DNA的生物合成精简版.ppt

九 核酸的生物合成,大 纲,原核生物DNA的复制 原核与真核生物DNA复制的差异 逆转录 DNA的损伤与修复 DNA一级结构分析与PCR技术,（二）DNA的生物合成,（三）RNA的生物合成,RNA的转录及加工 RNA的复制 RNA的转录调控,（一）中心法则,（一）中心法则,DNA,RNA,蛋白质,复制,复制,转录,翻译,逆转录,逆转录：以RNA为模板，合成出cDNA的过程。,转录酶是DNA指导下的RNA合成酶,逆转录酶是RNA指导下的DNA聚合酶,例题,何为中心法则？广义的中心法则在狭隘的中心法则的基础上有哪些发展？,南京农业大学,（二）DNA的生物合成,2.1 原核生物DNA的复制,一、DNA的半保留复制,DNA双链解开，以每条单链为模板，合成其互补的子链，成为两个相同的子代DNA，其中每个子代DNA分子拥有亲代和新合成的链各一条。,1. 定义,验证实验： 密度梯度离心实验,含15N-DNA的细菌,第一代,第二代,例题,如果放射性标记的双链DNA分子在无放射性标记的溶液中经过两次复制，那么所产生的四个DNA分子，其放射性状况如何？ A. 两个分子含有放射性 B. 全部含有放射性 C. 双链中各有一半含有放射性 D. 所有分子的两条链都没有放射性,2001年上海交大,类似题目2002南农大,二、DNA的半不连续复制,前导链,后随链,冈崎 片段,新链按5-3方向合成 前导链为连续合成,后随链的合成不连续，由许多冈崎片段组成,例题,作出DNA半不连续复制示意图，注明链的方向，并画出复制叉“看似同向前进”的特征。,南京农业大学,全称：DNA指导的DNA聚合酶 / 依赖于DNA的DNA聚合酶 简称：DNA-pol 活性： 53 的聚合活性 核酸外切酶活性,1. DNA聚合酶（DNA polymease）,三、参与DNA复制的酶,5 ucgagcuag-OH 3 ,5 ucgagcuag,3 agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc 5 ,3 agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc 5 ,catcggatcgcatcgtcacgtgctag 3 ,(dNMP)n + dNTP (dNMP)n+1 + PPi,DNA聚合酶,DNA模板，Mg2+, 53聚合作用,只聚合，不连接。 能量来自dNTP中磷酸酐键的断裂和焦磷酸水解产生的能量。,3 5外切酶活性,5 3外切酶活性,?,能切除突变的 DNA片段和RNA引物。,能辨认错配的碱基对，并将其水解，起校对作用。, 核酸外切酶活性,E.Coli有至少五种DNA聚合酶,DNA聚合酶和 是1999年新发现的。 当DNA受到严重损伤时，生物体可诱导产生两种酶，但它们的修复准确率低，会导致生物的高变异率。,例题,大肠杆菌中催化DNA新链延长的主要酶是（） A. DNA连接酶 B. DNA聚合酶I C. DNA聚合酶II D.DNA聚合酶,2008年农学联考,05年中科院考题中，问的是“负责DNA复制的酶”。,E.Coli DNA聚合酶I的酶活性有哪些？该酶在复制中的主要作用又是什么？ 2004南农大,3,5,5,3,作用：催化双链DNA的切口连接成3,5-磷酸二酯键。,注意：此酶不能将两条游离的DNA单链连接起来。,2. DNA连接酶（DNA ligase）,需能：大肠杆菌中以NADH为能量，动物以ATP为能量。,作用：通过水解ATP释放的能量，解开双链DNA中碱基配对的氢键，使DNA变为单链,3. 