分子生物学染色体与dna省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第2章章 染色体与染色体与DNA第一节第一节 遗传基本单位遗传基本单位基因基因第二节第二节 原核生物基因结构特点原核生物基因结构特点第三节第三节 真核生物基因结构特点真核生物基因结构特点第四节第四节 DNA复制复制第五节第五节 DNA损伤与修复损伤与修复第六节第六节 DNA转座转座第第1页页v 复制（复制（replication）：遗传信息从亲代）：遗传信息从亲代DNA传递给子代传递给子代DNA过程，称为复制。过程，称为复制。一、一、DNA复制基本特点复制基本特点二、二、DNA复制几个主要形式复制几个主要形式三、三、原核生物原核生物DNA复制特点复制特点四、四、真核生物真核生物 DNA复制特点复制特点五、五、DNA复制调控复制调控第四节第四节 DNA复制复制第第2页页 l半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)复制高保真性复制高保真性(high fidelity)l双向复制双向复制(bidirectional replication)l半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication)一、一、DNA复制基本特点（普通特征）复制基本特点（普通特征）第第3页页uDNA半保留复制半保留复制v 概念：概念：当细胞分裂当细胞分裂DNA进行复制时，双螺旋结进行复制时，双螺旋结构解开而成为两股单链，并各自作为模板，用以构解开而成为两股单链，并各自作为模板，用以指导子代合成新互补链。这么在子代细胞出现新指导子代合成新互补链。这么在子代细胞出现新DNA双链中，其一股单链从亲代完整地接收过来，双链中，其一股单链从亲代完整地接收过来，另一股单链则是完全重新合成，且与母链按碱基另一股单链则是完全重新合成，且与母链按碱基配对标准互补。也就是说两个子细胞配对标准互补。也就是说两个子细胞DNA双链，双链，都和亲代母链都和亲代母链DNA碱基序列完全一致，这种复制碱基序列完全一致，这种复制方式称为方式称为半保留复制（半保留复制（semiconservative replication)。第第4页页DNA半保留复制证据半保留复制证据含含15N-DNA 细菌细菌第一代第一代培养于普培养于普通培养液通培养液第二代第二代培养于普培养于普通培养液通培养液普通普通DNA沉降位置沉降位置普通普通DNA重重DNA重重DNA密度梯度密度梯度离心结果离心结果15N-DNA14N-DNA第第5页页 半保留复制意义半保留复制意义 经过半保留复制，子代保留了亲代经过半保留复制，子代保留了亲代DNA全部遗全部遗 传信息。传信息。DNA分子中遗传信息经过转录和翻译（基因表示）分子中遗传信息经过转录和翻译（基因表示）决定细胞蛋白质结构和功效，即决定细胞蛋白质结构和功效，即DNA经过复制和基因经过复制和基因表示决定了生物特征和类型，从而表示了遗传过程相表示决定了生物特征和类型，从而表示了遗传过程相对保守性。对保守性。遗传信息相对稳定，是物种稳定性分子基础。遗传信息相对稳定，是物种稳定性分子基础。在强调遗传恒定性同时，不能忽略 其变异性。第第6页页A TG CA TA TC GT AT AA TG CA TA TC GT AT AA TG CA TA TC GT AT A经过半保留复制，子代和亲代经过半保留复制，子代和亲代DNA完全一致完全一致第第7页页 从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子复制子复制时，解链酶等先将复制时，解链酶等先将DNADNA一段双链解开，形成一段双链解开，形成复制点，这个复制点形状象一个叉子，故称为复制点，这个复制点形状象一个叉子，故称为复制叉复制叉u 复制起点、方向和速度复制起点、方向和速度第第8页页 领头链领头链(leading strand)：顺着解链方向连续复制链。顺着解链方向连续复制链。随从链随从链(lagging strand)：与解链方向相反不连续复制与解链方向相反不连续复制 链。链。55555333领头链领头链随从链随从链解链方向解链方向复制方向与解链方向关系复制方向与解链方向关系复制叉复制叉DNA半不连续复制半不连续复制u 双向复制与半不连续复制双向复制与半不连续复制第第9页页复制叉复制叉复制叉复制叉第第10页页复制方向和速度：复制方向和速度：单起点、双向等速单起点、双向等速多起点、双向等速多起点、双向等速第第11页页二、二、DNA复制几个主要形式复制几个主要形式1、型型复制复制大肠杆菌大肠杆菌DNA在复制时可形成类似希腊字母在复制时可形成类似希腊字母形状。