第十二章DNA的复制和修复 本章重点介绍遗传中心法则和DNA的半 保留复制以及逆转录的过程和机理。对DNA 的损伤和修复、突变和重组作一般介绍。 DNA是绝大多数生物体遗传信息的敢体,继 1953年 Watson& Crick提出DNA螺旋结构模型 后,1958年,Crik提出了“中心法则”( Central dogma)揭示了遗传信息的传递规律 思考
第十二章 DNA的复制和修复 本章重点介绍遗传中心法则和DNA的半 保留复制以及逆转录的过程和机理，对DNA 的损伤和修复、突变和重组作一般介绍。 思考 DNA是绝大多数生物体遗传信息的载体，继 1953年Watson & Crick提出DNA双螺旋结构模型 后，1958年，Crick提出了“中心法则”(Central dogma)揭示了遗传信息的传递规律
遗传信息传递的中心法则 生物的遗传信息以密码的形式储 存在DNA分子上,表现为特定的核苷 酸排列顺序。在细胞分裂的过程中, 通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传 信息忠实地传递给两个子代细胞。在 复制 子代细胞的生长发育过程中,这些遗 DNA 传信息通过转录传递给RNA,再由 RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多 转录 肽链上的氨基酸排列顺序,由蛋白质 执行各种各样的生物学功能,使后代 逆转录 表现出与亲代相似的遗传特征。后来 人们又发现,在宿主细胞中一些RNA RNA 蛋白质 病毒能以自己的RNA为模板复制出新 翻译 的病毒RNA,还有一些RNA病毒能以 V 其RNA为模板合成DNA,称为逆转录复制 这是中心法则的补充。 中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律,揭示遗传的分子基础,不仅使人 们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识,而且以这方面的 理论和技术为基础发展了基因工程,给人类的生产和生活带来了深刻的革命
遗传信息传递的 中心法则 蛋白质 翻译 转录 逆转录 复制 复制 DNA RNA 生物的遗传信息以密码的形式储 存在DNA分子上，表现为特定的核苷 酸排列顺序。在细胞分裂的过程中， 通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传 信息忠实地传递给两个子代细胞。在 子代细胞的生长发育过程中，这些遗 传信息通过转录传递给RNA，再由 RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多 肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质 执行各种各样的生物学功能，使后代 表现出与亲代相似的遗传特征。后来 人们又发现，在宿主细胞中一些RNA 病毒能以自己的RNA为模板复制出新 的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以 其RNA为模板合成DNA，称为逆转录 这是中心法则的补充。 中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人 们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的 理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命
目 录 第一节DNA的复制(DNA指导下的DNA合成) 第二节DNA的损伤与修复 第三节DNA突变 第四节逆转录作用(RNA指导下的DNA的合成) 第五节DNA的遗传重组
目 录 第一节 DNA的复制（DNA指导下的DNA合成） 第二节 DNA的损伤与修复 第三节 DNA突变 第四节 逆转录作用（RNA指导下的DNA的合成） 第五节 DNA的遗传重组
第一节DNA的半保留复制 概念和实验依据 、DNA聚合反应有关的酶类 DNA的复制的起始点和方式 四、原核细胞DNA的复制过程 五、DNA复制的忠实性 六、真核细胞DNA的复制
第一节 DNA的半保留复制 一 、概念和实验依据 二、DNA聚合反应有关的酶类 三、DNA的复制的起始点和方式 四、原核细胞DNA的复制过程 五、DNA复制的忠实性 六、真核细胞DNA的复制
DNA的半保留复制的 亲代DNA分子 概念 DNA在复制时,两 条链解开分别作为模板, 在DNA聚合酶的催化下按 碱基互补的原则合成两条 与模板链互补的新链,以 组成新的DNA分子。这样 新形成的两个DNA分子与 亲代DNA分子的碱基顺序 全一样。由于子代DNA 分子中一条链来自亲代, 另一条链是新合成的,这 复制链 亲本链复制链 种复制方式称为半保留复 w&ton和 Crick提出的DNA 制 双螺旋复制模型
DNA的半保留复制的 概念 DNA在复制时，两 条链解开分别作为模板， 在DNA聚合酶的催化下按 碱基互补的原则合成两条 与模板链互补的新链，以 组成新的DNA分子。这样 新形成的两个DNA分子与 亲代DNA分子的碱基顺序 完全一样。由于子代DNA 分子中一条链来自亲代， 另一条链是新合成的，这 种复制方式称为半保留复 制
