1、分子生物學(xué)中心法則 生物的遺傳信息從生物的遺傳信息從 DNADNA傳遞給傳遞給mRNAmRNA的過的過程稱為轉(zhuǎn)錄。根據(jù)程稱為轉(zhuǎn)錄。根據(jù) mRNA mRNA鏈上的遺傳信息鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過程，合成蛋白質(zhì)的過程，被稱為翻譯或表達。被稱為翻譯或表達。19581958年年CrickCrick將生物將生物 遺傳信息的這種傳遞遺傳信息的這種傳遞方式稱為方式稱為中心法則中心法則。n在某些情況下，RNA也可是遺傳信息的攜帶者，如，RNA病毒能以自己的RNA為模板自我復(fù)制。某些致癌RNA病毒通過逆轉(zhuǎn)錄(reverse transcription)的方式將遺傳信息傳遞給DNA。Reverse trans

2、cription中心法則及補充中心法則及補充第第1919章章 DNA DNA復(fù)制與修復(fù)復(fù)制與修復(fù)n（一）復(fù)制方式：半保留復(fù)制。 物質(zhì)基礎(chǔ)：雙螺旋結(jié)構(gòu)氮標(biāo)記技術(shù)證實了DNA的半保留復(fù)制 n以15NH4Cl為唯一氮源培養(yǎng)大腸桿菌，連續(xù)培養(yǎng)12代，使所有DNA標(biāo)記上15N；n在普通培養(yǎng)基（14N)培養(yǎng)一代后，所有DNA密度介于14N 15N之間；n培養(yǎng)兩代后， 14N和14N 15N雜合分子等量出現(xiàn)。n繼續(xù)培養(yǎng)， 14N分子增多。(深藍深藍: 15N)(粉紅粉紅: 14N)DNADNA半保留復(fù)制的證據(jù)半保留復(fù)制的證據(jù)培養(yǎng)于普培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液通培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)于繼續(xù)培養(yǎng)于 普通培養(yǎng)液普通培養(yǎng)液含含15N

3、-DNA的細菌的細菌普通普通DNA重重DNA第一代第一代中等密度中等密度DNA第二代第二代普通普通DNA中等密度中等密度DNA 二）復(fù)制的方式和特點nDNA的復(fù)制實際上就是以DNA為模板在DNA聚合酶作用下，將游離的四種脫氧三核苷酸(dATP,dGTP,dCTP,dTTP,簡寫為dNTP)聚合成DNA的過程。n這是一個非常復(fù)雜的酶促反應(yīng)，需要許多種酶和蛋白質(zhì)參與。第二節(jié) 原核生物DNA的復(fù)制一、DNA復(fù)制所需原料n1） 底物：dATP，dGTP，dCTP，dTTP，總稱為dNTPn2） DNA聚合酶，DNA-poln3） 模板模板（template）：解開成單鏈的 DNA母鏈n4） 引物引物（

4、primer）：RNA引物n5） 其他酶和蛋白質(zhì)因子其他酶和蛋白質(zhì)因子1 1、DNADNA聚合酶復(fù)制的基本酶聚合酶復(fù)制的基本酶n作用特點：從引物游離3OH開始加入脫氧核苷酸，需要底物，引物，模板，模板，能量，Mg2+。nDNA聚合酶為DNA指導(dǎo)的酶。原核細胞DNA聚合酶539DNA聚合酶聚合酶和和：與突變存活有關(guān)的酶。：與突變存活有關(guān)的酶。DNA-pol 的的 5 3聚合作用聚合作用355335DNA-pol53OHPDNA-pol I 5 3 外切活性外切活性切除引物，切除突變片段切除引物，切除突變片段DNA-pol I 3 5 外切活性：外切活性：校讀（校讀（proofread）功能功能5