形状。（一）线性（一）线性DNA双链复制双链复制 （二）环状（二）环状DNA双链复制双链复制 第第12页页3-OH5-P3-OH5-P 2、滚环复制、滚环复制 第一阶段：以亲本单链（）为模板，合成第一阶段：以亲本单链（）为模板，合成 互补链（），形成闭合双链环状复制形。互补链（），形成闭合双链环状复制形。第二阶段：滚环复制。一个负链能够合成许多第二阶段：滚环复制。一个负链能够合成许多 正链，正链用于噬菌体包装。正链，正链用于噬菌体包装。是单向复制特殊方式。是单向复制特殊方式。如：如：174174双链环状双链环状DNADNA复制型（复制型（RFRF）第第13页页（1）模板链和新合成链分开;（2）不需RNA引物，在正链3OH上延伸（3）只有一个复制叉;第第14页页dNTPDNA-pol 3、D环复制环复制:也单向复制一个特殊方式。也单向复制一个特殊方式。首先在动物线粒体首先在动物线粒体DNA复制中被发觉。复制中被发觉。第第15页页第第16页页（一）（一）DNA双链解旋双链解旋1、DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(DNA topoisomerase)：简称简称拓扑酶拓扑酶Topo.种类：种类：分分型、型、型、型、型、型、型。型。作用：作用：改变改变DNADNA分子拓扑构象，使分子拓扑构象，使DNADNA超超 螺旋结构松弛，克服打结，配合复制。螺旋结构松弛，克服打结，配合复制。三、原核生物三、原核生物DNA复制特点复制特点第第17页页解链过程中正超螺旋形成解链过程中正超螺旋形成第第18页页 拓扑异构酶拓扑异构酶型作用特点型作用特点 ：大肠杆菌中大肠杆菌中TopoTopo主要是松弛负超螺旋，而对主要是松弛负超螺旋，而对正超螺旋无作用，故在复制叉行进中不起作用；正超螺旋无作用，故在复制叉行进中不起作用；但真核生物但真核生物TopoTopo对负超螺旋及正超螺旋都有作对负超螺旋及正超螺旋都有作用。用。切断切断DNADNA双链中一股；双链中一股；TopoTopo对单链对单链DNA DNA 亲和力亲和力比双链高得多，这是它识别负超螺旋比双链高得多，这是它识别负超螺旋DNADNA分子基础。分子基础。互补链经过缺口，适当初候又把切口封闭；互补链经过缺口，适当初候又把切口封闭；不消耗不消耗ATPATP。第第19页页拓拓扑扑异异构构酶酶作作用用第第20页页 拓扑异构酶拓扑异构酶型作用特点：型作用特点：在无在无ATPATP时，切断时，切断DNADNA双链两股，未断双链两股，未断DNADNA双链穿过双链穿过缺口，在缺口，在ATPATP供能时将切口封闭。供能时将切口封闭。在模板复制起始点附近使在模板复制起始点附近使DNADNA引入负超螺旋，这引入负超螺旋，这 对于复制引发是必要。对于复制引发是必要。在复制延长过程中，在复制延长过程中，TopoTopo可松弛复制叉前方可松弛复制叉前方 正超螺旋，以利于复制叉行进。正超螺旋，以利于复制叉行进。复制末期，处理母链与新链打结。复制末期，处理母链与新链打结。第第21页页2、DNA解链酶解链酶(DNA helicase):解链酶有各种，包含大肠杆菌解链酶解链酶有各种，包含大肠杆菌解链酶、DnaB蛋白或蛋白或Rep蛋白等。它们在起始点上结合并打蛋白等。它们在起始点上结合并打开开DNA双链，此过程消耗双链，此过程消耗ATP。解链酶多延随从链以解链酶多延随从链以53 方向移动，只有方向移动，只有Rep蛋白延前导链以蛋白延前导链以3 5方向移动。方向移动。DnaA蛋白识别复制起始点，蛋白识别复制起始点，DnaC蛋白辅助蛋白辅助解链酶。解链酶。第第22页页3 3、单链、单链DNADNA结合蛋白结合蛋白(single stranded (single stranded DNA binding protein,SSB)DNA binding protein,SSB)SSB SSB也称也称螺旋反稳定蛋白螺旋反稳定蛋白(helix destablizing(helix destablizing protein,protein,HDPHDP)。v 其作用是在复制中维持模板处于单链状态，并其作用是在复制中维持模板处于单链状态，并保持单链完整。保持单链完整。v 大肠杆菌大肠杆菌SSBSSB是由是由19KD19KD亚基组成四聚体，对亚基组成四聚体，对单链单链DNADNA亲和力强。亲和力强。第第23页页l 解开双链分别与解开双链分别与SSB结合，结合范围结合，结合范围8-16个核个核苷酸。