分子生物学原理--DNA的生物合成

2020 4 16 分子生物学原理 中心法则的研究过程 2020 4 16 分子生物学原理 第三篇基因信息的传递 遗传信息流动方向 中心法则 2020 4 16 分子生物学原理 半保留复制模式的实验证明 2020 4 16 分子生物学原理 第十章复制 半保留复制 DNA进行复制时 双螺旋结构解开而成为两股单链 各自作为模板 用于合成新的互补链 子代细胞出现新的DNA双链 其中一股单链是从亲代完整地接受过来的 另一股单链是完全重新合成 且与母链按碱基配对原则互补 也就是说 两个子代细胞的DNA双链 都和母细胞DNA碱基序列完全一致 2020 4 16 分子生物学原理 第一节参与DNA复制的酶 底物 脱氧三磷酸核苷聚合酶 依赖DNA的DNA聚合酶模板 解开成单链的DNA母链引物 一段寡核苷酸其它酶和蛋白质因子 起解链 理顺双螺旋 稳定单链的作用 连接酶 2020 4 16 分子生物学原理 一 DNA聚合酶 大肠杆菌中有DNA聚合酶I II和III PolIII被认为是原核生物细胞内真正起复制作用的酶 PolI可以被蛋白酶分成大小片段 大片段有DNA聚合酶的活性 称为Klenow片段 真核生物中发现的DNA聚合酶有 和 2020 4 16 分子生物学原理 DNA聚合酶催化的反应 5 到3 的聚合活性 dNMP n dNTP dNMP n 1 Ppi 2020 4 16 分子生物学原理 DNA聚合酶催化的反应 5 到3 的聚合活性 dNMP n dNTP dNMP n 1 Ppi核酸外切酶活性 从5 或3 末端把核苷酸从核酸链上水解下来 2020 4 16 分子生物学原理 DNA聚合酶的性质 以脱氧核苷酸三磷酸 dNTP 为前体催化合成DNA需要模板和引物不能起始合成新的DNA链催化dNTP加到生长中的DNA的3 OH末端催化DNA合成的方向是5 到3 2020 4 16 分子生物学原理 复制的保真性 DNA复制保真性至少依赖三种规律 1 遵守严格的碱基配对规律 2 聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能 3 复制中出错时有即时的校读功能 2020 4 16 分子生物学原理 解旋 解链酶 复制应先解开DNA的超螺旋 双螺旋结构 解旋 解链酶类 解链酶 DNA拓扑异构酶 单链DNA结合蛋白 2020 4 16 分子生物学原理 解链酶 解链酶是rep 它在ATP存在时解开DNA双链 每解开1对碱基 需要消耗2个ATP 另一种为解旋酶II 在解链过程中 已解开的DNA双链之一 其解链方向与复制方向一致 称为领头链 另一链复制方向与解链方向相反 称为随从链 2020 4 16 分子生物学原理 DNA拓扑异构酶 拓扑酶对DNA分子的作用都是既能水解 又能连接磷酸二酯键 拓扑酶I 不需要ATP 切断DNA双链中的一股 使DNA解链旋转中不打结 适当的时候又把切口封闭 使DNA变成松驰状态 拓扑酶II在无ATP时 切断处于超螺旋的DNA分子 使超螺旋松驰 在有ATP时 松驰状态的DNA进入负超螺旋状态 断口在同一酶催化下再连接起来 2020 4 16 分子生物学原理 单链DNA结合蛋白 单链结合蛋白 SSB 的作用是在复制中维持模板处于单链状态并保护这种单链的完整性 2020 4 16 分子生物学原理 引物酶和引发体 复制是在一段RNA引物的基础上加进脱氧核苷酸的 催化引物合成的是一种RNA聚合酶 它不同于催化转录过程的RNA聚合酶 因此称为引物酶 引物酶在模板的复制起始部位催化互补碱基的聚合 形成短片段RNA 在解链酶结合其它复制因子而可辨认起始点时 就可再结合引物酶 形成引发体 2020 4 16 分子生物学原理 DNA连接酶 DNA连接酶连接DNA链3 OH末端和另一DNA链的5 P末端 