生物化學(xué)與分子生物學(xué)-授課教案生物化學(xué)教學(xué)方案:

來(lái)源：瀘州醫(yī)學(xué)院精品課程網(wǎng)

生物化學(xué)與分子生物學(xué):授課教案生物化學(xué)教學(xué)方案第十章:教案首頁(yè) 課程名稱生物化學(xué) 年級(jí) 專(zhuān)業(yè)、層次本科臨床醫(yī)學(xué)類(lèi) 授課教師職稱課型（大、小) 大學(xué)時(shí) 4 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)網(wǎng) 授課題目（章、節(jié)) 第十章 DNA的生物合成教材名稱《生物化學(xué)》第七版

教案首頁(yè)

醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)網(wǎng)

課程名稱

生物化學(xué)

年級(jí)

專(zhuān)業(yè)、層次

本科臨床醫(yī)學(xué)類(lèi)

授課教師

職稱

課型（大、小)

大

學(xué)時(shí)

授課題目（章、節(jié))

第十章 DNA的生物合成

教材名稱

《生物化學(xué)》第七版

作者

查錫良

出版社

人民衛(wèi)生出版社

主要參考書(shū)

（注明頁(yè)數(shù))

趙寶昌主編. 生物化學(xué)(第二版). 北京:高等教育出版社,2009年1月. 第十二章 DNA的生物合成.

目的與要求：

1. 掌握：分子生物學(xué)的中心法則及其擴(kuò)充。DNA半保留復(fù)制的概念。DNA復(fù)制的特點(diǎn)。DNA復(fù)制的條件。復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù)。原核生物DNA復(fù)制的基本過(guò)程。逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄的概念�；蛲蛔兊母拍钆c意義。基因突變的類(lèi)型。DNA損傷修復(fù)的機(jī)制。

2. 熟悉：DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。復(fù)制中的解鏈和DNA分子拓?fù)鋵W(xué)變化。真核生物DNA的生物合成過(guò)程。

3. 了解：逆轉(zhuǎn)錄合成的過(guò)程。滾環(huán)復(fù)制、D環(huán)復(fù)制過(guò)程。誘變因素及基因突變的后果。

教學(xué)內(nèi)容與時(shí)間安排、教學(xué)方法：

1.教學(xué)內(nèi)容與時(shí)間安排

分子生物學(xué)的中心法則及其擴(kuò)充，DNA復(fù)制的特點(diǎn) 1.0學(xué)時(shí)

DNA復(fù)制的條件，復(fù)制保真性的酶學(xué)依據(jù) 1.0學(xué)時(shí)

原核生物和真核生物DNA復(fù)制的基本過(guò)程 1.0學(xué)時(shí)

逆轉(zhuǎn)錄，基因突變，DNA損傷修復(fù)的機(jī)制 1.0學(xué)時(shí)

2. 教學(xué)方法：

講授+演示+啟發(fā)+討論。

教學(xué)重點(diǎn)及如何突出重點(diǎn)、難點(diǎn)及如何突破難點(diǎn)：

1. 重點(diǎn)：DNA復(fù)制的特點(diǎn)和條件。原核生物DNA復(fù)制的基本過(guò)程。基因突變的概念與類(lèi)型。DNA損傷修復(fù)的機(jī)制。

2. 難點(diǎn)：DNA復(fù)制的酶學(xué)。DNA復(fù)制的基本過(guò)程。

3. 課件色彩及語(yǔ)言強(qiáng)調(diào)突出重點(diǎn)；采用圖片及動(dòng)畫(huà)演示理解難點(diǎn)。

教研室審閱意見(jiàn)：

同意。

教研室主任簽名：李洪

2009 年2 月 28 日

基本內(nèi) 容

課堂設(shè)計(jì)和時(shí)間安排

第三篇基因信息的傳遞

☆DNA是由四種脫氧核糖核酸所組成的長(zhǎng)鏈大分子，是遺傳信息的攜帶者。生物體的遺傳信息就貯存在DNA的四種脫氧核糖核酸的排列順序中。 DNA通過(guò)復(fù)制將遺傳信息由親代傳遞給子代；通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯，將遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)分子，從而決定生物的表現(xiàn)型。DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程就構(gòu)成了遺傳學(xué)的中心法則。

