第十三章 细胞内遗传信息的传递
第一节 一般的信息转移
一,DNA合成与遗传控制
? DNA合成的一般过程：
与 DNA合成有关的酶（蛋白质）：
酶 功 能
解旋酶 松开 DNA螺旋
单链结合蛋白 防止松开的 DNA单链重退火
拓扑异构酶 除去 DNA的超螺旋卷曲
DNA聚合酶（ pol III） dNDP聚合，校正错误
引物酶 合成 RNA引物
5’ 3’外切酶（ pol I） 除去 RNA引物，填补空缺
DNA连接酶 3’-OH与 5’PO4的缺口封闭
核酸内缺酶 校正错误
目前在原核生物中发现有三类ＤＮＡ聚合酶,
分别称为ＤＮＡ聚合酶 Ⅰ （ ｐｏｌ Ⅰ ） 。 ＤＮＡ聚
合酶 Ⅱ （ ｐｏｌ Ⅱ ）, 和ＤＮＡ聚合酶 Ⅲ （ ｐｏｌ
Ⅲ ） 。 这三类聚合酶催化合成的新链的方向都是由
５ ’ → ３ ’ 并且都具有３ ’ → ５ ’ 核酸外切酶的
活性, 可以随时校正错误渗入的核苷酸, 并将之切
除 。 ｐｏｌ Ⅰ 还具有５ ’ → ３ ’ 的核酸外切酶活性 。
现在已知ｐｏｌ Ⅲ 是ＤＮＡ合成的主要聚合酶, ｐ
ｏｌ Ⅰ 主要在填补ＲＮＡ引物上的空缺和损伤修复
中起作用, ｐｏｌ Ⅱ 则主要在损伤修复中行使功能 。
原核生物的 DNA复制：
?DNA复制的遗传学分析
?DNA复制的起点
研究方法,Mu噬菌体插入与分子杂交
结果：单个起点 —— Ori C（ 83min）
复制起点的结构：
E.coli,Ori C 240bp
B.subtilis,296bp
?复制的方向
E.coli的 DNA复制是朝两个方向进行的 。
?复制的终点 (38min)
E.coli的复制终点在ｔｒｐ附近, 但是复制终点
有什么结构, 是如何终止复制的, 目前还不清楚 。
只有一些证据表明复制终点能够阻止两个复制方向
的前进 。 值得指出的是终点两旁是 E.coli染色体上
基因最少的区域 。
真核生物的 DNA复制
采用研究原生物ＤＮＡ复制的方法, 对真核生物进
行研究, 发现真核生物 DNA复制与 E.coli DNA复制
的主要特征是相似的, 但也并不是完全一样 。 主要
表现在三个方面的差异 。
?真核生物的染色体上有多个复制起点, 也就是说
真核生物的染色体上有许多复制子 。 而原核生物
（ E.coli） 只有一个复制子 。 E.coli一个复制子的大
小约３ × １０ 6bp,而真核生物一个复制子的大小
约１ ~２ × １０ 5bp。
所谓的复制子是指 DNA复制的起始位点及由此位
点控制的 DNA片段 。
?ＤＮＡ聚合酶不同, 真核生物的ＤＮＡ聚合酶也有三种,
即 polα,polβ,polγ。 ｐｏｌ α是主要的聚合酶, ｐｏｌ β
与ＤＮＡ的损伤和修复有关 。 ｐｏｌ γ则与 MtＤＮＡ的复
制有关 。 这三类酶与 E.coli的三类酶相近, 都是催化新链
ＤＮＡ由５ ’ → ３ ’ 方向延伸, 都需要有３ ’ －ＯＨ的小
片段核苷酸作为引物 。 所不同的是它们没有原核生物ＤＮ
Ａ多聚酶的具有核正错误的功能 。
?染色体组装：真核生物的染色体是由核小体单位组成的,
所以在复制过程中核小体必须组装, 根据一系列同位素标
记组蛋白的实验结果说明ＤＮＡ复制是半保留的, 而组蛋
白则是全保留的, 原来属于一个核小体的组蛋白在ＤＮＡ
复制以后, 全部转移到另一新生链上 。
ＤＮＡ复制的形式
原核生物与真核生物的基因组明显不同, 在Ｄ
ＮＡ复制的形式上也有所不同, ＤＮＡ复制的形式
主要有以下几种：
?阵列式：真核生物的核基因组主要采取这一方式
复制 。 复制是双向延伸的, 由于真核生物一条染色
体上有许多复制子, 所以从外观上看, 一条染色体
上有许多个复制叉, 这复制方式称为阵列式
?θ式：大肠杆菌等细菌的核基因组主要以这一方式
复制, 原核生物的 DNA是环状双链 DNA分子 。 其
复制起始点 （ ori） 附着于质膜上, 复制时, 由 ori
位点先复制, 同时伴随着质膜的增生, 随着 DNA
复制和膜增生的延续, 最终形成两个 DNA分子
?滚环式：这种形式的复制主要存在于某些噬菌体,
例如入噬菌体, ΦX174噬菌体等 。 复制是单向延伸
