DNA的复制和逆转录.ppt

,1,中心法则：DNA是主宰性的信息的载体,DNA的生物合成DNABiosynthesis(Replication),2,复制(replication)是以DNA为模板的DNA合成，是基因组的复制过程。在这个过程中，亲代DNA作为合成模板，按照碱基配对原则合成子代分子，其化学本质是酶促脱氧核苷酸聚合反应。,3,本章主要内容：,DNA复制的基本规律DNA复制的酶学和拓扑学变化原核生物DNA复制过程真核生物DNA生物合成过程逆转录和其他复制方式DNA损伤与修复,4,DNA复制的基本规律BasicRulesofDNAReplication,5,半保留复制(semi-conservativereplication)双向复制(bidirectionalreplication)半不连续复制(semi-discontinuousreplication)高保真性,DNA复制的主要特征,6,一、DNA以半保留方式进行复制,DNA生物合成时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子代细胞的DNA，一股单链从亲代完整地接受过来，另一股单链则完全从新合成。两个子细胞的DNA都和亲代DNA碱基序列一致。这种复制方式称为半保留复制。,半保留复制的概念:,半保留复制是DNA复制的基本特征。,7,AGGTACTGCCACTGG,TCCATGACGGTGACC,CCACTGG,GGTGACC,AGGTACTG,TCCATGAC,TCCATGAC,AGGTACTG,AGGTACTGCCACTGG,TCCATGACGGTGACC,AGGTACTGCCACTGG,TCCATGACGGTGACC,+,母链DNA,复制过程中形成的复制叉,子代DNA,8,子链继承母链遗传信息的几种可能方式:,全保留式半保留式混合式,9,密度梯度实验:,实验结果支持半保留复制的设想。,含15N-DNA的细菌,第一代,第二代,梯度离心结果,10,按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。,半保留复制的意义:,遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。,11,原核生物基因组是环状DNA，只有一个复制起点（origin）。复制从起点开始，向两个方向进行解链，进行的是单点起始双向复制。,二、DNA复制从起点向两个方向延伸,12,A.环状双链DNA及复制起始点B.复制中的两个复制叉C.复制接近终止点(termination,ter),13,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。,14,15,三、DNA复制反应呈半不连续特征,领头链(leadingstrand),随从链(laggingstrand),16,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(leadingstrand)。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(laggingstrand)。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。,17,DNA复制的酶学和拓扑学变化,TheEnzymologyandTopologyofDNAReplication,18,参与DNA复制的物质:,底物(substrate):dATP,dGTP,dCTP,dTTP；聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol；模板(template):解开成单链的DNA母链；引物(primer):提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合；其他的酶和蛋白质因子。,19,(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi,RNA引物,RNA引物,子代DNA,20,聚合反应的特点:,DNA新链生成需RNA引物和模板；新链的延长只可沿53方向进行。,21,一、DNA聚合酶催化脱氧核苷酸间的聚合,全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)简称：DNA-pol,活性：,1.53的聚合活性2.核酸外切酶活性,22,35外切酶活性:,53外切酶活性:,?,能切除突变的DNA片段。,能辨认错配的碱基对，并将其水解。,核酸外切酶活性:,23,35外切酶活性:,53外切酶活性:,?,能切除突变的DNA片段。,能辨认错配的碱基对，并将其水解。,核酸外切酶活性:,24,（一）原核生物有3种DNA聚合酶,DNA-polDNA-polDNA-pol,25,原核生物的DNA聚合酶,26,功能：,DNA-pol（109kD）,对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。,27,323个氨基酸,小片段,5核酸外切酶活性,大片段/Klenow片段,604个氨基酸,DNA聚合酶活性5核酸外切酶活性,N端,C端,DNA-pol,Klenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究中常用的工具酶。,28,DNA-pol（120kD）,DNA-polII基因发生突变，细菌依然能存活。DNA-pol对模板的特异性不高，即使在已发生损伤的DNA模板上，它也能催化核苷酸聚合。因此认为，它参与DNA损伤的应急状态修复。,29,个核心酶1个-复合物（、6种亚基）1对-亚基（可滑动的DNA夹子）,DNA聚合酶全酶结构多聚体不对称多亚基二聚体,全酶结构包括：,30,（二）常见的真核细胞DNA聚合酶有5种,DNA-pol,起始引发，有引物酶活性。,延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。,参与低保真度的复制。,在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。,在线粒体DNA复制中起催化作用。,DNA-pol,DNA-pol,DNA-pol,DNA-pol,31,真核生物的DNA聚合酶,32,二、DNA聚合酶的碱基选择和校对功能实现复制的保真性,复制按照碱基配对规律进行，是遗传信息能准确传代的基本原理。,此外还需酶学的机制来保证复制的保真性：核酸外切酶的校读活性和碱基选择性是复制的保真性的分子基础。,33,遵守严格的碱基配对规律，A-T配对，G-C配对；聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；复制出错时有即时校对功能。,DNA复制的保真性至少要依赖三种机制：,34,A：DNA-pol的外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，DNA-pol不表现活性。,DNApol的校读功能,35,（一）复制的保真性依赖正确的碱基选择,DNA聚合酶靠其大分子结构协调非共价（氢键）与共价（磷酸二酯键）键的有序形成。嘌呤的化学结构能形成顺式和反式构型。与相应的嘧啶形成氢键配对，嘌呤应处于反式构型,36,三、复制中的解链伴有DNA分子拓扑学变化,DNA分子的碱基埋在双螺旋内部，只有把DNA解成单链，它才能起模板作用。,37,（一）多种酶参与DNA解链和稳定单链状态,38,E.Coli基因图,39,（一）多种酶参与DNA解链和稳定单链状态,40,解螺旋酶(helicase)利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。引物酶(primase)复制起始时催化生成RNA引物的酶。单链DNA结合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。,41,（二）DNA拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态,复制过程正超螺旋的形成：,42,解链过程中正超螺旋的形成,43,既能水解、又能连接磷酸二酯键。,拓扑异构酶拓扑异构酶,拓扑异构酶分类：,拓扑异构酶作用特点：,44,拓扑异构酶,切断DNA双链中一股链，使DNA解链旋转不致打结；适当时候封闭切口，DNA变为松弛状态。反应不需ATP。,拓扑异构酶,切断DNA分子两股链，断端通过切口旋转使超螺旋松弛。利用ATP供能，连接断端，DNA分子进入负超螺旋状态。,作