向性的。（一）核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認切除錯配堿基并加以校正核酸外A：DNA-pol的外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對的底物。B：堿基配對正確，DNA-pol不表現(xiàn)活性。DNApolⅠ的校讀功能A：DNA-pol的外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合活性摻（二）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇DNA聚合酶靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價（氫鍵）與共價（磷酸二酯鍵）鍵的有序形成。嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)能形成順式和反式構(gòu)型，與相應(yīng)的嘧啶形成氫鍵配對，嘌呤應(yīng)處于反式構(gòu)型。

（二）復(fù)制的保真性依賴正確的堿基選擇DNA聚合酶靠其大分子結(jié)遵守嚴格的堿基配對規(guī)律；聚合酶在復(fù)制延長時對堿基的選擇功能；復(fù)制出錯時DNA-pol的及時校讀功能。DNA復(fù)制的保真性至少要依賴三種機制：遵守嚴格的堿基配對規(guī)律；DNA復(fù)制的保真性至少要依賴三種機制保真性絕句復(fù)錯不要緊,只要較對真,錯了我一個,還有后來酶.保真性絕句復(fù)錯不要緊,四、復(fù)制中的分子解鏈伴有DNA分子拓撲學(xué)變化DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。

四、復(fù)制中的分子解鏈伴有DNA分子拓撲學(xué)變化DNA分子的堿（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)E.Coli基因圖E.Coli基因圖解螺旋酶(helicase)

——利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈。引物酶(primase)——復(fù)制起始時催化生成RNA引物的酶。單鏈DNA結(jié)合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護單鏈的完整。解螺旋酶(helicase)——利用ATP供能，作用于氫鍵108局部解鏈后（二）DNA拓撲異構(gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài)、理順DNA鏈復(fù)制過程正超螺旋的形成：108局部解鏈后（二）DNA拓撲異構(gòu)酶改變DNA超螺旋狀態(tài)、解鏈過程中正超螺旋的形成解鏈過程中正超螺旋的形成既能水解、又能連接磷酸二酯鍵。

拓撲異構(gòu)酶Ⅰ

拓撲異構(gòu)酶Ⅱ拓撲異構(gòu)酶分類：拓撲異構(gòu)酶作用特點：既能水解、又能連接磷酸二酯鍵。拓撲異構(gòu)酶Ⅰ拓撲異構(gòu)酶分類拓撲異構(gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當時候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。拓撲異構(gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進入負超螺旋狀態(tài)。作用機制：拓撲異構(gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)拓撲酶的作用方式：拓撲酶的作用方式：五、DNA連接酶連接DNA雙鏈中的單鏈缺口連接DNA鏈3

-OH末端和相鄰DNA鏈5

-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。DNA連接酶(DNAligase)作用方式：五、DNA連接酶連接DNA雙鏈中的單鏈缺口連接DNA鏈3-HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP5’3’5’3’DNA連接酶的作用：HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP5’3’5’3’DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能：DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。功能：提供核糖3

-OH提供5

-P結(jié)果DNA聚合酶引物或延長中的新鏈游離dNTP去PPi(dNTP)n+1連接酶復(fù)制中不連續(xù)的兩條單鏈不連續(xù)→連續(xù)鏈拓撲酶切斷、整理后的兩鏈改變拓撲狀態(tài)DNA聚合酶，拓撲酶和連接酶催化3

,5

-磷酸二酯鍵生成的比較

提供核糖3-OH提供5-P結(jié)果DNA聚合酶引物或延長中的DNA生物合成過程TheProcessofDNAReplication第三節(jié)DNA生物合成過程第三節(jié)（一）復(fù)制起始：DNA解鏈形成引發(fā)體需要解決兩個問題：1.DNA解開成單鏈，提供模板。2.形成引發(fā)體，合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成（一）復(fù)制起始：DNA解鏈形成引發(fā)體需要解決兩個問題：1.E.coli復(fù)制起始點oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

串聯(lián)重復(fù)序列

反向重復(fù)序列5

3

5

3

1.DNA解鏈E.coli復(fù)制起始點oriCGATTNTTTATTT生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習ppt課件：第10章dna的生物合成DnaADnaB、DnaCDNA拓撲異構(gòu)酶引物酶SSB3