苷酸。SSB对单链对单链DNA亲和力强，而对双链亲和力强，而对双链DNA及及RNA亲和力弱。亲和力弱。l 原核生物中，原核生物中，SSB与与DNA结合表现出协同效应。结合表现出协同效应。第第24页页 原核生物原核生物DNA只有一个复制起始点，只有一个复制起始点，称称Ori C (origin C)。大肠杆菌。大肠杆菌DNA复制起始时，复制起始时，Dna A识别并结合识别并结合Ori C，而且，而且Dna A只与处于负超螺旋只与处于负超螺旋状态下状态下DNA相结合。相结合。复制起始时，模板起始部位复制起始时，模板起始部位DNA负超螺旋构象负超螺旋构象 形成，主要由形成，主要由Topo引入。引入。DNA复制必须以单链为模板，大肠杆菌解链酶复制必须以单链为模板，大肠杆菌解链酶 分解分解ATP取得能量，将双链解开。取得能量，将双链解开。（二）（二）DNADNA复制引发复制引发第第25页页E.coli复制起始点复制起始点 oriC GATTNTTTATTT GATCTNTTNTATT GATCTCTTATTAG 1 13 17 29 32 44 1 13 17 29 32 44 TGTGGATTA-TTATACACA-TTTGGATAA-TTATCCACA58 66 166 174 201 209 237 24558 66 166 174 201 209 237 245 串联重复序列串联重复序列 反向重复序列反向重复序列5 3 5 3 u 复制起始点复制起始点第第26页页双链解开、复制起始双链解开、复制起始第第27页页大约大约20个个DnaA蛋白在蛋白在ATP作作用下与用下与oriC处处4个个9bp保守序列保守序列相结合相结合第第28页页在在HU蛋白和蛋白和ATP共同作共同作用下用下,Dna复制起始复合复制起始复合物使物使3个个13bp串串联重复重复序列变性序列变性,形成开链形成开链第第29页页解链酶六体分解链酶六体分别与单链别与单链DNA相结合相结合(需需DnaC帮助帮助),深深入解开入解开DNA双双链链第第30页页第第31页页u 引发前体生成：引发前体生成：引发前体引发前体(preprimosome)包含有各种蛋白质因子，包含有各种蛋白质因子，其中最少包含其中最少包含Dna A、Dna B、Dna C。v 复制起始时复制起始时Dna A作用作用：Dna A识别并结合识别并结合Ori C中四个中四个9mer，形成，形成 20-30亚基起始复合物。亚基起始复合物。Dna A促使促使Ori C中三个富含中三个富含AT13mer局部发局部发 生解链，形成解链复合物，此过程有生解链，形成解链复合物，此过程有ATP参加。参加。Dna A引导引导Dna BDna C复合物进入局部解链区，复合物进入局部解链区，形成引发前体复合物，之后形成引发前体复合物，之后Dna B发挥解链酶发挥解链酶 作用，继续解链。作用，继续解链。第第32页页u引物（引物（primer）合成：）合成：引物酶引物酶 复制是在一段复制是在一段RNA引物基础上进行，催引物基础上进行，催化引物合成是一个化引物合成是一个RNA聚合酶聚合酶，它不一样，它不一样于催化转录过程于催化转录过程RNA聚合酶，故称为引物酶聚合酶，故称为引物酶(primase)。大肠杆菌引物酶又称为大肠杆菌引物酶又称为DnaG蛋白，是一条蛋白，是一条60KD多肽链。多肽链。引物酶在模板复制起始部位催引物酶在模板复制起始部位催化互补碱基聚合，形成短片段化互补碱基聚合，形成短片段RNA。第第33页页 引发体引发体 DnaA、DnaB、dnaC蛋白，还有其它蛋白，还有其它复制因子一起形成复合体，结合到模板复制因子一起形成复合体，结合到模板DNA分子上，分子上，再结合引物酶再结合引物酶(DnaG)，形成较大聚合体，这种复合，形成较大聚合体，这种复合物称为引发体。物称为引发体。引发体下游解开双链，再由引物酶催化引物合成。引发体下游解开双链，再由引物酶催化引物合成。不一样生物不一样生物RNA引物及结构不一样，动物细胞引物及结构不一样，动物细胞RNA引物约由引物约由10个核苷酸组成，第一个核苷酸常为个核苷酸组成，第一个核苷酸常为ATP，原核生物原核生物RNA引物由数十个核苷酸组成，第一个核引物由数十个核苷酸组成，第一个核苷酸常为苷酸常为GTP。第第34页页v 复制起始复制起始 DNA拓扑异构酶拓扑异构酶在复制起始部位将在复制起始部位将DNA引入引入 负超螺旋。负超螺旋。DnaA蛋白识别、结合于起始位点蛋白识别、结合于起始位点9mer处，并处，并 促使促使13mer局部解链。局部解链。