5、3AG53小片段小片段 大片段大片段 （Klenow fragment）5 3 聚合功能，聚合功能， 3 5 外切酶活性外切酶活性5 3 外切酶活性外切酶活性DNA pol I的酶切片段的酶切片段EJPNMLHIORQGCDBFAK引物酶引物酶( (PrimasePrimase) ) 5 5 DNA合成需在合成需在RNA引物引物的基礎(chǔ)上進行。的基礎(chǔ)上進行。RNA引物引物5 3 5 3 解除DNA高級結(jié)構(gòu)的酶與蛋白：nDNA復(fù)制從起始點開始復(fù)制時，局部的DNA雙鏈必須打開，主要靠解螺旋酶（helicase)的作用，打開后的單鏈還需要單鏈結(jié)合蛋白與其結(jié)合，防止復(fù)性。n在復(fù)制叉向前移動時造成前方DN

6、A分子產(chǎn)生正超螺旋，必須由拓撲異構(gòu)酶來解決。3 3、解螺旋酶、解螺旋酶 ( (helicase)helicase)解螺旋酶解螺旋酶作用作用：斷裂互補堿基間的氫鍵，使：斷裂互補堿基間的氫鍵，使DNADNA成單鏈成單鏈。基因：基因：dnaA、B、C蛋白：蛋白：DnaA、B、CATP4 4、拓撲異構(gòu)酶、拓撲異構(gòu)酶（topoisomerase,Topotopoisomerase,Topo）一類能調(diào)節(jié)DNA分子超螺旋類型和水平的酶。DNA正超螺旋與負超螺旋正超螺旋與負超螺旋復(fù)制后形成復(fù)制后形成負超螺旋負超螺旋復(fù)制前方形成復(fù)制前方形成正超螺旋正超螺旋DNA雙螺旋雙螺旋拓撲異拓撲異構(gòu)酶構(gòu)酶酶，引入負超螺旋

7、消除復(fù)制叉前方形成的正超螺旋，即消除復(fù)制叉前方形成的正超螺旋，即引入引入負超螺旋負超螺旋。切割。切割DNA雙鏈，雙鏈，此時此時不需不需ATP；爾后由爾后由ATP供能，連接切供能，連接切口。口。不需不需ATP，切割雙鏈切割雙鏈DNA中的中的一鏈一鏈，使，使DNA松弛后松弛后, 連接切口。連接切口。Topo:Topo: 臨床上使用的某些抗腫瘤藥（如喜樹堿臨床上使用的某些抗腫瘤藥（如喜樹堿等）是通過等）是通過抑制抑制Topo酶活性酶活性而殺死腫瘤細胞而殺死腫瘤細胞的。的。作用方式：作用方式：切割切割DNA鏈，使其松弛后再連接。鏈，使其松弛后再連接。5、DNA連接酶連接連接酶連接DNA片斷的酶片斷的酶

8、n連接酶(ligase)的作用是催化相鄰的DNA片段以3、5磷酸二酯鍵相連接。連接反應(yīng)中的能量來自ATP(動物細胞或噬菌體）或NAD（細菌)。n 連接酶要求催化反應(yīng)時缺口處有一條鏈?zhǔn)沁B續(xù)的。不能將兩條游離的DNA分子連接起來。連接酶的催化反應(yīng)連接酶的催化反應(yīng)二、DNA復(fù)制過程(544)n各種生物DNA的復(fù)制過程大同小異，大致包括以下幾個階段。1、起始有固定的起點、起始有固定的起點n（1）識別起始位點 復(fù)制是從DNA分子上的特定部位開始的，這一部位叫做復(fù)制起始點(original replication)常用ori或o表示。多雙向、對稱等速復(fù)制。大腸桿菌的大腸桿菌的ori Cn大腸桿菌染色體DN

