3、RNA指导的DNA复制(逆转录)及病毒的复制教学内容
DNA复制
原核生物：1个起点（origin of replication，复 制起点，复制原点）。 复制起点核苷酸序列的特征:
（1）碱基序列高度保守。
（2）富含AT，有利于DNA的解链。
方向: 大多为双向复制。
E.Coli染色体DNAθ复制: 复制时有一个复制起点，双 向展开，形成θ状中间物，直至两个复制叉相遇，这 种复制称θ复制。
DNA pol I 也称Kornberg酶, Mr 103 Kd, 一条多肽链, 一个锌原子（活性所必需），每个E.Coli细胞内大
约有400个分子的pol I。
功能
（1）5′→3′聚合作用 （2）3′→5′核酸外切酶的活性 （3）5′→3′核酸外切酶的活性 （4）焦磷酸解作用 （5）焦磷酸基交换的作用 因此它属于一种多功能酶
存在于线粒体内，其余均存在于细胞核中。它们的 差别除了细胞定位外，主要在于动力学性质和对抑 制剂的敏感性不同。其他性质基本上同E coli的聚 合酶，也需要模板, 带3′-OH的引物和4种脱氧核苷 三磷酸，链的延伸方向为5′→3′。
哺乳动物DNA聚合物
α
定位 聚合方向：5'→3' 外切酶活性3'→5'
5. DNA复制叉的结构和链的延长
DNA复制时，DNA双螺旋的解开靠helicase（解 螺旋酶）、SS-B 、 Top II（i.e DNA gyrase), RNA引 物合成后，DNA pol III与复制叉结合，形成复制体 （replisome）的结构，而启动DNA的合成。 replisome：为大的多分子复合物，由DNA pol III以及其他酶和蛋白质组成，组装于细菌染色体的
（1）5′→3′聚合作用： DNA pol I 不能“从无到有”，只能从已有的 多核苷酸链的3′-OH端延长DNA链，也就是说必须 要有Primer, primer多数情况下是RNA，少数情况 下是DNA，Primer必须要有一个游离的3′-OH。
DNA与RNA复制
2、复制的延长
复制的延长指在DNA聚合酶催化下，dNTP以 dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其 化学本质是磷酸二酯键的不断生成。
聚合子代DNA： 由DNA聚合酶催化，以3‘→5’方向的亲代DNA链 为模板，从5‘→3’方向聚合子代DNA链。在原核 生物中，参与DNA复制延长的是DNA聚合酶Ⅲ； 而在真核生物中，是DNA聚合酶α(延长随从链) 和δ（延长领头链）。 引发体移动： 引发体向前移动，解开新的局部双螺旋，形成 新的复制叉，随从链重新合成RNA引物，继续 进行链的延长。
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 DNA连接酶 引物
5’
3’
冈崎片段
领头链 3′
5′
随从链
3′
5′
（三）大肠杆菌DNA聚合酶
以模板DNA为指导 遵循碱基互补配对原则 DNA合成起始需引物（提供3’-OH ） DNA合成方向是5’ → 3’ 聚合酶Ⅰ 聚 合 酶Ⅱ 聚合酶Ⅲ
(NMP) n + NTP (NMP) n+1 + PPi
DNA
5 3
RNA
RNA聚合酶 核糖体 原核生物转录过程中的羽毛状现象
（三）转录终止
指RNA聚合酶在DNA模板上停顿下来不 再前进，转录产物RNA链从转录复合物上脱 落下来。
分类
• 依赖Rho (ρ)因子的转录终止
• 非依赖Rho因子的转录终止
2）真核生物mRNA前体的加工 hnRNA转变成mRNA的加工过程主要包括： a. 5’末端形成帽子结构 b. 3’末端切断并加上polyA c. 剪接除去内含子对应的序列 d. 甲基化
外显子
内含子
六、RNA的催化功能
高中生物DNA与RNA知识点总结
高中生物DNA与RNA知识点总结在高中生物的学习中，DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）是非常重要的知识点。
理解它们的结构、功能以及相互关系，对于深入掌握生物遗传和生命活动的规律具有关键意义。
一、DNA 的结构与特点1、化学组成DNA 由脱氧核苷酸组成。