DnaB与与DnaC复合物进入，生成引发前体，然后复合物进入，生成引发前体，然后 DnaB继续发挥解链作用。继续发挥解链作用。SSB与解开单链结合，稳定和保护单链。与解开单链结合，稳定和保护单链。引物酶引物酶(DnaG)进入并与引发前体结合生成引发进入并与引发前体结合生成引发 体。体。引发体中引物酶催化引发体中引物酶催化NTP聚合，生成引物。聚合，生成引物。DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(型为主型为主)在解链前方理顺在解链前方理顺DNA 链，松弛正超螺旋。链，松弛正超螺旋。第第35页页 Dna A Dna B、Dna CDNA拓扑异构酶拓扑异构酶引物引物酶酶SSB3 5 3 5 引发体和引物引发体和引物含有解螺旋酶、含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和蛋白、引物酶和DNA复制起始区域复合结构称为引发体。复制起始区域复合结构称为引发体。第第36页页第第37页页 前导前导链链(leading strand)：顺着解链方向连续复制链。顺着解链方向连续复制链。后随链后随链(lagging strand)：与解链方向相反不连续复制链。与解链方向相反不连续复制链。冈崎片段冈崎片段(Okazaki fragment):随从链上不连续复制片段随从链上不连续复制片段 称为冈崎片段。称为冈崎片段。55555333领头链领头链随从链随从链解链方向解链方向复制方向与解链方向关系复制方向与解链方向关系复制叉复制叉DNA半不连续复制半不连续复制（三）冈崎片段与半不连续复制（三）冈崎片段与半不连续复制-链延伸链延伸 第第38页页（四）复制终止（四）复制终止v 基因组中能独立进行复制单位称为基因组中能独立进行复制单位称为 复制子复制子(replicon)，每个复制子中含有一个复制起始点和一个每个复制子中含有一个复制起始点和一个复制终止点。复制终止点。原核生物染色体只有一个复制起始点，故原核生物染色体只有一个复制起始点，故有单一复制子；有单一复制子；原核生物基因是环状原核生物基因是环状DNA，双向复制，双向复制复制片段在复制终止点复制片段在复制终止点(ter)处汇合。处汇合。第第39页页oriC ter100/03282oriCter猿猴病毒猿猴病毒SV40复制起点复制起点和终点和终点180oE.coli复制复制起点和终点起点和终点第第40页页双链环状、型复制、双向等速第第41页页5 55555 5 5OHPpol53外切酶外切酶pol53聚合酶聚合酶dNTP连接酶连接酶ATPADPPiu不连续片段不连续片段 连接连接DNADNA连接酶应用：连接酶应用：在复制中起最终接合缺口作用。在复制中起最终接合缺口作用。在在DNADNA修复、重组、剪接中也起缝和缺口作用。修复、重组、剪接中也起缝和缺口作用。基因工程主要工具酶之一。基因工程主要工具酶之一。第第42页页（五）原核生物（五）原核生物DNADNA聚合酶聚合酶 u 种类：种类：大肠杆菌中存在大肠杆菌中存在DNA聚合酶聚合酶、DNA聚合酶活性：聚合酶活性：三种酶都有三种酶都有DNA聚合酶活性，且都需要聚合酶活性，且都需要 模板和引物，但模板和引物，但DNApol对底物亲和对底物亲和 力最高，聚合方向为力最高，聚合方向为53。第第43页页 35外切酶活性：外切酶活性：三种酶都有，但三种酶都有，但DNApol 活性最强活性最强。这种酶活性是基于对不配对碱基造成这种酶活性是基于对不配对碱基造成 单链识别，故对复制保真性至单链识别，故对复制保真性至 关主要。关主要。v DNApol 利用利用35外切活性切除错外切活性切除错配碱基，同时利用配碱基，同时利用53聚合活性补回正聚合活性补回正确核苷酸，这种功效称为即时校读确核苷酸，这种功效称为即时校读(proof read)。第第44页页碱基配对正确，碱基配对正确，DNApol 无活性无活性3-5外切活性外切活性5-3聚合活性聚合活性DNApol AGdCTPCG5353DNApolDNApol3-5外切与即时校读功效外切与即时校读功效 53外切酶活性：外切酶活性：DNApol 有有 53外切酶活性，可切除引物。外切酶活性，可切除引物。第第45页页 三种聚合酶分子结构：三种聚合酶分子结构：DNApol为单一肽链，分子量为单一肽链，分子量103KD，由，由A-R共共18个个-螺旋肽段组成。螺旋肽段组成。DNA-pol 经特异蛋白酶水经特异蛋白酶水解可产生大、小两个片断。解可产生大、小两个片断。