复和修复医学知识宣讲讲义
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奠基时代（1869～1952） 物理学与生物学的融合 遗传物质化学本质（DNA）的确定
黄金时代（1953～1972） DNA双螺旋结构和复制机制的发现 分子生物学所有基本原理于此诞生
基因工程时代（1973～今） 基因工程的诞生与发展 分子生物学技术进入生命科学所有领域 迈向“组学”时代（2000～ ）
复制的起始并非一个随机的过程，它总是在DNA 分子上的同一个或多个位置开始的，这些位点被 称为复制起始点（Origin of Replication）。
环状的细菌基因组只有一个复制起点，这意味着 每一个复制叉要复制几千kb的DNA。 酿酒酵母约有300个复制起点，每一个起点对应 40kb；而人类有20,000个起点，每个起点对应约 150kb的DNA。
复和修复医学知识宣讲
Molecular Biology --- Robert Weaver
I consider molecular biology to be the study of genes and their activities at the molecular level, including transcription, translation, DNA replication, recombination and translocation.
第十六章
DNA的合成及重组
DNA Biosynthesis and Recombination
DNA生物合成 DNA复制（DNA指导的DNA合成）
逆转录 (逆转录病毒RNA指导的DNA合成)
细胞中酶促修复系统 校正复制中可能出现的错误，并修复受到损
伤的DNA
自然界DNA重组和基因转移的基本方式
结合OBR并启动复 制的蛋白复合物称 为复制起点复合物 （ORC）。
6. DNA复制需要引物
多数DNA复制使用新合成的短RNA引物。 个别DNA复制以DNA、tRNA或蛋白质做引物。
7. 复制需要多种酶和蛋白因子的参与
原核生物
引物酶
DnaG
DNA解螺旋酶
DnaB
SSB 拓扑异构酶
SSB
拓扑异构酶 II
E.coli复制起始点 oriC
1
13 17
29 32
44
GATTNTTTATTT · · · GATCTNTTNTATT · · · GATCTCTTATTAG · · ·
5 3
串联重复序列
3 5
反向重复序列
···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA
全长16,569bp， 含37个基因。 其中13个基因编 码蛋白质， 其余24个编码 rRNA和tRNA。
人类基因组各成分所占比例
二、基因组DNA复制具备一些共同特征
1. 复制是半保留的 2. 在复制的生长点形成复制叉 3. 复制是双向的 4. 复制是半不连续的 5. 复制起点由多个短重复序列组成 6. DNA的复制必须有引物 7. 复制需要多种酶和蛋白因子的参与 8. 基因组复制是高保真的
DNA双链是反向平行的；
DNA合成的方向只能是5’-3’。
在一条模板上，DNA能进行连续的合成，DNA聚 合酶简单地尾随着复制叉，此模板所指导合成的 新DNA链称为前导链。
在另一条模板上，DNA聚合酶与复制叉做反向运 动，此模板指导合成的是后随链。
后随链上形成的新链DNA片段，称为冈崎片段。
5. 复制起点有特殊的结构
真核生物
DNA聚合酶 α
Mcm2-7
RPA 拓扑异构酶
I、II
Hale Waihona Puke 8. 基因组复制是高保真的
DNA聚合酶每添加105个核苷酸中，仅掺入一 个不正确的核苷酸；