的 。 复制时, 共价闭环双链ＤＮＡ分子的一股链由
一种专一的内切酶在某个位点切下一个切口, 切下
的５ ’ 端脱离后可能附在膜上, 而以留下的３ ’ －
ＯＨ端作为引物, 利用另一完整的环状链作为模板,
通过滚动方式复制新链, 接着是以新链为模板复制
另一条互补链, 由于复制可以不断进行, 新链复制
的长度可达原来分子的几倍, 甚至更长 。 然后由某
种内切酶切开成为一个个新的ＤＮＡ分子 。
PR promoter right
R regulator
OR operator rightOri origin
?Ｄ－环式复制：这种复制形式主要见于线粒体
DNA（ Mt-DNA） 或叶绿体 DNA（ Ct-DNA） 。 采
用这种方式复制的 DNA分子的 ori有两个, 复制时
先由Ｏｒｉ－１启动, 由其中的一条母链为模板复
制新链, 这样在复制的区域有三条ＤＮＡ链, 其中
一条 （ 即另一条母链 ） 不能配对而拱出, 故称Ｄ－
环 。 当新链延伸到另一Ｏｒｉ, 即Ｏｒｉ－１ ’ 时,
便可启动 Ori－１ ’ 以另一条母链为模板按反方向
延伸合成另一条新链 。
Ori
Ori-1’
Ori
Ori-1’
ＤＮＡ复制的保真性
在ＤＮＡ复制过程中, 由于核苷酸的错误渗入而引起
的自发突变频率约 10-9~10-10,这么高的保真度提示在ＤＮ
Ａ复制过程中有一定的机制起校正错误的功能 。
E.coli的三种 DNA聚合酶都具有３ ’ －５ ’ 外切酶的
活性, 可以随时切除错误渗入的核苷酸并填补正确的核苷
酸, 起到校正的功能 。
真核生物的三类聚合酶都缺少３ ’ －５ ’ 外切酶的
活性, 但是这三种酶出现差错的频率并不比原核生物ＤＮ
Ａ聚合酶高 。 这说明在真核生物中必然还有另外一些酶参
与ＤＮＡ复制的错误校正 。 目前有一些证据提示, 有一种
单独的３ ’ → ５ ’ 外切酶与其它酶一起, 起校正作用 。
第二节 特殊的信息转移和中心法则
按照一般的信息转移过程, 遗传信息是由
DNA→ RNA→ 蛋白质；但有些病毒携带的遗传物
质是ＲＮＡ而不是ＤＮＡ, 它们的遗传信息转移过
程是通过ＲＮＡ复制 （ ＲＮＡ → ＲＮＡ ） 或反转录
（ ＲＮＡ → ＤＮＡ → ＲＮＡ ） 过程实现的 。
一, ＲＮＡ复制
R17,F2,MS2,Ｑ β,狂犬病毒, 口腔胞
疹病毒, 脊髓灰质炎病毒, 呼肠孤病毒都发现有ＲＮＡ复
制过程, 其中研究得比较清楚的是Ｑ β噬菌体 。
,Ｑ β噬菌体的基因组结构：Ｑ β噬菌体带有 （ ＋ ） 链
ＲＮＡ, ＲＮＡ分子量约 1.5 X106D（ 4500Nt）, 有四个
基因
５ ’ －成熟蛋白 -外壳蛋白 （ 和Ａ蛋白 ） -复制酶 β亚基－
３ ’ 。
,Ｑ β噬菌体的复制酶：Ｑ β噬菌体的ＲＮＡ复制酶有
四个亚基, 除自身携带的 β亚基外, 另外三个亚基分别来
自宿主细胞的 S1蛋白, EF-Tu和 EF-Ts因子 。
复制酶有两个特点, 一是特异性很高, 只识别病毒自
身的ＲＮＡ分子, 而对于其它ＲＮＡ分子包括其它ＲＮＡ
病毒的ＲＮＡ分子都不能起作用, 二是比较倾向于与 （ -）
链结合以制造更多的 （ +） 链 。
３, 复制过程
（ １ ） 带有 （ ＋ ） 链的ＲＮＡ病毒：这类病毒如Ｑ β，
脊髓灰质炎病毒等, 侵染后, 以自身携带的ＲＮＡ链上的
β亚基的基因马上翻译出 β亚基, β亚基随即组装成复制酶,
催化 （ － ） 链的合成, 又以 （ —） 链为模板合成 （ ＋ ） 链,
以亲代 （ ＋ ） 链和子代 （ ＋ ） 链为模板又翻译出结构蛋白 。
最后子代 （ ＋ ） 链和结构蛋白组装成成熟噬菌体 。
（ ２ ） 带 （ － ） 链ＲＮＡ的病毒：这类病毒如狂犬病毒,
口腔胞疹病毒等, 侵染细胞后, 必须先将 （ － ） 链复制成
（ ＋ ） 链才能翻译出复制酶, 所以在每个成熟的病毒颗粒
中都带有复制酶, 复制酶与ＲＮＡ一道侵染细胞, 发动
（ － ） 链到 （ ＋ ） 链的合成 。
（ ３ ） 双链ＲＮＡ病毒：例如呼肠孤病毒, 这类病毒侵
染细胞后先由 （ ＋ ） 链翻译出复制酶, 并以 （ － ） 链为模