小片段由小片段由323个氨基酸残基组成，含有个氨基酸残基组成，含有53外外切酶活性；切酶活性；大片段由大片段由604个氨基酸残基组成，分子量个氨基酸残基组成，分子量68KD，含有含有53聚合酶活性及聚合酶活性及35外切酶活性，是进行外切酶活性，是进行分子生物学研究惯用分子生物学研究惯用 工具酶，大片段也称工具酶，大片段也称klenow片段片段(klenow fragment)。第第46页页DNApol 结构结构 第第47页页 53外切酶活性外切酶活性 35外切酶活性外切酶活性 聚合酶聚合酶 活性活性NC小片段小片段Klenow 片断片断DNApol 三个活性中心三个活性中心 DNApol由由4个以上亚基组成，个以上亚基组成，分子量分子量90KD。第第48页页 DNApol 分子量为分子量为900KD，全酶由，全酶由10种种(、)22个亚个亚基组成不对称二聚体；基组成不对称二聚体；l 关键酶包含关键酶包含、亚基；亚基；亚基分别催化领头链与随从链合成；亚基分别催化领头链与随从链合成；亚亚基有基有35外切酶活性及对碱基选择功效，外切酶活性及对碱基选择功效，亚基为装配所必需；亚基为装配所必需；亚基起着夹住模板又能使酶延模板滑动作亚基起着夹住模板又能使酶延模板滑动作用。用。第第49页页第第50页页A A：E.coli DNA聚合酶聚合酶是不对称二聚体是不对称二聚体 B B：E.coli DNA聚合酶聚合酶由由1818个个-螺旋组成螺旋组成第第51页页 DNA-pol DNA-pol DNA-pol分子数分子数/细胞细胞 400 40 100 1020比活性比活性 低于低于pol 比比pol大大15倍以上倍以上分子量分子量 103KD 90 900KD分子结构分子结构 单一肽链单一肽链,有有A至至R 4个亚基个亚基 10种、种、22个亚基个亚基 共共18-螺旋肽段螺旋肽段 为不对称二聚体为不对称二聚体53聚合活性聚合活性 53外切活性外切活性 35外切活性外切活性 对底物亲和力对底物亲和力 低低 低低 高高功效功效 校读校读 不清楚不清楚 在复制延长中在复制延长中 填补空隙填补空隙 修复合成修复合成 催化新链合成催化新链合成 切除引物切除引物大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶比较聚合酶比较DNA聚合酶聚合酶和和主要在主要在SOS修复中发挥作用。修复中发挥作用。第第52页页第第53页页第第54页页阶段一阶段一阶段二阶段二第第55页页阶段三阶段三阶段四阶段四第第56页页第第57页页nDNA链延长链延长l 聚合反应以母链为模板，聚合反应以母链为模板，按碱基配对标准指导新链合成。按碱基配对标准指导新链合成。l 以四种以四种dNTP为原料。为原料。l 原核生物原核生物DNApol 全酶两个不对称亚单位全酶两个不对称亚单位 中关键酶分别催化领头链与随从链合成。中关键酶分别催化领头链与随从链合成。l dNTP5-P是聚合到已经有是聚合到已经有3-OH端，端，形成形成3-5磷酸二酯键。磷酸二酯键。l DNA复制方向性，复制方向性，53方向。方向。l 因为因为DNA两股链走向相反，所以复制时新链两股链走向相反，所以复制时新链 也按相反走向延长。也按相反走向延长。第第58页页(dNMP)n+dNTP (dNMP)n+1+PPi 第第59页页u 聚合反应特点聚合反应特点以亲代以亲代DNA单链为单链为模板模板DNA 新链生成需新链生成需引物引物；遵照碱基配对规律（遵照碱基配对规律（A=T，GC）dNTP为为原料原料5 3 方向延长方向延长第第60页页领头链合成领头链合成第第61页页随从链合成随从链合成第第62页页四、真核生物四、真核生物DNA复制特点复制特点1、真核生物、真核生物DNA分子较大，且与组蛋白紧密结合，分子较大，且与组蛋白紧密结合，所以复制所以复制 前要先有核小体解开，此时前要先有核小体解开，此时 DNA分子中胞嘧啶分子中胞嘧啶C-5甲基化，有利于染色体甲基化，有利于染色体 解聚。复制后，解聚。复制后，DNA又要与组蛋白结又要与组蛋白结 合形成合形成 核小体。核小体。2、真核生物有各种、真核生物有各种DNA聚合酶，且酶活性较低，聚合酶，且酶活性较低，但酶含量大。但酶含量大。（一）复制起始点及方向：（一）复制起始点及方向：第第63页页原核生物原核生物真核生物真核生物引物长度引物长度 数十个 约10bp冈崎片段冈崎片段 1000-bp 100-200bp3、真核生物染色体上有多个复制起始点，形成、真核生物染色体上有多个复制起始点，形成 多个复制子，它们相距多个复制子，它们相距5-300kb。比如人染色体平都有比如人染色体平都有100个复制点，个复制点，可同时在可同时在200个复制叉上进行复制。