校正外切核酸酶使不正确配对的的概率降低到 10-7；
错配修复系统使最终的出错机率降低到10-10。
这相当于每复制1000个细菌基因组，仅出现一个 错误的核苷酸。
第一节
基因组复制的主要特点
The General features of Genome Replication
一、基因组是细胞或病毒全部遗传信息 的总和
含有一种生物的一整套遗传信息的遗传物质， 称为基因组（genome）。在真核生物体中，基因组 是指一套完整单倍体DNA（染色体DNA）和线粒体 DNA的全部序列。
医学分子生物学的研究主题是 健康与疾病的分子机制
人类发育调控和功能调控的分子基础 疾病的分子机制 生物工程与生物制药 预防医学 基因诊断与基因治疗
分子生物学在医学领域的应用
用基因敲除技术探讨发育的分子机制
单个抑癌基因的突变即可导致肿瘤的发生
重组蛋白技术用于药物生产
这些金色的转基因大米里含有 b-胡萝卜素, 食用这种大米可以预防维生素A缺乏症。
分子生物学在分子水平上研究 核酸与蛋白质的功能
1. 基因组在细胞和世代中的维持 DNA的复制、修复和重组 2. 基因的表达与调控 基因的转录和翻译、蛋白质的修饰，原核与真核 基因表达调控 3. 基因表达与细胞信号的偶联 4. 分子生物学技术及其应用 DNA操作技术、基因工程、基因诊断、基因治疗
分子生物学发展简史
58
66 166
174 201
209 237
245
真核生物有多个复制起始点
酿酒酵母的第三号染色体是已知最小的真核生 物染色体，它包含180个基因和 9 个复制起点。
真核生物复制起始点的结构
复制起点（OBR） 由一些短重复序列 组成。
酵母OBR结构已被 阐明，哺乳动物 OBR精细结构尚在 研究中。
人类基因组包括……
核基因组
线粒体基因组
人类基因组（Genome）
人类基因组包含22条常染色体和X、Y两条 性染色体上的遗传物质（核基因组）和线粒 体的遗传物质（线粒体基因组）。
人类染色体的RxFISH图谱
人类基因组7号染色体b-TCR基因座的某50kb区域
基因 片段
基因
假基因
重复 序列
人线粒体基因组图谱
1. DNA复制是半保留复制
DNA双螺旋中的每一条链都 作为合成互补链的模板， 其结果就使得两条子代的双 螺旋都和母本完全一致。
Meselson-Stahl实验
2. DNA复制的生长点形成复制叉
复制起点
复制叉
复制泡
复制叉
3. DNA复制是双向复制
4. DNA复制是半不连续复制
冈崎片段
两个原因造成了DNA的半不连续复制：
黄金时代（1953～1972） DNA双螺旋结构和复制机制的发现 分子生物学所有基本原理于此诞生
基因工程时代（1973～今） 基因工程的诞生与发展 分子生物学技术进入生命科学所有领域 迈向“组学”时代（2000～ ）
复制的起始并非一个随机的过程，它总是在DNA 分子上的同一个或多个位置开始的，这些位点被 称为复制起始点（Origin of Replication）。
环状的细菌基因组只有一个复制起点，这意味着 每一个复制叉要复制几千kb的DNA。 酿酒酵母约有300个复制起点，每一个起点对应 40kb；而人类有20,000个起点，每个起点对应约 150kb的DNA。
复和修复医学知识宣讲
Molecular Biology --- Robert Weaver
I consider molecular biology to be the study of genes and their activities at the molecular level, including transcription, translation, DNA replication, recombination and translocation.
