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1、第十章DNA的生物合成（复制）DNA Replication,遗传信息传递的中心法则,DNA的生物合成：细胞内合成DNA的过程1、复制：以DNA作为模板指导的DNA合成，即将DNA携带的信息传至子代DNA。2、反转录：DNA合成也可以RNA为模扳指导合成作用，见于RNA病毒。3、修复合成：当各种因素引起DNA损伤时，损伤DNA可修复合成，校正错误，完成正确合成，以保持DNA结构 的稳定性和遗传信息的准确性。,第一节 DNA 复制 一、复制的特征（一）半保留复制-semiconservative replication 两个子代分子中各有一条链来自亲代，各有另一条新合成的链，这种复制方式叫半保留
2、复制。提问 DNA的合成是否为全保留复制方式？DNA的合成是否为混合式复制方式？DNA的合成是否为半保留复制方式？实验证据：1957年 M.Meselson 和F.W.Stahl用大 肠杆菌为材料，在含15N和14N的NH4cl中培养证实了半保留复制方式。（图11-1）Cscl梯度离心的结果。（图11-2）,（二）复制的起始点与方向 亲代DNA开链，复制起始点呈叉型移动。（图11-3）1、复制起始点：DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此部位称复制起始点。（图11-3加）原核：仅含一个，约245 bp,特殊的重复序列。真核：多个起始点 例：酵母17号染色体含400个。2、复制方向：含三种机
3、制 2个起点，2个叉，各合一条链（腺病毒）。一个起点一个叉，同方向合成两条链（质粒ColEI一个起点2个叉，不同方向合成两条链，此为常见方式。（图11-4）,（三）半不连续合成semidiscontinuous replication,在DNA复制过程中，一条链是连续合成的，而另一条链是不连续合成。体内仅含催化53合成的DNA酶。60年代冈琦片段的发现解决了这个问题：合成53前导链（leading strand）是连续的，方向与复制叉一致。合成3 5随从链时，方向与叉相反，合成不连续，各片段连成一条链。（图11-5）,打结与解结环连与解环连（图11-6）（2）解链酶（helicase）-复制蛋
4、白rep 作用：ATP供能时，解开DNA双链。原核：编码解链酶的基因是dnaB,DnaB表示蛋白产物。前导链结合rep蛋白，随从链 结合解链酶II（图11-7）。（3）单链结合蛋白-single strand binding protein-SSB 作用：SSB与解开DNA单链结合，保护稳定DNA。与新复制DNA单链结合，以防降解。超螺旋DNA 拓扑酶 松弛 解链酶 解开双链 SSB 复制开始,2、引发（需引发酶及引发前体参与）（1）引物酶（primase）作用：以DNA为模板，自53合成RNA小片段,3末端为-OH，长短：十几到几十个核苷酸。原核：dnaG基因编码DnaG蛋白即引物酶。（2）
5、引发前体（preprimosome）由多种蛋白因子组成复合物。作用：合成RNA引物，沿随从链复制叉的行进方向移动，在不同部位，合成RNA引物。总结：合成RNA引物，在引物3-OH末段进行DNA片段合成。（表11-1）（二）DNA链的延长反应体系：DNA模板，DNA聚合酶，dNTP，引物，Mg2+离子,过程：引物3-OH dNTP ppi 引物-dNMP反应式：DNA+dNTP（DNA）n+1+ppi 反应机理：（图11-8加1）磷亲核攻击。真核与原核中DNA聚合酶（DNA polymorase-DNApol有几种类型，作用方式相同，但各具特性及功能。1、大肠杆菌DNA聚合酶（3种）（1）pol
6、：催化53的聚合作用，合成20个核苷酸即离开模板，填充空隙。有3 5外切酶活性，去除错误碱基的校对作用。有53外切酶活性，去除RNA引物及修正错误碱基。（图11-8加2）（2）pol：53 DNA合成及3 5外切,酶活性，体内功能不清楚。（3）pol:DNA链延长起主要作用，细菌中1000dNTP/秒加入。3 5外切酶活性，校对作用，与pol 配合错误率降至10-6。（图11-8）（图11-9）（表11-2）（4）DNA复制的保真性：遵守严格的碱基配对规律。聚合酶对碱基的选择功能。聚合酶对错误碱基的校读（proofread）作用。2、真核生物DNA pol特性与大肠杆菌相似，共五种：（表11-
7、3）pol：催化前导链及随从连的合成，需增殖细胞核抗原蛋白PCNA（proliferatating cell nucleus antigen-PCNA）的参与。,Pol:与引发酶配合，参与随从链的合成。RFA(replication factor A):DNA延长中RFA与单链结合起到SSB的作用。（三）终止 连接酶（ligase）：作用-使相邻的DNA片段,以3 5 磷酸二酯键相连，需ATP。反应原理：（图11-10）P5-DNA E-AMP E+ATP E-AMP中间体 E-AMP-5DNA DNA-3-op-5-DNA Ho-3-DNA 前导链是连续合成的，随从链在连接酶作用下连成一条链
