DNA的生物合成—复制药学.ppt

第三篇基因信息的传递,生化教研室,复制（replication）以亲代DNA为模板合成子代DNA，将遗传信息准确地传递给子代的过程。转录（transcription）以DNA为模板，合成与DNA某段碱基序列互补的RNA，将遗传信息传递给RNA的过程。翻译（translation）以mRNA为模板指导蛋白质生物合成的过程。,p193,1958，Crick，中心法则(centraldogma),p193,逆转录(reversetranscription)以RNA为模板指导DNA合成的过程。,1970，Temin,Baltimore,p193,p194,DNA的生物合成复制RNA的生物合成转录蛋白质的生物合成翻译基因表达调控与基因工程（自学）,本篇主要内容,第十章DNA的生物合成复制,DNA复制的基本规律DNA复制的有关酶和蛋白质DNA复制的过程DNA的损伤和修复逆转录过程,p195,第一节DNA复制的基本规律,半保留复制半不连续复制有特定的起始位点有方向性53,p195,一、DNA复制是半保留复制,复制时，DNA双螺旋解开分为两条单链（亲代链），每条单链各自作为模板，按照碱基配对规律合成新的互补链（子代链），两个子代DNA与亲代DNA的核苷酸顺序完全相同，每个子代DNA双链中，一条链来自亲代DNA，另一条是新合成的，这种复制方式叫半保留复制(semi-conservativereplication)。,p195,复制叉（replicationfork),二、DNA复制是半不连续的,p196,复制方向与解链方向相反的子链，是不连续合成的，称随从链(laggingstrand),顺着解链方向生成的子链，是连续合成的，称前导链(leadingstrand),（semidiscontinuousreplication),复制叉仅向一个方向解链子链DNA合成方向53,半不连续复制,p196,3,5,3,5,解链方向,3,3,5,在复制过程中，随从链中先合成的较短的DNA片段称为“冈崎片段”,p196,5,复制起点(origin,ori)是指DNA复制时特定的起始部位，通常有特定的核苷酸序列原核生物一个ori；真核生物多个ori通常DNA复制是双向复制,三、DNA复制有特定的复制起点,p197,ter,ABC,ori,p197,5,5,3,复制子,3,复制叉相遇汇合,复制子,复制子,p197,四、DNA复制有方向性53,DNA复制时只能以核苷酸链的3-OH与dNTP的5-磷酸生成磷酸二酯键,DNA新链的合成具有方向性，53,p197,第二节DNA复制的有关酶和蛋白质,DNA复制的基本反应：以四种dNTP为原料，DNA聚合酶催化的酶促反应，需要多种酶和蛋白质,p197,DNA复制需要模板和底物模板(template)-解开的2条DNA单链原料-dNTP(dATP、dTTP、dCTP、dGTP）,p197,(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi,53的聚合,DNA聚合的特点：高效率：细菌500个dNMP/s，哺乳动物50个dNMP/s高保真：自发突变率10-10,p198,一、DNA聚合酶是DNA复制的主要酶,DNA指导的DNA聚合酶（DNAdirectedDNApolymerase,DDDP）简称DNA聚合酶（DNApolymerase,DNA-pol）,p198,53的聚合,DNA聚合酶的共性：-以dNTP为底物-以单链DNA为模板的53聚合酶活性-需要引物,p198,3，5-磷酸二酯键的形成,p198,（一）原核生物的DNA聚合酶分为三型,E.Coli，DNA聚合酶I、II、III,以损伤的DNA为模板，参与应急修复,是DNA复制的主要酶,去除引物、填补空隙、修复合成,催化核苷酸聚合,校对作用,切除引物及修正,p198,DNA聚合酶I,DNA聚合酶III,p198,（二）真核生物的DNA聚合酶主要有五种,p199,二、引物酶是一种特殊的RNA聚合酶，用于引物的合成,引物酶(primase)催化以起始部位DNA为模板，合成短片段RNA作为引物(primer)，为DNA合成提供3-OH末端。复制完成后引物被水解。,DNA聚合酶不能催化2个游离的脱氧核苷酸聚合,p199,1、解链酶(helicase),*使DNA互补双链分离*每解开一个碱基对，消耗2个ATP*可沿模板随复制方向的伸展而移动,三、多种参与DNA解旋、解链的酶与蛋白质,p197,2、拓扑异构酶（topoisomerase)*能解开DNA超螺旋*有内切酶和连接酶功能,Topo：不需ATP，切开DNA双链中的一股，断端旋转松弛超螺旋，再封闭切口。,Topo：利用ATP时，可同时断开DNA双链，松弛DNA，再封闭切口。,p199,解链过程中正超螺旋的形成,3、单链DNA结合蛋白(singlestrandDNAbindingprotein,SSB)与解开的单链结合以稳定单链：-防止DNA重新形成双螺旋-防止复制中单链模板被核酸酶水解-有激活DNA聚合酶的作用,p200,四、DNA连接酶用于连接DNA片段,DNA连接酶(DNAligase)催化结合于模板DNA链上的两个DNA片段连接起来。