河南农业大学：动物生物化学：11DNA碌脛脡煤脦茂潞脧鲁脡

第四章
基因信息的传递
中心法则 (The Central Dogma)
遗传信息从 DNA到蛋白质的传递规律
D N A R N A 蛋 白 质
转 录复
制
翻 译
复
制
R N A
翻 译
逆 转 录
蛋 白 质
本章主要内容,
1,复制的特征
2,DNA复制的酶学
3,复制的过程
4,DNA损伤与修复
5,逆转录作用
第一节
复制的特征
1,半保留复制 (semiconservative replication)
复制时，亲代的双链 DNA解开成两条单
链，然后各自作为模板指导合成新的互补链。
所形成的两个子代 DNA分子与亲代 DNA分子
碱基顺序完全相同 ——复制 。每个子代 DNA
分子中的一条链来自亲代，另一条链为新合
成的 ——半保留 。
半保留复制的意义
按半保留复制方式，子代 DNA与亲代
DNA的 碱基序列一致,即子代保留了亲代
的全部遗传信息，体现了遗传的 保守性 。
2,有起始点、终止点和方向
3,半不连续复制
第二节
DNA复制的酶学
DNA复制的体系
底物,dNTP (dATP,dGTP, dCTP, dTTP) ；
聚合酶 (polymerase)：依赖 DNA的 DNA聚合酶,
简写为 DNA-pol或 DDDP；
模板 (template)：解开成单链的 DNA母链；
引物 (primer)：提供 3′-OH末端的寡核苷酸；
其他的酶和蛋白质因子
一,DNA聚合酶
催化 dNTP聚合到核酸链上的酶。是
DNA复制的主要酶。
全称叫依赖 DNA的 DNA聚合酶（ DNA
dependent DNA polymerase）或 DNA指
导的 DNA聚合酶（ DNA-directed DNA
polymerase），均缩写为 DDDP。
(一 ) DNA聚合酶催化的反应
1,5′至 3′的聚合活性
催化四种 dNTP一个一个地接到 DNA
链上去。
(dNMP)n + dNTP → (dNMP) n+1 + PPi
聚合反应机理,
5'
3'
O
P
G
O
P
A
模
板
链
C
T
A
3 '
5 '
引 物
3 '
3 '
5 '
5 '
O H
O
O H
T
P
模
板
链
引 物
3 '
5 '
P O
O H
T
PP
3 '
5 '
聚合反应的特点,
(1) 以单链 DNA为模板
(2) 以 dNTP为原料
(3) 引物提供 3′-OH
(4) 聚合方向为 5′→3 ′
2.核酸外切酶活性
3′→5 ′外切酶活性,
切除错配的核苷酸
5′→3 ′外切酶活性,
切除引物
切除突变的片段
C T T C A G G A
G A A G T C C G G C G
5 ' 3 '
3 ' 5 '
pyrophosphate
(PPi)
this becomes new 3’ end
new
phosphodiester
bond
T T
A A A A G G
C C
G
C
G
U
OH
U
OH
G
A
A
OH
C
C
C
C oops!
5'
5'
3'
RNA primer
OH
C
DNA polymerase (5' -> 3' polymerase) (3' -> 5' xonuclease)
U
T
U
T
T T
A A A
A
A G G
G G
G
C
C C
C C
A
new DNA RNA primer
DNA polymerase (5' -> 3' exonuclease)
A
(二 ) DNA聚合酶的种类
1,原核生物的 DNA聚合酶
pol-I pol-II pol-III
5′→3 ′聚合酶活性 + + +
3′→5 ′外切酶活性 + + +
5′→3 ′外切酶活性 + – +
功 能
切除引物
填补空隙
修复合成
不清 复制的主要酶
DNA-pol I,
? 单一肽链的大分子
? 曾被称为复制酶 (replicase)
? 含量最多
? 可被水解成 两个片段
– 小片段 (N端 )：具有 5′→3 ′外切酶活性；
– 大片段 (C端 )：具有聚合活性和 3′→5 ′
外切酶活性，也称为 Klenow片段,是常用的
工具酶。
DNA-pol III,
? 由 10种亚基组成的不对称聚合体
? 催化效率最高
φ
ε ε
? ?