个复制叉上进行复制。4、真核生物引物及冈崎片段长度小于原核生、真核生物引物及冈崎片段长度小于原核生 物。物。第第64页页53oriorioriori535533553复制子复制子3l 真核生物复制子真核生物复制子第第65页页第第66页页 DNA-pol（引物酶活性）；（引物酶活性）；DNA-pol（解螺旋酶活性）；（解螺旋酶活性）；拓扑异构酶，松弛超螺旋；拓扑异构酶，松弛超螺旋；复制蛋白复制蛋白(replication protein A，RPA)。稳定单链作用。稳定单链作用。u 真核真核细胞复制起始需要因子：细胞复制起始需要因子：第第67页页（二）真核生物（二）真核生物DNA聚合酶聚合酶五种：五种：DNA-pol :参加链合成引发。参加链合成引发。DNA-pol ：在没有其它：在没有其它DNA-pol时才发时才发 挥作用，或参加修复。挥作用，或参加修复。DNA-pol ：参加线粒体：参加线粒体DNA(mtDNA)复制。复制。DNA-pol ：复制延长中起作用。：复制延长中起作用。DNA-pol ：复制过程中起校读、修复：复制过程中起校读、修复 作用。作用。第第68页页真核生物五种真核生物五种DNA聚合酶比较聚合酶比较DNA pol 5-3聚合作用聚合作用 3-5外切活性外切活性 5-3外切活性外切活性 分子量分子量(KD)300 179-230 250 40 180-300细胞内定位细胞内定位 核核 核核 核核 核核 线粒体线粒体功功 能能 引物引物 DNA链链 复制复制 损伤损伤 线粒体线粒体 合成合成 复制复制 修复修复 修复修复 复制复制第第69页页3 5 5 3 领头链领头链3 5 3 5 亲代亲代DNA随从链随从链引物引物核小体核小体u 真核生物链延长需要：真核生物链延长需要：DNA pol催化新链延长；催化新链延长；增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（PCNA）提升提升DNA pol在模板上行进能力。在模板上行进能力。第第70页页5 3 3 5 5 3 3 5+5 3 3 3 3 5 5（三）末端复制与端粒酶（三）末端复制与端粒酶第第71页页u 端粒端粒(telomere)概念：概念：指真核生物染色体线性指真核生物染色体线性DNA分子末端结构。分子末端结构。u 结构特点结构特点 由末端单链由末端单链DNA序列和蛋白质组成。序列和蛋白质组成。末端末端DNA序列是富含序列是富含T、G短短 序列序列屡次重屡次重复复。人端粒人端粒DNA序列是序列是TTAGGG。TTAGGGTTAGGG1、端粒复制：、端粒复制：第第72页页 稳定染色体结构稳定染色体结构 预防染色体末端融合预防染色体末端融合 保护染色体结构基因保护染色体结构基因防止遗传信息在复制过程中丢失防止遗传信息在复制过程中丢失u 端粒功效：端粒功效：第第73页页l1930，著名遗传学家，著名遗传学家 B.Mcclintock 和和HJ.Mller发觉：染色体末端可维持染色体稳定性发觉：染色体末端可维持染色体稳定性lMller将它定义为将它定义为“telomere”，这是由希腊语，这是由希腊语“末端末端”（telos）及）及“部分部分”（meros）组成）组成l染色体失去了这些片段，就会相互粘连到一块，染色体失去了这些片段，就会相互粘连到一块，发生结构及功效上改变，从而影响到细胞分裂与发生结构及功效上改变，从而影响到细胞分裂与生长生长u 端粒发觉端粒发觉第第74页页l19701970，EH.Blackburn EH.Blackburn 利用四膜虫揭示利用四膜虫揭示 了端粒了端粒DNADNA初步结构：初步结构：由非常短且数目准确串联重复由非常短且数目准确串联重复 DNA 片段片段 组成，富含嘌呤组成，富含嘌呤G。结构：结构：一条链一条链Gn（T/A)m，互补链互补链Cn（A/T)m。n 1，m为为14。重复次数由数千到数万不等重复次数由数千到数万不等u 端粒端粒DNADNA结构共同特点结构共同特点第第75页页u 不一样生物端粒不一样生物端粒DNADNA序列序列 人：（人：（TTAGGG）n，串联重复，串联重复，515kbl酵母：（酵母：（TTTTGGGG），），200 400 bpl尖毛虫：尖毛虫：TTTTGGGG，20 bpl小鼠：小鼠：5 80 kbl大鼠：大鼠：150 kb第第76页页2 2、端粒酶、端粒酶(telomerase)端粒酶端粒酶RNA(human telomerase RNA,hTR)端粒酶协同蛋白端粒酶协同蛋白(human telomerase associated protein 1,hTP1)端粒酶逆转录酶端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase,hTRT)u 组成组成 是一个是一个RNA-蛋白质复合物。