板催化合成 （ ＋ ） 链, 以 （ ＋ ） 链翻译出结构蛋白及更多
的 （ － ） 链, 最后 （ ＋ ） 链和 （ － ） 链结合成双链子代Ｒ
ＮＡ再与结构蛋白结合成成熟病毒颗粒 。
二, 反转录与反转录病毒
ＲＮＡ病毒除了一类是通过复制的形式繁殖后代外, 还
有另一类就是所谓的反转录病毒, 它们是通过ＲＮＡ反转
录成ＤＮＡ再转录成ＲＮＡ的过程繁殖后代的 。
１, 反转录酶 (reverse transcriptase) 反转录酶是一种由病
毒基因组编码的, 可以以ＲＮＡ为模板, 将ＲＮＡ上的遗
传信息反转录到ＤＮＡ上的ＤＮＡ聚合酶, 这种酶有三个
活性,（ １ ） 以ＲＮＡ为模板合成单链ＤＮＡ, （ ２ ） 具
有核酸外切酶Ｈ的活性, 可水解去除 DNA-RNA杂种分子
上的ＲＮＡ链； （ ３ ） 可以单链ＤＮＡ为模板合成双链Ｄ
ＮＡ 。
,不同反转
录病毒的ＲＮＡ都可以做为模板, 但对于其它外源的ＲＮ
Ａ则要求有３ ’ －ＯＨ的引物 。
２, 反转录病毒是一类单链线状ＲＮＡ病毒, 一个
病毒颗粒含有两个相同的ＲＮＡ分子 （ 二聚体 ）,
带有三个必须的基因,gag（ group specific antigen
核心抗原基因, 即外壳蛋白基因 ） ； pol（ RNA-
dependent DNA polymerase 依赖于ＲＮＡ的ＤＮＡ
聚合酶, 即反转录酶的基因 ） ； env（ envelop)外
膜糖蛋白基因 ） 。
反转录病毒感染宿主细胞后, 其ＲＮＡ在反转
录酶的作用下, 反转录成ＤＮＡ而后反插入到宿主
细胞基因组中 。 在反转录过程中, 最大的变化就是
在ＤＮＡ的末端形成二个长末端重复序列 （ long
terminal repeats LTR） 。 这类似于转座子的末端重
复序列, 暗示着反转录病毒可能有类似于转座子的
转座作用 。 在插入宿主染色体的时候, 可导致宿主
染色体的几个ｂｐ的顺向重复 。
由于反转录病毒可能具有转座功能，因此有人
将这类病毒称为 反转录转座子 （ retrotransposon)
U3 R U5
TATAAA
AATAAA
IR 宿主 DNA重复（ DR）
LTR结构
三,DNA翻译：指利用 DNA直接作为信使，在核
糖体上翻译蛋白质的现象。
目前在自然界中尚未发现，但在实验室中利用
某些抗生素打乱核糖体对模板的选择，能够使
DNA直接代替 mRNA而合成多肽。
第三节 反转录病毒与肿瘤
癌基因 （ oncogene) 根据来源可分为两类：
?病毒癌基因,有些反转录病毒带有癌基因, 称为
病毒癌基因 （ v-onc）, 它是指病毒带有的可使靶
细胞发生恶性转化的基因 。 目前发现的病毒癌基因
大都存在与反转录病毒, 只有少数存在于 DNA病
毒中 。
?细胞癌基因,另一类癌基因称为细胞转化基因
（ cell transformation gene),也称细胞癌基因 （ c-
onc),这类基因存在于细胞中可使正常细胞转化为
恶性细胞 。 细胞中相应的不具有转化活性的基因称
为 原癌基因 （ proto-oncogene)。
一, 病毒癌基因
癌基因最早是在病毒中发现的 (Rous,1966年诺
贝尔奖 ） 。 有转化活性的反转录病毒, 除带有ｇａ
ｇ, ｐｏｌ, ｅｎｖ外, 还带有病毒癌基因, 有的
癌基因甚至挤掉了病毒的正常基因 。 迄今发现的病
毒癌基因都位于病毒基因组的３ ’ 端 。
二, 细胞癌基因,
细胞转化基因又称细胞癌基因, 是１９７６
年才发现的 （ Bioshop,1989年诺贝尔奖 ）, 80年
代发现原癌基因 。
应用基因克隆, Southern blot等方法首先在鸟
类的基因组ＤＮＡ中发现具有与 Rous肉瘤病毒
（ 一种反转录病毒 ） 的 src（ sarcoma,肉瘤 ） 基因
的核苷酸顺序相近似的序列, 接着又发现在哺乳动
物的ＤＮＡ中也有这些序列 。 随着反转录病毒中更
多的ｏｎｃ基因的发现, 同时也证实了这些ｏｎｃ
基因的同源序列都可以在动物的基因组ＤＮＡ中找
到 。
附：探针制备,
?缺口平移（ nick translation）：
随机引物法：
三、病毒癌基因的来源