? ?
? ?
? ?
? ? ? ? ?
?’
?
? ?
The model of DNA-pol III
? ? ? form the
catalytic core
? Links two cores
Leading strand
synthesis
Lagging strand
synthesis
? act as a clamp
Small fragment large fragment
（ Klenow fragment）
5 ' →3 ' polymerization
3 ' →5 ' exonuclease
(外切酶 )
5 ' →3 ' exonuclease
DNA pol I
J
H
B
2,真核生物的 DNA聚合酶
DNA-pol ? 复制中延长随从链
DNA-pol ? 没有其他 pol时才起作用
DNA-pol ? 催化线粒体 DNA的复制
DNA-pol ? 复制中延长领头链
DNA-pol ? 校读、修复和填补缺口
(三 ) 复制的保真性 (fidelity)
至少依赖三种机制,
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；
DNA pol III在催化磷酸二酯键形成之前完成对碱基
的选择；对 反式嘌呤核苷酸 的亲和力较顺式的大。
3,复制中的即时校读功能。
二、解旋解链酶类
1,Helicase（解螺旋酶）
2,topoisomerase I,II （拓扑异构酶）
3,single stranded DNA binding protein,SSB
（单链 DNA结合蛋白）
(一 ) 解螺旋酶 (helicase),
模板对复制的指导作用在于碱基的准确
配对，而碱基却埋在双螺旋的内部。只有把
DNA解开成单链，它才能起模板作用。
解螺旋酶是最早发现的与复制有关的蛋
白质，当时称为 rep蛋白。作用是 利用 ATP供
能，解开 DNA双链。
helicase
ATP
dnaA,B,C… DnaA,B,C…
复制相关蛋白的基因,dna A,dna B、
dna C… …dna X
相应的表达产物蛋白质,Dna A,Dna B、
Dna C … …Dna X
Dna A：辨认复制起始位点
Dna B：解螺旋酶
Dna C：辅助解螺旋酶使其在起始点上
结 合并打开双链。
(二 ) 单链 DNA结合蛋白 (SSB),
SSB曾被称为螺旋反稳定蛋白（ HDP）。
在大肠杆菌，它是由 177个氨基酸残基组成的
同四聚体，结合单链 DNA的跨度约 32个核苷
酸单位。
SSB与解开的 DNA单链紧密结合，防止
重新形成双链，并免受核酸酶降解。 在复制
中维持模板处于单链状态。
(三 ) DNA拓扑异构酶 (topoisomerase),
拓扑,是指物体或图像作弹性移位而又保
持物体不变的性质。
拓扑异构酶,是一类可改变 DNA拓扑性质
的酶。对 DNA分子的作用是既能水解、又
能连接磷酸二酯键。 可松弛 DNA超螺旋,
有利于 DNA解链。
Negative supercoiling
（ 负超螺旋）
Positive supercoiling
（ 正超螺旋）
Normal DNA
TOPO
21/62
Helicase
拓扑异构酶 I（ topo I）,
? 在原核生物曾被称为 ?－蛋白。
? 主要作用是切开 DNA双链中的一股，使
DNA解链旋转中不打结,DNA变为松弛
状态再封闭切口。 又称 切割封口酶 。
拓扑异构酶 II（ topo II）,
? 在原核生物又叫旋转酶 (gyrase)。
? 无 ATP时,作用相当于 TopoⅠ,但切割的
是 双链 DNA某一部位 (断双链 )。
有 ATP时,使带断口、松弛状的 DNA分子
旋紧转变成负超螺旋结构，再连接断端。
临床上使用的某些抗肿瘤药（如喜树碱，
鬼臼乙叉甙等）是通过 抑制 Topo酶活性 而杀
死肿瘤细胞的。
三、引物酶和引发体
引物酶 (primase),
? 依赖 DNA的 RNA聚合酶。
? 催化 RNA引物的合成。
? 在大肠杆菌，引物酶是 dna G基因的产物。
RNA引物,
在 DNA模板的复制起始部位由引物酶催
化 NTP的聚合，形成短片段的 RNA，为 DNA
聚合提供 3′-OH末端。
引发体 (primosome),
? 是由 Dna B,Dna A,Dna C以及其他复制
因子一起形成复合体，再结合引物酶形成
较大的聚合体，结合到模板 DNA上。
? 复制开始时，在引发体的下游解开双链,
再由引物酶催化引物的合成。
DnaA
Primosome(引发体 ),helicase, DnaC、
primase and initiative region of replication,
5′ 3′
3′ 5′ primase
DnaC
primosome
helicase
四,DNA连接酶 （ DNA ligase）
连接 DNA链 3?-OH末端 和相邻 DNA链 5?-P
末端,形成磷酸二酯键，从而把两段相邻的