5

3

5

2.引發(fā)體和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。DnaADnaB、DnaCDNA3

5

3

5

引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。引物3'HO5'引物酶3535引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。引物生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習ppt課件：第10章dna的生物合成（二）復(fù)制的延長過程：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制復(fù)制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。

（二）復(fù)制的延長過程：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制復(fù)制的5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTP領(lǐng)頭鏈的合成：領(lǐng)頭鏈的子鏈沿著5

→3

方向可以連續(xù)地延長。領(lǐng)頭鏈的合成：領(lǐng)頭鏈的子鏈沿著5→3方向可以連續(xù)地延長。隨從鏈的合成隨從鏈的合成復(fù)制過程簡圖復(fù)制過程簡圖生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習ppt課件：第10章dna的生物合成原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(ter)處匯合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）復(fù)制的終止過程：切除引物、填補空缺、連接切口原核生物基因是環(huán)狀DNA，雙向復(fù)制的復(fù)制片段在復(fù)制的終止點(5

5

5

RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

PATPADP+Pi5

5

DNA連接酶

隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接：555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP5生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習ppt課件：第10章dna的生物合成生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習ppt課件：第10章dna的生物合成哺乳動物的細胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DNA生物合成細胞能否分裂，決定于進入S期及M期這兩個關(guān)鍵點。G1→S及G2→M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復(fù)制因子而實施調(diào)控作用。哺乳動物的細胞周期DNA合成期G1G2SM二、真核生物的DN真核生物每個染色體有多個起始點，是多復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制有時序性，即復(fù)制子以分組方式激活而不是同步起動。

復(fù)制的起始需要DNA-polα（引物酶活性）和polδ（解螺旋酶活性）參與。還需拓撲酶和復(fù)制因子(replicationfactor,RF)。（一）真核生物復(fù)制的起始與原核基本相似真核生物每個染色體有多個起始點，是多復(fù)制子復(fù)制。復(fù)制有時序性增殖細胞核抗原（proliferationcellnuclearantigen，PCNA）在復(fù)制起始和延長中起關(guān)鍵作用。PCNA為同源三聚體，具有與E.coliDNA聚合酶Ⅲ的β亞基相同的功能和相似的構(gòu)象，即形成閉合環(huán)形的可滑動DNA夾子，在RFC的作用下PCNA結(jié)合于引物－模板鏈；并且PCNA使polδ獲得持續(xù)合成能力。PCNA水平也是檢驗細胞增殖的重要指標。增殖細胞核抗原（proliferationcellnuc細胞能否分裂，決定于進入S期及M期這兩個關(guān)鍵點。G1→S及G2→M的調(diào)節(jié)，與蛋白激酶活性有關(guān)。蛋白激酶通過磷酸化激活或抑制各種復(fù)制因子而實施調(diào)控作用。相關(guān)的激酶都有調(diào)節(jié)亞基即細胞周期蛋白(cyclin)，和催化亞基即細胞周期蛋白依賴激酶(cyclindependentkinase，CDK)。

細胞能否分裂，決定于進入S期及M期這兩個關(guān)鍵點。G1→S及GCDK相匹配的周期蛋白作用點CDK2CyclinD1,D2,D3G1期CyclinEG1→S期CyclinAS期CDK3和CDK4CyclinD1,D2,D3G2期CDK1（CDC2）CyclinA,BG2→M期哺乳類動物的周期蛋白和CDKCDK相匹配的周期蛋白作用點CDK2CyclinD1,D哺乳類動物細胞內(nèi)還發(fā)現(xiàn)天然抑制CDK的蛋白質(zhì)，例如錨蛋白(ankynin)是CDK4的特異性抑制物，P21蛋白能抑制多種CDK。錨蛋白和P21蛋白的抑制/活化可使細胞周期開放/關(guān)閉，因此被形容為細胞周期的檢查點(checkpoint)蛋白。哺乳類動物細胞內(nèi)還發(fā)現(xiàn)天然抑制CDK的蛋白質(zhì)，例如錨蛋白(aDNA-polδ和polα分別兼有解螺旋酶和引物酶活性。在復(fù)制叉及引物生成后，DNA-polδ通過PCNA的協(xié)同作用，逐步取代polα，在RNA引物的3