每个脱氧核苷酸包含一个脱氧核糖、一个磷酸基团和一个含氮碱基。
含氮碱基有腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）四种。
2、双螺旋结构DNA 是双螺旋结构，两条链反向平行。
两条链通过碱基之间的氢键连接，A 与 T 配对，G 与 C 配对，这种碱基互补配对原则保证了遗传信息的准确传递。
3、稳定性DNA 的双螺旋结构和碱基互补配对原则使得它具有较高的稳定性。
这对于遗传信息的长期保存至关重要。
二、RNA 的结构与种类1、化学组成RNA 由核糖核苷酸组成，包含核糖、磷酸基团和含氮碱基。
含氮碱基有腺嘌呤（A）、尿嘧啶（U）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。
2、种类（1）信使 RNA（mRNA）：它携带遗传信息，从细胞核内的 DNA 转录而来，然后进入细胞质，指导蛋白质的合成。
（2）转运 RNA（tRNA）：呈三叶草形状，一端携带特定的氨基酸，另一端的反密码子能与 mRNA 上的密码子互补配对，在蛋白质合成中起着运输氨基酸的作用。
（3）核糖体 RNA（rRNA）：它是核糖体的组成成分之一，参与蛋白质的合成。
三、DNA 的复制1、概念DNA 的复制是以亲代 DNA 为模板合成子代 DNA 的过程。
2、过程（1）解旋：在解旋酶的作用下，DNA 双螺旋的两条链解开。
（2）合成子链：以解开的每一段母链为模板，按照碱基互补配对原则，在 DNA 聚合酶的作用下，合成与母链互补的子链。
（3）形成子代 DNA：每条新链与对应的母链盘绕成双螺旋结构，形成两个子代 DNA 分子。
（1）半保留复制：新合成的每个 DNA 分子中，都保留了原来DNA 分子中的一条链。
（2）边解旋边复制：提高了复制的效率。
生物化学-DNA复制、转录、翻译
4、解链、解旋酶类
DNA解链酶
解开DNA双链 每个bp消耗2个ATP
与单链DNA结合,维持单
单DNA结合蛋 白(SSB）
链状态 (“镇纸”)
使其不受核酸酶水解，保 持完整性。
4、DNA拓扑异构酶
改变DNA分子构象，理顺DNA链，使复制能顺利进行。
拓扑异构酶Ⅰ 转轴酶
切断DNA双螺旋中的一 股，张力下降后封闭。
拓扑异构酶Ⅱ 旋转酶
切断DNA双链，使另一 双链经过此缺口，再封闭。
5、引发体
RNA引物的合成和复制的起始必需。
蛋白质 DnaA蛋白
结合到DNA双链复制起始部位
DnaB蛋白 引物酶
解链酶的作用 合成RNA引物
6、DNA连接酶
催化二段DNA链之间3’,5’ 磷酸二酯键的形
DNA互补链取代杂交链中的RNA，恢复双 螺旋结构。
5’
RNA链的延长
合成方向
3’
DNA
5 3
RNA
RNA聚合酶 核糖体
原核生物转录过程中的羽毛状现象
3、终止
RNA聚合酶到达终止位点，聚合反应停止。
分类： 依赖ρ因子（终止子）的转录终止 非依赖ρ因子的转录终止
释放RNA分子
RNA聚合 酶
遗传信息的传递
—DNA、RNA、蛋白质的生物合成
中心法则
复制
转录
翻译
复制 DNA
RNA
蛋白质
逆转录
第一节 DNA的生物合成 — DNA的复制
-概念： 以亲代DNA分子为模板，合成子代DNA分子的 过程。
-时期： 有丝分裂间期、减数第一次分裂间期
-场所： 细胞核(主要)、叶绿体、线粒体 -碱基互补配对原则： A＝T G≡C
分子生物学 第7章 RNA复制与逆转录ppt课件
精选ppt课件2021
19
tRNA
R U5 PB
gag
R′ U′5
R U5 PB
gag
R′ U′5
PB
gag
负链 DNA
An
pol
env
U3 R
以 tRNA 为引物开始合成 cDNA 负链
pol
env
U3 R An
RNase H 降解模板 R 和 U5
An
pol
env
U3 R
负链 DNA3′端与模板 R 区配对（第一次跳跃）
精选ppt课件2021
11
7.2.1 RNA复制酶类
由病毒自己编码的RNA复制酶主要是依赖RNA的RNA 聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRP）。