DNA I5NIDNA 的半 保留 复制 Orig nal parent molecule 实验 I4N-I5NI DNA 依据 1958年 Meselson &stah1用同位素 First generation daughter molecules 示踪标记加密度 IN-5NI DNA 梯度离心技术实 验,证明了DNA是 采取半保留的方 式进行复制 INIDNA
DNA 的半 保留 复制 实验 依据 1958年Meselson & stahl用同位素 示踪标记加密度 梯度离心技术实 验,证明了DNA是 采取半保留的方 式进行复制. [ 15N] DNA [ 14N- 15N] DNA [ 14N] DNA [ 14N- 15N] DNA
复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图 (Caim实验) 16 B A C C 环状DNA的复制 ■■■■■■ 将H胸苷标记大肠杆菌DNA,经过近两代的时间,H-胸苷掺入大肠杆 菌DNA。用溶菌酶把细胞壁消化掉,使完整的大肠杆菌染色体DNA释放出 来,放射自显影,得到上图。非复制部分(C)银粒子密度较低,由一股放 射性链和一股非放射性链构成。已复制部分站整个染色体的三分之二,其中 条双链(B)仅有一股链是标记的,另外一股双链(A)的两股链都是 标记的,银粒子密度为前二者的两倍。染色体全长约为1100微米
复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图 (Caims实验) 将3H-胸苷标记大肠杆菌DNA，经过近两代的时间，3H-胸苷掺入大肠杆 菌DNA 。用溶菌酶把细胞壁消化掉，使完整的大肠杆菌染色体DNA释放出 来，放射自显影，得到上图。非复制部分（C）银粒子密度较低，由一股放 射性链和一股非放射性链构成。已复制部分站整个染色体的三分之二，其中 一条双链（ B ）仅有一股链是标记的，另外一股双链（A）的两股链都是 标记的，银粒子密度为前二者的两倍。染色体全长约为1100微米。 A B C 环状DNA的复制 A B C
原核生物DNA聚合反应有关的酶类 (1)DNA聚合酶DNA 3 polymerases) (2)引物酶( pelmase)和引发体 解旋酶 ( primosome):启动RNA引物链 解链酶 的合成。 引物酶和 SSB 引发体 (3)DNA连接釀( DNA ligase) (4)DNA解链酶( dNA helicase) RNA引物 (5)单链结合蛋白( single DNA聚 strand binding protein, SSB) 合酶I 结合在解开的DNA单链上,防止 重新形成双螺旋。 DNA聚 合醇 (6)拓扑异构酶 ( topoi somerase):兼具内切酶和 连接酶活力,能迅速将DNA超螺 旋或双螺旋紧张状态变成松驰状 3 态,便于解链。 3 5 RNA 引物
原核生物DNA聚合反应有关的酶类 （1）DNA聚合酶(DNA polymetases) （2）引物酶(peimase)和引发体 (primosome) ：启动RNA引物链 的合成。 (3） DNA连接酶（DNA ligase） （4）DNA解链酶(DNA helicase) (5）单链结合蛋白(singlestrand binding protein,SSB)： 结合在解开的DNA单链上，防止 重新形成双螺旋。 (6）拓扑异构酶 (topoisomerase):兼具内切酶和 连接酶活力，能迅速将DNA超螺 旋或双螺旋紧张状态变成松驰状 态，便于解链。 解旋酶 DNA聚 合酶III 解链酶 RNA引物 引物酶和 引发体 DNA聚 合酶I SSB 3´ 3´ 5´ 5´ 3´ 5´ RNA 引物
DNA聚合酶催化的链延长反应 Primer strand Primer strand ase aseh H2C0、[Base Base H HO H emplat 0 0-P0-P-0-P 2C Base H2C ase Base H HO H HO H 模板链 RNA引物 子链
DNA聚合酶催化的链延长反应 5´ RNA引物 子链 3´ 3´ 5´ 5´ 3´ 3´ 5´ 5´ 3´ 3´ 5´ 模板链
大肠杆菌三种DNA聚合酶比较 DNA DNA DNA 比较项目 聚合酶Ⅰ聚合酶Ⅱ聚合酶 分子量 109,000120,000400,000 每个细胞的分子统计数400 100 10-20 5′-3′聚合酶作用 十 3′-5′核酸外切酶作用 +++ 5′-3″核酸外切酶作用 转化率 0.05 50 功能 切除引物 修复 修复复制 1999年发现聚合酶和,它们涉及DNA的错误倾 向修复( errooune repair)
大肠杆菌三种DNA聚合酶比较 DNA 聚合酶Ⅱ 分子量 每个细胞的分子统计数 5´-3 ´聚合酶作用 3´-5 ´核酸外切酶作用 5´-3 ´核酸外切酶作用 转化率 DNA 聚合酶Ⅰ 109，000 400 + + + 1 120，000 100 + + - 0 .05 400，000 10-20 + + - 50 比较项目 DNA 聚合酶 切除引物 修复 功能 修复 复制 1999年发现聚合酶 和 ，它们涉及DNA的错误倾 向修复（errooune repair）