DNA的生物合成(精)

1、DNA的生物合成(精)一. DNA的复制复制部位：真核生物：细胞核原核生物：细胞质的核质区(一) 复制的反响n1d ATPn2d CTPn3d GTPn4d TTPDNA聚合酶DNA模板DNA+（n1+n2+n3+n4)PPiPPi随即被焦磷酸酶水解，从而推动聚合反响的进展。一. DNA的复制(二) 复制的方式 DNA复制时，亲代DNA的双螺旋先解旋并分开，然后以每条链为模板，按照碱基配对原那么，各形成一条互补链。这样，从亲代的一个DNA双螺旋分子复制成两个与亲代的碱基序列完全一样的子代DNA分子。每个子代DNA分子中，有一条链来自亲代DNA，另一条那么是新形成的，这样的复制方式叫做半保存复制

2、semiconservative replication。半保存复制一. DNA的复制半保存复制(二) 复制的方式一. DNA的复制如何证明半保存复制(二) 复制的方式一. DNA的复制1958年，Meselson 证明：用，15NH4Cl唯一氮源培养大肠杆菌，之后，用14NH4Cl培养，然后进展CsCl2进展密度梯度离心。由于15NH4Cl密度大于14NH4Cl，因此，形成不同区带，经过假设干代培养后，两个14NH4Cl区带增多。(二) 复制的方式一. DNA的复制(二) 复制的方式一.DNA的复制半保存复制全保存复制(三) 复制反响注意点DNA复制除入DNA聚合酶, DNA模板, dNTP

3、外,还需要多种蛋白质因子、引物、Mg2+等. 一. DNA的复制特点：A 对利福平不敏感B 核糖核酸代替脱氧核糖核酸(四)参与复制的酶和蛋白质 DNA的合成不只是dNTP之间形成磷酸二酯键的问题，更重要的还有信息传递的问题，需要保持复制的高保真度 ，所以复制过程涉及到许多酶及辅助因子。合成RNA引物，又叫引物合成酶、引发酶。 1. 引物酶(primer) 它以单链DNA为模板，以ATP、GTP、CTP、UTP为原料，从53方向合成出RNA片段，即引物。一.DNA的复制为什么要用引物？DNA聚合酶催化活性功 能53聚合 35核酸外切53核酸外切原核生物DNA聚合酶切去引物RNA，补上正确的DNA

4、片段DNA聚合酶 与修复有关(活性低)DNA聚合酶负责链的延长(活性高)(四)参与复制的酶和蛋白质一.DNA的复制2. DNA聚合酶(DNA polymease)DNA聚合酶催化活性功 能53聚合35核酸外切53核酸外切真核生物DNA聚合酶a切去引物RNA，补上正确的DNA片段DNA聚合酶b DNA聚合酶g 负责链的延长DNA聚合酶d负责先导链的延长(四)参与复制的酶和蛋白质一.DNA的复制2. DNA聚合酶(DNA polymease)(四)参与复制的酶和蛋白质一.DNA的复制2. DNA聚合酶(DNA polymease)35核酸外切(四)参与复制的酶和蛋白质一.DNA的复制2. DNA聚

5、合酶(DNA polymease)53核酸外切(四)参与复制的酶和蛋白质一.DNA的复制2. DNA聚合酶(DNA polymease) 3. DNA连结酶 (DNA ligase) 催化DNA双链中一条链上的缺口3-OH 与它下游相邻的核苷酸的 5-磷酸之间共价连结形成磷酸二酯键。 连结过程需要能量，和某些细菌中由NAD+提供；动物细胞由ATP提供。(四)参与复制的酶和蛋白质一.DNA的复制(四)参与复制的酶和蛋白质一.DNA的复制 3. DNA连结酶 (DNA ligase) 4. 使DNA双螺旋解开的酶和蛋白质解螺旋酶(helicase)： 将DNA的两条链打开。每解开一对碱基需要水解2

6、分子ATP。方向为5-3，大肠杆菌中的解螺旋酶又叫rep蛋白，但方向为3-5 。(四)参与复制的酶和蛋白质一.DNA的复制单链结合蛋白(SSBP)： 与解链后的DNA单链结合，阻止其再次形成双螺旋。大肠杆菌SSB为177 aa多肽，以四聚体形式存在，与32个bp DNA区相结合，结合后的DNA 分子僵硬，不易弯曲，有利于单链DNA分子的稳定，避免核酸酶进攻；同时降低了Tm值，进一步促进DNA的解链。(四)参与复制的酶和蛋白质一.DNA的复制 4. 使DNA双螺旋解开的酶和蛋白质旋转酶(gyrase,untwisting protein)：催化DNA的拓扑连环数发生变化。可分为拓扑异构酶和拓扑异