使DNA双螺旋解开所需的酶或蛋白质,（1）DNA解（螺）旋酶（DNA helicase）,大部分解旋酶沿模板DNA一条链53方向移动，与复制叉前进同向； rep蛋白等则沿着模板DNA另一条链35方向移动，与复制叉前进也是同向。,与解开的单链DNA结合，防止重新形成双链 防止核酸酶降解单链DNA,SSB,（2）单链结合蛋白 （single-strand binding protein，SSBP）,作用：,（3）拓扑异构酶（topoisomerase）,调节DNA分子超螺旋类型和数量,2. 类型,例题,能够将DNA双链解开成单链的酶是 A.引发酶 B）拓扑异构酶 C）限制性内切酶 D）解螺旋酶,南京农业大学,任何DNA聚合酶都不能从头合成新的DNA链，都只能在引物的基础上延长DNA链。催化这些引物合成的酶称为引发酶，由引发体介导合成。,大肠杆菌中的引发酶是DnaG蛋白,4.引发酶（primase）和引发体（primosome）,引物多为RNA,DnaA,引发体由引发前体与引发酶组装而成,作用： a.识别复制起点； b.解开DNA双链； c.引发引物RNA合成。,起始 延长 终止,四、原核生物DNA的复制过程,1、复制的起始, 复制的起点和方向, RNA引物的合成, 起点的识别和双链的解开,该区域具有高度保守的重复序列，并富含AT序列，双链容易分开。, 复制的起点和方向（origin、ori）,原核生物只有一个复制起点，复制方向大多数是双向的。,真核染色体DNA有多个复制起点，形成多个复制眼，同时双向复制。,ori, 起点的识别和双链的解开,a.DnaA蛋白识别起始位点，形成起始复合物。,b.由拓扑异构酶和解链酶DnaB作用，解开双链。,c. SSB结合在两条单链DNA上，形成复制叉。,称为引发前体或预引发体,3,5,3,5,在引物酶的催化下，以DNA为模板，合成一段短的RNA片段作为引物，获得3-OH。,引物,引物酶, 引物的合成,引物合成后，由DNA pol催化，按碱基配对原则，将dNTP逐一添加到引物3末端，形成磷酸二酯键，使新合成的链不断延长。,2、复制的延长,OH 3,3,与复制叉前进同向的子代DNA合成是连续的，叫先导链（领头链）；,与复制叉前进反向的子代DNA合成是不连续的，叫后随链（冈崎片段）,半不连续复制,引物酶在复制原点附近合成一段RNA引物； DNA pol在引物的3末端逐个添加脱氧核苷酸。 随着复制叉的推进，亲代DNA双螺旋不断被解开，先导链也不断延伸。, 先导链的合成,复制叉的推进, 后随链的合成,引物的合成,冈崎片段的合成,后随链的每个冈崎片段都需要合成RNA引物。,DNA聚合酶在引物的3末端使DNA链延伸，直至抵达其下游的另一个冈崎片段的RNA引物的5端。,冈崎片段的连结：,延 长,冈崎片断,双向复制的环状DNA分子，汇合点就是复制终止点；,在DNA聚合酶I的作用下，切除引物RNA，填补空缺DNA；在连接酶作用下，连接各子链DNA。,3、复制的终止,小 结,主要成员,主要作用,解旋酶 断开氢键，解开DNA双链,SSB 稳定解开的单链DNA,引发酶 合成RNA引物。与引发前体形成引发体。,拓扑异构酶 使DNA解旋,DNA聚合酶 水解引物、DNA复制、修复作用,DNA连接酶 催化双链DNA中单链缺口的连接,问答题：请从参与E.coli DNA复制所需的酶和因子中，选取五种不同功能的酶或因子，列表说明各自的作用。 2002南农大,起始： DnaA识别起点 拓扑异构酶、DnaB和SSB等配合解开双链 引发酶合成RNA引物,DNA的复制过程 （半不连续复制）,终止： DNA聚合酶I切除引物并填补空缺 DNA连接酶连上缺口,延伸：DNA聚合酶催化延长 先导链：5-3方向连续合成； 后随链：冈崎片段的不连续合成,例题,DNA复制时两条链的合成方式有区别吗？ 如果有，区别是什么？