DNA链连接成完整的链。反应需要 ATP。
特点,原核细胞, 需辅助因子 NAD+
真核细胞, 不需辅助因子 NAD+,但需
耗能 (ATP)
DNA连接酶在 复制,DNA修复、重组、
剪接 中均起 缝合缺口 作用。是重要的 工
具酶 之一。
T
T
T
T
T T
A A
A A A A
G G
G G
G
C
C C
C C
Proteins and their functions in DNA replication
members functions
DnaA recognizing original site of replication
helicase dsDNA unwinding
SSB stabilizing the ssDNA
primase primer synthesis
TOPO relaxing the positive supercoiling DNA
DNA-pol Ⅲ key enzyme for DNA replication
DNA-polⅠ proofread,degrade primers,fill gaps,
and repair DNA,
ligase ligate two DNA fragments
第三节
DNA生物合成过程
DNA合成期
M
G
2
G
1
S
哺 乳 动 物 的 细 胞 周 期
一、复制的起始
几个相关概念,
1,复制起始点 (origin,ori)
原核生物 只有一个复制起始点；
真核生物 染色体 DNA有多个复制起始
点，同时形成多个复制单位,两个起始点
之间的 DNA片段称为 复制子 (replicon)。
Two identical chromatids
bidirectional replication
(双向复制 ) ori ori
replicon (复制子 ) ori ori
39/62
2,复制叉 (replication fork)
复制时双链打开，分开成两股，新链沿
着张开的模板生成，复制中形成的这种 Y
字形的结构称为 复制叉 。
3 '
5 '
5 '
3 '
5 '
3 '
5 '
3 '
复 制 方 向
3,双向复制
(bidirectional
replication)
原核生物的复
制是从一个起始点
开始，同时向两个
方向进行，称为 双
向复制 。复制中的
DNA成为 ? 状。
DNA复制的起始就是要解开双链和生成
引物。
(一 )DNA解成单链
由拓扑异构酶松弛超螺旋，解螺旋酶
解开双链,SSB结合到单链上使其稳定。
复制起始的解链需
要多种蛋白质参与。这
些蛋白质与复制起始点
的特有序列结合，促使
其邻近的 DNA解链。
in E.coli,the original site oriC spans 245bp，
with 3 groups of tandem repeat and 2 pairs
of inverted repeat,
GATTNTTTATTT… GATCTNTTNTATT… GATCTCTTATTAG
tandem repeat （串联重复序列）
inverted repeat （反向重复序列）
… TTTGGATAA….,TTATCCACA
AATAGGT--T
TGTGGATTA…… TTATACACA…
A--TA--GTGT
(二 )引物合成
引发体引导引物酶到达适当的位置合成引物。
D n a A
D n a B
D n a C
D N A 拓 异 构 酶
5 '
3 '
3 '
5 '
引物长度约为十几个到几十个核
苷酸不等。引物的合成方向也是 5′→3 ′
方向。 DNA的聚合就是在引物的 3′－ OH
上进行的。
Proteins and their functions in DNA replication
members functions
DnaA recognizing original site of replication
helicase dsDNA unwinding
SSB stabilizing the ssDNA
primase primer synthesis
TOPO relaxing the positive supercoiling DNA
DNA-pol Ⅲ key enzyme for DNA replication
DNA-polⅠ proofread,degrade primers,fill gaps,
and repair DNA,
ligase ligate two DNA fragments
二、复制的延长
在 DNA聚合酶催化下，以解开的
单链为模板，以四种 dNTP为原料，进
行聚合作用。即新进入的 dNTP 与引物
3′－ OH形成磷酸二酯键，由 5′?3′方
向延长子链。
5 '
3 ' 5 'D N A - p o l I I I
dCTP
dTTP
dGTP
dATP
dTTP dCTP
dATP
dGTP
(一 ) 半不连续复制
领头链 (leading strand)