病毒癌基因是来自于细胞癌基因的，主要证据有：
目前为止，在病毒中发现的癌基因在细胞中都
能找到相应的基因序列。相反，有些细胞癌基因在
病毒中并没有发现。因此目前发现的细胞癌基因的
数量比病毒癌基因多。
病毒癌基因缺乏内含子，是一种加工基因。
四、原癌基因的活化：
?获得启动子或增强子：如反转录病毒插入到原癌基因的
边上，原癌基因受到 LTR上的启动子的影响而活化。
?基因扩增 （ amplification)：有些肿瘤用癌基因为探针进行
分子杂交, 发现癌变细胞可杂交信号大大加强, 提示癌基
因的拷贝数增多, 扩增数可达数十到数百倍 。 癌基因扩增
有两种方式：产生大量的双微体 （ d o u b l e m i n u t e
c h r o m o s o m e DM） 及 染 色 体上 大 段同 源 染色 区
（ h o m o g e n e o u s l y s t a i n i n g r e g i o n H S R ） 。
?染色体重排：如慢性粒细胞白血病（ chronic myelogenous
leukemia CML）
?基因突变：如人膀胱癌基因（ c-H-ras）
染色体重排引起原癌基因的活化
肿瘤 染色体改变
慢性粒细胞白血病（ CML） t(9;22)
急性早幼粒细胞白血病 t(15;17)
急性淋巴细胞白血病 t(4;11)
急性粒细胞白血病 t(8;21)
前列腺癌 del(10q)
滑膜瘤 t(X;18)
睾丸癌 i(12p)
成视网膜细胞瘤 del(13q)
Wilms瘤 del(11p)
基因突变引起原癌基因的活化。
附,DNA序列分析 —— 双脱氧核苷酸末端终止法
五、抑癌基因（ tumor suppressor gene)：
指当基因存在或表达时能够抑制肿瘤的产生的一类
基因。如 p53,Rb,WT1等
六、癌症发生的遗传学说
?单克隆起源
?多阶段发展（多次击中学说）：两次或两次以上
的突变。
色素瘤癌变的多阶段模型
第四节 中心法则
一、中心法则（ central dogma）的提出：
1953年 Watson & Crick提出 DNA双螺旋结构后，
1958年 Crick在此基础上对细胞内遗传信息流向进
行了总结，提出了所谓的中心法则：
DNA RNA Protein
认为这个信息流向是单向的，不可逆的。
二、中心法则的修正
1961年 Temin等人发现了反转录酶（ 1970年才得到
承认），以及随后的 RNA复制酶的发现，实验室
中 DNA的翻译,Crick将中心法则修改为：
DAN
RNA Protein
三、对中心法则的挑战
DNA
RNA Protein
?朊病毒（ Prion）：这是一种引起人类 Kuru病、
CJD病,GSS病；动物的疯牛病（ mad cow disease)、
羊瘙痒病等疾病的 蛋白质 因子。
朊病毒的遗传信息传递问题，曾引起许多人的关注。
现在已经知道完整朊病毒的分子量 33~35KD，称 PrPsc
33~35，该蛋白质水解 N-末端 67个氨基酸后成为有传染性
的病毒颗粒，称 PrPsc 27~30。正常细胞内有 33~35KD的与
PrPsc 33~35一级结构完全相同而二级结构有明显差别的蛋
白质，但没有致病性，称 PrPc。 PrPc一但与 PrPsc结合将转
变为 PrPsc 。这就是朊病毒的繁殖方式。由此可知 PrP
（ Prion Protein）是由细胞内的基因编码的,PrPc与 PrPsc
是一种同分异构体。
问题,是在 PrPc转变为 PrPsc的过程中,PrPsc必须将遗传信
息传递给 PrPc，即将自己的立体结构的信息传递给 PrPc 。
蛋白质与蛋白质之间遗传信息的传递？
?以蛋白质为模板的肽链合成：许多多肽抗生素的
合成并不是为 DNA所编码，没有 mRNA，也不在
核糖体上合成。 Lipmann发现这些多肽是直接由某
些多酶体系合成的，如短杆菌肽。
?蛋白质翻译后的加工：有些蛋白质刚合成后是没
有活性的，必须经过一定的加工才能成为有活性的
蛋白质，这些加工过程包括糖基化、脂化以及肽链
的剪切等过程，这些过程的遗传信息又是如何来的？
?还有象模糊基因,RNA编辑等问题。
