DNA的生物合成（复制）课件

DNA分子结构5’3’3’5’3´,5´磷酸二酯键第十一章DNA的生物合成（复制）1.复制的基本规律（半保留复制）2.复制过程中的酶3.逆转录概念和逆转录酶遗传信息传递的中心法则DNARNA蛋白质RNA复制复制转录逆转录翻译RNADNA蛋白质翻译

复制是指以亲代DNA为模板合成子链DNA的过程。AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+亲代DNA复制叉子代DNA第一节DNA的复制基本规律和酶学复制的方式——半保留复制固定起始点双向复制（新合成链有方向性）半不连续复制高保真复制基本规律(一)半保留复制子链继承母链遗传信息的几种可能方式AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+亲代DNA复制叉子代DNA

全保留式半保留式混合式密度梯度实验

含重氮-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半保留复制的实验依据和意义

全保留式半保留式混合式第一代第一代第一代第二代第二代第二代原核生物环状双链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oriterABC(二)固定起始点

复制是从具有特异碱基序列的复制起始点开始。原核生物(一个起始点)，真核生物(多个起始点)。E.coli复制起始点oriC

串联重复序列

反向重复序列5

3

5

3

OT（三）双向复制真核生物DNA是线性（染色体），有多个复制起始点。复制子

从一个DNA复制起始点开始的DNA复制区域称为复制子。新链的生成有方向性5′3′5’3’OHRNA5’3’(四)复制的半不连续性3

5

3

5

解链方向3´5´3´3´5´领头链随从链

顺解链方向生成的子链，复制为连续进行，称为领头链。

另一股链复制方向与解链方向相反，不能顺着解链方向连续延长，称为随从链。

复制中不连续片段称为岡崎片段。

DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读DNA-polⅠ外切活性聚合活性AGA:CGB:5/3/5/3/无活性(五)高保真复制DNA复制保真性依赖三种机制

a)遵守严格的碱基配对规律。b)聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能。c)复制出错时DNA-pol的及时校读功能。ACTTGADNA复制的体系

(一)底物dATP,dGTP,dCTP,dTTP。(二)模板解开成单链的DNA母链。(三)引物提供3

-OH末端使dNTP可以依次聚合的RNA(DNA)片断。(五)酶和蛋白因子1.DNA聚合酶

全称为依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)，简称DNA-pol。(四)能量5’3’OHRNA5’3’DNA-pol(1)活性：5

3

的聚合活性dATP,dGTP,dCTP,dTTP大肠杆菌E.coli中的三种DNA聚合酶分类DNA聚合酶IDNA聚合酶IIDNA聚合酶III分子量(kD)109120900聚合速率(核苷酸/分)1000—600005ˊ→3ˊ聚合酶活性+++3ˊ→5ˊ外切酶活性+++5ˊ→3ˊ外切酶活性+——生物学功能切除引物填补空缺DNA损伤修复延长子链校读作用校读作用(2)原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ5

3

的聚合酶活性；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:能切除引物和延长冈崎片段5´AGCTTCAGGATA

3´

|||||||||||3´TCGAAGTCCTAGCGAC5´?3´5RNA53dATP,dGTP,dCTP,dTTP3DNA-polI5

3

外切酶活性:能切除引物和延长冈崎片段5

3

的聚合酶活性；DNA-polⅠ②DNA-polⅡ(120kD)

DNA-polII对模板的特异性不高，它参与DNA损伤的应急状态修复。

功能：是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。

③DNA-polⅢ(250kD)(3)真核生物的DNA聚合酶填补引物空隙，切除修复，重组延长子链的主要酶，解螺旋酶活性线粒体DNA复制起始引发，引物酶活性功能+++--3¢→5¢高高高？中5¢→3¢聚合活性25.512.514.04.016.5分子量（kD）εδγβαDNA-pol填补引物空隙，切除修复，重组延长子链的主要酶，解螺旋酶活性线粒体DNA复制起始引发，引物酶活性+++--3¢→5¢外切酶活性高高高？中5¢→3¢聚合活性25.512.514.04.016.5分子量（kD）εδγβαDNA-pol参与损伤与修复生物学(1)解链酶利用ATP供能，打开氢键，使DNA双链解开成为两条单链。(2)引物酶复制起始时催化生成RNA引物的酶。(3)单链DNA结合蛋白(singlestrandDNAbindingprotein,SSB)

在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整。

2.其他酶与蛋白因子稳定已解开的单链单链DNA结合蛋白SSB催化RNA引物生成引物酶DnaG(dnaG)运送和协同DnaBDnaC(dnaC)解开DNA双链解螺旋酶DnaB(dnaB)辨认起始点DnaA(dnaA)蛋白因子通用名功能(4)DNA拓扑异构酶指理顺DNA链，改变超螺旋状态的酶。①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。DNA拓扑异构酶分为I型和II型。②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分子缓解超螺旋状态。(5)DNA连接酶(DNAligase)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。3’HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’3’5’3’5’即催化生成磷酸二酯键的酶有哪些？

