由逆转录酶催化进行

DNA是生物遗传的主要物质基础，生物机体的遗传信息以密码的形式编码在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序，并通过DNA的复制由亲代传递给子代。在后代的生长发育过程中，遗传信息自DNA转录给RNA,然后翻译成特异的蛋白质，以执行各种生命功能，使后代表现出与亲代相似的遗传性状。中心法则1964-1970劳氏肉瘤病毒的遗传方式致癌RNA病毒病毒（复制）复制转录DNARNA蛋白质翻译逆转录1958年，遗传信息的单向复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。Reversetranscription第一节DNA的生物合成一、DNA的半保留复制定义：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制半保留复制的实验证据:1958年Meselson和Stahl用同位素15N标记大肠杆菌DNA,首先证明了DNA的半保留复制。15N-DNA的密度大于14N-DNA的密度DNA的半保留复制的生物学意义：DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代。DNA在代谢上的稳定性并非指DNA是一种惰性物质。二、与DNA复制有关的酶和蛋白质原料：四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP)模板：以DNA的两条链为模板链，合成子代DNA。引物：一小段RNA(或DNA）为引物，在大肠杆菌中，DNA的合成需要一段RNA链作为引物。催化因子1.引物合成酶（引发酶）：此酶以DNA为模板合成一段RNA,这段RNA作为合成DNA的引物（Primer)。实质是以DNA为模板的RNA聚合酶。2.DNA聚合酶:以DNA为模板的DNA合成酶，其催化反应的特点（1）以四种脱氧核苷酸三磷酸为底物；（2）反应需要有模板的指导；（3）反应需要有3-OH存在；（4）DNA链的合成方向为53N355OOHPPP-O-CH2OH生物大分子合成：底物、酶、能量、模板P329需要模板的例证（5）DNA聚合酶的反应可以利用DNA双链作为模板和引物，亦可以单链DNA作为模板和引物（P331图示）（6）DNA的体外聚合必须加入少量的DNA才能进行。DNA在提取过程中易形成切口（nick）或缺口（gap）.则加入的DNA一条链作为模板而另一条链可作为引物。原核生物中的DNA聚合酶在大肠杆菌中发现有三种DNA聚合酶（用突变株研究其功能）：⑴DNA聚合酶Ⅰ:单体酶,多肽链内含一个锌原子（其鳌合剂是O-二氮杂菲），多功能酶。它具有53聚合酶功能（对脱氧核苷酸的选择）；3’5’外切酶活性（对双链无作用，校对功能。但在正常聚合条件下，此活性不能作用于生长链）及5’3’外切酶活性（双链有效，主要是对DNA损伤的修复，以及在DNA复制时RNA引物切除及其空隙的填补）；在DNA链的3形成焦磷酸解（生理意义不大）；无机焦磷酸盐与dNTP之间的焦磷酸基交换。⑵DNA聚合酶Ⅱ：多亚基酶，聚合作用，但聚合活力很低；具有3’5’外切酶活性。其它生理功能尚不清楚，可能在修复紫外光引起的DNA损伤中起作用。⑶DNA聚合酶Ⅲ：是原核生物DNA复制的主要聚合酶，该酶由10种亚基组成，其中、、形成全酶的核心酶。具有5’3’DNA聚合酶活性（亚基，速率高）；具有3’5’外切酶（亚基）的校对功能，提高DNA复制的保真性；还具有5’3’外切酶活性（单链有效，其意义未知）。（4）DNA聚合酶IV和V：1999年发现，当DNA严重损伤时，诱导产生。DNA聚合酶ⅠDNA聚合酶ⅡDNA聚合酶Ⅲ亚基数目1（单体酶）＞1（多亚基酶）＞1（多亚基酶）5’3’聚合活性+中+很低+很高3‘5’外切活性+++（保护DNA复制的忠实性fidelity）5‘3’外切活性+--主要是对DNA损伤的修复；以及在DNA复制时切除RNA引物并填补其留下的空隙。