第一节 一般的信息转移
一,DNA合成与遗传控制
? DNA合成的一般过程：
与 DNA合成有关的酶（蛋白质）：
酶 功 能
解旋酶 松开 DNA螺旋
单链结合蛋白 防止松开的 DNA单链重退火
拓扑异构酶 除去 DNA的超螺旋卷曲
DNA聚合酶（ pol III） dNDP聚合，校正错误
引物酶 合成 RNA引物
5’ 3’外切酶（ pol I） 除去 RNA引物，填补空缺
DNA连接酶 3’-OH与 5’PO4的缺口封闭
核酸内缺酶 校正错误
目前在原核生物中发现有三类ＤＮＡ聚合酶,
分别称为ＤＮＡ聚合酶 Ⅰ （ ｐｏｌ Ⅰ ） 。 ＤＮＡ聚
合酶 Ⅱ （ ｐｏｌ Ⅱ ）, 和ＤＮＡ聚合酶 Ⅲ （ ｐｏｌ
Ⅲ ） 。 这三类聚合酶催化合成的新链的方向都是由
５ ’ → ３ ’ 并且都具有３ ’ → ５ ’ 核酸外切酶的
活性, 可以随时校正错误渗入的核苷酸, 并将之切
除 。 ｐｏｌ Ⅰ 还具有５ ’ → ３ ’ 的核酸外切酶活性 。
现在已知ｐｏｌ Ⅲ 是ＤＮＡ合成的主要聚合酶, ｐ
ｏｌ Ⅰ 主要在填补ＲＮＡ引物上的空缺和损伤修复
中起作用, ｐｏｌ Ⅱ 则主要在损伤修复中行使功能 。
原核生物的 DNA复制：
?DNA复制的遗传学分析
?DNA复制的起点
研究方法,Mu噬菌体插入与分子杂交
结果：单个起点 —— Ori C（ 83min）
复制起点的结构：
E.coli,Ori C 240bp
B.subtilis,296bp
?复制的方向
E.coli的 DNA复制是朝两个方向进行的 。
?复制的终点 (38min)
E.coli的复制终点在ｔｒｐ附近, 但是复制终点
有什么结构, 是如何终止复制的, 目前还不清楚 。
只有一些证据表明复制终点能够阻止两个复制方向
的前进 。 值得指出的是终点两旁是 E.coli染色体上
基因最少的区域 。
真核生物的 DNA复制
采用研究原生物ＤＮＡ复制的方法, 对真核生物进
行研究, 发现真核生物 DNA复制与 E.coli DNA复制
的主要特征是相似的, 但也并不是完全一样 。 主要
表现在三个方面的差异 。
?真核生物的染色体上有多个复制起点, 也就是说
真核生物的染色体上有许多复制子 。 而原核生物
（ E.coli） 只有一个复制子 。 E.coli一个复制子的大
小约３ × １０ 6bp,而真核生物一个复制子的大小
约１ ~２ × １０ 5bp。
所谓的复制子是指 DNA复制的起始位点及由此位
点控制的 DNA片段 。
?ＤＮＡ聚合酶不同, 真核生物的ＤＮＡ聚合酶也有三种,
即 polα,polβ,polγ。 ｐｏｌ α是主要的聚合酶, ｐｏｌ β
与ＤＮＡ的损伤和修复有关 。 ｐｏｌ γ则与 MtＤＮＡ的复
制有关 。 这三类酶与 E.coli的三类酶相近, 都是催化新链
ＤＮＡ由５ ’ → ３ ’ 方向延伸, 都需要有３ ’ －ＯＨ的小
片段核苷酸作为引物 。 所不同的是它们没有原核生物ＤＮ
Ａ多聚酶的具有核正错误的功能 。
?染色体组装：真核生物的染色体是由核小体单位组成的,
所以在复制过程中核小体必须组装, 根据一系列同位素标
记组蛋白的实验结果说明ＤＮＡ复制是半保留的, 而组蛋
白则是全保留的, 原来属于一个核小体的组蛋白在ＤＮＡ
复制以后, 全部转移到另一新生链上 。
ＤＮＡ复制的形式
原核生物与真核生物的基因组明显不同, 在Ｄ
ＮＡ复制的形式上也有所不同, ＤＮＡ复制的形式
主要有以下几种：
?阵列式：真核生物的核基因组主要采取这一方式
复制 。 复制是双向延伸的, 由于真核生物一条染色
体上有许多复制子, 所以从外观上看, 一条染色体
上有许多个复制叉, 这复制方式称为阵列式
?θ式：大肠杆菌等细菌的核基因组主要以这一方式
复制, 原核生物的 DNA是环状双链 DNA分子 。 其
复制起始点 （ ori） 附着于质膜上, 复制时, 由 ori
位点先复制, 同时伴随着质膜的增生, 随着 DNA
复制和膜增生的延续, 最终形成两个 DNA分子
?滚环式：这种形式的复制主要存在于某些噬菌体,
例如入噬菌体, ΦX174噬菌体等 。 复制是单向延伸