在RNA病毒中，其遺傳信息貯存在RNA分子中。因此，在這些生物體中，遺傳信息的流向是RNA通過(guò)復(fù)制，將遺傳信息由親代傳遞給子代，通過(guò)反轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞給DNA，再由DNA通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯傳遞給蛋白質(zhì)，這種遺傳信息的流向就稱為反中心法則。

生物體內(nèi)遺傳信息的流向。

第十章 DNA的生物合成(復(fù)制)

☆第一節(jié) 復(fù)制的基本規(guī)律

一、半保留復(fù)制是DNA復(fù)制的基本特征

☆DNA半保留復(fù)制的概念。DNA在復(fù)制時(shí)，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相同的兩個(gè)雙鏈子代DNA，每個(gè)子代DNA中都含有一股親代DNA鏈，這種現(xiàn)象稱為DNA的半保留復(fù)制。

DNA半保留復(fù)制示意圖。

☆DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證明：DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制，是在1958年由M. Meselson 和 F. Stahl 所完成的實(shí)驗(yàn)所證明。該實(shí)驗(yàn)首先將大腸桿菌在含¹⁵N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)約十五代，使其DNA中的堿基氮均轉(zhuǎn)變?yōu)?sup>15N。然后將大腸桿菌移至只含¹⁴N的培養(yǎng)基中同步培養(yǎng)一代、二代、三代。分別提取DNA，作密度梯度離心，將具有不同密度的DNA分離開(kāi)。

DNA半保留復(fù)制研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖。

半保留復(fù)制的意義：按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。遺傳的保守性是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對(duì)的。

二、DNA復(fù)制從起始點(diǎn)向兩個(gè)方向延伸形成雙向復(fù)制

DNA在復(fù)制時(shí)，需在特定的位點(diǎn)起始，這是一些具有特定核苷酸排列順序的片段，即復(fù)制起始點(diǎn)(origin) 。在原核生物中，復(fù)制起始點(diǎn)通常為一個(gè)，而在真核生物中則為多個(gè)。

細(xì)菌和酵母菌中DNA復(fù)制起始點(diǎn)的堿基序列。

☆習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰DNA復(fù)制起始點(diǎn)之間的距離（或DNA片段)定為一個(gè)復(fù)制子(replicon) 。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。

☆DNA復(fù)制時(shí)，局部雙螺旋解開(kāi)形成兩條單鏈，這種叉狀結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉。

復(fù)制起始點(diǎn)與復(fù)制子示意圖。

復(fù)制起始點(diǎn)、復(fù)制子與復(fù)制叉。

☆DNA復(fù)制時(shí)，以復(fù)制起始點(diǎn)(origin)為中心，向兩個(gè)方向進(jìn)行解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制(bidirectional replication)。但在低等生物中，也可進(jìn)行單向復(fù)制（如滾環(huán)復(fù)制)。

DNA的雙向復(fù)制示意圖。

三、DNA子代鏈復(fù)制方向與解鏈方向相反導(dǎo)致不連續(xù)復(fù)制

參與DNA復(fù)制的DNA聚合酶，必須以一段具有3"端自由羥基（3"-OH)的RNA作為引物(primer) ，才能開(kāi)始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為50~ 100個(gè)核苷酸，而在真核生物中約為10個(gè)核苷酸。RNA引物的堿基順序，與其模板DNA的堿基順序相配對(duì)。

DNA聚合酶只能以5"→3"方向聚合子代DNA鏈，即模板DNA鏈的方向必須是3"→5"。由于DNA分子中兩條鏈的走向相反，因此當(dāng)分別以兩條親代DNA鏈作為模板聚合子代DNA鏈時(shí)，子代鏈的聚合方向也是不同的。

DNA的半不連續(xù)復(fù)制。

☆領(lǐng)頭鏈和隨從鏈的概念。以3"→5"方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)基本上是連續(xù)進(jìn)行的，其子代鏈的聚合方向?yàn)?"→3"，這一條鏈被稱為領(lǐng)頭鏈(leading strand)。以5"→3"方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)則是不連續(xù)的，其鏈的聚合方向也是5"→3"，這條鏈被稱為隨從鏈(lagging strand)。領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。