9、A復(fù)制起始點ori C由245bp組成，關(guān)鍵序列在于兩組短的重復(fù)：三個13bp和四個9bp組成的保守序列，是大腸桿菌中DnaA蛋白識別的位置。（2）DNA解旋，形成復(fù)制叉n解旋酶、拓撲異構(gòu)酶與復(fù)制起點結(jié)合，解開雙螺旋成兩條局部的單鏈，SSB也隨即結(jié)合上保護單鏈。n（3）RNA引物的合成 引物合成酶結(jié)合上去，形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的引發(fā)體。引物合成酶合成引物合成引物。 起始：起始：Ori C開始，開始，形成復(fù)雜形成復(fù)雜的引發(fā)體，的引發(fā)體，合成合成RNA引物引物2、延伸酶催化以高速度進行n在DNA聚合酶聚合酶的催化下，根據(jù)模板鏈35的核苷酸順序，從引物游離3OH開始加入脫氧核苷酸，直至合成整個DNA片斷。n

10、酶的催化方向：53，所以新生DNA鏈的延伸方向也是53。n兩條鏈復(fù)制又同時進行。如何解決？一條鏈連續(xù)合成，稱為前導(dǎo)鏈；另一條鏈不連續(xù)合成，為滯后鏈。岡崎片斷：以DNA 5 3鏈為模板時合成的不連續(xù)的較短的DNA片斷。The model of DNA-pol III form the catalytic core Links two coresLeading strand synthesisLagging strand synthesis act as a clamp復(fù)制過程：兩條鏈同時進行滯后鏈的合成細節(jié)聚合酶切除引物連接酶連接岡崎片斷聚合酶合成岡崎片斷3、終止n兩復(fù)制叉在終止區(qū)相遇，形成的連

11、鎖體由拓撲異構(gòu)酶分開。終止子ter和終止蛋白Tus防止復(fù)制叉超過終止區(qū)過界復(fù)制。第三節(jié) 真核生物DNA的復(fù)制真核DNA的合成的基本過程類似于原核DNA，不同之處：l 多復(fù)制起點l 至少有五種聚合酶l 端粒的復(fù)制依賴于端粒酶（1）真核細胞多復(fù)制起點（2）真核生物DNA聚合酶n真核生物至少擁有5種DNA聚合酶，分別命名為、及。能在53方向聚合DNA鏈，但功能不盡相同。n 真核細胞中與DNA復(fù)制有關(guān)的酶是DNApol（合成引物）和(合成前導(dǎo)鏈和滯后鏈）。還具有35外切酶的校正功能，并具有解螺旋的作用。n酶和：參與修復(fù)。n酶參與線粒體DNA復(fù)制。n真核生物染色體真核生物染色體DNADNA是線性的，每復(fù)

12、制一是線性的，每復(fù)制一次，子鏈的次，子鏈的55有缺失。有缺失。n33端有特殊的序列端有特殊的序列, ,是線性是線性DNADNA末端復(fù)制末端復(fù)制必需的必需的 - -端粒端粒n作用：穩(wěn)定染色體作用：穩(wěn)定染色體（3 3）端粒及端粒酶）端粒及端粒酶53535353端粒縮短n端粒酶端粒酶（telomerase)telomerase) - -防止端粒縮短的酶防止端粒縮短的酶n組成組成 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)( (DNADNA聚合酶聚合酶) )+RNA(+RNA(合成端粒合成端粒DNADNA的模板的模板) )n唯一攜帶唯一攜帶RNARNA模板的模板的逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶n人端粒酶人端粒酶: : 模板模板(RNA-(RNA

13、-端粒酶端粒酶):3-):3-（UCCCAAUCCCAA）n n-5-5 合成合成(DNA): 5-(DNA): 5-（AGGGTTAGGGTT）n n-3-3n端粒酶和衰老、腫瘤有關(guān)端粒酶和衰老、腫瘤有關(guān)第四節(jié)第四節(jié) 反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄n逆轉(zhuǎn)錄：在RNA指導(dǎo)下DNA的合成。即以RNA為模板，合成DNA的過程。n此過程和一般遺傳信息流轉(zhuǎn)錄的方向相反，故稱為反轉(zhuǎn)錄，催化此過程的DNA聚合酶叫做反轉(zhuǎn)錄酶(reverse transcriptase) 。n反轉(zhuǎn)錄酶不僅普遍存在于RNA病毒中，哺乳動物的胚胎細胞和正在分裂的淋巴細胞中也有反轉(zhuǎn)錄酶。 反轉(zhuǎn)錄酶的活性反轉(zhuǎn)錄酶的活性 n RNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活

