七科联考-生物化学-第十四章DNA的生物合成 1课件

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第一篇生物分子结构与功能1第二篇物质代谢及其调节2第三篇遗传信息的传递3√√生物化学？1第一篇生物分子结构与功能1第二篇物质代谢及其调节2第2

复制、转录、翻译讲解方式：1、基本概念及特点，所需酶及各种因子2、合成过程3、原核生物、真核生物起始延长终止2复制、转录、翻译讲解方式：1、基本概念及特点，所需酶3真核基因与基因组

EukaryoteGeneandGenome3真核基因与基因组EukaryoteGeneandG4基因（gene）：编码蛋白质或RNA等具有特定功能产物的、负载遗传信息的基本单位。基因组（genome）：一个生物体内所有遗传信息的总和。4基因（gene）：编码蛋白质或RNA等具有特定功能产物的、5

DNA的生物合成

DNABiosynthesis

（Replication）

第十四章5

DNA的生物合成

DNABiosynthesis6DNA修复合成（DNA损伤修复）DNA指导的DNA合成（DNA复制）RNA指导的DNA合成（逆转录）DNA的生物合成6DNA修复合成DNA指导的DNA合成RNA指导的DNA合成7亲代DNA复制子代DNA复制(replication)

是以DNA为模板的DNA合成，是基因组的复制过程。7亲代DNA复制子代DNA复制(replication)是8分子基础：碱基配对规律和DNA双螺旋结构化学本质：酶促的脱氧核苷酸聚合反应复制的保证：各种酶和蛋白质因子的参与8分子基础：碱基配对规律和DNA双螺旋结构9DNA复制的基本特征BasicRulesofDNAReplication

第一节9DNA复制的基本特征第一节10复制的基本特征：(3个)半保留复制双向复制半不连续复制10复制的基本特征：(3个)半保留复制11一、半保留复制

DNA生物合成时，亲代双链DNA解开为两股单链，各自作为模板，依据碱基配对规律，合成序列互补的子链DNA。这种复制方式称为半保留复制。11一、半保留复制DNA生物合成时，亲代双链DNA解开为两12半保留复制方式保证遗传信息的忠实传递12半保留复制方式保证遗传信息的忠实传递13半保留复制的理论设想TGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACCTGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCTGGTACTGACCATGACACCATGACTGGTACTGTGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACC+母链DNA

复制过程中打开的复制叉子代DNA

13半保留复制的理论设想TATACGTAATTA+母链DNA141、遗传的保守性：子代DNA保留了亲代的全部遗传信息。半保留复制的意义2、遗传的保守性是相对的，自然界存在着普遍的变异现象。141、遗传的保守性：半保留复制的意义2、遗传的保守性是相对15

复制时，DNA从起始点(origin)向两个方向解链，形成两个延伸方向相反的复制叉，称为双向复制。二、双向复制15复制时，DNA从起始点(origin)向两个16复制起点（origin）：指DNA复制所必需的一段特殊的DNA序列。复制叉（relicationfork):正在进行复制的双链DNA分子形成的Y形或叉形区域。复制子（relicion):含有一个复制起点的独立完成复制的功能单位。双向复制（bidirectionalreplication)从起点向2个方向延伸16复制起点（origin）：指DNA复制所必需的一段特殊的17(一）原核生物：只有一个复制起始点，一个终止点17(一）原核生物：只有一个复制起始点，一个终止点18复制中的模板DNA形成2个延伸方向相反的开链区，称为复制叉。Forkmovement复制叉18复制中的模板DNA形成2个延伸方向相反的开链区，Fork19（二）真核生物真核生物多染色体，多起始点，多复制子的复制。复制子(replicon):是含有一个复制起点的独立完成复制的功能单位，是从一个DNA复制起始点起始的DNA复制区域。高等生物有数以万计的复制子，长度差异很大。原核生物是单复制子复制，称为复制体（replisome）19（二）真核生物真核生物多染色体，多起始点，多复制子的复制20真核生物的多复制子复制5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’复制进程5’5’3’3’20真核生物的多复制子复制5’3’oriorioriori521E.coli人染色体基因组4.4×106bp