-OH基礎(chǔ)上連續(xù)合成領(lǐng)頭鏈。隨從鏈引物也由polα催化合成。然后由PCNA協(xié)同，polδ置換polα，繼續(xù)合成DNA子鏈。（二）真核生物復(fù)制的延長發(fā)生DNA聚合酶α/δ轉(zhuǎn)換DNA-polδ和polα分別兼有解螺旋酶和引物酶活性。3

5

5

3

領(lǐng)頭鏈3

5

3

5

親代DNA隨從鏈引物核小體真核生物復(fù)制叉的延長：3553領(lǐng)頭鏈3535親代DNA隨從鏈引物核染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。復(fù)制中岡崎片段的連接，復(fù)制子之間的連接。染色體兩端DNA子鏈上最后復(fù)制的RNA引物，去除后留下空隙。（三）端粒酶參與解決染色體末端復(fù)制問題染色體DNA呈線狀，復(fù)制在末端停止。（三）端粒酶參與解決染色5

3

3

55

3

3

5+5

3

3

3

3

5

5

53355335+5333355線性DNA復(fù)制的末端線性DNA復(fù)制的末端端粒(telomere)

指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)。端粒的功能：維持染色體的穩(wěn)定性維持DNA復(fù)制的完整性端粒的結(jié)構(gòu)特點：由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。末端DNA序列是多次重復(fù)的富含G、C堿基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…端粒(telomere)指真核生物染色體線性DNA分子末端端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶協(xié)同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

組成：端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humant端粒酶催化作用的爬行模型端粒酶催化作用的爬行模型逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式ReverseTranscription&OtherDNAReplicationWays第四節(jié)逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式第四節(jié)雙鏈DNA是大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)。某些病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。少數(shù)低等生物如M13噬菌體，它的感染型只含單鏈DNA。原核生物的質(zhì)粒，真核生物的線粒體DNA，都是染色體外存在的DNA。這些非染色體基因組，采用特殊的方式進行復(fù)制。雙鏈DNA是大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)。某些病毒的遺傳物質(zhì)是RNA逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)逆轉(zhuǎn)錄(reversetranscription)

逆轉(zhuǎn)錄酶一、逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組是RNA，其復(fù)制方式是逆轉(zhuǎn)錄RNADNA逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)逆轉(zhuǎn)錄病毒細胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象:RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA雜化雙鏈RNA酶單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄病毒細胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象:RNA模板逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RRNA病毒在細胞內(nèi)復(fù)制成雙鏈DNA的前病毒(provirus)。前病毒保留了RNA病毒全部遺傳信息，并可在細胞內(nèi)獨立繁殖。在某些情況下，前病毒基因組通過基因重組(recombination)，參加到細胞基因組內(nèi)，并隨宿主基因一起復(fù)制和表達。這種重組方式稱為整合(integration)。前病毒獨立繁殖或整合，都可成為致病的原因。RNA病毒在細胞內(nèi)復(fù)制成雙鏈DNA的前病毒(provirus生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習ppt課件：第10章dna的生物合成分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此法稱為cDNA法。

以mRNA為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄合成的與mRNA堿基序列互補的DNA鏈。試管內(nèi)合成cDNA:cDNAcomplementaryDNA逆轉(zhuǎn)錄酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ堿水解

TTTT分子生物學(xué)研究可應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄酶，作為獲取基因工程目的基因的重要二、逆轉(zhuǎn)錄的發(fā)現(xiàn)發(fā)展了中心法則逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)。

逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說明：至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達功能。對逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了20世紀初已注意到的病毒致癌理論。

二、逆轉(zhuǎn)錄的發(fā)現(xiàn)發(fā)展了中心法則逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生

滾環(huán)復(fù)制(rollingcirclereplication)三、噬菌體DNA按滾環(huán)方式復(fù)制和線粒體DNA按D環(huán)方式復(fù)制是某些低等生物的復(fù)制形式，如