14、性：反轉(zhuǎn)錄酶中不具有35外切酶活性，因此沒有校正功能，所以由反轉(zhuǎn)錄酶催化合成的DNA出錯率比較高。nRNase H活性：由反轉(zhuǎn)錄酶催化合成的cDNA與模板RNA形成的雜交分子，由RNase H從RNA5端水解掉RNA分子。nDNA指導(dǎo)的DNA聚合酶活性；以反轉(zhuǎn)錄合成的第一條DNA單鏈為模板，以dNTP為底物，再合成第二條DNA分子。RNA模板模板逆轉(zhuǎn)錄活性逆轉(zhuǎn)錄活性RNaseHRNaseH活性活性RNA:DNA雜化雙鏈雜化雙鏈單鏈單鏈DNADNA pol活性活性整合整合(integration)入細胞基因組入細胞基因組雙鏈雙鏈DNA 病毒基因組通過病毒基因組通過基因基因重組重組插入到宿主細胞基

15、插入到宿主細胞基因組中，稱為因組中，稱為整合整合。tRNA引物引物逆轉(zhuǎn)錄酶將RNA逆轉(zhuǎn)錄成雙鏈DNA，與宿主細胞DNA整合，可能導(dǎo)致癌變！病毒DNA隨宿主細胞復(fù)制，轉(zhuǎn)錄生成RNA并翻譯成蛋白。RNA和蛋白組裝成病毒。第五節(jié)DNA的損傷修復(fù)一、一、DNADNA的損傷（突變）的概念的損傷（突變）的概念nDNA分子一級結(jié)構(gòu)的改變分子一級結(jié)構(gòu)的改變稱為稱為DNA損傷損傷(DNA damage)或突變（或突變（mutation）。）。n自發(fā)突變：自發(fā)突變：大多數(shù)突變屬此類，原因不明。大多數(shù)突變屬此類，原因不明。n誘發(fā)突變：誘發(fā)突變：由理化因素誘發(fā)由理化因素誘發(fā) 物理因素（紫外、高能射線、電離輻射） 化學(xué)

16、因素（5-F-U，烷基化試劑、亞硝酸鹽、堿基類 似物）二、突變的類型二、突變的類型1. 點突變點突變（point mutation） 也稱錯配也稱錯配（mismatch）DNA鏈上堿基的置換鏈上堿基的置換CTCGluCACValHbA 肽鏈肽鏈HbA 基因基因HbS 基因基因HbS 肽鏈肽鏈ATGC2. 缺失、插入和相應(yīng)的缺失、插入和相應(yīng)的框移突變框移突變5. UCACGACAUAUG.35.UCAGCGACAUAUG.3絲絲精精組組蛋蛋絲絲丙丙蘇蘇酪酪5. UCAGACAUAUG.3絲絲天天異亮異亮插入插入缺失缺失正常正常框移突變框移突變是最嚴(yán)重的突變是最嚴(yán)重的突變！三、修復(fù)：n（一）直接修復(fù)（一）直接修復(fù)n（二）切除修復(fù)（二）切除修復(fù)- - 主要的修復(fù)方式n（三）（三） 錯配修復(fù)錯配修復(fù)n（四）（四） SOS SOS修復(fù)修復(fù) n（五）（五） 重組修復(fù)重組修復(fù)(二)切除修復(fù)n即在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷的部分切除掉，并以完整的那一段為模板，合成出切去的部分，從而使DNA恢復(fù)正常。這是一種比較普遍的修復(fù)機制。補充：PCR反應(yīng)n聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Polyme