3×109bp1个复制起点和两个复制叉

多个复制起点和多个复制叉

单复制子

多复制子（104～105）42分钟

8小时1000bp/秒

100bp/秒21E.coli22半不连续复制前导链（leadingstrand）:DNA复制时，一条链的合成方向和复制叉前进方向相同，可以连续复制合成的新链。后随链（laggingstrand）:另一条链的合成方向与复制叉前进方向相反，不能连续复制，只能分成若干小片段分别合成，然后连接起来形成新链。后随链中的小片段称为冈崎片段（Okazakifragments)。前导链连续复制而后随链不连续复制，即半不连续复制。22半不连续复制前导链（leadingstrand）:D235

3

解链方向3´5´前导链(leadingstrand)后随链(laggingstrand)3

5

3´3´5´5´前导链连续复制后随链不连续复制DNA复制方向：5

3

三、半不连续性复制冈崎片段2353解链方向3´5´前导链(leadingstra24

第二节

DNA复制的酶学和拓扑学变化24第二节25复制的基本化学反应单链延长的方向(dNMP)n+dNTP→(dNMP)n+1+PPi

25复制的基本化学反应单链延长的方向(dNMP)n+d26复制过程参加物质原料：dNTP(dATPdGTPdCTPdTTP)条件：供能ATP、Mg2+模板：DNA酶引物:RNA蛋白质因子DNA聚合酶引物酶（DnaG）解旋酶（DnaB）连接酶拓扑异构酶DnaADnaB（解旋酶）DnaCDnaG（引物酶）SSB26复制过程参加物质原料：dNTP(dATPdGTPdC27一、DNA聚合酶（DNApolymerase）简称：DNA-pol全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)ⅠⅡⅢ种类：原核αβ

γ

δ

ε真核27一、DNA聚合酶（DNApolymerase）简称：D28

DNA聚合酶活性（作用）（2方面）

1、聚合活性：

5

3

方向，催化四种dNTP一个一个地连接到DNA子链上去。

2、核酸外切酶活性（两种情况）

3

5

外切酶活性，能辨认错配的碱基对，并将其水解。

5

3

外切酶活性，能切除引物和突变的DNA片段。28DNA聚合酶活性（作用）（2方面）29（一）原核生物有3种DNA聚合酶分三型：

DNApolⅠDNApolⅡDNApolⅢ相同点：

1、5

3

的聚合活性

2、3

5

核酸外切酶活性29（一）原核生物有3种DNA聚合酶分三型：相同点：30原核生物的DNA聚合酶不同点

DNApolⅢ的比活性远高于DNApolⅠ，是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。30原核生物的DNA聚合酶不同点DNApolⅢ的31小片段（323aa)

大片段（604aa)（Klenowfragment）5’→3’聚合酶活性3'→5'外切酶活性5'→3'外切酶活性EJPNMLHIORQGCDBFAKDNApolⅠ（20bp)木瓜蛋白酶31小片段（323aa)大片段（604aa)5’→332DNApolⅠ的作用1.对复制中的错误进行校对；

2.填补复制和修复过程中出现的空隙；

3.Klenowfragment是实验室合成DNA

和进行分子生物学研究常用的

工具酶。32DNApolⅠ的作用33DNA-polⅡ（120kD）

DNA-polII基因发生突变，细菌依然能存活它对模板的特异性不高，参与DNA损伤的应

急状态修复（SOS修复）33DNA-polⅡ（120kD）DNA-polI34全酶组装至模板，增强核心酶活性功能：原核生物复制延长中合成前导链和后随链。

DNA-polⅢ夹稳模板，滑动核心酶核心酶

亚基:合成DNA

亚基:具有3

5

外切酶活性（校正功能）

亚基:组装作用（

、

、

、

、

、

6种亚基）（含1对

-亚基）34全酶组装至模板，增强核心酶活性功能：原核生物复制延长中合35（二）常见的真核细胞DNA聚合酶有5种DNA-pol

：在线粒体DNA复制中起催化作用。DNA-pol

（Ⅲ）：延长子链的主要酶，有解螺旋酶活性。DNA-pol

（Ⅰ）：校读、修复和填补缺口DNA-pol

：起始引发，有引物酶活性。DNA-pol

（Ⅱ）：参与低保真度的复制，应急修复。3‘→5’外切酶活性（、、）35（二）常见的真核细胞DNA聚合酶有5种DNA-pol36二、复制的保真性（一）复制遵守严格的碱基配对规律进行（二）复制的保真性依赖正确的碱基选择（三）聚合酶中核酸外切酶活性在复制中辨认

