3基因表达

复制的化学反应 核苷酸和核苷酸之间通过磷酸二酯键连 接。方向5'→3'
DNA聚合酶
(依赖DNA的DNA聚合酶)


原核生物的DNA聚合酶

大肠杆菌(E.coli)有DNA-polⅠ、DNA-pol Ⅱ、 DNA-pol Ⅲ 三种 Ⅰ:Ⅱ:Ⅲ = 400 : 40 : 20

DNA-pol Ⅰ: 单一肽链,对复制中的错误进行校读，对
基因信息的传递
中心法则（The Central Dogma）
﹡DNA是遗传信息的载体 ﹡DNA通过复制，将遗传信息代代相传。 ﹡通过基因表达（转录和翻译），将DNA分子携带的遗传信息 转变为蛋白质分子的氨基酸信息或RNA的信息，从而表现出 生物体的各种遗传性状。 ﹡RNA参与遗传信息的表达过程。 ﹡RNA也可作为遗传信息的载体。 ﹡以RNA携带遗传信息的病毒可以RNA为模板逆转录合成DNA。
3' 5' 3' 5' 解链方向
3'
5'

随从链 (lagging strand)
复制方向与解链方向相反，须等解开足够长
度的模板链才能继续复制，得到的子链由不连续的片
段所组成。
3' 5' 3' 3' 解链方向 5'
3'5'
5' 3' 5'
DNA复制体系
复制是在酶催化下的核苷酸聚合过程,需要多种物质 的共同参与: 底物：即dATP、dGTP、dCTP和dTTP，总称dNTP 聚合酶(polymerase)：DNA-pol，从5‘-3’方向延伸与模板 互补的子代链 模板（template）：指解开成单链的DNA母链 引物（primer）：提供3'-OH 末端，使dNTP可以依次聚合 其他酶和蛋白质因子
聚合反应机理：
5'
P
5'
O G
3'
引物 P
3'
5'
C 模 3'
O A
3'
T
板 链 5'
OH
P
P
P
5' O 5' O
• 依赖于引物和模板 3' 3' • 催化核苷酸聚合有方向性： OH OH 5´ 3´
T T
A
DNA复制的保真性依赖于 (1)遵守严格的碱基配对规律 (2)聚合酶在复制延长中对碱基 的选择功能 (3)复制出现错误时有即时校读 功能
DNA的生物合成
（复制replication）
由亲代DNA合成两个相同子代DNA的过程
复制 DNA双螺旋结构 碱基配对规律
DNA复制的基本特性
• 半保留性(Semi-Conservative) • 双向复制 • 半不连续性(Semi-discontinuous) 领头链(leading strand)-连续合成 随从链(Lagging Strand)-不连续,生成冈崎片段
点突变: DNA分子上一个碱基的变异。 转换: 嘌呤 ←→ 嘌呤 嘧啶 ←→ 嘧啶 颠换: 嘌呤 ←→ 嘧啶
四．
基因突变的后果
1． 突变与生物进化：突变加上自然选择导致物种的多样化 2． 突变与遗传病 对于高等生物，从医学的角度看突变害大于利， 人类 有8000多种疾病与突变有关。所有遗传病都是由基因突变引 起的，而且主要是由点突变引起的。基因突变可以导致蛋白 质结构或表达量的改变，直接引起机体的功能障碍。例如， 血红蛋白S导致镰刀红细胞贫血；苯丙氨酸羟化酶（PAH）基 因突变导致该酶不表达或活性丧失，导致苯丙酮酸尿症；酪 氨酸酶基因突变失活导致白化病等。 3． 突变与细胞癌变 目前认为肿瘤的发生是一个多因素诱导、多基因突变的 多阶段过程。与肿瘤的发生和发展密切相关的基因主要有两 类，即癌基因和抑癌基因。在物理化学和生物学因素的作用 下，癌基因的突变使癌蛋白的活性持续增加，导致细胞的过 度增值和癌变。同样，抑癌基因的突变使抑癌基因失活，也 可导致细胞的过度增值和癌变。
(Okazaki fragment)
DNA复制的方式 半保留复制(Semiconservative Replication)
DNA复制时，亲代DNA双链解开，每 股单链作为模板，以四种dNTP为原料， 按碱基互补原则，由DNA聚合酶催化合成 与模板互补的新链，新合成的两个子代 DNA分子与亲代DNA分子碱基序列完全相 同，且其中一股单链来自亲代DNA，另一 股单链是新合成的。这种复制方式称为 半保留复制。按半保留复制方式，子代 保留了亲代DNA的全部遗传信息，体现了 遗传的保守性。是物种稳定的分子基础， 但是相对的，不是绝对的。