RNA复制酶功能与特性： ⑴ 以“–RNA”为模板合成“+RNA”活性高，而以“+RNA” 为模板合成“–RNA”活性低； ⑵ 合成RNA链方向为5′→3′； ⑶ 能将互补的双链RNA分开； ⑷ 缺少核酸酶活性，校正功能低，差错率高； ⑸ 多数分布在细胞质中，少数在细胞核中； ⑹ 酶活性具有可调控性，复制时，RdRP抑制外壳蛋白表达， 而成熟期，外壳蛋白抑制RdRP活性。
这类病毒包括滤泡性口腔炎病毒、流感病毒、
副流感病毒、莴苣坏死黄化病毒、麻疹病毒、狂犬病毒
等。
脱壳
病毒
RdRP
加工
亲代 –RNA
+RNA ① RdRP
子代
mRNA ② 翻译
–RNA
GpppN GpppN
帽子 mRNA
③ 翻译
子代病毒颗粒 组装
RNA 复制酶 病毒外壳蛋白 致病蛋白
《DNA的复制》教学设计(精选5篇)
《DNA的复制》教学设计（精选5篇）《DNA的复制》教学设计篇1一、总体设计指导思想本节课突出对同学科学素养的培育，细心设计课堂教学，将科学讨论的过程（发觉问题——提出假设——推导结论——试验验证——得出结论）作为本节课的教学主线，以求向同学介绍科学讨论的一般过程和方法，并让同学亲身参加探究过程，从而培育同学科学工作的力量和方法。
二、教材分析1、教材中的地位本节课内容是人教版高级中学课本生物必修2第三章第三节。
dna分子的结构和复制是遗传学的基本理论。
这一课时，在联系dna结构的基础上，进一步阐明dna通过复制传递遗传信息的功能。
学好这一课时，有利于同学对有丝分裂、减数分裂、遗传规律等学问得理解和巩固，对于同学深刻熟悉遗传的本质是特别重要的。
“dna的复制”又是后面变异部分的基础，学好这一课时，有利于同学对基因突变、基因重组、生物进化等内容的理解和把握。
2、重点难点dna的复制方式的发觉虽然是选学内容，但是对同学的学会科学的探究，科学的思索有很大的关心，有助于同学分析问题，解决问题力量的提高，所以把它作为探究的重点之一，但在学问层面上不作为重点。
dna复制过程完成了遗传信息的传递功能；对dna复制过程的讨论，蕴含着科学讨论的过程和方法教育；dna复制的过程具有微观、动态、连续、抽象的特点。
因此，对dna复制的过程的探讨既是本课时的教学重点，也是难点。
三、学情分析同学已经具有了dna双螺旋结构、有丝分裂、减数分裂的基本学问，在此基础上，本课时将要从分子水平来探讨生命的本质，属于肉眼看不到的抽象学问。
高中同学的认知体系基本形成，认知结构快速进展，认知力量不断完善。
他们能够把握基本的思维方法，特殊是抽象规律思维、辩证思维、制造思维有了较大的进展。
观看力、记忆力、想象力有了明显的提高，认知活动的自觉性，认知系统的自我评价和自我掌握力量也有了相应的进展。
由于本课时内容具有较高的抽象性，同学们会感到困难，因此在教学中，我除了引导同学自主、探究、合作学习以外，还通过启发式教学，设置大量的问题情境，来激发同学的学习爱好和进一步培育他们分析、归纳、概括力量。
高中生物第十章DNA的生物合成(复制)
第十一章 DNA的生物合成（复制）一、教学基本要求描述遗传学中心法则，扩大的中心法则及生物学意义。
记住DNA合成的概念，包括以DNA作为模板指导的DNA合成（复制），以RNA作为模板指导的DNA合成（反转录）及DNA的修复合成。
分别描述其概念。
复述DNA复制特点，过程，参与的酶和因子（包括它们的功能）。
简要叙述复制过程及真核DNA复制特点。
结合反转录酶的功能，简要叙述反转录过程及其生物学意义。
记住端粒酶的概念与功能。
列举DNA损伤的几种类型，写出修复合成的几种方式名称。
叙述切除修复过程。
二、教学内容精要（一）遗传信息传递概述DNA是遗传的物质基础。
DNA分子中由4种不同碱基组成的核苷酸的排列顺序（以下简称碱基顺序）即是储藏的遗传信息。
所谓基因，即指DNA分子中碱基组成的功能片段。
DNA 分子很大（如人类基因组DNA约含3×109个碱基对），但全部由A、G、C和T四种碱基以不同的排列方式组成。
不同的基因由不同的碱基序列构成，并携带不同的遗传信息。
细胞分裂时，通过DNA的复制，遗传信息从亲代DNA分子传到子代DNA分子中。
