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。,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复制。,（二）半不连续合成semidiscontinuous replication,在DNA复制过程中，一条链是连续合成
2、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）,二、复制过程和参与酶及因子 （一）复制的起始（分两步） 1、螺旋的松弛与解链 （1）拓扑异构酶-能改变DNA空间构型的酶 作用： DNA复制时松弛超螺旋，以利复制叉的行进及DNA合成，合成后再引向超螺旋。 功能：不清楚，可催化体外拓扑异构化反应，分两型。,打结与解结 环连与解环连 （图11-6） （2）解链酶 -复制蛋白rep 作用：
3、ATP供能时，解开DNA双链。 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-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）引物酶 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。,（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
4、+1+ppi 反应机理：（图11-8加1）磷亲核攻击。,1、真核与原核中DNA聚合酶（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 ： 催化53的聚合作用，合成20 个核苷酸即离开模板，填充空隙。（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。 （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
5、11-3） pol ：催化前导链及随从连的合成， Pol:与引发酶配合，参与随从链的合成。 RFA:DNA延长中RFA与单链结合，起到SSB的作用。,（三）终止 连接酶：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） 前导链是连续合成的，随从链在连接酶作用下连成一条链。 拓扑酶 DNA复制后 DNA超螺旋装配成染色体（图11-11）,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
6、录酶、引物tRNA、dNTP Zn2+,一、反转录酶过程反转录酶： 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基因结构图，全长10kb （图11-13） 1、gag:编码四种病毒核心结
7、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。,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） （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
8、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白组成。调 控蛋白LexA参与此系统的启动。 四、真核生
9、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,
