9.1 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 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 5 3 的聚合活性 核酸外切酶活性 1 DNA聚合酶 DNApolymease 三 参与DNA复制的酶 5 ucgagcuag OH3 5 ucgagcuag 3 agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc5 3 agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc5 catcggatcgcatcgtcacgtgctag3 dNMP n dNTP dNMP n 1 PPi DNA聚合酶 DNA模板 Mg2 5 3 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IC DNA聚合酶IID 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 ColiDNA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 DNAligase 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 DNAhelicase 大部分解旋酶沿模板DNA一条链5 3 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3 5 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 strandbindingprotein 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DNApol 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 OH3 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 DNApol 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 coliDNA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 complementaryDNA 例题 劳氏肉瘤病毒逆转录的产物是A DNAB cDNAC ccDNAD 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 RNaseH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 4DNA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 400 700nm 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 光