顺着解链方向生成的子链，其复制是
连续进行的，得到一条连续的子链。
5 '
3 '
3 '
5 '
5 '
解 链 方 向3 '
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。
5 '
3 '
3 '
5 '
5 '
解 链 方 向
3 '
3 '5 '5 ' 3 '
冈崎片段,
? 1968年日本生化学者冈崎用电镜及放射
自显影技术，观察到 DNA复制中出现一
些不连续的片段,因而将这些不连续的
片段称为冈崎片段。
? 原核生物的冈崎片段为一至二千个核苷
酸，真核生物约为数百个核苷酸。
? 复制过程中各酶和蛋白质因子的作用
拓扑异构酶
解链酶
单链结合蛋白
DNA 聚合酶
引物酶及引发体
DNA 连接酶
引物
领头链
随从链
冈崎片段
5
′
5
′
3 ′3 ′
其他复制类型
滚环复制
(rolling circle replication)
一些简单低等生物或染色体以外的 DNA
复制的特殊形式。
5 '
3 '
5 '
3 '
5 '
3 '
? ? 复制（ Theta (?) replication）
前导链及 尾随链 分别有不同的复制起始点，两条链不是同时合成的。前导
链合成至全长的 2/3时，后随链开始合成，故后随链的模板在前导链合成
时被排斥出来，形成 D-襻。两条链合成的方向相反。最后，前导链复制完
成，后随链复制尚未完成 。
尾随链起始点
前导链起始点
尾随链起始点 替代链
?D环复制 (线粒体 DNA的复制 )
三、复制的终止
1,随从链不连续片段的连接
2,原核生物在复制终止点的汇合
3,真核生物端粒的合成
(一 )不连续片段的连接
3 '
5 '
5 '
3 '
R N A 酶
PO H
3 '
5 '
5 '
3 '
D N A 聚 合 酶
P
3 '
5 '
5 '
3 '
d N T P
D N A 连 接 酶
3 '
5 '
5 '
3 '
A T P
(二 )原核生物复制的终止
原核生物环状 DNA为双向复制,
复制片段在复制的终止点汇合。每个
方向的领头链和相反方向的随从链的
连接与不连续片段的连接相同。
1,Replication ended when the two forks meet at
the other side of the circular DNA;
Termination in prokaryote
2,RNA primer is degraded and the gap is filled
by DNA pol I,and the nick is linked by ligase,
end
start DNA pol I DNA pol I
ligase
(三 )真核生物复制的终止
染色体 DNA呈线性，复制在末端停止。
3 '
5 '
5 '
3 '
3 '
5 '
5 '
3 '
不 连 续 片 段 的 连 接
3 '
5 '
5 '
3 '
3 '
5 '
5 '
3 '
端粒 (telomere)
真核生物染色体线性 DNA分子末
端的结构。
? 结构特点,
1,由末端单链 DNA序列和蛋白质构成
2,末端 DNA序列是多次重复的富含 G,C
碱基的短序列
? 功能,1,维持染色体的稳定性
2,维持 DNA复制的完整性
端粒酶 (telomerase)
? 特点,
1,由 RNA和蛋白质构成的复合物
2,为特殊的逆转录酶，能以自身的 RNA为
模板逆转录合成端粒 DNA
? 功能,
合成端粒 DNA，维持端粒的长度
telomere (端粒 )
telomerase (端粒酶 )
A special structure at the both
ends of chromosome in euk.,
synthesized by telomerase,
（ TTAGGG） n
Telomerase is composed of RNA and protein,
has the activity of reverse transcriptase,
U U A A
3’ 5’
A C
CAACC C
GGGTTGGGT 3’ 5’ 3’
C CAACC
GGGTTGGGTTGG
U U A A
3’ 5’
3’ 5’ 3’
A C
C ACCUU
GGGTTGGGTTGG
A A
3’
5’
3’ 5’ 3’
A C C A
Binding
Elongation
Translocation
Telomerase
Inchworm（尺蠖） model,爬行模型
C ACCUU
GGGTTGGGTTGGAA
A A
3’
5’
3’ 5’ 3’
A C C A Elongation
C ACCUU
GGGTTGGGTTGGAA 3’ 5’ 3’
5’ Primer
synthesis
CCCAACCCAACCUU
GGGTTGGGTTGGAA 3’ 5’ 3’
5’
Primase
DNA polymerase
CCCAACCCA
GGGTTGGGTTGGAA 3’ 5’ 3’