☆岡崎片段的概念。由于親代DNA雙鏈在復(fù)制時(shí)是逐步解開(kāi)的，因此，隨從鏈的合成也是一段一段的。DNA在復(fù)制時(shí)，由隨從鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱為岡崎片段(Okazaki fragment)。岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個(gè)核苷酸，而在真核生物中約為100個(gè)核苷酸。

★第二節(jié) DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化

一、復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng)是核苷酸之間脫水縮合生成磷酸二酯鍵

DNA復(fù)制時(shí)，在聚合酶的催化下，以四種脫氧核糖核酸為底物，即dATP，dGTP，dCTP，dTTP，脫水縮合生成3",5"-磷酸二酯鍵而連接成多核苷酸鏈。

DNA復(fù)制過(guò)程中脫氧核糖核苷酸的聚合反應(yīng)。

DNA的復(fù)制還是模板依賴性的，必須要以親代DNA鏈作為模板。親代DNA的兩股鏈解開(kāi)后，可分別作為模板進(jìn)行復(fù)制。

二、DNA聚合酶催化核苷酸之間的縮合反應(yīng)

☆全稱：依賴DNA的DNA聚合酶 ( DNA-dependent DNA polymerase, DDDP )。簡(jiǎn)稱：DNA-pol�；钚裕孩� 5"→3"的聚合酶活性；② 5"→3"或3"→5"核酸外切酶活性。

DNA聚合酶的核酸外切酶活性。

（一)原核生物DNA聚合酶

在原核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有三種，分別命名為DNA聚合酶Ⅰ（pol Ⅰ)，DNA聚合酶Ⅱ（pol Ⅱ)，DNA聚合酶Ⅲ（pol Ⅲ)，這三種酶都屬于具有多種酶活性的多功能酶。參與DNA復(fù)制的主要是pol Ⅲ和pol Ⅰ。

☆pol Ⅰ為具有三種酶活性的單一肽鏈的大分子蛋白質(zhì)，可被特異的蛋白酶水解為兩個(gè)片段，其中的大片段保留了兩種酶活性,即5"→3"聚合酶和3"→5"外切酶活性，通常被稱為Klenow fragment。

Klenow 片段的分子結(jié)構(gòu)。

☆pol Ⅲ由十種亞基組成不對(duì)稱異源二聚體結(jié)構(gòu)，其中α亞基具有5"→3"聚合DNA的酶活性，具有復(fù)制DNA的功能；而ε亞基具有3"→5"外切酶的活性，與DNA復(fù)制的校正功能有關(guān)。

☆原核生物中的三種DNA聚合酶。

（二)真核生物DNA聚合酶

☆在真核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有五種：① DNA-pol α——起始引發(fā)，有引物酶活性。② DNA-pol β——參與低保真度的復(fù)制。③ DNA-pol γ——在線粒體DNA復(fù)制中起催化作用。④ DNA-pol δ——延長(zhǎng)子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。⑤ DNA-pol ε——在復(fù)制過(guò)程中起校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口的作用。

☆真核生物的DNA聚合酶。

三、核酸外切酶的校讀作用和堿基選擇功能是DNA復(fù)制的保真性的酶學(xué)基礎(chǔ)

☆為了保證遺傳的穩(wěn)定，DNA的復(fù)制必須具有高保真性。DNA復(fù)制時(shí)的保真性主要與下列因素有關(guān)：① 遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；② DNA聚合酶在復(fù)制時(shí)對(duì)堿基的正確選擇；③ 對(duì)復(fù)制過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及時(shí)進(jìn)行校正。

（一)核酸外切酶活性在復(fù)制中辨認(rèn)并切除錯(cuò)配堿基。

（二)復(fù)制的保真性依賴于正確的堿基選擇

DNA聚合酶靠其大分子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)非共價(jià)（氫鍵)與共價(jià)（磷酸二酯鍵)鍵的有序形成，即只有當(dāng)堿基之間完成正確的氫鍵形成后，才會(huì)催化磷酸二酯鍵的連接。嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)能形成順式和反式構(gòu)型，與相應(yīng)的嘧啶形成氫鍵配對(duì)，嘌呤應(yīng)處于反式構(gòu)型。