,2007年中科院,DNA复制中有哪些确保准确性的措施？,2005年南农大,2.2 原核与真核生物 DNA复制的差异,相同点,都是半保留复制 都是半不连续复制 复制方向,2.3 逆转录,DNA,RNA,蛋白质,复制,复制,转录,翻译,逆转录,逆转录（反转录）： 以RNA为模板，按RNA中的碱基顺序进行碱基配对合成cDNA（complementary DNA）。,例题,劳氏肉瘤病毒逆转录的产物是 A. DNA B. cDNA C. ccDNA D. Ts-DNA,2009年农学联考,逆转录酶,模板：RNA 引物：DNA或RNA 底物：dNTP，需Mg2+和Mn2+ 按5-3方向合成DNA新链 不具有3-5校正的外切核酸酶活性，合成错误率很高。,例题,逆转录酶是一类（） A. DNA指导的DNA聚合酶 B. DNA指导的RNA聚合酶 C. RNA指导的DNA聚合酶 D. RNA指导的RNA聚合酶,2003年西南农业大学,催化三种反应： 逆转录酶活性： RNA指导合成与RNA模板互补的DNA单链(cDNA)； RNase H活性： 水解RNA-DNA杂合分子上的RNA； DNA聚合酶活性： 以新合成的DNA链为模板合成另一条互补的DNA链，即DNA指导的DNA合成。,例题,一个逆转录病毒的单链RNA碱基组成摩尔百分比为：A,15；U,25; G,25; C:35。由该病毒的逆转录酶催化生成的双链DNA的碱基组成是多少？,2007年中科院,逆转录的生物学意义,补充和丰富了中心法则 帮助人类疾病的预防 如：HIV、狂犬病毒 成为基因组的不稳定因素，促进基因组重组；,2.4 DNA的损伤与修复,物理因素：如紫外线、电离辐射等； 化学因素：如碱基类似物（5-溴尿嘧啶） 碱基修饰剂（亚硝酸、烷化剂） 嵌入染料（溴化乙啶）； 损伤的结果：突变或死亡 突变的表现：碱基对置换、插入碱基和碱基缺失,一、DNA损伤的类型及产生的原因,转换、颠换,移码突变 例如吖啶类化合物,例题： DNA分子的下列突变中最有可能使生物致死的是： A. 插入一个或丢失一个核苷酸 B. 同时丢失三个核苷酸 C. 在某部位发生碱基替换 D. 插入一个和在相近部位丢失一个核苷酸 2007南农博士入学,环丁烷基二聚体,DNA同一条链上相连的胸腺嘧啶受紫外线照射的刺激下，以环丁基环的结构形成嘧啶二聚体（TT）。,UV,双链间H键作用被破坏，引起了DNA变形，妨碍了DNA的复制和转录等作用。,1. 直接修复,（1）光修复 可见光（400700nm）可激活光复活酶切开嘧啶二聚体，恢复成正常DNA结构的过程。,注意： 只适合于紫外光引起的DNA嘧啶二聚体损伤； 高等哺乳动物没有！,二、修复的方式与机制,（2）其它酶直接修复 如：O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶 当碱基G烷基化形成O6-甲基鸟嘌呤时，该酶可以识别并将O6位的甲基转移到酶自身基团上，使G恢复正常。,切开 核酸内切酶,切除 核酸外切酶,聚合 聚合酶,连接 DNA连接酶,2. 切除修复,此修复利用的是化学能ATP，所以也叫暗修复。 包括 核苷酸切除修复 碱基切除修复,将受损伤的单链部分切除，并以另一条完整的DNA链为模板，合成出新的被切去的部分。,3. 错配修复,修复DNA复制中新合成DNA链上的错配碱基,利用是否甲基化区分新合成的DNA链和模板链 甲基化：模板链（旧链） 未甲基化：新链,切除未甲基化的链 以甲基化的链为模板进行修复合成,在紧急情况下，应急产生校对功能低的修复酶，采用填补任何碱基的修复方式。,4. SOS反应与修复,这是具有差错的修复，变异率高,例题,DNA损伤修复中，给生物带来高变异率的是 A）切除修复 B）SOS修复 C