5’
DNA
replication
Primer
removal
端粒及端粒酶的意义,
端粒的长短及端粒酶活性变
化与细胞水平的 老化 (aging)及
肿瘤 的发生有一定关系。
第四节
DNA损伤与修复
突变 (mutation),
是指遗传物质结构改变而引起
的遗传信息的改变，也称为 DNA损伤
(DNA damage)。
从分子水平来看，突变就是 DNA
分子上碱基的改变。
一、突变的意义
(一 ) 突变是进化、分化的分子基础
? 进化过程是突变的不断发生所造成的。没
有突变就没有今天的五彩缤纷的世界。遗传
学家认为：没有突变就不会有遗传学。
? 大量的突变都属于由遗传过程自然发生的，
叫自发突变或自然突变（ spontaneous
mutation）。
(二 ) 突变导致基因型改变
? 这种突变只有基因型的改变，而没有可察
觉的表型改变。
? 多态性 (polymophism)：是用来描述个体
之间的基因型差别现象。利用 DNA多态性
分析技术，可识别个体差异和种、株间差
异。
(三 ) 突变导致死亡
? 突变发生在对生命至关重要的基因上，可
导致个体或细胞的死亡。
(四 ) 突变是某些疾病的发病基础
? 包括遗传病、肿瘤及有遗传倾向的病。有
些已知其遗传缺陷所在。但大多数尚在研
究中。
二、引发突变的因素
? 大量的突变属自发突变，发生频率
为 10-9。
? 用生活环境中导致突变的因素，在实
验室可以诱发突变，称为诱变，导致
突变的因素称为诱变剂。主要有物理
和化学因素。
O
N
H
N O
C H 3
R
P O
N
H
N O
C H 3
R
O
N
H
N O
C H 3
R
P
N
H
N O R
O
C H 3
UV
引起 DNA损伤的因素
紫外线 (常产生嘧啶二聚体 )
电离辐射 (断磷酸二酯键 )
物理因素
胸腺嘧啶二聚体的产生
化学因素,均能干扰复制与转录功能
▲ 烷化剂, (如氮芥类,CTX)，使鸟嘌呤的
N7烷基化后脱落，成为无鸟嘌呤的位点
▲ 亚硝酸盐,使碱基脱氨
原 G-C配对最终变为 A-T配对，导致 错配
C→ U
A→ I
G→ X
C O
HN
C
CH
CH N
O
U
C O
N
C
CH
CH N
NH2
C A
N
NH2
N
N N
N
O
HN
N N
I
N
OH
N
N N
H
H2N
G
N
OH
N
N N
H
HO
X
常见的化学诱变剂
化合物类别 分子改变
碱基类似物 (如,5-BU) A→5 -BU →G
羟胺类 (NH2OH) T →C
亚硝酸盐 (NO2-) C →U
烷化剂 (如：氮芥类 ) G → mG
目前多指 病毒
糖苷键自行断裂；自发脱氨基作用,
C?U,A?I。
生物因素
生理因素 机率极低
突变 (mutation), 有机体基因组可遗传的
改变，即 DNA序列的改变,
根据引发的 原因,可将突变分为,
诱发突变 和 自发突变 。
三、突变的类型
(一 )点突变 (point mutation)
——指 DNA分子上一个碱基的变异（置换）。
1,转换 (transition),
发生在同型碱基之间的置换
2,颠换 (transversion),
发生在异型碱基之间的置换
点突变
颠换,异型碱基间变异,Pu Py
转换,同型碱基间变异,Pu Pu
Replacement of bases
CTC
Glu
CAC
Val
HbA ? peptide
HbA ? gene
HbS ? gene
HbS ? peptide
A T G C
镰形红细胞贫血病人的 Hb (HbS)
与正常成人的 Hb (HbA)比较
镰形红细胞贫血病人的 Hb (HbS)
与正常成人的 Hb (HbA)比较
HbS HbA
?基因模板链 CAC CTC
? mRNA GUG GAG
?肽链第 6位氨基酸 Val Glu
(二 )缺失 (deletion)和 插入 (insertion)
1,缺失,一个碱基或一段核苷酸链从
DNA大分子上消失
2,插入,DNA大分子上多了一个碱
基或一段核苷酸链
框移突变 (frame-shift mutation),
缺失和插入引起的三联体密码的阅读方
式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改
变。
正常 5′… … GCA GUA CAU GUC … …
丙 缬 组 缬
缺失 C 5′… … GAG UAC AUG UC … …
谷 酪 蛋 丝
Frame shift mutation caused by deletion or
insertion of bases
5′…,TCA CGACATATG….3′
5′….TCA GCGACATATG….3′
Ser Arg His Met
Ser Ala Thr Tyr
5′…,TCAGACATATG….3′
Ser Asp Ile
insert
delete
normal
Frame shift is the most serious mutation!