嘌呤化學(xué)結(jié)構(gòu)的順式和反式構(gòu)型。

四、復(fù)制時(shí)雙螺旋的解鏈伴有DNA分子拓?fù)鋵W(xué)的變化

（一)解螺旋酶、引物酶和引發(fā)體

解螺旋酶(helicase) ，又稱解鏈酶、DnaB蛋白或rep蛋白，是用于解開(kāi)DNA雙鏈的酶蛋白。每解開(kāi)一對(duì)堿基，需消耗2分子ATP。

引物酶(primerase)本質(zhì)上是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP)，該酶以DNA為模板，聚合一段RNA短鏈引物(primer)，以提供自由的3"-OH，使子代DNA鏈能夠開(kāi)始聚合。引物酶需組裝成引發(fā)體才能催化RNA引物的合成。

在E. coli中，含有解螺旋酶(DnaB蛋白) 、DnaC蛋白、引物酶(DnaG蛋白)和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)被稱為引發(fā)體(primosome) 。DNA復(fù)制起始時(shí)的解鏈則是DnaA(辨認(rèn)復(fù)制起始點(diǎn))、DnaB和DnaC三種蛋白共同作用的結(jié)果。

引發(fā)體的組裝形成。

引物酶催化合成短鏈RNA引物分子。

（二)單鏈DNA結(jié)合蛋白

單鏈DNA結(jié)合蛋白（single strand DNA binding protein, SSB)，又稱螺旋反穩(wěn)蛋白(HDP)，是一些能夠與單鏈DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)因子。

☆SSB的生理作用：使解開(kāi)雙螺旋后的DNA單鏈能夠穩(wěn)定存在，即穩(wěn)定單鏈DNA，便于其作為模板復(fù)制子代DNA；保護(hù)單鏈DNA，避免核酸酶的降解。

（三)DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶

能夠松解DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的酶。

人類(lèi)拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ的分子結(jié)構(gòu)。

DNA復(fù)制過(guò)程中正超螺旋的形成。解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成。

拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用特點(diǎn)：既能水解、又能連接磷酸二酯鍵。

分類(lèi)：拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ和Ⅱ。

DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶的作用機(jī)制：拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ——切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ——切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。

雙鏈DNA解開(kāi)形成復(fù)制叉。

五、DNA連接酶連接DNA雙鏈中的單鏈缺口

DNA連接酶(DNA ligase)執(zhí)業(yè)藥師可催化兩段DNA片段之間磷酸二酯鍵的形成，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。

DNA連接酶的連接作用。

☆DNA連接酶催化的條件是：① 需一段DNA片段具有3"-OH，而另一段DNA片段具有5"-Pi基；② 未封閉的缺口位于雙鏈DNA中，即其中有一條鏈?zhǔn)峭暾�；�?需要消耗能量，由ATP供能。

DNA連接酶的作用：DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用。是基因工程的重要工具酶之一。

★第三節(jié) DNA生物合成的過(guò)程

☆一、原核生物DNA的生物合成

（一)復(fù)制的起始：DNA解鏈形成引發(fā)體

原核生物DNA復(fù)制的起始階段包括：

1. 解旋解鏈，形成復(fù)制叉：① 由拓?fù)洚悩?gòu)酶和解鏈酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結(jié)構(gòu)解開(kāi)，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA（需DnaA、B、C蛋白的協(xié)同作用)。② 單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB)四聚體結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復(fù)制叉。

2. 引發(fā)體組裝和引物合成：① 由解螺旋酶(DnaB蛋白) 、DnaC蛋白、引物酶(DnaG蛋白)和DNA復(fù)制起始區(qū)域形成引發(fā)體；② 在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3"端自由羥基（3"-OH)。

（二)復(fù)制的延長(zhǎng)：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制

復(fù)制的延長(zhǎng)指在DNA聚合酶催化下，以3"→5"方向的親代DNA鏈為模板，從5"→3"方向聚合子代DNA鏈。其化學(xué)本質(zhì)是dNTP以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長(zhǎng)中的子鏈上，磷酸二酯鍵不斷生成。在原核生物中，參與DNA復(fù)制延長(zhǎng)的是DNA聚合酶Ⅲ。

