第四章 遗传信息的的复制
DNA by RNA中间体复制（少数DNA病毒） RNA复制 （RNA病毒） RNA by DNA 中间体复制（逆转录病毒， 基因组复制的四种形式： DNA复制 DNA by RNA中间体复制（少数DNA病毒） RNA复制 （RNA病毒） RNA by DNA 中间体复制（逆转录病毒， 真核生物端粒DNA）
第一节 DNA复制（replication） 以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程 一、复制特点 1、起始点和方向 （1）复制起始点（origin of replication，ori）： 原核生物 只有一个. 真核生物有多个. 单向复制: 从两个起点,以反向单一方向复制 从一个起点以同一方向复制 双向复制: 从一个起点,以两个相反方向复制. (2) 方向: P52
2.复制的方式 （1）半保留复制(semi-conservative replication) （2）半不连续复制(semi-discontinuous replication ) DNA 聚合酶只能以5＇3＇方向催化合成 前导链(leading strand) 后随链(lagging strand) :岗崎片段
复制的起始 DNA链的延长 复制的终止 (3)基本过程: 小电影 DNA解旋、解链 RNA引物合成 DNA链的延长 切除引物、填补缺口 切除和修复错配碱基 具体:
冈奇片段中引物的切除
二、原核生物DNA的复制 （一）参与复制的酶与蛋白质 30多种酶与pr参与 1、DNA聚合酶（DNA polymerase，DNA pol） 作用：催化DNA合成，需Mg2+ 大肠杆菌有三种： A：聚合作用：5‘3’，10nt/sec，20个nt后脱落 B：3＇5＇外切酶活性：校对功能 C：5‘3’外切酶活性：参与RNA引物的切除、 修复作用 DNA pol 1 (三种功能) DNA pol 2 功能不清楚 真正的复制酶，10个亚基组成， 1000nt/sec，5000 nt后脱落 3＇5＇外切酶活性：校对功能 DNA pol 3
2、引物酶： DNA pol只能延长，不能从头合成 需一小段RNA（RNA聚合酶（primase）催化完成） 3、解旋及解链的蛋白质 解链酶（DNA helicase） 拓扑异构酶（DNA topoisomerase，topo） 单链结合蛋白（single strand DNA binding pr，SSB） 4、DNA连接酶(DNA ligase): 连接DNA分子中的缺口,需ATP.
(二)复制过程 原核生物---大肠杆菌 1. 复制的起始: 起始复合物的形成 : oriC + DnaA pr（局部解链） DnaA引导DnaB/ DnaC 进入 引发前体形成 : DnaB是一种解链酶 Topo2 打结 SSB结合到单链 解链酶解链: 引物合成: RNA引物合成酶 DNA pol 3 进入复合体: 亚基识别引物3＇－ＯＨ
3个13bp 序列 大肠杆菌oriC基因排列示意图 4个9bp序列，DnaA蛋白结合位点
2、DNA链的延长 DNA pol 三个作用特点决定了DNA链延长的特点 必须以DNA为模板DNA的复制为半保留复制 DNA pol 只能延长,不能从头合成需要RNA引物 合成方向只能5＇3＇, 半不连续复制 3.复制的终止 一般无特殊的终止信号 到DNA分子末端or两个复制叉相遇即终止
三、其他环状DNA的复制 1、复制: 环状DNA在 ori处解链，两条链分别作为模板进行 复制。
2、滚环复制 环状DNA 一条链解开，以未解开的链为模板，在开链的3＇端不断加上核苷酸。
3、D环复制: 线粒体DNA的复制。
四、真核生物染色体DNA的复制 （一）复制起始点及方向： 多起点、双向复制
（二）DNA pol ： 、、、 四种 ：DNA链合成的引发 ：链的延长 RNA引物空隙的填补 ：外切酶活性修复和校正 作用 ：线粒体DNA复制 （三）末端复制与端粒酶 由端粒酶（telomerase）参与完成 逆转录酶（由RNA和蛋白质组成）
合成过程（图4-11）： 端粒酶中RNA模板与DNA中的TG引物结合 端粒酶以RNA为模板在DNA末端聚合（加nt） 移位：DNA与RNA重新配对 聚合 至于CA链的合成，目前不清楚
真核复制与原核复制不同点： 1.真核中，引物及岗崎片段较小 2.真核中，同步合成组蛋白，形成核小体 3.真核中，在全部染色体复制完成以前，各ori不能开始下 一轮复制.