的 。 复制时, 共价闭环双链ＤＮＡ分子的一股链由
一种专一的内切酶在某个位点切下一个切口, 切下
的５ ’ 端脱离后可能附在膜上, 而以留下的３ ’ －
ＯＨ端作为引物, 利用另一完整的环状链作为模板,
通过滚动方式复制新链, 接着是以新链为模板复制
另一条互补链, 由于复制可以不断进行, 新链复制
的长度可达原来分子的几倍, 甚至更长 。 然后由某
种内切酶切开成为一个个新的ＤＮＡ分子 。
PR promoter right
R regulator
OR operator rightOri origin
?Ｄ－环式复制：这种复制形式主要见于线粒体
DNA（ Mt-DNA） 或叶绿体 DNA（ Ct-DNA） 。 采
用这种方式复制的 DNA分子的 ori有两个, 复制时
先由Ｏｒｉ－１启动, 由其中的一条母链为模板复
制新链, 这样在复制的区域有三条ＤＮＡ链, 其中
一条 （ 即另一条母链 ） 不能配对而拱出, 故称Ｄ－
环 。 当新链延伸到另一Ｏｒｉ, 即Ｏｒｉ－１ ’ 时,
便可启动 Ori－１ ’ 以另一条母链为模板按反方向
延伸合成另一条新链 。
Ori
Ori-1’
Ori
Ori-1’
ＤＮＡ复制的保真性
在ＤＮＡ复制过程中, 由于核苷酸的错误渗入而引起
的自发突变频率约 10-9~10-10,这么高的保真度提示在ＤＮ
Ａ复制过程中有一定的机制起校正错误的功能 。
E.coli的三种 DNA聚合酶都具有３ ’ －５ ’ 外切酶的
活性, 可以随时切除错误渗入的核苷酸并填补正确的核苷
酸, 起到校正的功能 。
真核生物的三类聚合酶都缺少３ ’ －５ ’ 外切酶的
活性, 但是这三种酶出现差错的频率并不比原核生物ＤＮ
Ａ聚合酶高 。 这说明在真核生物中必然还有另外一些酶参
与ＤＮＡ复制的错误校正 。 目前有一些证据提示, 有一种
单独的３ ’ → ５ ’ 外切酶与其它酶一起, 起校正作用 。
第二节 特殊的信息转移和中心法则
按照一般的信息转移过程, 遗传信息是由
DNA→ RNA→ 蛋白质；但有些病毒携带的遗传物
质是ＲＮＡ而不是ＤＮＡ, 它们的遗传信息转移过
程是通过ＲＮＡ复制 （ ＲＮＡ → ＲＮＡ ） 或反转录
（ ＲＮＡ → ＤＮＡ → ＲＮＡ ） 过程实现的 。
一, ＲＮＡ复制
R17,F2,MS2,Ｑ β,狂犬病毒, 口腔胞
疹病毒, 脊髓灰质炎病毒, 呼肠孤病毒都发现有ＲＮＡ复
制过程, 其中研究得比较清楚的是Ｑ β噬菌体 。
,Ｑ β噬菌体的基因组结构：Ｑ β噬菌体带有 （ ＋ ） 链
ＲＮＡ, ＲＮＡ分子量约 1.5 X106D（ 4500Nt）, 有四个
基因
５ ’ －成熟蛋白 -外壳蛋白 （ 和Ａ蛋白 ） -复制酶 β亚基－
３ ’ 。
,Ｑ β噬菌体的复制酶：Ｑ β噬菌体的ＲＮＡ复制酶有
四个亚基, 除自身携带的 β亚基外, 另外三个亚基分别来
自宿主细胞的 S1蛋白, EF-Tu和 EF-Ts因子 。
复制酶有两个特点, 一是特异性很高, 只识别病毒自
身的ＲＮＡ分子, 而对于其它ＲＮＡ分子包括其它ＲＮＡ
病毒的ＲＮＡ分子都不能起作用, 二是比较倾向于与 （ -）
链结合以制造更多的 （ +） 链 。
３, 复制过程
（ １ ） 带有 （ ＋ ） 链的ＲＮＡ病毒：这类病毒如Ｑ β，
脊髓灰质炎病毒等, 侵染后, 以自身携带的ＲＮＡ链上的
β亚基的基因马上翻译出 β亚基, β亚基随即组装成复制酶,
催化 （ － ） 链的合成, 又以 （ —） 链为模板合成 （ ＋ ） 链,
以亲代 （ ＋ ） 链和子代 （ ＋ ） 链为模板又翻译出结构蛋白 。
最后子代 （ ＋ ） 链和结构蛋白组装成成熟噬菌体 。
（ ２ ） 带 （ － ） 链ＲＮＡ的病毒：这类病毒如狂犬病毒,
口腔胞疹病毒等, 侵染细胞后, 必须先将 （ － ） 链复制成
（ ＋ ） 链才能翻译出复制酶, 所以在每个成熟的病毒颗粒
中都带有复制酶, 复制酶与ＲＮＡ一道侵染细胞, 发动
（ － ） 链到 （ ＋ ） 链的合成 。
（ ３ ） 双链ＲＮＡ病毒：例如呼肠孤病毒, 这类病毒侵
染细胞后先由 （ ＋ ） 链翻译出复制酶, 并以 （ － ） 链为模