另一方面，DNA分子储藏的信息要通过指导特异蛋白质的合成来体现其生物学功能。
以DNA分子为模板，用四种dNTP做原料，以碱基互补配对原则将DNA的遗传信息抄录到mRNA分子中。
这种将DNA的遗传信息传递给mRNA的过程称为转录。
以mRNA为模板，按其碱基排列顺序，以三个相邻碱基序列决定一个氨基酸的密码子形式，决定蛋白质（肽链）合成时氨基酸排列顺序的过程称为翻译。
通过转录和翻译，基因遗传信息从DNA传递到蛋白质，由蛋白质赋予细胞一定的表型。
遗传信息传递的规律，称为遗传信息传递的中心法则。
自然界某些RNA病毒还可以RNA为模板，指导DNA的合成。
这种遗传信息传递方向与转录过程相反，称为反（逆）转录，它使遗传信息传递的中心法则被补充。
（二）DNA的合成1.DNA生物合成的概念DNA分子在生物体内经酶促聚合反应进行合成，DNA合成反应主要有DNA指导的DNA合成、RNA指导的DNA合成以及修复合成三种方式。
生物化学核酸的生物合成
13.1 DNA的生物合成
13.1.2 逆转录—由RNA指导合成DNA的过程 ➢ 逆转录酶：以RNA为模板，dNTP为底物，催化5端到3端
方向合成DNA的酶（RDDP）或反转录酶，是 1970年在劳氏肉瘤、鼠白血病病毒中发现的引 起生物致癌的酶。 ➢ 逆转录特点：（1）模板为单链RNA；
（2）逆转录酶（RnaseH）具有专一切除 RNA—DNA杂交分子中的RNA的功能。
u 解开DNA双螺旋结构
（4）拓扑异构酶 拓扑是物理学上的一个名称，空间异构的意思。
用于解开DNA超螺旋结构，TOPＩ——打开一条链；TOPⅡ从中间 剪开。
（5）单链结合蛋白（SSB） u 防止两条链再结合（复性）
（6）引发酶和引发体： u 催化引物的合成，多数是RNA聚合酶催化合成RNA引 物、也有
DNA复制——依赖于DNA的DNA合成，
合
是主要的合成方式。
成
逆转录 —— 依赖于RNA的DNA合成，
方
式
主要在病毒中，
是转录的逆过程。
DNA的损伤与修复—— DNA损伤后，
DNA片段的填补。
3
13.1 DNA的生物合成
13.1.1 DNA复制—由亲代DNA合成两个相同的 子代DNA的过程
u DNA复制的方式——半保留复制
u DNA复制的方式——半保留复制
Ø 6.DNA复制的过程——起始、延长和中止
复制的延伸：
是一个重复的过程。在RNA引物上，由DNA聚合酶Ⅲ（真核为α）催化， 以dNTP为底物，沿着5 / 3/滑动，按碱基配对原则在引物3/—OH 上接上相应的核苷酸，以添加dNMP顺序。不断滑动，不断添加，链就不 断延长。
②模板DNA高级结构的解除：拓扑异构酶Ⅱ（旋转酶）打开拓扑结构， 解旋酶打开双螺旋，DNA单链结合蛋白结合于已解开的链上，提供模板
RNA指导的DNA复制(逆转录)及病毒的复制
• 病毒在活细胞内，以其基因为模板，在酶的作用下， 分别合成病毒基因及蛋白质，再组装成完整的病毒颗 粒，这种方式称为复制（replication)。
• 从病毒进入宿主细胞开始，经过基因组复制和病毒蛋 白合成，至释放出子代病毒的全过程，称为一个复制 周期。
• 病毒的复制周期主要包括吸附和穿入、脱壳、生物合
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复制周期
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思考题1
• 某种病毒DNA的碱基组成（摩尔百分比） 如下： A=32；G=16；T=40；C=12 该病毒DNA的特点如何？
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思考题2• 简要说明怎样进行构建cDNA？最新编辑ppt40
思考题3
• 组织培养的哺乳动物细胞S期长达5 小时， 经放射自显影测定DNA复制的速度是0.5 微米/分，已知哺乳动物细胞DNA全长1.2 米，计算染色体复制时共有多少复制叉 在复制？
RNA replication
Reverse transcription=replication