X174和M13噬菌體等。滾環(huán)復(fù)制(rollingcirclereplicati3

-OH5

-P5

5

5

3

3

3

3

5'滾環(huán)復(fù)制5'

5

3

3

5

3-OH5-P55533335'滾環(huán)復(fù)制5dNTPDNA-polγD環(huán)復(fù)制(D-loopreplication)是線粒體DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)的復(fù)制形式。

dNTPDNA-polγD環(huán)復(fù)制(D-loopreplD-環(huán)復(fù)制時需合成引物。mtDNA為雙鏈，第一個引物以內(nèi)環(huán)為模板延伸。至第二個復(fù)制起始點時，又合成另一個反向引物，以外環(huán)為模板進行反向的延伸。最后完成兩個雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制。復(fù)制中呈字母D形狀而得名。D環(huán)復(fù)制的特點是復(fù)制起始點不在雙鏈DNA同一位點，內(nèi)、外環(huán)復(fù)制有時序差別。D-環(huán)復(fù)制時需合成引物。mtDNA為雙鏈，第一個引物以內(nèi)環(huán)為DNA損傷（突變）與修復(fù)DNADamage(Mutation)&Repair第五節(jié)DNA損傷（突變）與修復(fù)第五節(jié)DNA突變具體指個別dNMP殘基以至片段DNA在構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化，也稱為DNA損傷(DNAdamage)。從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。DNA突變具體指個別dNMP殘基以至片段DNA在構(gòu)成、復(fù)制或一、突變在生物界普遍存在（一）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)從長遠的生物史看，進化過程是突變的不斷發(fā)生所造成的。大量的突變都是屬于這種類型，只是目前還未能認識其發(fā)生的真正原因，因而名為自發(fā)突變或自然突變(spontaneousmutation)。一、突變在生物界普遍存在（一）突變是進化、分化的分子基礎(chǔ)從長生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習ppt課件：第10章dna的生物合成（二）只有基因型改變的突變形成DNA的多態(tài)性這種突變沒有可察覺的表型改變，例如在簡并密碼子上第三位堿基的改變，蛋白質(zhì)非功能區(qū)段上編碼序列的改變等。這些現(xiàn)象也相當普遍。多態(tài)性(polymorphism)一詞用來描述個體之間的基因型差別現(xiàn)象。（二）只有基因型改變的突變形成DNA的多態(tài)性這種突變沒有可察（三）致死性的突變可導(dǎo)致個體、細胞的死亡

（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)（三）致死性的突變可導(dǎo)致個體、細胞的死亡美人魚綜合癥

美人魚綜合癥是一種罕見的先天性缺陷，兩條腿融合在一起，看起來像“美人魚”。估計在大約十萬個新生兒中會有一例。嬰兒通常因為并發(fā)腎臟和膀胱異常，會在出生后一兩天內(nèi)死亡。目前，利用外科手術(shù)可以將融合的下肢，或融合的內(nèi)臟分離。實驗證明骨形成蛋白-7可能在此疾病的發(fā)病中起作用。美人魚綜合癥美人魚綜合癥是一種罕見的先天性缺陷，兩條腿融合7

阿諾德綜合癥這個基因突變是以人的名字命名的，相傳有個叫阿諾德的人，他娶了7個妻子，生了很多孩子，這并沒有什么，可是阿諾德身體內(nèi)的骨頭要比正常的人少，到七十這也并沒有什么，可是他并不知道這種病是要傳染的，所以阿諾德的后代的身體內(nèi)的骨頭都要比正常人少

7

阿諾德綜合癥這個基因突變是以人的名字命名的，相傳有個二、多種化學(xué)或物理因素可誘發(fā)突變大量的突變屬于自發(fā)突變，發(fā)生頻率只不過在10-9左右。但由于生物基因組龐大，細胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。實驗室用來誘發(fā)突變，也是生活環(huán)境中導(dǎo)致突變的因素，主要有物理和化學(xué)因素。二、多種化學(xué)或物理因素可誘發(fā)突變大量的突變屬于自發(fā)突變，發(fā)生物理因素：紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV物理因素：紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻化學(xué)因素：化學(xué)因素：三、引起突變的分子改變類型有多種錯配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)