板催化合成 （ ＋ ） 链, 以 （ ＋ ） 链翻译出结构蛋白及更多
的 （ － ） 链, 最后 （ ＋ ） 链和 （ － ） 链结合成双链子代Ｒ
ＮＡ再与结构蛋白结合成成熟病毒颗粒 。
二, 反转录与反转录病毒
ＲＮＡ病毒除了一类是通过复制的形式繁殖后代外, 还
有另一类就是所谓的反转录病毒, 它们是通过ＲＮＡ反转
录成ＤＮＡ再转录成ＲＮＡ的过程繁殖后代的 。
１, 反转录酶 (reverse transcriptase) 反转录酶是一种由病
毒基因组编码的, 可以以ＲＮＡ为模板, 将ＲＮＡ上的遗
传信息反转录到ＤＮＡ上的ＤＮＡ聚合酶, 这种酶有三个
活性,（ １ ） 以ＲＮＡ为模板合成单链ＤＮＡ, （ ２ ） 具
有核酸外切酶Ｈ的活性, 可水解去除 DNA-RNA杂种分子
上的ＲＮＡ链； （ ３ ） 可以单链ＤＮＡ为模板合成双链Ｄ
ＮＡ 。
,不同反转
录病毒的ＲＮＡ都可以做为模板, 但对于其它外源的ＲＮ
Ａ则要求有３ ’ －ＯＨ的引物 。
２, 反转录病毒是一类单链线状ＲＮＡ病毒, 一个
病毒颗粒含有两个相同的ＲＮＡ分子 （ 二聚体 ）,
带有三个必须的基因,gag（ group specific antigen
核心抗原基因, 即外壳蛋白基因 ） ； pol（ RNA-
dependent DNA polymerase 依赖于ＲＮＡ的ＤＮＡ
聚合酶, 即反转录酶的基因 ） ； env（ envelop)外
膜糖蛋白基因 ） 。
反转录病毒感染宿主细胞后, 其ＲＮＡ在反转
录酶的作用下, 反转录成ＤＮＡ而后反插入到宿主
细胞基因组中 。 在反转录过程中, 最大的变化就是
在ＤＮＡ的末端形成二个长末端重复序列 （ long
terminal repeats LTR） 。 这类似于转座子的末端重
复序列, 暗示着反转录病毒可能有类似于转座子的
转座作用 。 在插入宿主染色体的时候, 可导致宿主
染色体的几个ｂｐ的顺向重复 。
由于反转录病毒可能具有转座功能，因此有人
将这类病毒称为 反转录转座子 （ retrotransposon)
U3 R U5
TATAAA
AATAAA
IR 宿主 DNA重复（ DR）
LTR结构
三,DNA翻译：指利用 DNA直接作为信使，在核
糖体上翻译蛋白质的现象。
目前在自然界中尚未发现，但在实验室中利用
某些抗生素打乱核糖体对模板的选择，能够使
DNA直接代替 mRNA而合成多肽。
第三节 反转录病毒与肿瘤
癌基因 （ oncogene) 根据来源可分为两类：
?病毒癌基因,有些反转录病毒带有癌基因, 称为
病毒癌基因 （ v-onc）, 它是指病毒带有的可使靶
细胞发生恶性转化的基因 。 目前发现的病毒癌基因
大都存在与反转录病毒, 只有少数存在于 DNA病
毒中 。
?细胞癌基因,另一类癌基因称为细胞转化基因
（ cell transformation gene),也称细胞癌基因 （ c-
onc),这类基因存在于细胞中可使正常细胞转化为
恶性细胞 。 细胞中相应的不具有转化活性的基因称
为 原癌基因 （ proto-oncogene)。
一, 病毒癌基因
癌基因最早是在病毒中发现的 (Rous,1966年诺
贝尔奖 ） 。 有转化活性的反转录病毒, 除带有ｇａ
ｇ, ｐｏｌ, ｅｎｖ外, 还带有病毒癌基因, 有的
癌基因甚至挤掉了病毒的正常基因 。 迄今发现的病
毒癌基因都位于病毒基因组的３ ’ 端 。
二, 细胞癌基因,
细胞转化基因又称细胞癌基因, 是１９７６
年才发现的 （ Bioshop,1989年诺贝尔奖 ）, 80年
代发现原癌基因 。
应用基因克隆, Southern blot等方法首先在鸟
类的基因组ＤＮＡ中发现具有与 Rous肉瘤病毒
（ 一种反转录病毒 ） 的 src（ sarcoma,肉瘤 ） 基因
的核苷酸顺序相近似的序列, 接着又发现在哺乳动
物的ＤＮＡ中也有这些序列 。 随着反转录病毒中更
多的ｏｎｃ基因的发现, 同时也证实了这些ｏｎｃ
基因的同源序列都可以在动物的基因组ＤＮＡ中找
到 。
附：探针制备,
?缺口平移（ nick translation）：
随机引物法：
三、病毒癌基因的来源
病毒癌基因是来自于细胞癌基因的，主要证据有：