DNA復(fù)制的延長(zhǎng)過(guò)程。領(lǐng)頭鏈的合成過(guò)程。隨從鏈的合成過(guò)程。

DNA聚合酶Ⅲ催化領(lǐng)頭鏈和隨從鏈同時(shí)合成。

復(fù)制的延長(zhǎng)過(guò)程。

（三)復(fù)制的終止：切除引物、填補(bǔ)空缺并連接斷口

1. 去除引物，填補(bǔ)空缺：在復(fù)制過(guò)程中形成的RNA引物，需由RNA酶來(lái)水解去除；RNA引物水解后遺留的空缺，由DNA聚合酶Ⅰ催化延長(zhǎng)空缺處的DNA，直到剩下最后一個(gè)磷酸酯鍵的斷口。

2. 封閉斷口，連接岡崎片段：在DNA連接酶的催化下，生成斷口最后一個(gè)磷酸酯鍵，將岡崎片段連接起來(lái)，形成完整的DNA長(zhǎng)鏈。

隨從鏈上不連續(xù)性片段的連接。

復(fù)制的終止。

二、真核生物DNA的生物合成

（一)復(fù)制的起始：與原核生物類(lèi)似

基本過(guò)程包括：解旋解鏈，形成復(fù)制叉；組裝引發(fā)體，合成RNA-DNA引物。

☆主要區(qū)別：①?gòu)?fù)制起始點(diǎn)更多，序列更短；②復(fù)制有時(shí)序性，分組激活；③參與的酶和蛋白因子更多；④復(fù)制的起始與細(xì)胞周期的調(diào)控相關(guān)聯(lián)。

☆真核生物DNA復(fù)制起始需要：① DNA聚合酶α —— 具有引物酶兼DNA聚合酶活性，催化RNA-DNA引物合成；② DNA聚合酶δ —— 具有解螺旋酶和DNA聚合酶活性，參與復(fù)制起始，并且是子代鏈延長(zhǎng)時(shí)主要的復(fù)制酶；③ DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶和復(fù)制因子（RFA、RFC等)；④ 增殖細(xì)胞核抗原（PCNA)—— 可滑動(dòng)的DNA鏈鉗夾。

（二)復(fù)制的延長(zhǎng)：三種DNA聚合酶的頻繁轉(zhuǎn)換催化領(lǐng)頭鏈和隨從鏈的合成

在真核生物DNA復(fù)制的延長(zhǎng)階段，在聚合酶α催化合成的RNA-DNA-OH 3"引物的基礎(chǔ)上，由聚合酶ε取代聚合酶α催化領(lǐng)頭鏈的連續(xù)合成，或由聚合酶δ取代聚合酶α催化隨從鏈的不連續(xù)合成。真核生物DNA復(fù)制的延長(zhǎng)階段。

由于真核生物DNA存在較多的復(fù)制子，故領(lǐng)頭鏈和隨從鏈都比較短。領(lǐng)頭鏈通常為半個(gè)復(fù)制子的長(zhǎng)度（雙向復(fù)制)，而隨從鏈則大致與一個(gè)核小體單位的長(zhǎng)度相當(dāng)。因此，延長(zhǎng)階段存在頻繁的聚合酶之間的轉(zhuǎn)換。

（三)復(fù)制的終止：去除引物，連接岡崎片段，重建端粒

真核生物DNA復(fù)制終止時(shí)，由RNase H和內(nèi)切核酸酶FEN1水解去除RNA-DNA引物，并由DNA聚合酶δ催化填補(bǔ)空缺，最后由DNA連接酶連接岡崎片段。同時(shí)，線狀DNA復(fù)制完成后，3"-末端由于RNA引物被水解而形成空缺，需進(jìn)行填補(bǔ)，即完成端粒的重建。

端粒（telomere)是指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu)部分，通常膨大成粒狀。

端粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。末端DNA序列是多次重復(fù)的富含G、T堿基的短序列。

端粒的功能：維持染色體的穩(wěn)定性；保證DNA復(fù)制的完整性。

線性DNA在復(fù)制完成后，其末端由于引物RNA的水解而可能出現(xiàn)縮短。故需要在端粒酶（telomerase)的催化下，進(jìn)行延長(zhǎng)反應(yīng)。