人 之 初，性本善，性相近，习相远 …
人初性，本善性，相近习，相远 …
(三 )重排或重组
——DNA分子内发生较大片段的交换，
也称为重组。
移位的 DNA可以在新位点上颠倒
方向反置（倒位），也可以在染色体
之间发生交换重组。
Rearrangement重排 (recombination重组 )
Exchanging of big DNA fragment
? ?1 ?2 ? ?
Hb ? gene family
ABCD ABDC ABCD
EFGH
ABGH
EFCD
?1 ?2 ? ?
?2 ?1 ?
?
Hb Anti-Lepore
?2 ? ?
Hb Lepore
?2 ? ?
? -thalassemia,?-地中海贫血
四,DNA的损伤和修复
修复 (repairing)：是指针对已发
生的缺陷而进行的补救机制。
(一 )光修复 (light repairing)
N
N O
O
C H
3
R
P
N
N O
O
C H
3
R
N
N O
O
C H
3
R
P
N
N OR
U V
O
C H
3
胸 嘧 啶 二 聚 体
( T T )
)
(二 )切除修复 (excission repairing)
切除修复,由 3种 酶 共同参与完成
特异性核酸内切酶
DNA pol I
DNA连接酶
5'
5' 3'
3'
5'
5' 3'
3'
5'
5' 3'
3'
5'
5' 3'
3'
着色性干皮病
（ xeroderma pigmentosis,XP）
是一种切除修复有缺陷的遗传性疾病。
在研究其发病机制时，发现一些相关的基
因，称为 XPA,XPB,XPC等。这些基因
的表达产物与 Uvr类蛋白有同源序列，也是
起辨认和切除损伤 DNA作用的。 XP病人是
由于 XP基因有缺陷，不能修复紫外线照射
引起的 DNA损伤，因此易发生皮肤癌。
(三 )重组修复
(recombination repairing)
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
复制 重组 DDDP I
DNA
连接酶
重组修复过程
,重组修复,亦称 复制后修复
(四 )SOS修复
当 DNA损伤广泛难以继续复制时，应急而
诱发产生的一系列复杂 的修复反应。
各种与修复有关的基因，组成一 个称为 调
节子 (regulon)的网络式调控系统。
特点,抑制细胞分裂，允许大量快速的 切除修
复 和 重组修复, SOS调节网诱导产生的 DNA聚
合酶 特异性低识别碱基能力差,允许损伤的
DNA作为模板进行复制,对碱基选择性低 等。
后果,这种修复使 DNA保留的错误较多，会引
起较广泛、长期的突变。
第五节
逆 转 录
逆转录 (reverse transcription)
以 RNA为模板，合成与其互补的
DNA的过程。
逆转录酶 (依赖 RNA的 DNA聚合酶 )
1,RNA指导的 DNA聚合酶活性
2,RNA水解酶活性
3,DNA指导的 DNA聚合酶活性
逆转录过程,
R N A 模 板
单 链 D N A
双 链 D N A
D N A - R N A 杂 化 双 链
逆转录酶催化的 DNA合成反应也
是 5′→3 ′方向 。需要的 引物 是病毒本
身的一种 tRNA。
? 分子生物学研究可应用逆转录酶,
合成 DNA。
? 以 mRNA为模板，经逆转录合成的与
mRNA碱基序列互补的 DNA链，称为
互补 DNA ( complementary DNA,
cDNA)
复习思考题,
1,概念
（ 1）基因 （ 2）复制
（ 3） DNA的半保留复制 （ 4）中心法则
（ 5）冈崎片段 （ 6）复制子
（ 7） Klenow片段 （ 8）端粒
（ 9）端粒酶 （ 10）逆转录（ 11）突变
2,如何用实验证明 DNA的半保留复制？
3,参与 DNA复制的酶类有哪些？各有何作用？
4,原核生物和真核生物的 DNA聚合酶有何区
别？
5,简述 DNA复制的体系。
6,DNA复制和逆转录有何异同？
7,根据分子改变，突变分为哪几种？
8,DNA损伤的修复方式有哪几种？简述切除
修复的过程。
端粒酶（ telomerase）
DNA复制需要引物，但在线形 DNA分子末端不可能通过
正常的机制在引物被降解后合成相应的片段,如果没有特殊