第二节 DNA的损伤与修复 一、DNA的损伤 复制过程中发生的DNA 突变 常见方式有四种： 点突变 1、嘌呤嘌呤（AT） point mutation 1、嘌呤嘌呤（AT） 嘧啶嘧啶（CG） 转换（transition） 颠换（transversion） 2、嘧啶嘌呤 3.移码突变（frame shift mutation） ：丢失or插入一个or 一段nts 4、链内或链间发生共价连接 .如 T-T, C-T,C-C
二、DNA损伤的修复 （一）光修复： 图4-12 光复活酶（photolase）
（二）切除修复：图4-13 主要修复方式 内切酶切除损伤DNA DNA pol 1 填补空隙 DNA连接酶封口
（三）重组修复（recombination repairing） 损伤面积较大DNA，先复制后修复 复制（损伤部位调过） 重组修补缺口（从另一DNA分子上移过来） 修复（正常DNA上的缺口补齐）
DNA损伤严重，细胞处于危急状态 recA 蛋白酶被激活 水解lexA（抑制蛋白） SOS修复酶系大量表达 （四）SOS修复（SOS repairing） 应急修复机制 DNA损伤严重，细胞处于危急状态 recA 蛋白酶被激活 水解lexA（抑制蛋白） SOS修复酶系大量表达
指以RNA为模板，RNA指导的DNA聚合酶以5＇3＇方向合成与RNA互补的DNA链的过程。 第三节 逆转录 指以RNA为模板，RNA指导的DNA聚合酶以5＇3＇方向合成与RNA互补的DNA链的过程。 一、 逆转录酶(reverse transcriptase) 1970年在鸡肉瘤病毒Rous中首次发现 多功能酶: A：具有RNA指导的DNA Pol活性,沿5＇3＇方向合成,需引物 B：具有RNA 酶H(RNase H)活性,可特异水解RNA-DNA上的RNA. C：具有DNA 指导的DNApol活性,可以cDNA为模板合成互补NDA D：对DNA无3＇-5＇外切酶活性,所以无核对功能.
二、逆转录病毒的基因组复制过程 逆转录病毒的基因组为RNA 在宿主cell中必须转变为DNA，才能进行基因表达和基因组复制. 过程: 逆转录病毒的结构
(1)以+RNA为引物合成一小段(-)cDNA(5＇3＇) (2)RNase H活性切去DNA-RNA中的RNA （3）DNA R与RNA3＇端R结合 （第一次跳跃） (4) (-)cDNA合成(5＇3＇) (5)RNase H除去DNA-RNA中的大部分RNA (6)合成一部分(+)DNA(5＇3＇)包括PB- (7)除去RNA(tRNA,RNA中的PB+区) (8)(+)、(-)股DNA中的PB-结合(第二次跳跃)
(9)合成剩余的(+)DNA(5＇3＇) 形成双链DNA 可随机插入宿主细胞染色体.
第四节 RNA的复制 某些大肠杆菌噬菌体(f2、MS2、R17、Qetc)和动物RNA病毒. 以RNA为模板,在RNA指导的RNA聚合酶作用下,按5＇-3＇方向合成互补RNA的过程 RNA复制酶(RNA replicase)： A：由四个亚基组成,只有一个为病毒产物 B：缺乏校对功能,错误率较高 C：只特异地对病毒RNA起作用