框移(frame-shift)

三、引起突變的分子改變類型有多種錯配(mismatch)框DNA分子上的堿基錯配稱點突變(pointmutation)。自發(fā)突變和不少化學(xué)誘變都能引起DNA上某一堿基的置換。點突變發(fā)生在基因的編碼區(qū)，可導(dǎo)致氨基酸改變。（一）錯配可導(dǎo)致編碼氨基酸的改變DNA分子上的堿基錯配稱點突變(pointmutation鐮形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

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C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

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C肽鏈CTCGAG基因鐮形紅細胞貧血病人鐮形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val·hNormalvsSickleCellsWithhigherconcentrationofHbS(eg.SCD)andlowoxygenlevels,HbSformspolymersinsideredbloodcells.HbSpolymerscauseredbloodcellstoform“sickle”shapes.Sickleshapedredbloodcellshavedecreasedabilitytotravelthroughbloodvesselswhich,inturn,mayclogbloodvesselsinorgansandleadtolossoftissuefunction.SickleCellNormalCellNormalvsSickleCellsWithhig癥狀在西非，100人中有3人得此病，在美國黑人中，400人中有1人得此病。癥狀可能在出生后幾個月內(nèi)的嬰兒身上出現(xiàn)，但更常見的是1~3歲才開始出現(xiàn)。在嬰兒期，疾病的最初癥狀是手腳腫痛、腹部疼痛、發(fā)燒、蒼白、黃疸、食欲不振和焦慮不安。各種年齡的人都容易受到感染，但絕大多數(shù)的感染可能在嬰兒期突然發(fā)生并造成死亡。在兒童和成人中，鐮形血球危象可能伴有發(fā)燒、虛弱、身體任何部位劇疼，常見的部位有：臂、腿、頭、背、腹和關(guān)節(jié)。鐮形細胞危象引起的結(jié)果是：生長遲緩，青春期推遲，髖關(guān)節(jié)受損的殘廢性變形，疼痛性腿潰瘍，突然發(fā)生的中風引起癱瘓，等等。然而，除非發(fā)生了影響大腦的并發(fā)癥，一般情況下，該病不會引起智力遲鈍。

癥狀在西非，100人中有3人得此病，在美國黑人中，400人中診斷依據(jù)返回陽性家族史外周血Hb電泳或Hb層析分析發(fā)現(xiàn)HbS血細胞形態(tài)學(xué)改變HbS與其他Hb病的雙重雜合子，如HbSC、HbSE、HbSD等，其臨床表現(xiàn)可與鐮狀細胞貧血相似，統(tǒng)稱為鐮形變綜合征診斷依據(jù)返回陽性家族史HbS與其他Hb病的雙重雜合子，如Hbβ鏈第6位谷氨酸被賴氨酸替代.純合子型(HbC病),輕度貧血脾腫大.非洲和中東地區(qū).HbC病血象：小紅細胞癥,較多靶形紅細胞HbC晶體包涵物.

返回β鏈第6位谷氨酸被賴氨酸替代.返回β鏈第26位谷氨酸被賴氨酸替代.純合子型(HbE病),輕度貧血小紅細胞癥.雜合子型(攜帶者)無癥狀.東南亞地區(qū)多見.HbE病血象：小紅細胞癥,較多靶形紅細胞返回β鏈第26位谷氨酸被賴氨酸替代.返回圖10-29膀胱癌細胞c-rasH基因點突變，基因表達產(chǎn)物僅12號氨基酸的變異圖10-29膀胱癌細胞c-rasH基因點突變，基因表達產(chǎn)物生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)習ppt課件：第10章dna的生物合成（二）缺失、插入和框移突變造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變?nèi)笔В阂粋€堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。插入：原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。缺失或插入都可導(dǎo)致框移突變。框移突變是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。（二）缺失、插入和框移突變造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變?nèi)惫壤业敖z5’……GCA

GUA

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GUC……丙纈組纈正常5’……GAG

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UC……缺失C缺失引起框移突變：谷