修复紫外光引起的DNA损伤DNA复制的主要聚合酶，还具有3’-5‘外切酶的校对功能，提高DNA复制的保真性在真核细胞内有五种DNA聚合酶（与细菌DNA聚合酶的性质基本相同：底物、模板、引物、方向）αβγδε定位细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核3‘-5’外切--+++酶活性功能引物合成修复作用线粒体DNA的复制核DNA的复制修复作用3.DNA连接酶（1967年发现）：若双链DNA中一条链有切口，一端是3’-OH，另一端是5‘-磷酸基，连接酶可催化这两端形成磷酸二酯键，而使切口连接。但是它不能将两条游离的DNA单链连接起来。大肠杆菌和其它细菌的DNA连接酶要求NAD+提供能量，在高等生物和噬菌体中，则要求ATP提供能量。T4噬菌体的DNA连接酶不仅能在模板链上连接DNA和DNA链之间的切口，而且能连接无单链粘性末端的平头双链DNA。3‘5‘3‘5‘OHP连接酶的反应机制：酶+NAD+(ATP)酶-AMP+烟酰胺单核苷酸（PPi）酶-AMP+P-5‘-DNA酶+AMP-P-5’-DNADNA-3’-OH+AMP-P-5’-DNADNA-3’-O-P-5’-DNA+AMPDNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用作用拓扑异构酶І：使DNA一条链发生断裂和再连接。作用是松解负超螺旋，反应不需要能量。主要集中在活性转录区，同转录有关。拓扑异构酶Π：使DNA两条链发生断裂和再连接。当引入负超螺旋时需要由ATP提供能量，同复制有关。二者共同控制DNA的拓扑结构。5、解螺旋酶（解链酶）：通过水解ATP将DNA两条链打开。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶，还有解螺旋酶I、II、III。每解开一对碱基需要水解2个ATP分子。4.拓扑异构酶：催化DNA的拓扑连环数发生变化的酶，在DNA重组修复和其他转变方面起重要作用。除连环数不同外其它性质均相同的DNA分子称为拓扑异构体，引起拓扑异构体反应的酶称为拓扑异构酶6.其它蛋白因子：⑴单链结合蛋白(SSB-single-strandbindingprotein)：稳定已被解开的DNA单链，阻止复性和保护单链不被核酸酶降解。⑵引发前体:它由多种蛋白质dnaA、dnaB、dnaC、n、n’、n’’和i组成。引发前体再与引发酶结合组装成引发体。引发体可以沿模板链5’3’方向移动,具有识别合成起始位点的功能，移动到一定位置上即可引发RNA引物的合成。移动和引发均需要ATP提供能量，n’蛋白具有ATP酶的活力。引发体的移动与复制叉移动的方向相同，与冈崎片段的合成方向相反。rep蛋白沿3’5’移动，而解螺旋酶I、II、III沿5’3’移动。三、DNA的复制过程：（以大肠杆菌为例）双链的解开RNA引物的合成DNA链的延伸切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段1、双链的解开一些概念：DNA的复制有特定的起始位点，叫做复制原点。常用ori(或o）表示。许多生物的复制原点都是富含A、T的区段。大肠杆菌染色体DNA以及真核生物的细胞器DNA为双链环状，只有一个复制原点，而真核生物染色体DNA是线性双链分子，含有许多复制起点。从复制原点到终点，组成一个复制单位，叫复制子（基因组独立进行复制的单位）。复制原点由DnaA蛋白识别，在原点由DnaB蛋白（解螺旋酶）将双螺旋解开成单链状态，分别作为模板，合成其互补链(DNA双链的解开还需DNA拓扑异构酶Π、SSB),在原点处形成一个眼状结构，叫复制眼。DNA复制进行时，在眼的两侧出现两个叉子状的生长点(growthpoint)，叫复制叉。在复制叉上分布着各种与复制有关的酶和蛋白因子，它们构成的复合物称为复制体（replisome）复制叉复制叉复制叉起点复制叉延伸延伸起点领头链领头链随后链随后链3’5’3’5’DNA的双向复制（2）RNA引物的合成引发体在复制叉上移动，沿模板链5’3’的方向移动，与复制叉移动的方向相同，识别合成的起始位点，DnaB蛋白活化引物合成酶。