的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越
短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了澄清，端粒酶是
一种含 RNA的蛋白复合物，实质上是一种逆转录酶，它能
催化互补于 RNA模板的 DNA片段的合成，使复制以后的线
形 DNA分子的末端保持不变。
初步研究表明，人体中生殖细胞的端
粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度
则随个体的老化而逐步缩短。对此的一
个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活
力，体细胞则否。这一问题的解决无疑
会有助于对生命衰老的认识 。
5
′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
端粒酶
端粒合成的一种模型
3
′
5
′
TTTTGGGGTTTTG
5
′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
AA
3
′
5
′
TTTTGGGGTTTTGGGGTTTTG
5
′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
AA
T T
GG
G
TG
GG
T
3
′ 5
′
AA
TTTTG
5
′ 3′
AAAACCCCAAAACCC C C
C A
GTTTTG
整合和
杂交
移位和
再杂交
端粒合成的完成
TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGTTTT 5′
3′ n AA
3′
TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT 5′
3′
T
T CCCCT
n
AA 3′
TTTTGGGG TTTTGGGG TTTTGGGGT 5′
3′
T
T AAAACCCC AAAACCCC AAAACCCCT n
进一步加工 继续延伸
二、逆 转 录 作 用
1、概念
2、逆转录酶
3,病毒逆转录过程
4,逆转录的生物学意义
?扩充了中心法则
?有助于对病毒致癌机制的了解
?与真核细胞分裂和胚胎发育有关
?逆转录酶是分子生物学重要工具酶
三种功能
依赖 DNA指导下的 DNA聚合酶活力
依赖 RNA的 DNA聚合酶活力
核糖核酸酶 H活力
以 RNA为模板合成 DNA，这
与通常转录过程中遗传信息
从 DNA到 RNA的方向相反，故
称为逆转录作用。
逆转录过程中 cDNA的合成
依赖 RNA的
DNA聚合酶 核糖核酸酶H活力 依赖 DNA的DNA聚合酶
逆 逆转录病毒的生活周期
生活周期
RNA
衣壳
被膜
逆转
录酶
转录
转译
整合入宿主细胞染色体 DNA
进入细胞
丢失被膜
丢失衣壳
逆转录
RNA
RNA
cDNA
衣壳蛋白
被膜蛋白
逆转录酶
DNA突变
的类型
-T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-
转换
-T-C-G-A-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-T-C-G-A-C-A-T-G-C-
插入
A
-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-
缺失
T
野生型基因
-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-
-T-C-G-T-C-T-G-T-A-C-G-
-A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-
颠换
碱基对的置换
(substitution)
移码突变
(framesshift mutation)
DNA的损伤和切除修复
碱基丢失 碱基缺陷或错配 结构缺陷
切开 核酸内切酶
核酸外切酶 切除
DNA聚合酶
DNA连接 酶
AP核酸内切酶
核酸外切酶
切开
切除
修复
连接
糖苷酶
插入酶 碱基取代