7、构酶。型酶可减少负超螺旋；型酶可引入负超螺旋（此时需要ATP提供能量）。具有内切酶和连接酶活力，参与DNA复制前双螺旋的松弛及复制后超螺旋的再恢复。(四)参与复制的酶和蛋白质一.DNA的复制 4. 使DNA双螺旋解开的酶和蛋白质dn蛋白(mobile promoter)：功能：识别DNA的合成的起始位置，与引物酶及其它一些蛋白组成复合体启动RNA引物链的合成。(四)参与复制的酶和蛋白质一.DNA的复制 4. 使DNA双螺旋解开的酶和蛋白质五复制的过程 复制从特定的位点开场，这一位置叫复制原点。 原核生物的DNA上一般只有一个复制原点，但在迅速生长时期，第一轮复制尚未完成，就在起点处启动第二轮复

8、制； 真核生物那么有多个复制原点，可以同时启动复制过程。 1. 复制的启动一.DNA的复制 复制过程的调控主要取决于复制启动的频率，而DNA延长的速度大体上是恒定的。由于真核生物在多位点上启动复制，所以尽管其DNA比原核生物DNA大得多，但复制的总速度反而比原核生物快。 DNA的复制是由引发体识别并结合于复制原点而被启动的，其机理比较复杂，目前还不十清楚了。 1. 复制的启动五复制的过程一.DNA的复制 2. 复制眼的形成 由于复制原点都是在DNA分子的内部，而不是在末端，所以当复制启动后需要在复制原点处将DNA双螺旋局部解链，形成“眼状构造 复制眼。五复制的过程一.DNA的复制复制眼的构造：

9、复制眼形成后，其两端的叉子状构造称为复制叉。 2. 复制眼的形成五复制的过程一.DNA的复制 2. 复制眼的形成-双螺旋解开的过程 解螺旋酶使DNA双螺旋局部解链； SSB结合到解开的单链上； 拓扑异构酶向DNA中引入负超螺旋，以消除由解链产生的扭曲张力(动画)。五复制的过程一.DNA的复制五复制的过程一.DNA的复制3.复制叉的推进(1) 复制叉推进的方式随着复制叉的推进，两条新链的合成方向是不同的：一条链延伸的方向与复制叉前进的方向一致，它的合成能连续进展，称为前导链；五复制的过程一.DNA的复制 另一条链延伸的方向与复制叉前进的方向相反，它显然不能被连续合成，需要复制叉推进了一定的长度，

10、有了一段DNA单链后，才能以此为模板合成一个片段。因此这条新链的合成是不连续的，而且总晚于先导链，所以称为随后链。五复制的过程一.DNA的复制3.复制叉的推进-复制叉推进的方式 这种前导链连续合成，随后链断续合成的方式，称为半不连续复制。 随后链中合成的多个DNA片段，称为冈崎片段。冈崎片段的长度原核细胞中约10002000个核苷酸，真核细胞中约100200个核苷酸。五复制的过程一.DNA的复制3.复制叉的推进-复制叉推进的方式 引物酶在复制原点附近合成一段RNA引物； DNA聚合酶 (原核细胞)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

11、。 先导链的合成五复制的过程一.DNA的复制3.复制叉的推进-复制叉推进的过程 随后链的合成引物的合成：随后链的每个冈崎片段都需要合成 RNA引物。也是由引物酶催化。冈崎片段的合成：DNA聚合酶(原核细胞)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。五复制的过程一.DNA的复制3.复制叉的推进-复制叉推进的过程 随后链的合成冈崎片段的连结：DNA聚合酶一面以其DNA聚合活性在上游冈崎片段的3-OH末端添加脱氧核苷酸，一面以其53核酸外切活性切除引物，直至将引物全部切除。 DNA连接酶将最后的缺口补好。五复制的过程一.DNA的复制3.复制叉的推进-复制叉推进的