☆端粒酶(telomerase)：是一種RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，它可以其RNA為模板，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程對(duì)末端DNA鏈進(jìn)行延長(zhǎng)。

端粒酶的組成：端粒酶RNA (human telomerase RNA, hTR)；端粒酶協(xié)同蛋白(human telomerase associated protein 1, hTP1)；端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase, hTRT)。

端粒酶的作用機(jī)制——爬行模型。

第四節(jié) 逆轉(zhuǎn)錄和其他復(fù)制方式

一、逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組是RNA

逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象。

二、逆轉(zhuǎn)錄的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)充了中心法則

☆逆轉(zhuǎn)錄酶和逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象，是分子生物學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)充了中心法則的內(nèi)容。逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象說(shuō)明：至少在某些生物，RNA同樣兼有遺傳信息傳代與表達(dá)功能。對(duì)逆轉(zhuǎn)錄病毒的研究，拓寬了20世紀(jì)初已注意到的病毒致癌理論。

三、滾環(huán)復(fù)制和D 環(huán)復(fù)制

滾環(huán)復(fù)制(rolling circle replication)：是某些低等生物的復(fù)制形式，如X174和M13噬菌體等。滾環(huán)復(fù)制的過(guò)程。

D環(huán)復(fù)制(D-loop replication) ：是線粒體DNA (mitochondrial DNA，mtDNA)的復(fù)制形式。

第五節(jié) DNA損傷(突變)和修復(fù)

☆DNA損傷的概念。由自發(fā)的或環(huán)境的因素引起DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的任何異常的改變稱為DNA的損傷，也稱為突變（mutation)。

常見(jiàn)的DNA的損傷包括堿基脫落、堿基修飾、交聯(lián)，鏈的斷裂，重組等。

一、突變?cè)谏锝缙毡榇嬖诘囊饬x

（一)突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)

（二)突變導(dǎo)致基因型改變

（三)突變導(dǎo)致死亡

（四)突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)

二、多種內(nèi)外因素可誘發(fā)突變

（一)自發(fā)因素

1. 自發(fā)脫堿基：由于N-糖苷鍵的自發(fā)斷裂，引起嘌呤或嘧啶堿基的脫落。每日可達(dá)近萬(wàn)個(gè)核苷酸殘基。

2. 自發(fā)脫氨基：胞嘧啶自發(fā)脫氨基可生成尿嘧啶，腺嘌呤自發(fā)脫氨基可生成次黃嘌呤。每日可達(dá)幾十到幾百個(gè)核苷酸殘基。

3. 復(fù)制錯(cuò)配：由于復(fù)制時(shí)堿基配對(duì)錯(cuò)誤引起的損傷，發(fā)生頻率較低。

（二)物理因素

由紫外線、電離輻射、X射線等引起的DNA損傷。其中，X射線和電離輻射常常引起DNA鏈的斷裂，而紫外線常常引起嘧啶二聚體的形成，如TT，TC，CC等二聚體。這些嘧啶二聚體由于形成了共價(jià)鍵連接的環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)，因而會(huì)引起復(fù)制障礙。