第十六章
DNA的合成及重组
DNA Biosynthesis and Recombination
DNA生物合成 DNA复制（DNA指导的DNA合成）
逆转录 (逆转录病毒RNA指导的DNA合成)
细胞中酶促修复系统 校正复制中可能出现的错误，并修复受到损
伤的DNA
自然界DNA重组和基因转移的基本方式
结合OBR并启动复 制的蛋白复合物称 为复制起点复合物 （ORC）。
6. DNA复制需要引物
多数DNA复制使用新合成的短RNA引物。 个别DNA复制以DNA、tRNA或蛋白质做引物。
7. 复制需要多种酶和蛋白因子的参与
原核生物
引物酶
DnaG
DNA解螺旋酶
DnaB
SSB 拓扑异构酶
SSB
拓扑异构酶 II
E.coli复制起始点 oriC
1
13 17
29 32
44
GATTNTTTATTT · · · GATCTNTTNTATT · · · GATCTCTTATTAG · · ·
5 3
串联重复序列
3 5
反向重复序列
···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA
全长16,569bp， 含37个基因。 其中13个基因编 码蛋白质， 其余24个编码 rRNA和tRNA。
人类基因组各成分所占比例
二、基因组DNA复制具备一些共同特征
1. 复制是半保留的 2. 在复制的生长点形成复制叉 3. 复制是双向的 4. 复制是半不连续的 5. 复制起点由多个短重复序列组成 6. DNA的复制必须有引物 7. 复制需要多种酶和蛋白因子的参与 8. 基因组复制是高保真的
DNA双链是反向平行的；
DNA合成的方向只能是5’-3’。
在一条模板上，DNA能进行连续的合成，DNA聚 合酶简单地尾随着复制叉，此模板所指导合成的 新DNA链称为前导链。
在另一条模板上，DNA聚合酶与复制叉做反向运 动，此模板指导合成的是后随链。
后随链上形成的新链DNA片段，称为冈崎片段。
5. 复制起点有特殊的结构
真核生物
DNA聚合酶 α
Mcm2-7
RPA 拓扑异构酶
I、II
Hale Waihona Puke 8. 基因组复制是高保真的
DNA聚合酶每添加105个核苷酸中，仅掺入一 个不正确的核苷酸；
校正外切核酸酶使不正确配对的的概率降低到 10-7；
错配修复系统使最终的出错机率降低到10-10。
这相当于每复制1000个细菌基因组，仅出现一个 错误的核苷酸。
第一节
基因组复制的主要特点
The General features of Genome Replication
一、基因组是细胞或病毒全部遗传信息 的总和
含有一种生物的一整套遗传信息的遗传物质， 称为基因组（genome）。在真核生物体中，基因组 是指一套完整单倍体DNA（染色体DNA）和线粒体 DNA的全部序列。
医学分子生物学的研究主题是 健康与疾病的分子机制
人类发育调控和功能调控的分子基础 疾病的分子机制 生物工程与生物制药 预防医学 基因诊断与基因治疗
分子生物学在医学领域的应用
用基因敲除技术探讨发育的分子机制
单个抑癌基因的突变即可导致肿瘤的发生
重组蛋白技术用于药物生产
这些金色的转基因大米里含有 b-胡萝卜素, 食用这种大米可以预防维生素A缺乏症。
分子生物学在分子水平上研究 核酸与蛋白质的功能
1. 基因组在细胞和世代中的维持 DNA的复制、修复和重组 2. 基因的表达与调控 基因的转录和翻译、蛋白质的修饰，原核与真核 基因表达调控 3. 基因表达与细胞信号的偶联 4. 分子生物学技术及其应用 DNA操作技术、基因工程、基因诊断、基因治疗
分子生物学发展简史
58
66 166
174 201
209 237
245
真核生物有多个复制起始点
酿酒酵母的第三号染色体是已知最小的真核生 物染色体，它包含180个基因和 9 个复制起点。
真核生物复制起始点的结构
复制起点（OBR） 由一些短重复序列 组成。
酵母OBR结构已被 阐明，哺乳动物 OBR精细结构尚在 研究中。
人类基因组包括……
核基因组
线粒体基因组
人类基因组（Genome）
人类基因组包含22条常染色体和X、Y两条 性染色体上的遗传物质（核基因组）和线粒 体的遗传物质（线粒体基因组）。
人类染色体的RxFISH图谱
人类基因组7号染色体b-TCR基因座的某50kb区域
基因 片段
基因
假基因
重复 序列
人线粒体基因组图谱
1. DNA复制是半保留复制
DNA双螺旋中的每一条链都 作为合成互补链的模板， 其结果就使得两条子代的双 螺旋都和母本完全一致。
Meselson-Stahl实验
2. DNA复制的生长点形成复制叉
复制起点
复制叉
复制泡
复制叉
3. DNA复制是双向复制
4. DNA复制是半不连续复制
冈崎片段
两个原因造成了DNA的半不连续复制：