DNA合成.ppt

1958年F.Crick提出中心法则（centraldogmaofmolecularbiology）,复制（replication）:以亲代DNA为模板,将亲代DNA上的遗传信息复制到子代DNA分子上的过程.,亲代DNA,子代DNA,转录（transcrption）:以DNA为模板合成与DNA某段核苷酸顺序相对应的RNA分子，将遗传信息传递到RNA分子中的过程.,DNA,RNA,转录,翻译（translation）:以RNA中mRNA为模板,按照其核苷酸顺序所组成的密码指导蛋白质的合成的过程.,mRNA,蛋白质,翻译,1970年Howard.Temin补充逆转录,逆转录（reversetranscrption）：某些病毒以RNA为模板合成DNA的过程,复制DNADNA（DDDP）逆转录RNADNA（RDDP）,第一节DNA的生物合成,DNA复制的一般特点,1、复制的方式半保留复制(semi-conservativereplication)2、半不连续复制(semi-discontinuousreplication3、双向复制(bidirectionalreplication)复制速度快4、复制具高保真性(highfidelity)；错误率10-10，校读,DNA的半保留复制,全保留复制,半保留复制,混合式复制,复制的基本特点,实验证据,1958年Meselson等-氮标记技术-大肠杆菌,半保留复制(semiconservativereplication):以DNA分子中的每一条链为模板,通过碱基配对，合成两个新的DNA分子(子代DNA),每个新DNA分子的两条链中，其中一条链来自亲代DNA,另一条链是新合成的。,领头链(leadingstrand),随从链(laggingstrand),复制的半不连续性,顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链另一股链因为复制的方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，这股不连续复制的链称为随从链。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazakifragment)。领头链连续复制而随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。,真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个复制子(replicon)。复制子是独立完成复制的功能单位。,5,5,3,复制子,3,5,3,3,5,5,3,3,5,底物(substrate)dNTP（A、G、C、T）,模板(template)解成单链的DNA,引物(primer)RNA提供3-OH末端DNA-pol不能催化两个dNTP聚合,碱基互补配对A=T；CG,酶和蛋白因子DDDP,方向性53,复制反应体系,复制需要的酶,DNA聚合酶（DNA-pol）解螺旋酶（helicase）拓扑异构酶(topoisomerase）单链结合蛋白SSBP（singlestrandbindingproteins）引物酶(primase）DNA连接酶(ligase),催化的化学反应,(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi,3-OH,-P,磷酸二酯键,-P和-P,复制的方向性：5端3端,聚合反应的特点DNA新链生成需引物和模板；新链的延长只可沿53方向进行。,DNA聚合酶（DNApolymerase）（DNA-directedDNApolymerase,DDDP）,原核生物DNA聚合酶1958年A.Kornberg大肠杆菌中发现,真核生物DNA聚合酶,原核生物DNA聚合酶（大肠杆菌）,5,3,外切酶,35外切酶活性,53外切酶活性,内切酶中间切片段限制性核酸内切酶,A,B,D,F,E,R,G,H,I,J,K,L,M,N,O,P,Q,C,DNA聚合酶,323aa,小片段53核酸外切酶活性：切除引物,604aa，大片段，Klenowfragment53聚合酶活性35核酸外切酶活性即时校读,18个-螺旋片段（A-R）,工具酶,功能是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。,DNA-pol(250kD),真核生物DNA聚合酶,解螺旋酶（helicase）,DNA双链之间的氢键解开成单链，需2ATP/bp,结合、脱离，不沿解链方向前进功能：复制中结合单链DNA，维持模板的单链状态并保持单链完整,单链结合蛋白(singlestrandbindingproteins，SSBP),拓扑正超螺旋：盘绕过分负超螺旋：盘绕不足,功能：水解和连接磷酸二酯键，松驰超螺旋（切断，旋转，再连结）,拓扑异构酶(Topo)切断DNA双链的一股，ATP,拓扑异构酶(Topo)切断超螺旋DNA双链松驰正超螺旋，ATP负超螺旋，ATP,DNA拓扑异构酶(topoisomerase）,引物酶：RNA聚合酶（DnaG蛋白）引物RNA（10-30Nt）提供3-OH末端供dNTP加入连续复制：一个引发体;不连续复制：多个引发体,引物酶（primase）,DNA连接酶(ligase)形成一个磷酸二酯键工具酶,HO,5,3,3,5,DNA连接酶,ATP,ADP,5,3,5,3,DNA生物合成过程,细胞分裂间期（S期）,起始,延长,终止,E.Coli基因图,复制的起始:DNA解链形成引发体,DnaA辨认复制起始点（originsofreplication,oriC）DnaC协助DnaB解旋、解链SSB蛋白；DnaG合成引物:引物合成方向：53拓扑异构酶解旋,原核生物复制过程,E.coli复制起始点oriC跨度245bp3组串联重复序列2对反向重复序列,领头链的合成,目录,复制的延长:领头链连续复制,随从链不连续复制,随从链的合成,目录,复制过程简图,目录,RNA引物的切除,合成DNA填补空隙,连接断端缺口,DNA-pol,前方复制片断提供3-OH末端,DNA连接酶,DNA-pol,复制的终止:切除引物、填补空缺和连接切口,哺乳动物的细胞周期,DNA合成期,G1,G2,S,M,二、真核生物的DNA生物合成,细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1S及G2M的调节，与蛋白激酶活性有关。蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。,滚环复制,简单低等生物或染色体以外的DNA采取的复制形式如X174和M13噬菌体等。,滚环复制,：,复制的起始,RNA引物的形成,真核生物复制过程,起点辨认复合物ORC辨认ori小染色体维系蛋白MCM解旋、解链SSB蛋白,引物酶与DNA-pol形成复合物合成引物（8-10bp）引物合成方向：53拓扑异构酶解旋,复制的延长,染色体DNA呈线状，复制在末端停止。复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。染色体两端DNA子链上最后复制的RNA引物，去除后留下空隙。,复制的终止,线粒体DNA的复制,环形DNA，有37个基因，13个编码ATP合成的酶22个转录为tRNA，2个转录为rRNA；易突变；不易修复，与衰老有关；遗传密码与通用密码有区别,MitochondrialDNAreplication,第四节逆转录过程,1970年Temin等在致癌RNA病毒中发现病毒以RNA为模板-逆转录酶(RDDP)双链DNA。,RNAcDNA,水解杂化链上的RNA,cDNADNA,存在：RNA病毒、哺乳动物胚胎细胞、正在分裂的淋巴细胞,PeytonRous（18791970）Americanpathologist,（一）Historyofreversetranscriptionresearching,Roussarcomacaninducecancer,Thediscoveryoftranscriptase,Asearlyas1963,HowardTeminhadshownthatreplicationofretroviruseswassensitivetonotonlytothetranscriptioninhibitorsActinomycinD,butmorecuriously,nucleosideanaloguelike5-cytosinearabinoside,whichwereknowntoinhibitDNAreplication.In1970,thefamousprovirushypothesiswasmade,andshortlyafterwardsHowardTeminandDavidBaltimoreseparatelyisolatedanddescribedreversetranscriptase.,DavidBaltimore,Temin,“fortheirdiscoveriesconcerningtheinteractionbetweentumourvirusesandthegeneticmaterialofthecell”AwardedtheNobelPrizeforPhysiologyandMedicinein1975,RNA,RNAcDNA(-),cDNA(-),DNA(-)DNA(+),1.RNA指导DNA合成,2.RNA水解,3.DNA指导DNA合成,逆转录酶的作用,RDDP:RNA-dependentDNApolymeraseDDDP：DNA-dependentDNApolymeraseRNaseH,DNA聚合酶活性,RNaseH活性,DNA指导的DNA聚合酶活性,有些反转录酶有DNA内切酶活性,大多数反转录酶的几种活性,水解杂化链上RNA分子,可能与病毒基因整合到宿主细胞染色体DNA中有关,无35外切酶活性无校正功能，出错率高,三、端粒（telomere）DNA的合成,新链5端引物被降解后留下空隙无法填补DNA复制一次短一些,事实上多数染色体经多次复制不缩短,?,?,端粒：真核生物染色体端区DNA片断，不含遗传信息，富含C、G重复序列.人的端粒DNA为（TTAGGG）n,端粒酶（telomerase）：逆转录合成端粒（即是模板又是逆转录酶）RNA-蛋白质复合物,作用：维持染色体稳定性维持DNA复制完整性活性降低与衰老有关；活性升高与肿瘤有关,TTTTGGGGTTTTGGGG3,端粒酶的催化延长作用,爬行模型,自发性突变,DNA复制中的错误经校正后的错配率仍约在1010左右,环境因素,物理因素,生物因素,化学因素,（一）引发突变的因素,第五节DNA的损伤与修复,紫外线嘧啶二聚体最常见TT,皮肤癌,氯臭氧赤道紫外线,电离辐射,手机？,贫铀弹,放射科,原子弹,物理因素,化学因素,烷化剂,亚硝酸盐,多环芳烃,黄曲霉素B,化学武器:氮芥、硫芥等，GGCH3,致癌剂（肝癌）,使C-脱氨U,苯并比（不完全燃烧产生的烟雾中）,生物因素,寄生虫,病毒,DNA病毒,RNA病毒,乙肝病毒,HIV病毒,二、基因突变,错配(点突变),缺失,插入,重排,转换（transition）,颠换（transversion）,镰刀型细胞贫血病：血红蛋白链第6号氨基酸（谷GAG缬GTG）,框移突变（frameshifts）：突变位置后所有氨基酸突变,（一）基因突变的类型,同义突变（mutation）错义突变（missensemutation）无义突变（nonsensemutation）,ACC,TA,A,G,TGGTATGC,G,A=TorG,=,C,Nonsensemutation,Val,C，A，G,Samesensemutation,AlaAsp,A,Missensemutation,A,Tyrterminationcode,transition,transversion,插入,缬,缺失,丙,酪,甘,丝,精,苏,天冬,脯,丝,组,甘,缬,丙,缬,缬,由基因重排引起的两种地中海贫血基因型,三、DNA的损伤及修复,直接修复,切除修复,重组修复,SOS修复,最早发现,使DNA恢复原样,细菌中的DNA光修复酶（photoreactivatingenzyme）将嘧啶二聚体（TT）分解为两个嘧啶单体光复活酶：300-600nm使之活化,最普遍方式,切除修复,碱基切除修复,DNA糖基化酶（glycoylase）切除不正常碱基：切除糖苷键,无碱基核酸内切酶（APendonuclease）：5侧切开磷酸二酯键,DNA-pol53聚合酶活性填补空隙,