12、过程 先导链和随后链中DNA的延伸由同一个DNA聚合酶全 酶二聚体催化 随后链的模板回折成环，从而使冈崎片段的延伸方向与先导链的延伸方向一致，它们的3末端分别落在DNA聚合酶全酶的双活性部位。因此，随着聚合酶的移动，两条链同时延伸。五复制的过程一.DNA的复制3.复制叉的推进-复制叉推进的过程4.复制的完毕复制的终止没有特殊的信号原核生物中： 其环状的DNA从单点开场双向复制，当两个复制叉在复制原点的对面处相遇并合并时，完毕复制，形成两个环状DNA分子。五复制的过程一.DNA的复制4.复制的完毕复制的终止没有特殊的信号真核生物中： 其线状的DNA上有多个复制原点，因此形成多个复制眼，复制叉的推

13、进使复制眼增大，直至各个复制眼融合，复制终止，形成两个线状DNA分子。五复制的过程一.DNA的复制五复制的过程一.DNA的复制六DNA复制的忠实性一.DNA的复制过失率为10-9-10-10新合成的子链与母链之间碱基配对严格性使用引物RNADNA聚合酶对底物专一性DNA聚合酶的校对作用5. DNA修复机制一.DNA的复制The probable course of events during initiation of E. coli replication一.DNA的复制The probable course of events during initiation of E. coli re

14、plication二. DNA的损伤与修复 DNA分子的完整性对细胞至关重要，这一点是其它生物分子无法比较的。在生物的进化中，DNA复制中可因DNA聚合酶催化作用引发出偶然的错误。环境因素如辐射、紫外光照射、化学诱变物等也可引起DNA序列上的错误，这些错误假设不能予以改正而保存下来，会直接影响机体的生理功能，以致影响到后代的正常生长和发育。但是，生物体内存在有效的修复repair体系，保证了DNA复制的高度准确性。 二. DNA的损伤与修复1. DNA损伤的原因外环境中的射线：X-射线、紫外线等 高剂量的紫外辐射使DNA链上邻近的嘧啶核苷酸之间形成化学键，生成二聚体；此外还有脱嘌呤作用和脱氨基

15、作用. 二. DNA的损伤与修复 2. 修复 所有细胞对DNA的损伤都有一定的修复能力，以恢复正常的DNA构造。修复的方式：光修复、切除修复、重组修复、SOS修复(1) 光修复 由DNA光裂合酶photolyase催化。该酶需要光400700 nm才能激活，它能切除嘧啶二聚体之间的连键(C-C键)，从而修复由紫外照射而造成的损伤。二. DNA的损伤与修复 2. 修复(2) 切除修复 该类修复是指在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤的局部切除，并以完整的那一条链为模板，合成出新的被切去的局部，然后使损伤的DNA恢复正常构造的过程。切除修复系统可对多种损伤起修复作用。切除修复有核苷酸切除修复n

16、ucleotide excision repair, NER和碱基切除修复base excision repair, BER两种。 二. DNA的损伤与修复 2. 修复(2) 切除修复 这是一种比较普遍的修复机制。 其过程是：切补切缝 由专一性核酸内切酶催化，在离损伤处附近切断 由DNA聚合酶在断口处进展DNA合成 由5核酸外切酶将损伤部位切掉 由连接酶将新合成的DNA链与原来的链连接 知识窗 NER缺陷与癌症和遗传疾病 NER缺陷与癌症的发生有关，如着色性皮肤病，就是由于体内NER系统缺陷引起皮肤细胞对日光或紫外线特别敏感，其所形成的T-T二聚体就是因缺乏能切除T-T二聚体的特异性核酸内切酶

17、所致，以致在后续的复制中造成遗传信息改变，最终出现皮肤癌。一些常染色体退行性疾病患者对太阳光极其敏感。还有的患者在婴儿时期皮肤明显地改变，如枯燥、进展性的雀斑和角质化一种皮肤肿瘤并伴有眼损伤如角膜溃烂、晶体混浊和神经退行性症等，进而开展为致死的皮肤癌，其发病率是正常人得此症的200倍。科凯尼氏综合症cockayne syndrome CS也是一种遗传疾病，与NER基因缺损有关，因此，CS患者对紫外照射高度敏感，表现出与皮肤癌同样的发病率。二. DNA的损伤与修复 2. 修复(3) SOS修复 细胞在紧急状态下，能诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，它能在DNA的损伤部位进展复制，从而防止了死亡，但产生很高的变异率。二