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1
逆转录酶 （reverse transcription)
• 1964年，Temin发现Rous肉瘤病毒等RNA病毒 所造成的感染可被DNA合成抑制剂遏制。 表明：RNA肿瘤病毒的RNA复制过程中要合成 DNA。
早期蛋白（酶等）
子代病毒子
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单链正股RNA病毒
亲代病毒（+）ssRNA
早期蛋白
（-）ssRNA
（+）ssRNA
dsRNA复制中间型
（-）ssRNA
（+）ssRNA
大量子代（+）ssRNA
高中生物教案DNA复制
高中生物教案DNA复制
一、教学目标
1. 了解DNA的结构和功能；
2. 掌握DNA复制的基本原理和过程；
3. 理解DNA复制的意义和作用。
二、教学重点与难点
1. DNA的结构和功能；
2. DNA复制的过程、原理和重要意义。
三、教学内容
1. DNA的结构和功能；
2. DNA复制的基本过程：合成链、分子复制；
3. DNA复制的重要意义。
四、教学方法
1. 讲授相结合的教学方法；
2. 多媒体辅助教学；
3. 实验演示。
五、教学过程
1. 导入：利用多媒体展示DNA的结构和功能；
2. 讲解DNA复制的基本原理和过程；
3. 展示DNA复制的实验过程；
4. 学生讨论DNA复制的意义和作用；
5. 结束。
六、教学反馈
1. 组织学生进行小组讨论，让学生总结DNA的结构和功能以及DNA复制的过程；
2. 完成相关练习题目，检测学生对DNA复制的掌握情况。
七、教学延伸
1. 练习DNA复制的相关实验操作；
2. 深入学习DNA的进化意义。
八、板书设计
DNA复制
九、教学资源
1. 实验用具和材料；
2. 多媒体设备。
十、教学评估
1. 整体教学效果；
2. 学生的学习情况和表现。
逆转录的基本过程
逆转录的基本过程逆转录（reverse transcription）是以RNA为模板合成DNA的过程，即RNA指导下的DNA合成。
此过程中，核酸合成与转录（DNA到RNA）过程与遗传信息的流动方向（RNA到DNA）相反，故称为逆转录。
逆转录过程是病毒的复制形式之一，如RNA病毒中的逆转录病毒，DNA 病毒中的拟逆转录病毒的复制均需要经过逆转录。
逆转录过程在真核细胞中也同样存在，例如逆转座子和端粒DNA的延长均存在逆转录过程，需逆转录酶的催化，端粒酶即为真核细胞中的逆转录酶。
逆转录过程的揭示是分子生物学研究中的重大发现，是对中心法则的重要修正和补充。
人们通过体外模拟该过程，以样本中提取的mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，合成出互补的cDNA，构建cDNA文库，并从中筛选特异的目的基因。
该方法已成为基因工程技术中最常用的获得目的基因的策略之一。
逆转录过程由逆转录酶催化，此酶也称依赖RNA的DNA聚合酶（RDDP），即以RNA为模板催化DNA链的合成。
合成的DNA链称为与RNA互补DNA（complementary DNA, cDNA）。
逆转录酶在生物界存在于逆转录病毒以及真核细胞（如端粒酶）中，逆转录病毒没有单独的逆转录酶，其DNA聚合酶带有逆转录酶的活性，可能与病毒的恶性转化有关。
人类免疫缺陷病毒（HIV）就是一种逆转录病毒，含有逆转录酶。
在小鼠及人的正常细胞和胚胎细胞中也有逆转录酶，例如端粒酶就是一种逆转录酶，推测可能与细胞分化和胚胎发育有关。
大多数逆转录酶都具有多种酶活性，主要包括以下几种活性。
①DNA聚合酶活性；以RNA为模板，催化dNTP聚合成DNA的过程。
此酶需要RNA为引物，多为赖氨酸的tRNA，在引物tRNA 3'－末端以5'→3'方向合成DNA。
反转录酶中不具有3'→5'外切酶活性，因此没有校正功能，所以由反转录酶催化合成的DNA出错率比较高。
RNA
III类启动子