嘧啶二聚體的形成。

（三)化學(xué)因素

1. 脫氨劑：如亞硝酸與亞硝酸鹽，可加速C脫氨基生成U，A脫氨基生成H。

2. 烷基化劑：這是一類(lèi)帶有活性烷基的化合物，可提供甲基或其他烷基，引起堿基或磷酸基的烷基化，甚至可引起鄰近堿基的交聯(lián)。

3. DNA加合劑：如苯并芘，在體內(nèi)代謝后生成四羥苯并芘，與嘌呤共價(jià)結(jié)合引起損傷。

4. 堿基類(lèi)似物：如5-FU，6-MP等，可摻入到DNA分子中引起損傷或突變。

5. 斷鏈劑：如過(guò)氧化物，含巰基化合物等，可引起DNA鏈的斷裂。

常見(jiàn)的化學(xué)誘變劑。

☆三、突變的分子改變類(lèi)型

點(diǎn)突變和復(fù)突變。

☆DNA分子上單一堿基的改變稱點(diǎn)突變(point mutation)。

1. 轉(zhuǎn)換：發(fā)生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。

2. 顛換：發(fā)生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。

血紅蛋白β-亞基的點(diǎn)突變。

3. 缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。

4. 插入：原來(lái)沒(méi)有的一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。

缺失或插入都可導(dǎo)致框移突變。框移突變是指三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。

缺失引起的框移突變。

5. 重排：DNA分子內(nèi)較大片段的交換，稱為重組或重排。

四、DNA損傷的修復(fù)有多種類(lèi)型

☆DNA損傷修復(fù)(repair) ：是對(duì)已發(fā)生分子改變的補(bǔ)償措施，使其盡可能回復(fù)為原有的天然狀態(tài)。

修復(fù)的主要類(lèi)型：光修復(fù)(light repair)、切除修復(fù)(excision repair)、重組修復(fù)(recombination repair)、SOS修復(fù)。

☆（一)直接修復(fù)系統(tǒng)（光修復(fù))

這是一種廣泛存在的修復(fù)作用，能夠修復(fù)任何嘧啶二聚體的損傷。修復(fù)過(guò)程由光修復(fù)酶(photolyase)催化完成，該酶以FAD和MTHF（次甲基四氫葉酸)為輔助因子，在一定波長(zhǎng)（300~600nm)可見(jiàn)光照射下被激活。

光修復(fù)酶的分子結(jié)構(gòu)。

其修復(fù)過(guò)程為：①光修復(fù)酶識(shí)別嘧啶二聚體并與之結(jié)合形成復(fù)合物。②在300～600nm可見(jiàn)光照射下，酶獲得能量，將嘧啶二聚體的丁酰環(huán)打開(kāi)。③光修復(fù)酶從DNA上解離。

☆（二)核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)

這也是一種廣泛存在的修復(fù)機(jī)制，可適用于多種DNA損傷的修復(fù)。切除修復(fù)機(jī)制的基本過(guò)程是將受損的DNA片段切除，然后再以對(duì)側(cè)鏈為模板，重新合成新鏈進(jìn)行修復(fù)。

在原核生物中，與DNA切除修復(fù)有關(guān)的蛋白質(zhì)包括UvrA、UvrB、UvrC，以及DNA pol Ⅰ和DNA連接酶。UvrA和UvrB主要起辨認(rèn)和結(jié)合受損部位的作用；而UvrC具有核酸內(nèi)切酶活性，與受損片段的切除有關(guān)。

原核生物DNA切除修復(fù)的機(jī)制。

著色性干皮病（xeroderma pigmentosus，XP)是一種人類(lèi)遺傳性疾病，其發(fā)病機(jī)制與DNA修復(fù)系統(tǒng)缺陷相關(guān)。因此，人類(lèi)DNA切除修復(fù)系統(tǒng)相關(guān)基因被命名為XP基因，包括XPA、XPB、XPC、XPD、XPF、XPG等。其中，XPF和XPG基因的表達(dá)產(chǎn)物具有核酸內(nèi)切酶活性，XPF切割5"側(cè)，XPG切割3"側(cè)。

真核生物XP切除修復(fù)系統(tǒng)。

（三)重組修復(fù)系統(tǒng)

這是DNA的復(fù)制過(guò)程中所采用的一種有差錯(cuò)的修復(fù)方式。修復(fù)時(shí)，利用重組蛋白R(shí)ecA的核酸酶活性，將另一股健康親鏈與損傷缺口相互交換。

RecA重組蛋白修復(fù)DNA示意圖。

（四)SOS修復(fù)系統(tǒng)

當(dāng)DNA損傷廣泛難以繼續(xù)復(fù)制時(shí)，由此而誘發(fā)出一系列復(fù)雜的反應(yīng)。在E. coli中，各種與修復(fù)有關(guān)的基因，組成一個(gè)稱為調(diào)節(jié)子(regulon)的網(wǎng)絡(luò)式調(diào)控系統(tǒng)。這種修復(fù)特異性低，對(duì)堿基的識(shí)別、選擇能力差。通過(guò)SOS修復(fù)，復(fù)制如能繼續(xù)，細(xì)胞是可存活的。然而DNA保留的錯(cuò)誤較多，導(dǎo)致較廣泛和長(zhǎng)期的突變。

☆——重點(diǎn)

★——難點(diǎn)

1.0學(xué)時(shí)

動(dòng)畫(huà)演示

重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)

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