8、。拓扑酶DNA复制后 DNA超螺旋装配成染色体（图11-11）,三、真核生物复制的特点1、复制速度：是原核的1/10，但复制起始点多。2、引物和冈琦片段小于原核，引物为10个，片段100200；原核引物十几几十，片段10002000。3、复制需DNA pol及多种因子参加，pol pol 在核内起主要作用。4、pol 为线粒体复制酶。5、DNA复制位于细胞周期的S期。第二节 反转录作用（reverse transcription）RNA指导下的DNA合成作用，以RNA为模板在反转录酶催化下，由dNTP聚合成DNA的作用，新生DNA分子存有RNA基因组的信息。体系 RNA模板、反转录酶、引物tR
9、NA、dNTP Zn2+,一、反转录酶过程背景：1970年Temin等人自Rous肉瘤病毒（RSV）中发现一种酶,此酶催化RNA合成DNA，合成方向53。反转录酶：作用：1、RNA指导的DNA合成。2、RNA水解反应。3、DNA指导的DNA合成。特点：无外切酶活性，转录错误率高2X104。图11-12二、反转录酶病毒（retrovirus）性质：一类RNA病毒，含反转录酶，因致癌又称RNA肿瘤病毒。如HIV-人类免疫缺陷病毒，可引起AIDS。1、组成：核心RNA，蛋白外壳。,2、病毒生活周期：早、晚两期早期：进入细胞后放出病毒RNA DNA整合进宿主染色体。晚期：转录和翻译。例1、RSV基因结
10、构图，全长10kb（图11-13）1、gag:编码四种病毒核心结构蛋白。2、pol:编码反转录酶。3、env:编码外壳蛋白。4、src:编码的蛋白引起细胞转化。5、LTR:调节表达序列。例2、HIV：感染人T4淋巴细胞,使病人丧失免疫能力,死于感染。基因结构含gag、pol、env和两个LTR,功能同RSV。,不同：另含Sor、Trs、tat及3orf，这四种基因变异速度快，给疫苗研制带来困难。三、意义1、补充了中心法则。2、加深了对RNA病毒致癌、致病的认识。3、利用反转录酶，进行基因操作，制备cDNA。,四端粒酶（Telomerase）真核线性染色体末端叫端区，含重复序列TTTGGG。组成
11、：RNA（含端区重复序列约1.5拷贝）蛋白质作用：可作为反转录酶，以含端区DNA重复序列拷贝的RNA作模板，合成端区DNA片段。（图11-14）生物学意义：1、合成端区，保证染色体复制的完整性。2、保护DNA末段降解及相互融合。第三节 DNA的修复合成意义：DNA复制中的错误若保留下来，在体细胞将影响功能；在性细胞将影响后代，体内的修复系统保证了DNA复制的高度精确性。,一、突变的意义1、进化、分化的分子基础。2、基因型改变。（表型不变）3、致死性的突变。（消灭病原体）4、某些疾病的发病基础。二、突变的因素及类型1、DNA损伤因素：物理-紫外线 化学-诱变剂 2、DNA损伤类型：（表11-4）
12、（1）环丁基二聚体：相邻dTTP形成二聚体，干扰DNA合成。大肠杆菌、酵母含光化酶，可切开环丁基环，反应需要光。（2）脱嘌呤作用：正常体内即有碱基与核糖的糖苷键断裂嘌呤脱落。,（3）脱氨基作用：常发生在嘧啶。例如：胞嘧啶脱氨基 尿嘧啶 使C:G改为U:G.（图11-15）三、DNA损伤修复机制1、光修复：略2、切除修复：先切除DNA损伤序列，再合成补充切除的片段。参与的因子 UvrA、UvrB、UvrC（图11-16）3、重组修复：切除错误片段，自另一条复制好的链中找相应片段补充。反应需要RecA等蛋白参与。4、SOS修复：DNA损伤后，应急诱导产生的修复作用称SOS修复，此系统由十几个修复蛋
13、白组成。调控蛋白LexA参与此系统的启动。四、真核生物DNA损伤的修复,1、DNA修复缺陷疾病。（表11-5）2、酵母的紫外损伤修复系：RAD(radiation sensitive,RAD)基因：（1）rad 3基因：编码解链酶（2）rad10基因：编码蛋白与大肠杆菌UvrA及UvrC 蛋白的序列相似，提示与大肠杆菌DNA修复机制相似。,图 11-2 CsCl梯度离心,图 11-3 复制叉,11-3-1 DNA复制起始点,图 11-6 拓扑酶I及II的作用特点,图 11-7 rep解链酶,图 11-8-1 DNA Pol 催化的链延长反应,DNAPol肽链上具有三核酶活性区,图 11-8 DNA Pol III的二聚体作用,图 11-9 DNA Pol III催化前导链与随从链的合成,图11-6 大肠杆菌中DNA聚合酶,表 11-3 真核生物DNA聚合酶,图 11-10 连接反应,图 11-11复制全程,图 11-13 RSV与HIV基因图,图 11-14 端粒酶,表 11-5 与DNA修复缺陷有关的疾病,图 11-15 损伤机制,