目前为止，在病毒中发现的癌基因在细胞中都
能找到相应的基因序列。相反，有些细胞癌基因在
病毒中并没有发现。因此目前发现的细胞癌基因的
数量比病毒癌基因多。
病毒癌基因缺乏内含子，是一种加工基因。
四、原癌基因的活化：
?获得启动子或增强子：如反转录病毒插入到原癌基因的
边上，原癌基因受到 LTR上的启动子的影响而活化。
?基因扩增 （ amplification)：有些肿瘤用癌基因为探针进行
分子杂交, 发现癌变细胞可杂交信号大大加强, 提示癌基
因的拷贝数增多, 扩增数可达数十到数百倍 。 癌基因扩增
有两种方式：产生大量的双微体 （ d o u b l e m i n u t e
c h r o m o s o m e DM） 及 染 色 体上 大 段同 源 染色 区
（ h o m o g e n e o u s l y s t a i n i n g r e g i o n H S R ） 。
?染色体重排：如慢性粒细胞白血病（ chronic myelogenous
leukemia CML）
?基因突变：如人膀胱癌基因（ c-H-ras）
染色体重排引起原癌基因的活化
肿瘤 染色体改变
慢性粒细胞白血病（ CML） t(9;22)
急性早幼粒细胞白血病 t(15;17)
急性淋巴细胞白血病 t(4;11)
急性粒细胞白血病 t(8;21)
前列腺癌 del(10q)
滑膜瘤 t(X;18)
睾丸癌 i(12p)
成视网膜细胞瘤 del(13q)
Wilms瘤 del(11p)
基因突变引起原癌基因的活化。
附,DNA序列分析 —— 双脱氧核苷酸末端终止法
五、抑癌基因（ tumor suppressor gene)：
指当基因存在或表达时能够抑制肿瘤的产生的一类
基因。如 p53,Rb,WT1等
六、癌症发生的遗传学说
?单克隆起源
?多阶段发展（多次击中学说）：两次或两次以上
的突变。
色素瘤癌变的多阶段模型
第四节 中心法则
一、中心法则（ central dogma）的提出：
1953年 Watson & Crick提出 DNA双螺旋结构后，
1958年 Crick在此基础上对细胞内遗传信息流向进
行了总结，提出了所谓的中心法则：
DNA RNA Protein
认为这个信息流向是单向的，不可逆的。
二、中心法则的修正
1961年 Temin等人发现了反转录酶（ 1970年才得到
承认），以及随后的 RNA复制酶的发现，实验室
中 DNA的翻译,Crick将中心法则修改为：
DAN
RNA Protein
三、对中心法则的挑战
DNA
RNA Protein
?朊病毒（ Prion）：这是一种引起人类 Kuru病、
CJD病,GSS病；动物的疯牛病（ mad cow disease)、
羊瘙痒病等疾病的 蛋白质 因子。
朊病毒的遗传信息传递问题，曾引起许多人的关注。
现在已经知道完整朊病毒的分子量 33~35KD，称 PrPsc
33~35，该蛋白质水解 N-末端 67个氨基酸后成为有传染性
的病毒颗粒，称 PrPsc 27~30。正常细胞内有 33~35KD的与
PrPsc 33~35一级结构完全相同而二级结构有明显差别的蛋
白质，但没有致病性，称 PrPc。 PrPc一但与 PrPsc结合将转
变为 PrPsc 。这就是朊病毒的繁殖方式。由此可知 PrP
（ Prion Protein）是由细胞内的基因编码的,PrPc与 PrPsc
是一种同分异构体。
问题,是在 PrPc转变为 PrPsc的过程中,PrPsc必须将遗传信
息传递给 PrPc，即将自己的立体结构的信息传递给 PrPc 。
蛋白质与蛋白质之间遗传信息的传递？
?以蛋白质为模板的肽链合成：许多多肽抗生素的
合成并不是为 DNA所编码，没有 mRNA，也不在
核糖体上合成。 Lipmann发现这些多肽是直接由某
些多酶体系合成的，如短杆菌肽。
?蛋白质翻译后的加工：有些蛋白质刚合成后是没
有活性的，必须经过一定的加工才能成为有活性的
蛋白质，这些加工过程包括糖基化、脂化以及肽链
的剪切等过程，这些过程的遗传信息又是如何来的？
?还有象模糊基因,RNA编辑等问题。