• 为RNA聚合酶Ⅲ所识别，它涉及一些小分子RNA的转录。 可分为： • （1）基因内启动子：5SrRNA和tRNA基因的启动子位于 转录起点下游。 • （2）基因外启动子：核内小RNA(snRNA)基因的启动子 在转录起点的上游，与通常的启动子类似。 启动子区域，(+55 — +80) 5S rRNA基因
由hnRNA转变成mRNA的加工过程包括： ①5’端形成特殊的帽子结构， ②在链内3’端切断并加上 polyA尾巴 (AAUAA信号)， ③通过拼接除去由内含子转录来的序 列 ④链内部核苷被甲基化（主要是m6A）。
三、RNA的拼接、编辑和再编码
• 断裂基因的转录产物去除内含子，使外显 子成为连续序列的过程称为拼接 （splicing） • RNA编码序列的改变称为编辑(editing) • RNA编码和读码方式的改变称为再编码 (recoding)，也就是说编码在mRNA上的遗 传信息可以以不同的方式进行译码。
不依赖于rho(ρ )因子的终止子
所有原核生物的终止子在终止点之前均有一个回文结构，其产 生的RNA可形成由茎环构成的发夹结构。回文对称区通常有一 段富含C-C的序列。该结构可使聚合酶减慢移动或暂停RNA的 合成。在终点前还有一系列U核苷酸(约有6个) ，寡聚U序列可 能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。
box A
中间元件
box C
snRNA基因
八聚体框 邻近序列
TATA
(三)
终止子和终止因子
• 终止子 ：提供转录停止信号的DNA序列。
第九章 DNA的生物合成(复制)
三、与DNA复制有关的酶
DNA指导下的DNA合成，是一个复杂、有序的酶促反应过程，涉及几十种酶和因子参与。
1.DNA聚合酶（polymerase）
1956年Kornberg等首先从大肠杆菌中发现DNA-polＩ，能催化脱氧核苷酸加到引物链的3′-OH末端，引物延伸方向5′→3′。该酶需要的条件：4种dNTP、Mg2+、DNA模板（template）、引物（primer），此酶有三种活性：5′→3′聚合酶，5′→3′外切酶（切除引物和突变片段），3′→5′外切酶（校正活性）。
（二）复制的延长
DNA-polⅢ在引物的3′-OH端，按模板碱基序，催化加入的dNTPs生成磷酸二酯键，子链的延长按5′→3′方向延伸，其速度相当快。E.coli基因组，即全套基因染色体上的DNA约3 000kb。按20分钟繁殖一代，每秒加入的核苷酸数达2500bp。随从链先是生成若干短的冈崎片段，片段之间的连接由RNA酶水解去掉引物，留下的空缺（gap）由DNA-polＩ催化填补，再由DNA连接酶将两个片段连在一起。
1963年Cairus用放射自显影的方法第一次观察到完整的正在复制的大肠杆菌染色体DNA。
DNA的复制和逆转录
C
G
C
G
A
T
C
G
T
A
G
C
G
C
复制过程中形成的复制叉
AT
GC
GC
TA
AT
CG
TA
GC
CG
CG
+
AT
CG
TA
GC
GC
AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC
子代DNA
子链继承母链遗传信息的几种可能方式:
全保留式
半保留式
混合式
密度梯度实验:
通用名
DnaA (dnaA) DnaB (dnaB) DnaC (dnaC)
解螺旋酶
DnaG (dnaG)
引物酶
SSB
单链DNA
结合蛋白
拓扑异构酶 (gyrA, B)
功能 辨认起始点 解开DNA双链 运送和协同DnaB 催化RNA引物生成 稳定已解开的单链
理顺DNA链
➢ 解螺旋酶(helicase) ——利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。 ➢ 引物酶(primase) ——复制起始时催化生成RNA引物的酶。 ➢ 单链DNA结合蛋白(single stranded DNA binding protein, SSB) ——在复制中维持模板处于单链状
➢ DNA-pol Ⅱ（120kD）
• DNA-pol II基因发生突变，细菌依然能存活。 • DNA-pol Ⅱ对模板的特异性不高，即使在已发生损伤的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因