切除错配碱基并加以校正

36二、复制的保真性（一）复制遵守严格的碱基配对规律进行37（一）复制的保真性依赖正确的碱基选择DNApolⅢ对嘌呤的不同构型表现不同亲和力，因此实现其选择功能。DNA复制的精确度极高,在细菌中其误差率只有10-8～10-1037（一）复制的保真性依赖正确的碱基选择38（二）核酸外切酶活性在复制中辨认切除错配碱基并加以校正

B：如果碱基配对正确，DNA-polI则不表现外切酶活性；只表现聚合酶活性。DNA-pol

I外切活性聚合活性dCTPA：碱基配对错误，DNA-polI表现外切酶活性，切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物模板链新合成链模板链

新合成链38（二）核酸外切酶活性在复制中辨认切除错配碱基并加以校正39

染色体是由DNA和组蛋白经高度压缩形成的复杂结构。DNA复制时，首先需要把DNA的超螺旋解开。

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。三、复制中的解链伴有DNA分子拓扑学变化39染色体是由DNA和组蛋白经高度压缩形成的复杂结构。DN40（一）多种酶参与DNA解链和稳定单链状态原核生物复制中参与DNA解链的相关蛋白DnaA(dnaA)辨认复制起始点DnaC(dnaC)运送并协同DnaB拓扑异构酶（gyrⅠ,Ⅱ）理顺DNA链单链结合蛋白SSB稳定已解开的单链解旋酶DnaB(dnaB)解开DNA双链引物酶DnaG(dnaG)催化RNA引物生成40（一）多种酶参与DNA解链和稳定单链状态原核生物复制中参411.解旋酶(helicase)：DnaB解旋酶DnaBDnaA、B、C…ATP作用：利用ATP供能，作用于氢键，使DNA双链解开成为两条单链。CBA411.解旋酶(helicase)：DnaB解旋酶DnaB422.单链结合蛋白（SSB）作用:1、防止单链DNA重新形成双链

2、防止单链DNA被核酸酶水解特点：由177个aa组成的同源四聚体，结合单链

DNA跨度约32bp,不断地结合和解离。DnaB单链结合蛋白422.单链结合蛋白（SSB）作用:1、防止单链DNA重新43

作用：该酶以DNA为模板，合成一段RNA引物。

DNA复制是在该引物3’-OH末端加入dNTP。

因为DNA聚合酶不能催化两个游离的dNTP聚合，而引物酶可以催化两个游离的NTP聚合.3.引物酶(primase)为什么要合成引物???43作用：该酶以DNA为模板，合成一段RNA引物。44引物酶和RNA聚合酶的异同1、相同点：催化游离NTP聚合2、不同点：引物酶RNA聚合酶

利福平44引物酶和RNA聚合酶的异同1、相同点：催化游离NTP聚合45拓扑异构酶对DNA分子的作用是既能切开又能连接磷酸二酯键，使DNA不至于打结，适当时候又把切口封闭，使DNA的拓扑异构体发生改变。拓扑异构酶拓扑异构酶Ⅰ拓扑异构酶Ⅲ拓扑异构酶Ⅱ原核原核真核真核转轴酶解缠酶切口-封闭酶松弛酶ω蛋白促旋酶又分为几种亚型最近发现（二）DNA拓扑异构酶

(DNAtopoisomerase)45拓扑异构酶对DNA分子的作用是既能切开又能连接磷46DNA分子是反向平行、右手螺旋的双链结构。每一个螺旋有10个碱基对，螺距为3.4nm。碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T;G

C）。疏水作用力和氢键共同维持着DNA双螺旋结构的稳定。

DNA双螺旋结构具有特征性（Watson,Crick,1953）46DNA分子是反向平行、右手螺旋的双链结构。每一个螺旋有147DNA的超螺旋结构超螺旋结构(superhelix或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