生物化学第十一章的生物合成

生物化学第十一章的生物合成第1页，课件共63页，创作于2023年2月中心法则

(TheCentralDogma)逆转录基因遗传基因表达第2页，课件共63页，创作于2023年2月

复制的基本规律

DNA复制的酶学和拓扑学变化

复制的过程(复制体系、酶;复制起始、延伸、终止)DNA损伤（突变）与修复本章主要内容：第3页，课件共63页，创作于2023年2月第一节复制的基本规律半保留复制双向复制半不连续复制复制具有方向性5’→3’第4页，课件共63页，创作于2023年2月一、半保留复制:DNA复制的基本特征DNA母链解开为两股单链，各自为模板按碱基配对规律，合成与模板互补的子链。子链的一股单链从亲代完整地接受过来，另一股则全新合成。子链DNA都和母链碱基序列一致，称为半保留复制。

它保留亲代的全部遗传信息(遗传保守性)。这是物种稳定性的分子基础，但不绝对。第5页，课件共63页，创作于2023年2月AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA复制形成的复制叉子代DNA第6页，课件共63页，创作于2023年2月密度梯度实验:

支持半保留复制的设想含重氮15N-DNA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第7页，课件共63页，创作于2023年2月原核生物从一个固定的起始点同时向两个方向进行复制，称双向复制。二、DNA复制从起始点向两个方向延伸

双向复制放射自显影图像第8页，课件共63页，创作于2023年2月A.环状双链DNA及复制起始点B.两个复制叉oriterABC低等生物的滚环复制C.复制接近终止点(termination,ter)第9页，课件共63页，创作于2023年2月5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’复制子3’真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子的复制。两个相邻起始点间的距离定为一个复制子，是独立完成复制的功能单位。第10页，课件共63页，创作于2023年2月三、DNA一股子链复制的方向与解链方向相反半不连续复制3535解链方向3´5´3´3´5´领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)子链顺着解链方向生成，复制连续进行。子链与解链方向相反，不顺着解链方向连续延长。不连续的复制片段称岡崎片段(okazakifragment)。第11页，课件共63页，创作于2023年2月参与DNA复制物质:底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP；聚合酶(polymerase,DNA-pol):

依赖DNA的DNA聚合酶，DDDP；模板(template):母链DNA解开成的单链；引物(primer):提供3-OH端使dNTP依次聚合；其他的酶和蛋白质因子。第二节DNA复制的酶学和拓扑学变化第12页，课件共63页，创作于2023年2月一、DNA聚合酶:核苷酸聚合全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase,DNA-pol)活性：DNA-pol1.53

的聚合活性.2.核酸外切酶活性:35外切酶活性:

辨认错配碱基并水解

53外切酶活性:

切除突变的DNA片段第13页，课件共63页，创作于2023年2月复制的基本化学反应:

核苷酸之间生成磷酸二酯键。核酸片段磷酸二酯键第14页，课件共63页，创作于2023年2月反应特点:新链生成需引物和模板；新链只沿5→3方向延长。(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi第15页，课件共63页，创作于2023年2月5´AGCTTCAGGATA

3´

|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´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:第16页，课件共63页，创作于2023年2月（一）原核生物的DNA聚合酶分为三型DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ第17页，课件共63页，创作于2023年2月原核生物的DNA聚合酶¢5有有有3→¢核酸外切酶活性催化复制合成应急修复主要作用多亚基不对称二聚体？单肽链组成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI

有

有

有聚合酶活性¢3无无有5→¢核酸外切酶活性参与校对、修复多亚基不对称二聚体？单肽链组成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI第18页，课件共63页，创作于2023年2月（二）常见的真核细胞DNA聚合酶DNA-pol起始引发，有引物酶活性。子链延长的主要酶，解螺旋酶活性。参与低保真复制。在复制中校读、修复和填补缺口。催化线粒体DNA复制。DNA-pol

DNA-polDNA-polDNA-pol第19页，课件共63页，创作于2023年2月真核生物的DNA聚合酶第20页，课件共63页，创作于2023年2月二、同DNA分子解链相关的酶1、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运送和协同DnaBDnaC解开DNA双链解螺旋酶DnaB辨认起始点DnaA蛋白质通用名功能第21页，课件共63页，创作于2023年2月DnaB、DnaC3535

解螺旋酶的作用DnaAori►第22页，课件共63页，创作于2023年2月2、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。

DnaADnaB、DnaC3535SSBdATPdCTPdGTP第23页，课件共63页，创作于2023年2月108局部解链后3、DNA拓扑异构酶复制过程正超螺旋的形成：第24页，课件共63页，创作于2023年2月解链过程中正超螺旋的形成第25页，课件共63页，创作于2023年2月既能水解,又能连接磷酸二酯键。