引发RNA引物的合成。领头链先引发开始合成，以原来一条DNA单链为模板（3’5’),按5’3’的方向合成一段RNA引物链。领头链开始合成后，随后链也开始合成其引物。引物长度约为几个至10个核苷酸，在引物的5’端含3个磷酸残基（引物酶的底物是核苷三磷酸），3’端为游离的羟基。（3）DNA链的延伸在DNA聚合酶Ш的催化下，以四种脱氧核糖核苷5’-三磷酸为底物，在RNA引物的3’端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出焦磷酸。DNA链的延伸同时进行领头链和随后链的合成。两条链方向相反。领头链随后链冈崎片段半不连续复制冈崎模型领头链—在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向一致并连续合成的链。随后链—在DNA复制时，合成方向与复制叉移动的方向相反，形成许多不连续的片段，最后再连成一条完整的DNA链。半不连续复制—在DNA复制时，领头链是连续合成的,而随后链的合成是不连续的，这种复制方式称为半不连续复制。发现（1968）：同位素实验，3HdT短时间内为DNA小片段一段时间后检测到DNA大片段。当用DNA连接酶的变异株时，检测到大量DNA片段的积累。——证明DNA复制中有小片段合成。测定DNA小片段，远远大于合成DNA的一半。由于U替代dT，被尿嘧啶-N-糖基酶切除。在缺少尿嘧啶-N-糖基酶的突变植株中，检测到一半3H标记出现在小片段（冈崎片段）中。冈崎片段在DNA复制过程中，领头链能连续合成，而随后链只能是断续的合成53的多个短片段，这些不连续的小片段以其发现者的名字命名为冈崎片段。冈崎片段：真核生物中100-200个核苷酸（核小体的DNA单位）。原核生物中1000-2000个核苷酸（相当于一个顺反子）。（4）切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段（复制终止）当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其3’-OH端遇到上一个冈崎片段时即停止合成。复制叉移动到终止区即停止复制（大肠杆菌有一个终止区）。这时会发生一系列变化：在DNA聚合酶Ⅰ催化下切除RNA引物；留下的空隙由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶作用下，连接相邻的DNA链；修复掺入DNA链的错配碱基；以修复方式填补终止区50-100bp的空缺。这样以两条亲代DNA链为模板，各自形成一条新的DNA互补链。结果是形成了两个DNA双股螺旋分子。四、真核生物中DNA的复制特点1、真核生物染色体有多个复制起点，多复制眼，呈双向复制，多复制子。2、冈崎片段长约200bp.3、真核生物DNA复制速度比原核慢。4、真核生物染色体在全部复制完之前起点不再重新开始复制；而在快速生长的原核中，起点可以连续发动复制。真核生物快速生长时，往往采用更多的复制起点。5、真核生物有多种DNA聚合酶。6、真核生物线性染色体两端有端粒结构，防止染色体间的末端连接。由端粒酶负责新合成链5RNA引物切除后的填补，亦保持端粒的一定长度。复制叉复制叉终止区端粒结构3535端粒结构端粒酶是含RNA的逆转录酶五、DNA复制的其它方式大肠杆菌双链环状DNA的复制（一个复制起点，双向复制）真核细胞线状染色体DNA的复制方式（多个复制起点，双向复制）单向滚环式复制（噬菌体X174DNA—单链环状）3D-环式复制方式（线粒体双链环状DNA：两条链的复制起点不同位置，且复制不同步）定义:以RNA为模板，按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA称为逆转录，由逆转录酶催化进行。1970年Temin和Baltimore同时分别从劳氏肉瘤病毒和小白鼠白血病病毒等致病RNA病毒中分离出逆转录酶，迄今已知的致癌RNA病毒都含有逆转录酶。用特异抑制物（放线菌素D）能抑制致癌RNA病毒的复制，而对一般RNA病毒的复制无影响。已知放线菌素