DNA的复制和逆转录

1、DNA的复制和逆转录DNA的生物合成DNA Biosynthesis ( 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，按照碱基配对原那么合成子代分子，其化学本质是酶促脱氧核苷酸聚合反响。 复制亲代DNA子代DNA3本章主要内容： DNA复制的根本规律 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 4DNA复制的根本规律Basic Rules of DNA Replication5半保存复制(semi-conservat

2、ive replication)双向复制(bidirectional replication)半不连续复制(semi-discontinuous replication)高保真性 DNA复制的主要特征 6一、 DNA以半保存方式进展复制 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承受过来，另一股单链那么完全从新合成。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存复制。半保存复制的概念:半保存复制是DNA复制的根本特征。7AGGTACTGCCACTGGTCCATGA

3、CGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA复制过程中形成的复制叉子代DNA8子链继承母链遗传信息的几种可能方式: 全保存式 半保存式 混合式 9密度梯度实验: 实验结果支持半保存复制的设想。含15N-DNA的细菌培养于普通培养液 第一代继续培养于普通培养液 第二代梯度离心结果10按半保存复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保存了亲代的全部遗传信息，表达了遗传的保守性。半保存复制的意

4、义:遗传的保守性，是物种稳定性的分子根底，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。复制从起点开场，向两个方向进展解链，进展的是单点起始双向复制。二、DNA复制从起点向两个方向延伸复制中的放射自显影图象12A. 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)oriterA B C13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。 53oriorioriori531453oriorioriori53

5、5533553复制315三、DNA复制反响呈半不连续特征3535解链方向35335领头链(leading strand)随从链(lagging strand)16顺着解链方向生成的子链，复制是连续进展的，这股链称为领头链(leading strand) 。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(lagging strand) 。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazaki fragment)。 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。 17DNA复制的酶学和拓扑学变化The Enzymology and Topology

6、of DNA Replication18参与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 + PPiRNA引物RNA引物子代DNA20聚合反响的特点:DNA 新链生成需RNA引物和模板； 新链的延长只可沿5 3方向进展。21一、DNA聚合酶催化脱氧核苷酸间的聚合全称：依赖DN

7、A的DNA聚合酶 (DNA-dependent DNA polymerase)简称：DNA-pol活性：1. 53 的聚合活性2. 核酸外切酶活性225 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C 53 5外切酶活性:5 3外切酶活性:?能切除突变的 DNA片段。能识别错配的碱基对，并将其水解。核酸外切酶活性: 235 A G C T T C A G G A T A 3 | | | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A G C G A C

8、 53 5外切酶活性:5 3外切酶活性:?能切除突变的 DNA片段。能识别错配的碱基对，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-pol DNA-pol DNA-pol 25原核生物的DNA聚合酶26功能：DNA-pol 109kD对复制中的错误进展校读，对复制和修复中出现的空隙进展填补。27323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 端木瓜蛋白酶DNA-pol Klenow片段是实验室合成DNA，进展分子生物学研究中常用的工具酶。 28DNA-pol 120kDDNA-pol II基

9、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聚合酶全酶构造多聚体不对称多亚基二聚体全酶构造包括：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

10、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展，是遗传信息能准确传代的根本原理。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根底。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：34A：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。DNA pol 的校读功能35一复制的保真性依赖正确的碱基选择DNA聚合酶靠其大分子构造协调非共价氢键与共价磷酸二酯键键的有序形成

11、。 嘌呤的化学构造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38E. 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(single stranded DNA binding protein, SSB) 在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。 41108局部解链后二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。反响不需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。