真核染色质DNA结构庞大，DNA复制有多个起始点，通过许 多独立复制子完成。每个复制子有固定复制起点，双向复 制。 真核细胞DNA聚合速度比原核DNA-pol慢，随后链也是不连 续合成，冈崎片段比原核细胞的短，只有数百个核苷酸。 真核生物DNA聚合酶有DNA-polα、β、γ、δ、ε。DNApol α和δ 都是复制延长中起催化作用。 还需其它因子参与，如复制因子，增殖细胞核抗原等。 真核DNA复制的同时,组蛋白、非组蛋白同时合成,复制完成 后, 装配成核小体, 进一步组成染色体。
* 参加DNA复制的主要酶和蛋白质
• DNA聚合酶(DNA Polymerase)：从5'-3'方向延伸 与模板互补的子代链. • 引物酶(Primase)：与其他多种蛋白组成多蛋白复 合体-引发体，催化RNA引物合成和复制起始. • DNA连接酶(DNA Ligase)：催化一个双链DNA的5' 磷酸与另一双链DNA的3'-OH形成磷酸二酯键. • DNA解链酶、拓扑异构酶：打开DNA双链，复制中 的解旋,防止母链与新链的打结、缠绕； • SSB：维持模板处于单链状态,避免重新形成双链; 保护单链完整性,防止被核酸酶水解； • 端粒酶(Telomerase)
• 真核DNA复制的同时,组蛋白、非组蛋白同时合成,复 制完成后, 装配成核小体, 进一步组成染色体。
切除引物
DNA polymerase I in prokaryotes RNAse H in eukaryotes
填补空隙
DNA polymerase
连接
DNA ligase
真ห้องสมุดไป่ตู้生物DNA复制的特点
端粒平均长度随细胞分裂次数的增多及年龄的增长而变短, 端粒DNA逐渐变短而消失,可导致染色体稳定性下降，细胞随
之衰老。
荧光原位杂交显示的端粒（上）和端粒序列（下）
端粒酶 (telomerase)
由RNA和蛋白质构成的一种核糖核蛋白复合体，RNA分子 含复制端粒DNA所需的核苷酸模板，其蛋白质部分具有逆转 录酶活性。能以自身的RNA为模板逆转录合成端粒DNA，维 持端粒的长度。 人类端粒酶含三部分： 端粒酶RNA(Human telomerase RNA, hTR)、 端粒酶协同蛋白(Human telomerase associated protein1, hTP1)、 端粒酶逆转录酶(Human telomerase reverse transcriptase, hTRT). 除骨髓干细胞、胚胎原始干细胞等细胞外,大多数正常人体 细胞检测不到端粒酶活性。 恶性肿瘤细胞中, 85%～90%端粒酶强阳性。端粒酶可作为 肿瘤标志和肿瘤治疗靶点.
DNA生物合成过程
• • • 起始 延长 终止
终止阶段

E.coli （环状染色体）的两个复制叉的汇合点就是复
制的终点（termination, Ter），一般位于环形染色体
和Oric相对处。也有特异的终止区序列，复制终止时， RNA引物被polI切除，并延长填补空缺，DNA连接酶
连接二个DNA片段，形成完整的DNA链。
DNA损伤的修复
修复是指针对已发生的缺陷进行补救的机制。 基因组DNA是相对稳定的，每天在内外环境因素的作用 下都发生大量的损伤(每个细胞24小时内可发生1万次以上的 DNA损伤），如果这些损伤得不到及时的修复可以造成各种 各样的基因突变，引起各种疾病和过早衰老。但是生物体内 存在强大的修复机制，可以对绝大部分突变加以修复。 E.coli中30﹪以上的基因参与DNA损伤的修复，人体中也有1 万多种基因参与DNA损伤的修复。
DNA的损伤与修复
人类和各种生物细胞的遗传物质是相对稳定的，在 一定的内外环境影响下可以发生变化， DNA分子碱基的
改变，即遗传物质结构的改变引起遗传信息的改变，称
之为突变（mutation ）,基因的突变与各种疾病的发生 有密切的关系。
一． 基因突变/DAN损伤的基本概念
◆DNA分子在结构上发生碱基对或排列顺序的改变，并导致遗 传信息和表型的改变。 ◆自发突变（spontaneous mutation）----在自然条件下， 由于复制错误、DNA链中碱基的改变（如胞嘧啶、腺嘌呤和 鸟嘌呤的脱氨基）和丢失、以及正常代谢产生的氧自由基等 对DNA造成的损伤或突变等。每一个碱基的突变率为10-9 ～ 10-10。 ◆诱发突变（induced mutation）----使用突变剂（即可以 诱导DNA突变的物理，化学及生物学因素）处理生物体所产 生的突变称之为诱发突变，其突变率比前者高千倍以上。 ◆基因组DNA以外的突变---线粒体DNA突变。
1。光复活修复 需要光复活酶或光裂解酶 需要300—600nm波长的光提供能量， 使嘧啶二聚体裂解变成正常嘧啶碱
♣ 切除修复时,首先UvrA、 辨认、结合并切断受损伤 的DNA；解旋酶（UvrD）
2。切除修复（excision repair）： 是DNA损伤的主要修复机制 UvrB、UvrC（核酸内切酶）
双向复制 • 复制是在DNA分子的特定位点开始，称为复制起始点ori • 原核生物的DNA只有一个复制起点 • 真核生物染色体DNA有多个复制起始点 • 复制是从一个起始点开始，同时向两个方向进行