此认为，它参与DNA损伤的应急状态修复。
DNA聚合酶Ⅲ全酶结构 多聚体不对称多亚基二聚体
病毒的复制
生物合成DNA病毒和RNA病毒在复制的生化方面有区别，但复制的结果都是合成核酸分子和蛋白质衣壳，然后装配成新的有感染性的病毒。
一个复制周期大约需6～8小时。
（一）双股DNA病毒的复制多数DNA病毒为双股DNA。
双股DNA病毒，如单纯疹病毒和腺病毒在宿主细胞核内的RNA聚合酶作用下，从病毒DNA上转录病毒mRNA，然后转移到胞浆核糖体上，指导合成蛋白质。
而痘苗病毒本身含有RNA聚合酶，它可在胞浆中转录mRNA。
mRNA有二种：早期m RNA，主要合成复制病毒DNA所需的酶，如依赖DNA的DNA聚合酶，脱氧胸腺嘧啶激酶等，称为早期蛋白；晚期mRNA，在病毒DNA复制之后出现，主要指导合成病毒的结构蛋白，称为晚期蛋白。
子代病毒DNA的合成是以亲代DNA为模板，按核酸半保留形式复制子代双股DNA。
DNA复制出现在结构蛋白合成之前。
（二）单股RNA病毒的复制RNA病毒核酸多为单股，病毒全部遗传信息均含在RNA中。
根据病毒核酸的极性，将RNA病毒分为二组：病毒RNA的碱基序列与mRNA完全相同者，称为正链RNA病毒。
这种病毒RNA可直接起病毒mRNA的作用，附着到宿主细胞核糖体上，翻译出病毒蛋白。
从正链RNA病毒颗粒中提取出RNA，并注入适宜的细胞时证明有感染性；病毒RNA碱基序列与mRNA互补者，称为负链RNA病毒。
负链RNA病毒的颗粒中含有依赖RNA的RNA多聚酶，可催化合成互补链，成为病毒mRNA，翻译病毒蛋白。
从负链RNA病毒颗粒中提取出的RNA，因提取过程损坏了这种酶，从而无感染性。
1．正链RNA病毒的复制以脊髓灰质炎病毒为例，侵入的RNA直接附着于宿主细胞核糖体上，翻译出大分子蛋白，并迅速被蛋白水解酶降解为结构蛋白和非结构蛋白，如依赖RNA的RNA聚合酶。
在这种酶的作用下，以亲代RNA为模板形成一双链结构，称“复制型（Replicative form）”。
再从互补的负链复制出多股子代正链RNA，这种由一条完整的负链和正在生长中的多股正链组成的结构，秒“复制中间体(Replicative intermediate) ”。
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逆转录酶 （reverse transcription)
• 1964年，Temin发现Rous肉瘤病毒等RNA病毒 所造成的感染可被DNA合成抑制剂遏制。 表明：RNA肿瘤病毒的RNA复制过程中要合成 DNA。
• Temin又发现放线菌素D能抑制致癌RNA病毒的 复制，但不能抑制一般RNA病毒的复制。 表明：转录对于RNA病毒增殖是必需的。
• 常用的逆转录酶有两种：
* 来自鸟类成髓细胞瘤逆转录病毒称为AMVRT；
* 来自鼠白血病毒称为MMLV-RT。
病毒RNA复制的主要方式
• 1、病毒含有正链RNA，如灰质炎病毒。RNA （+） →蛋白质（酶）→ RNA复制
• 2、病毒含有负链RNA和复制酶如狂犬病毒。 RNA（-） → RNA（+） →蛋白质、复制病毒 RNA（-）。
（-） ssRNA
（+）ssRNA
大量子代（+）ssRNA
晚期蛋白 装配子代病毒
单股负股RNA病毒
病毒自身携带依赖RNA的RNA多聚酶。 亲代（-ssRNA） 多聚酶 （+）mRNA
（+）ssRNA
蛋白质
子代（-）sRNA
子代病毒
逆转录病毒
逆转录酶
病毒RNA
RNA:DNA
双股DNA
转录酶
mRNA
补DNA。 4、没有3`→5`外切酶活性。
特点：
1. 含有Zn2+（是否有锌指结构、DNA结合 功能？）
2. DNA合成反应要求→有模板和引物。 3. 需适当浓度的二价阳离子（Mg2+、Mn2+） 4. 5’ →3’合成方向
逆转录病毒的基因 组复制过程
• 第一阶段：合成负股cDNA的大部分 • 第二阶段：以负股DNA为模板合成一小
思考题3
• 组织培养的哺乳动物细胞S期长达5 小时， 经放射自显影测定DNA复制的速度是0.5 微米/分，已知哺乳动物细胞DNA全长1.2 米，计算染色体复制时共有多少复制叉 在复制？