,5,3,p200,第三节DNA复制的过程,解链与螺旋构象变化起始与引物RNA的合成DNA片段的合成RNA引物的水解DNA片段连接成完整的DNA分子,以原核细胞为例：,p200,一、解链与螺旋构象变化,在特定的复制起点,拓扑异构酶和解链酶解开超螺旋和DNA双链,单链DNA结合蛋白与解开的DNA单链结合,形成复制叉结构,p200,二、起始与引物RNA的合成,引物酶识别起始部位，以NTP为底物，以解开的一段DNA链为模板，按碱基配对规律，从53方向合成引物RNA。,p201,DNA聚合酶III催化dNTP在RNA引物的3-OH端，以DNA的两条链为模板，合成两条新的DNA链。,三、DNA片段的合成,p201,四、RNA引物的水解,DNA聚合酶I（真核细胞为核酸酶）53核酸外切酶活性切除引物,p201,DNA聚合酶I53聚合酶活性催化缺口的填补。DNA连接酶连接前一片段的3-OH和后一片段的5-P，形成一条连续完整的子链。,五、DNA片段连接成完整的DNA分子,p201,端粒RNA(AnCn)x,母链,子链,复制完成时，真核线性DNA的两个子链5末端因RNA引物被水解产生一段空缺。染色体两端的端粒有端粒酶催化以端粒RNA为模板，使模板链延长并反折，起引物作用，补齐空缺。,端粒,p201,DNA聚合酶复制子链,进一步加工,延长的母链反折提供3OH,（母链继续延长）,母链,母链,母链,子链,子链,子链,p201,六、真核染色体DNA在每个细胞周期中只能复制一次（自学）,p202,第四节DNA的损伤和修复,一、DNA突变的类型和意义,引起DNA突变的原因：,自发突变电离辐射紫外线化学诱变剂致癌病毒,碱基序列的改变,p203,（一）DNA突变的类型（自学）,点突变缺失插入断裂或交联,p203,（二）DNA突变的意义,*导致DNA的损伤，造成生物体功能异常、疾病甚至死亡*是生物进化的分子基础*人工诱变DNA有力于改造生物性状,p203,二、损伤DNA的修复由一系列酶完成,光修复酶糖苷酶DNA聚合酶DNA连接酶,p203,三、切除修复是人体细胞修复DNA损伤的主要方式,2种形式：,碱基切除修复核苷酸切除修复,识别切除修补连接,4个基本步骤：,p204,切除修复,四、其他的修复方式,光修复酶,1、光修复,p204,2、重组修复,p204,3、SOS修复,DNA修复能力异常与衰老、肿瘤的发生有关。着色性干皮病：缺乏切除修复的酶；对日光或紫外线敏感；易发生皮肤癌。,p204,一、逆转录的概念在某些情况下（如逆转录病毒）以RNA为模板合成DNA，称为逆（反）转录(reversetranscription)。逆转录酶(reversetranscriptase)即RNA指导的DNA聚合酶(RNAdirectedDNApolyrerase,RDDP)催化逆转录过程。,第五节逆转录,p205,逆转录酶具有三种酶活性*病毒进入细胞，在胞液中脱去外壳；*RNA指导的DNA聚合活性，合成与病毒RNA互补的DNA（complementaryDNA,cDNA)；*RNA水解酶活性，水解杂交RNA；*DNA指导的DNA聚合活性，以cDNA为模板，形成双链DNA分子；*新生的DNA分子，可整合到宿主细胞染色体DNA中。,没有无校对功能，错误率高，易出新毒株。,p205,二、逆转录病毒和癌基因,逆转录病毒的基因组含有癌基因（oncogene,onc）称病毒癌基因（v-onc）（40余种），多有致癌作用。,1、癌基因2、gag区（病毒结构蛋白的编码）3、pol区（逆转录酶的编码）4、env区（糖蛋白被膜的编码）,p206,三、端粒酶是一种特殊的逆转录酶，具有保持染色体完整性的功能（自学）,p206,PCR技术,PCR技术即聚合酶链式反应(polymerasechainreaction)，是一种体外酶促扩增特定DNA片段的快速方法。基本工作原理：以待扩增的DNA分子为模板，以一对与模板两侧相互补的寡核苷酸片段为引物，在DNA聚合酶的作用下，按照半保留复制的机制合成新的DNA链，经过多次循环，使目的基因大量扩增。,p348,PCR反应体系：,模板DNA原料dNTP(dATP、dTTP、dCTP、dGTP)特异设计的引物耐热DNA聚合酶含有镁离子的缓冲液,p348,（一）名词中心法则；半保留复制；冈崎片断,（二）论述1、何为DNA的半保留复制？参与的酶类和蛋白质因子有哪些？2、论述逆转录的概念及逆转录酶的三种作用。,第十章作业,1、中心法则、半保留复制的概念2、参与DNA复制的物质（模板、底物、引物、DNA聚合酶、引物酶、DNA解旋酶、拓扑异构酶、单链DNA结合蛋白、DNA连接酶）3、复制的主要过程4、DNA损伤的主要修复机制（切除修复）5、逆转录的概念,掌握内容,1、半不连续复制2、逆转录酶的作用,1、引发DNA损伤的因素2、DNA损伤的修复,熟悉内容,了解