在端粒蛋白质复合物。在端粒DNA 复制上，端粒酶现有模板、又有逆转录酶复制上，端粒酶现有模板、又有逆转录酶 这两方面作用。这两方面作用。第第77页页u 端粒酶结构端粒酶结构第第78页页端粒酶催化端粒酶催化延长作用延长作用爬爬行行模模型型第第79页页DNADNA聚合酶复制子链聚合酶复制子链深入加工深入加工第第80页页u 端粒酶与药品端粒酶与药品（1）针对端粒酶）针对端粒酶RNA或端粒酶逆转录酶或端粒酶逆转录酶mRNA设计反义寡核苷酸药品设计反义寡核苷酸药品 阻断端粒阻断端粒DNA合成合成或或端粒酶逆转录酶表示。端粒酶逆转录酶表示。如：肽核酸（如：肽核酸（PNA）是一个非常有前途药品。）是一个非常有前途药品。（2）核酶）核酶：直接作用于端粒酶直接作用于端粒酶RNA锤头状核酶。锤头状核酶。（3）端粒酶逆转录酶抑制剂：）端粒酶逆转录酶抑制剂：如：如：3-叠氮胸苷叠氮胸苷 （4）其它：核苷类似物、端粒酶蛋白抗体等。）其它：核苷类似物、端粒酶蛋白抗体等。第第81页页五、五、DNA复制调控复制调控1、大肠杆菌染色体、大肠杆菌染色体DNA复制调控复制调控大肠杆菌大肠杆菌DNA复制与细胞分裂不直接偶联；复制与细胞分裂不直接偶联；复制起始不依赖于细胞分裂，但复制终止复制起始不依赖于细胞分裂，但复制终止则能引发细胞分裂。则能引发细胞分裂。DNA复制调控主要发生在起始阶段，一但开始复制调控主要发生在起始阶段，一但开始复制，如没有意外阻力，就能够复制到完成。复制，如没有意外阻力，就能够复制到完成。大肠杆菌复制起始点有大肠杆菌复制起始点有OriC和和OriH两种，其中两种，其中OriC是首选复制起点。是首选复制起点。第第82页页v 真核生物真核生物DNADNA复制与细胞复制与细胞 分裂与是亲密配合分裂与是亲密配合。v 原核生物生长速度快，原核生物生长速度快，DNA复制要经过细胞周期中复制要经过细胞周期中较多时期。较多时期。v 真核细胞真核细胞DNA复制只发生复制只发生在细胞周期在细胞周期S期期(DNA合成期合成期)。在在S期中，核内期中，核内DNA复制复制进行一次，而且仅此一次。进行一次，而且仅此一次。G1G2MS开始开始 分裂分裂开始开始真核生物细胞周期真核生物细胞周期2、真核细胞、真核细胞DNA复制调控复制调控 第第83页页u 真核细胞真核细胞DNA复制调控发生在复制调控发生在3个水平：个水平：（1）细胞生活周期水平：限制点调控）细胞生活周期水平：限制点调控 决定细胞停留在决定细胞停留在G1期，还是进入期，还是进入S期。期。（2）染色体水平调控：决定不一样染色体或）染色体水平调控：决定不一样染色体或 同一染色体不一样部位复制子按一定同一染色体不一样部位复制子按一定 次序在次序在S期起始复制。期起始复制。（3）复制子水平调控：决定复制起始是否。）复制子水平调控：决定复制起始是否。这种调控从单细胞生物到高等生物是高度这种调控从单细胞生物到高等生物是高度 保守。保守。第第84页页第五节第五节 DNA损伤与修复损伤与修复u 突变概念、意义和类型突变概念、意义和类型u 突变原因突变原因u DNA损伤修复系统损伤修复系统第第85页页（一）突变（一）突变（mutation）概念：概念：是指是指DNA碱基序列发生可遗传碱基序列发生可遗传 任何永久性损伤。任何永久性损伤。包含自发突变和诱发突变。包含自发突变和诱发突变。一、突变概念、意义和类型一、突变概念、意义和类型v 遗传物质遗传物质DNA并不像人们想像那么并不像人们想像那么 稳定，它在细胞各种内外环境原因影稳定，它在细胞各种内外环境原因影 响下，可不停地出现损伤响下，可不停地出现损伤(damage)DNA碱基序列及组成改变碱基序列及组成改变。第第86页页 （二）突变意义（二）突变意义 1 1、突变是生物进化分子基础、突变是生物进化分子基础2 2、突变造成基因型改变、突变造成基因型改变3 3、突变造成死亡、突变造成死亡4 4、突变是一些疾病发病基础、突变是一些疾病发病基础第第87页页（三）突变类型（三）突变类型（1 1）点突变）点突变（point mutation）：即碱基错配）：即碱基错配v 点突变主要特点之一是含有很高回复突变率。点突变主要特点之一是含有很高回复突变率。转换：同型碱基改变；转换：同型碱基改变；即嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶改变。即嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶改变。颠换：异型碱基改变；颠换：异型碱基改变；即嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤改变。即嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤改变。包含包含1 1、依据、依据DNADNA碱基序列改变进行分类：碱基序列改变进行分类：点突变：又分为点突变：又分为单点突变单点突变和和多点突变多点突变第第88页页HbA 基因基因HbS 基因基因CTCCACGAGGTG 镰形红细胞贫血病人镰形红细胞贫血病人HbHb为为HbSHbS 正常成人正常成人HbHb为为HbAHbAHbS=226 gluvalHbA 肽链肽链 N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链 N-val his leu thr pro val glu C(146)第第89页页（2）碱基插入）碱基插入（base insertion）是指一个原来没有碱基或一段原来没有核是指一个原来没有碱基或一段原来没有核苷酸插入到苷酸插入到DNA大分子中间。大分子中间。（3）碱基缺失（）碱基缺失（base deletion）指一个碱基或一段核苷酸链从指一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分大分 子上消失。子上消失。第第90页页（4）重重 排排概念：概念：DNA分子内发生较大片段交换，分子内发生较大片段交换，称为重组或重排。称为重组或重排。由基因重排引发两种地中海贫血基因型由基因重排引发两种地中海贫血基因型位于位于11号染色体号染色体上上Hb基因加族基因加族 111222Hb Anti-Lepore Hb Lepore第第91页页NNOOCH3NNCH3OOHHRRP（5）二聚体形成）二聚体形成常见常见T-T C-T C-C第第92页页 框移突变（框移突变（frame-shift mutation）：）：插入或缺失造成三联体密码阅读方式改插入或缺失造成三联体密码阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列次序发生改变，造成蛋白质氨基酸排列次序发生改变，其后果是翻译出蛋白质可能完全不变，其后果是翻译出蛋白质可能完全不一样。一样。2、对阅读框架影响：、对阅读框架影响：第第93页页5 G C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬 G A G U A C A U G U C 谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝实线：原来密码读法实线：原来密码读法虚线：缺失虚线：缺失C C后密码读法后密码读法第第94页页 同义突变同义突变(synonymous mutation)：是指没有改变产物氨基酸序列密码子改变，即是指没有改变产物氨基酸序列密码子改变，即与密码子简并性相关。与密码子简并性相关。3 3、依据对遗传信息改变情况进行分类：、依据对遗传信息改变情况进行分类：错义突变错义突变(missense mutation)：指碱基序列改变引发了产物氨基酸序列改变。指碱基序列改变引发了产物氨基酸序列改变。有些错义突变严重影响蛋白质功效，会产生有些错义突变严重影响蛋白质功效，会产生致死性突变致死性突变。有些错义突变基本不影响蛋白质功效，称为有些错义突变基本不影响蛋白质功效，称为中性突变中性突变。中性突变与同义突变一起被称为中性突变与同义突变一起被称为无声突变无声突变。第第95页页 无义突变无义突变(nonsense mutation)：是指某个碱基改变使代表某种氨基酸密码子变是指某个碱基改变使代表某种氨基酸密码子变为蛋白质合成终止密码子，使肽链合成过早终止。为蛋白质合成终止密码子，使肽链合成过早终止。因而蛋白质产物普通没有活性。因而蛋白质产物普通没有活性。4、依据突变表现型对外界环境敏感性分类：、依据突变表现型对外界环境敏感性分类：（1）非条件性突变：）非条件性突变：nonconditional mutation（2）条件性突变：）条件性突变：conditional mutation 最常见条件性突变为温度敏感突变。最常见条件性突变为温度敏感突变。第第96页页 回复突变（回复突变（back 或或 reverse mutation）：）