拓扑异构酶Ⅰ

拓扑异构酶Ⅱ拓扑异构酶分类：拓扑异构酶作用特点：第26页，课件共63页，创作于2023年2月拓扑酶的作用方式：拓扑异构酶+第27页，课件共63页，创作于2023年2月拓扑异构酶Ⅰ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I作用机制：第28页，课件共63页，创作于2023年2月第29页，课件共63页，创作于2023年2月拓扑异构酶Ⅱ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。拓扑异构酶II作用机制：第30页，课件共63页，创作于2023年2月五、DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。DNA连接酶(DNAligase)作用方式：第31页，课件共63页，创作于2023年2月HO5’3’3’5’ATPADP5’3’5’3’把两段DNA连成一条完整链DNA连接酶连接单链缺口催化3-OH和相邻5-P生成磷酸二酯键第32页，课件共63页，创作于2023年2月DNA连接酶在复制中起最后接合缺口的作用。在DNA修复、重组及剪接中也起缝合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能：第33页，课件共63页，创作于2023年2月提供核糖3-OH提供5-P结果DNA聚合酶引物或延长中的新链游离dNTP去PPi(dNTP)n+1连接酶复制中不连续的两条单链不连续→连续链拓扑酶切断、整理后的两链改变拓扑状态DNA聚合酶，拓扑酶和连接酶催化3,5-磷酸二酯键生成的比较

第34页，课件共63页，创作于2023年2月（一）复制起始：DNA解链形成引发体1.DNA解开成单链，提供模板。2.形成引发体，合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成第三节DNA生物合成过程TheProcessofDNAReplication第35页，课件共63页，创作于2023年2月E.coli复制起始点oriC：245bp，三组串联重复序列和两对反向重复序列GATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

串联重复序列

反向重复序列53531.DNA解链第36页，课件共63页，创作于2023年2月DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB35352.引发体和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。第37页，课件共63页，创作于2023年2月3535引物酶催化合成的RNA引物3'HO5'引物酶第38页，课件共63页，创作于2023年2月5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol（二）延长：领头链连续复制，随从链不连续复制在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长的子链，不断生成磷酸二酯键。复制叉上领头链和随从链由同一DNA-pol催化。第39页，课件共63页，创作于2023年2月领头链的合成：子链沿5→3方向连续延长。第40页，课件共63页，创作于2023年2月随从链的合成第41页，课件共63页，创作于2023年2月领头链和随从链由相同的DNA-pol催化延长第42页，课件共63页，创作于2023年2月复制过程简图第43页，课件共63页，创作于2023年2月原核环状DNA双向复制片段在终止点(ter)汇合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）终止：切除引物、填补空缺、连接切口第44页，课件共63页，创作于2023年2月555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATPADP+Pi55DNA连接酶

岗崎片段的连接：第45页，课件共63页，创作于2023年2月端粒(telomere)

指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构,通常膨大成粒状。端粒的结构特点：由末端单链DNA序列和蛋白质构成。末端DNA序列是多次重复的富含G、T碱基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…Pr二、真核生物的DNA生物合成第46页，课件共63页，创作于2023年2月第47页，课件共63页，创作于2023年2月第四节

DNA损伤（突变）与修复第48页，课件共63页，创作于2023年2月第49页，课件共63页，创作于2023年2月DNA突变：指个别dNMP残基以至片段DNA在构成、复制或表型功能的异常变化，也称为DNA损伤(DNAdamage)。从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。第50页，课件共63页，创作于2023年2月一、突变在生物界普遍存在（一）突变是进化、分化的分子基础从长远的生物史看，进化过程是自发突变或自然突变(spontaneousmutation)的不断发生所造成的。第51页，课件共63页，创作于2023年2月（二）只有基因型改变的突变形成DNA的多态性这种突变没有可察觉的表型改变。多态性(polymorphism)一词用来描述个体之间的基因型差别现象。（三）致死性的突变可导致个体、细胞的死亡

（四）突变是某些疾病的发病基础第52页，课件共63页，创作于2023年2月二、诱发突变的因素大量的突变属于自发突变，发生频率只不过在10-9左右。但由于生物基因组庞大，细胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。实验室用来诱发突变，也是生活环境中导致突变的因素，主要有物理和化学因素。第53页，课件共63页，创作于2023年2月物理因素：紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐射

UV第54页，课件共63页，创作于2023年2月化学因素：第55页，课件共63页，创作于2023年2月三、引起突变的分子改变类型有多种点突变(pointmutation)或错配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)

框移(frame-shift)

第56页，课件共63页，创作于2023年2月镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)β亚基N-val

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C肽链CAC基因正常成人Hb(HbA)β亚基N-val

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his

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C肽链CTC基因镰形红细胞贫血病人点突变：DNA分子上一个碱基的变异称点突变或错配点突变发生在基因的编码区，可导致氨基酸改变。（一）点突变可导致编码氨基酸的改变第57页，课件共63页，创作于2023年2月（二）缺失、插入和框移突变:蛋白质氨基酸序列改变缺失：DNA链上一个碱基或一段核苷酸消失。插入：一碱基或一段核苷酸插入DNA分子中间。都可导致框移突变。框移突变:三联体密码的阅读方式改变造成蛋白质氨基酸顺序改变。谷酪蛋丝5’……G