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的dNTP去PPi（dNMP）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、整理后的两条链改变拓扑状态引物酶游离的NTP游离的NTP去PPi形成引物：3‘-OH

DNA聚合酶、拓扑酶、连接酶、引物酶催化生成磷酸二酯键的比较ⅡDNA解链Ⅰ辨认起始点ⅢRNA引物的生成ⅣDNA领头链与随从链的生成ⅤRNA引物水解,冈崎片段延长。Ⅵ完整DNA分子的形成第二节DNA复制的过程5

3

3

5

DnaA5

3

3

5

DnaB、DnaC复制起始区稳定已解开的单链单链DNA结合蛋白SSB催化RNA引物生成引物酶DnaG(dnaG)运送和协同DnaBDnaC(dnaC)解开DNA双链解链酶DnaB(dnaB)辨认起始点DnaA(dnaA)蛋白因子通用名功能Ⅰ辨认起始点5

3

3

5

DnaBDnaC引物酶DNA拓扑异构酶含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。

SSB引发体ⅡDNA解链3

5

3

5

引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。

引物3'HO5'引物酶ⅢRNA引物的生成

5'

3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol复制的延长指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐个加入引物或延长中的子链上，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。

ⅣDNA领头链与随从链的生成复制的半不连续性3

5

3

5

解链方向3´5´3´3´5´领头链随从链复制延长动画5353ⅤRNA引物水解，冈崎片段延长Ⅵ完整DNA分子的形成原核生物DNA真核生物DNA随从链上不连续性片段的连接5

5

OH5

5

I5

5

DNA连接酶ADP+PiATP5353原核生物DNA真核生物DNA35复制简图拓扑异构酶引物酶E.coli

的TopoⅣ功能是将复制产生的两个子染色体从连环体中分离出来，催化连环和去连环过程。真核生物DNA复制1.

端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。形态学上，染色体DNA末端膨大成粒状，这是因为DNA和它的结合蛋白紧密结合，象两顶帽子那样盖在染色体两端。TTTTGGGGTTTTGGGG…

端粒与端粒酶3.功能维持染色体的稳定性。维持DNA复制的完整性。2.结构特点由末端单链DNA序列和蛋白质构成。末端序列是多重复富含G、T的短序列。4.端粒酶(telomerase)端粒酶RNA(humantelomeraseRNA,hTR)端粒酶协同蛋白(humantelomeraseassociatedprotein1,hTP1)端粒酶逆转录酶(humantelomerasereversetranscriptase,hTRT)

5.端粒酶催化作用的爬行模型

真核DNA复制后，两个5ˊ末端的引物被切除，缺口无法填补，故DNA将面临多次复制而逐渐缩短的问题。09生理学或医学奖得主布莱克本（左）和格雷德

09生理学或医学奖得主绍斯塔克

这三人在端粒和端粒酶保护染色体的机理上取得重大的成果。第三节DNA损伤与修复突变(Mutation)是指DNA分子中碱基序列的改变，又称为DNA损伤(DNAdamage)。意义突变是进化、分化的分子基础突变导致基因型改变突变导致死亡突变是某些疾病的发病基础一、引发突变的因素1.物理因素

紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐射(一)自发因素(二)诱发因素复制过程中发生的突变，可发生10-16频率的突变。

PRRNNHOOCH3NNHOOCH3PRRNNHOOCH3NNHOOCH3UV嘧啶二聚体2.化学因素3.生物因素如逆转录病毒等。①碱基类似物：5-FU、6-MP等②脱氨剂：亚硝酸盐、亚硝酸铵类等③烷化剂：如氮芥类等④抗生素及其类似物：阿霉素等⑤吖啶类：溴乙锭等⑥DNA加合剂(三)突变的类型错配缺失插入重排框移DNA分子上的碱基错配称点突变(pointmutation)。(1)转换:发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。(2)颠换:发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤。1.错配(mismatch)2.重排(rearrangement)DNA分子内较大片段的交换，称为重组或重排。

3.缺失(deletion)、插入(insertion)和框移(frame-shift)

(1)缺失：一个碱基或一段核苷酸链从DNA大分子上消失。(2)插入：原来没有的一个碱基或一段核苷酸链插入到DNA大分子中间。(3)缺失或插入都可导致框移突变

。谷酪蛋丝5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙缬组缬正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C

框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。

二、DNA损伤的修复

修复(repairing)

：是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复原有的天然状态。光修复(lightrepairing)切除修复(excisionrepairing)重组修复(recombinationrepairing)SOS修复

类型PRRNNHOOCH3NNHOOCH3PRRNNHOOCH3NNHOOCH3(一)光修复光修复酶(photolyase)

UV(二