使二者生成磷酸二酯键 从而把两段相邻的DNA链连成完整的链 连接酶的催化作用在原核细胞需要消耗NAD 在真核细胞则消耗ATP 连接酶连接的都是碱基互补基础上的双链中的单链缺口 它并没有连接单独存在的DNA单链或RNA单链的作用 2020 4 16 分子生物学原理 三种酶催化生成磷酸二酯键的比较 2020 4 16 分子生物学原理 2020 4 16 分子生物学原理 第二节DNA复制过程 复制的起始复制的延长复制的终止 2020 4 16 分子生物学原理 复制的起始 原核生物总是从一个固定的起始点开始 同时向两个方向进行的 称为双向复制 真核细胞染色体比较复杂 可能有多个复制起始点 同时形成多个复制单位 复制开始后由于DNA双链解开 在两股单链上进行复制 在电子显微镜下均看到伸展成叉状的复制现象 称为复制叉 2020 4 16 分子生物学原理 复制起始的步骤 1 引物酶按碱基配对规律合成RNA引物 2 在DNA聚合酶III的作用下 靠酶的 亚基辨认引物 新链第一个脱氧核苷酸就加到引物的3 OH末端上 形成磷酸二酯键 3 DNA拓扑异构酶 可能主要是II型酶的作用 在将要打结或已打结处作切口 4 单链DNA结合蛋白 SSB 结合于开放的单链上 起稳定和保护单链模板的作用 2020 4 16 分子生物学原理 2020 4 16 分子生物学原理 复制的延长 催化延长的酶在原核生物为polIII 在真核生物为DNA聚合酶 和 DNA复制延长的速度相当快 在细菌中约为2500bp s 高等生物DNA复制时延长速度可能慢一些 但它有多个起始点生成多个复制单位同时复制 总的复制速度与原核生物相差不多 2020 4 16 分子生物学原理 复制的不连续性 DNA双链的走向相反 而复制和引物合成总是从5 到3 方向延伸的 因此领头链可以顺解链方向延长 随从链复制方向与解链方向相反 因此必须等待模板链解出足够长度 复制才能开始并延长 复制中的不连续片段称为冈崎片段 2020 4 16 分子生物学原理 复制的过程 2020 4 16 分子生物学原理 滚环复制 环状DNA双链一股先开一个缺口 5 端向外伸展 在伸展出的单链上进行不连续复制 没有开环的另一段 则可以一边滚动一边进行连续复制 2020 4 16 分子生物学原理 复制的终止 原核生物除了有一定的复制起始点 还好一定的复制终止点 RNA酶将引物水解polI填补空缺连接酶连接 2020 4 16 分子生物学原理 2020 4 16 分子生物学原理 参加复制的酶 2020 4 16 分子生物学原理 第三节DNA的损伤和修复 突变和遗传的保守性 2020 4 16 分子生物学原理 突变的分子基础 突变是DNA分子上碱基的改变 自发突变是遗传过程中 自发 发生的突变 诱变是研究核酸与遗传时 应用一些物理或化学方法对DNA分子或整个组织细胞处理使DNA发生突变 是人工手段使DNA发生突变 2020 4 16 分子生物学原理 突变的分类 点突变 一个碱基的变异 有转换同型碱基和颠换异型碱基缺失 一个碱基或一段核苷酸从DNA上消失插入 一个碱基或一段核苷酸插入到DNA大分子中 倒位 DNA链内部迁移 2020 4 16 分子生物学原理 诱变因素 2020 4 16 分子生物学原理 损伤的修复 损伤 是复制过程中发生的DNA突变 大多数属于自发突变 校读 polI监视和纠正复制错误的功能 2020 4 16 分子生物学原理 损伤修复的机制 光修复切除修复重组修复SOS修复 2020 4 16 分子生物学原理 光修复 紫外线照射可引起核酸链上相邻的两个胸腺嘧啶形成二聚体TT 光修复过程是通过光修复酶催化而完成的 需300 600nm波长照射激活 2020 4 16 分子生物学原理 切除修复 切除修复需要特异的核酸内切酶 polI DNA连接酶等参加 2020 4 16 分子生物学原理