王镜岩生物化学笔记 考研复习必备(26)
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(三)复制的终止
一般说来,复制的终止不需要特定的信号,未发现有关的酶。E.coli环状DNA是双向复制,起始点和终点刚好把环分为两个半圆,两个方向各进行180度,复制至最后的3′-OH末端,可延长填补起始复制时形成的引物所留下的缺口。
六、真核生物DNA的复制
真核生物基因组比原核生物大得多,其染色体以核小体为结构单位组成,因此DNA的复制过程相当复杂。其特点:
1.有多个复制原点,可分段复制。一个复制叉的移动速度虽比原核生物慢,且不连续,但利用多个复制原点可加速复制,所以总的复制速度还是快的。
2.真核生物DNA聚合酶有5种,以α、β、γ、δ、ε命名。polα主要催化合成引物,随从链多次合成的引物包含有DNA片段。polδ有解螺旋酶的活性,催化链的延长。β与ε修复DNA,γ复制线粒体DNA。
3.端粒复制
端粒(telomere)是真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。形态学上,像两顶帽子盖在染色体两端。端粒在维持染色体的稳定性和DNA复制的完整性上有重要作用。
线性DNA复制终止时,新链最早出现的5′-端引物被降解后,留下的空缺没法填补,导致DNA末端有可能缩短。事实上染色体多次复制并没有变短,这是因为端粒有一特化的DNA序,富含T、G短序列的多次重复。端粒酶可催化端粒的复制。
端粒酶(telomerase)是1985年发现的一种核糖核蛋白酶,由三部分组成:端粒酶RNA、端粒酶协同蛋白和端粒酶逆转录酶。该酶兼有提供RNA模板和催化逆转录的功能,通过一种称为爬行模型的机制维持染色体的完整。端粒酶结合后,依其RNA模板,在端粒单链3′-OH为引物基础上,不断反向转录,催化其延长,到一定长度,形成G-G配对的发夹结构,3′-OH端回折与互补链方向一致,端粒酶脱落,由DNA聚合酶催化,按新延伸的链为模板合成互补链。DNA末端复制变短和用端粒酶增加其长度,这两个过程处于平衡状态,所以染色体保持大致相同的长度。
第二节 反转录
一、反转录概念和反转录酶
反转录(reverse transcription)是以RNA为模板,由反转录酶催化dNTP合成DNA,又称逆转录或RNA指导的DNA合成。
1970年Temin和Baltimore分别从致癌RNA病毒中发现RNA指导的DNA聚合酶。逆转录酶催化的DNA合成反应要求有模板和引物,以4种脱氧核苷三磷酸为底物,此外还需适当浓度的Mg2+和还原剂(以保护酶蛋白中的巯基),DNA链的延长方向是5′→3′。此酶是一种多功能酶,兼有3种酶的活力。①RNA指导的DNA聚合酶活力,即利用RNA为模板,在其上合成互补的DNA,形成RNA-DNA杂合分子;②核糖核酸酶H的活力,专门水解RNA-DNA杂合分子的RNA。③DNA指导的 DNA聚合酶的活力,在新合成的DNA链上合成另一条互补DNA链,形成双链DNA分子。
二、反转录过程和生物学意义
所有已知的致癌RNA病毒都含有反转录酶,又称反转录病毒。其生活周期十分复杂,最关键的是反转录过程。有10步反应,需反转录酶两次转换模板。先依RNA为模板先合成一条互补DNA(cDNA)链,形成RNA-DNA杂交体;随后核糖核酸酶(RNaseH)水解它,除去RNA得cDNA单链( 称负链DNA,记作DNA-);继而以DNA(-)为模板合成DNA(+)。
反转录的发现证明遗传信息可以从RNA到DNA,传统的“中心法则”得以修正,1975年二人获诺贝尔生理学与医学奖。
研究表明,反转录病毒有致癌作用,其基因组含癌基因(oncogene,onc)。正常人的细胞基因组含原癌基因(pro-onc),在胚胎发育期有明显的表达,而成年个体极少表达。当一些化学致癌物诱发这些基因表达时,细胞将发生癌症(白血病等)。1983年发现的HIV是一类反转录病毒,感染人的T淋巴细胞即杀死细胞,造成人的免疫系统损伤,引起AIDS。
第三节 DNA损伤与修复
DNA复制的保真性是维持物种相对稳定的主要因素,而DNA复制时的错误是突变(mutation)发生的原因。突变是生物进化和细胞分化的分子基础。所以遗传的稳定性和突变的绝对性组成生物界对立统一的自然现象,使生物世界五彩缤纷。
一、DNA突变和损伤的概念
突变是指DNA分子碱基的改变或表型功能的异常变化。是通过复制而遗传给子代的永久性DNA序列的改变,逃脱或躲过细胞修复系统。DNA损伤通常指DNA序列可修复的变化(主要是DNA复制中一条链上经修复系统改正的变化)。
突变有自发和诱发两种,其表现是:只有基因型改变而无表型改变(DNA多态性和个体差异的基础)、表型改变(遗传病和遗传倾向性的病的原因)和致死性突变。在复制过程中自然发生的突变几率极低,约为10-9,而外界因素引起的诱变研究不断深入,其形式有:错配(点突变)、缺失、插入和倒位。
点突变指DNA分子上一个碱基的改变;缺失指一个碱基或一段核苷酸序列从DNA分子上消失;插入指一个或一段原来没有的核苷酸序列插入到DNA分子中间;倒位指DNA链内较大片段的重组(反置或内迁)。
物理因素多见于紫外线照射,引起DNA分子结构中出现嘧啶二聚体。化学因素主要有烷化剂、亚硝酸盐和抗生素及类似物。前两者引起DNA分子中碱基改变,后者能嵌入DNA双螺旋的碱基对之间,干扰和影响DNA的复制与转录。
二、DNA损伤的修复
DNA损伤和修复,是细胞内DNA复制中同时并存的两个过程。修复(repairing)是针对已发生的DNA损伤施行补救,可看作很小范围内的DNA合成。主要有光修复、切除修复、重组修复和SOS修复等。
1.光修复
从单细胞生物到鸟类都有光复合酶,可见光使该酶激活,并催化分解因紫外线照射而产生的嘧啶二聚体,使DNA损伤得以恢复。
2.切除修复
这是机体细胞内DNA损伤的主要修复方法。由特异的核酸内切酶、DNA-polI、DNA连接酶完成。其过程是:核酸内切酶水解核酸链内损伤部位的磷酸二酯键,造成一个缺口;DNA-polI在3′-OH端按碱基配对原则催化合成新的DNA片段,置换出的片段还由DNA-polI切除;DNA连接酶完成最后的修复。
着色性干皮病(xeroderma pigmentosis,XP)是一种人类遗传性皮肤病,DNA修复能力的缺陷可能是病因。患者对日光异常敏感,其皮肤受照射后,易诱发皮肤癌。
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