（一）吸附(adsorption)
分两个阶段：
1. 静电吸附：病毒体与细胞接触，进行静电结合。
非特异性、可逆。
2. 真正的吸附：病毒体表面位点（蛋白质结构）与
宿主细胞膜上相应的受体结合。是决定病毒感染的 真正开始。
裸露病毒的吸附
囊膜病毒的吸附
（二）穿入(penetration)
病毒体吸附在宿主细胞膜上后，可通过数种穿 入方式进入细胞：
三、生物合成(biosynthesis)
• 病毒基因组一旦从衣壳中释放后，就利用宿主细胞提
供的低分子物质合成大量的病毒核酸和结构蛋白。
• 早期，根据病毒基因组转录成mRNA、指令合成转录 合成所必需的复制酶和一些抑制蛋白；
• 生物合成阶段，病毒处于隐蔽期 • 病毒的生物合成过程可基本归为6大类：双股DNA病
Virus Obtaining Its Envelope from Host Cell Membrane by Budding
复制周期
思考题1
• 某种病毒DNA的碱基组成（摩尔百分比） 如下： A=32；G=16；T=40；C=12 该病毒DNA的特点如何？
思考题2过基因组复制和病毒蛋 白合成，至释放出子代病毒的全过程，称为一个复制 周期。
• 病毒的复制周期主要包括吸附和穿入、脱壳、生物合 成、组装和释放四个连续步骤。
复制周期
病毒的一步生长曲线
病毒的一步生长曲线：以感染时间为横坐标，病毒效价为 纵坐标，绘制出的病毒特征曲线。
一、吸附和穿入
• 3、病毒含有双链RNA和复制酶。如呼肠孤病 毒。双链RNA → RNA（+） →蛋白质→ RNA （-） →双链RNA
• 4、逆转录病毒。
讨论题
• 如何知道DNA复制中先要有RNA引物的 合成？
• (原料/新合成DNA序列分析/专一核酸酶 水解)
病毒的复制
• 病毒在活细胞内，以其基因为模板，在酶的作用下， 分别合成病毒基因及蛋白质，再组装成完整的病毒颗 粒，这种方式称为复制（replication)。
• Temin提出前病毒假说：原病毒DNA是 RNA肿瘤病毒在复制和致癌中的中间物。
• 1970年，Temin 在Rouse肉瘤病毒、 Baltimore在白血病病毒中发现逆转录酶。
多功能酶：
1、RNA指导的DNA聚合酶活性 2、RNA酶H（RNaseH）活性：水解
RNA-DNA杂交体上的RNA 3、DNA指导的DNA聚合酶活性：合成互
1.无囊膜的病毒
一般经过细胞膜吞入，称为病毒胞饮,如腺 病毒、小RNA病毒等
病毒胞饮
2. 有囊膜的病毒
• 囊膜与宿主细胞膜融合，病毒的核衣壳直接 进入细胞浆内
• 病毒胞饮: 细胞膜吞入
(1) 膜融合后进入
(2) 病毒胞饮
二、脱壳(uncoating)
不同病毒脱壳方式不一，多数在宿主细胞溶酶体酶 作用下脱壳，释放出基因组核酸。
整合至宿主细胞（前病毒）
聚合酶
结构蛋白
病毒RNA
装配子代病毒
四、组装
病毒核酸与衣壳装配在一起，形成病毒子。 绝大多数DNA病毒均在细胞核内组装; RNA病毒和痘病毒在细胞浆内组装。
五、释放
绝大多数无囊膜病毒释放，一次同步，破坏宿主细 胞膜，细胞裂解释放病毒颗粒，细胞迅速死亡。 绝大多数有囊膜病毒以出芽方式释出时包上细胞核 膜或细胞膜而成为成熟病毒。逐个释出，非一次同 步，细胞死亡缓慢。
毒、单股DNA病毒、单正股RNA病毒、单负股RNA 病毒、逆转录病毒和双股RNA病毒。
双股DNA病毒
复制
病毒DNA
子代病毒DNA
宿主细胞 转录酶
晚期mRNA
早期mRNA
病毒结构蛋白
早期蛋白（酶等）
子代病毒子
单链正股RNA病毒
亲代病毒（+）ssRNA
早期蛋白
（-） ssRNA（+）sRNAdsRNA复制中间型
部分正股DNA链。 • 第三阶段：完成cDNA的全部复制。
乙肝病毒基因组的复制
• 其复制需通过逆转录过程经RNA中间体 实现 ，其DNA聚合酶也是一种逆转录酶。
• 逆转录病毒：RNA → DNA → RNA • 乙肝病毒：DNA→RNA → DNA
试管内cDNA的合成
• 常用于获得或研究真核生物基因的方法。 提取某一种特定的mRNA，经逆转录生 成的cDNA可代表某一特定基因。