DNA生物合成-基因信息的复制与传递-课件

第三篇

基因信息的复制与传递1PPT课件第三篇

基因信息的复制与传递1PPT课件12PPT课件2PPT课件2精品资料精品资料3你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘……”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”DNA生物合成--基因信息的复制与传递--ppt课件45PPT课件5PPT课件56PPT课件6PPT课件6基因（gene）基因是编码蛋白质和RNA等生物活性分子的DNA序列。根据产物的类别分为蛋白质基因和RNA基因。根据产物的功能分为结构基因：酶和不直接影响其他基因表达的蛋白质调节基因：阻遏蛋白和转录激活因子7PPT课件基因（gene）基因是编码蛋白质和RNA等生物活性分子的DN7thecentraldogmaReplicationTranscriptionTranslationRNADNAProteinReplicationReverseTranscription8PPT课件thecentraldogmaReplicationT8基因表达（geneexpression）通过转录和翻译，将DNA分子上A，G，C，T四个符号所包含的信息，转变为蛋白质分子上20种氨基酸的信息。9PPT课件基因表达（geneexpression）通过转录和翻译，将9第十章

DNA的生物合成孙健E-mail:sunjian1@10PPT课件第十章

DNA的生物合成孙健10PPT课件10本章要求熟记DNA复制的特点；熟记参与原核和真核生物DNA复制的主要复制酶；了解参与DNA复制的各种因子及过程；掌握DNA修复的几种方式；掌握逆转录过程和意义。11PPT课件本章要求熟记DNA复制的特点；11PPT课件11生物体内DNA合成的三个方面1复制2逆转录3损伤DNA的修复12PPT课件生物体内DNA合成的三个方面1复制2逆转录3损伤DNA的修复12第一节DNA复制（DNAReplication）13PPT课件第一节DNA复制（DNAReplication）1313一复制的特征1半保留复制2复制的原点、方向和方式3半不连续复制14PPT课件一复制的特征1半保留复制2复制的原点、方向和方式3半不连续14半保留复制

（semiconservativereplication）DNA复制时，亲代DNA解开的两条单链各自作为模板（template），按碱基配对原则，合成与模板互补的DNA子链，两个子代DNA分子与亲代DNA完全相同，在子代DNA分子中一条链是新合成的，另一条是保留亲代的，故称半保留复制。15PPT课件半保留复制

（semiconservativereplic15实验证据1957年M.Meselson和F.W.Stahl以大肠杆菌为材料，在含15N和14N的NH4Cl中培养，证实了DNA的半保留复制方式。16PPT课件实验证据1957年M.Meselson和F.W.Stahl以16意义保持了代与代间DNA碱基序列上的一致性，从而保证了生物特性和类型的稳定性，遗传过程的保守性。但遗传变异普遍存在。17PPT课件意义保持了代与代间DNA碱基序列上的一致性，从而保证了生物17复制原点（originofreplication)DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此部位称复制原点。oriCter18PPT课件复制原点（originofreplication)DNA18原核生物：仅一个，特殊的重复序列约245bp。

真核生物：多个起始点。酵母17号染色体含400个。复制子（replicon）指两个相邻起始点之间的距离。是独立完成复制的功能单位。19PPT课件原核生物：仅一个，特殊的重复序列约245bp。真核生物：多19复制叉（replicationfork）复制时，亲代DNA开链，子链沿张开的模板生长，形成的Y形结构称为复制叉。即θ复制。20PPT课件复制叉（replicationfork）复制时，亲代DNA20复制的方向21PPT课件复制的方向21PPT课件21滚环复制低等生物或线粒体、质粒等环状DNA的复制方式之一。22PPT课件滚环复制低等生物或线粒体、质粒等环状DNA的复制方式之一。222DNA复制过程中，一条链连续合成，称为前导链（leadingstrand）；另一条链不连续合成，称为后随链（laggingstrand)。故DNA复制呈半不连续复制。半不连续复制

（SemidiscontinuousReplication）23PPT课件DNA复制过程中，一条链连续合成，称为前导链（leading2324PPT课件24PPT课件24

冈崎片段（Okazakifragment）后随链不连续合成的DNA子链片段。原核细胞长1000-2000b；真核细胞长100-200b。25PPT课件冈崎片段（Okazakifragment）后随链不连25二DNA复制的酶学原料：dATP、dTTP、dCTP、dGTP

DNA模板

DNA聚合酶RNA引物，蛋白因子，Mg2+26PPT课件二DNA复制的酶学原料：dATP、dTTP、dCTP、d26（一）复制的化学反应27PPT课件（一）复制的化学反应27PPT课件27在模板DNA碱基顺序指导下完成合成。在已有的RNA引物或DNA片段的3´-OH后接续进行，DNA单链聚合方向为5´→3´。dNTP的β、γ位两个高能磷酸键断裂，释放出能量和PPi，使5´-Pi与前面核苷酸的3´-OH反应，形成磷酸二酯键。28PPT课件在模板DNA碱基顺序指导下完成合成。28PPT课件28（二）

DNA聚合酶DDDP：DNA-dependent

DNA

polmerase，DNApol大肠杆菌DNA聚合酶（3种）DNA

pol，DNA

polⅡ，DNA

polⅢ真核生物DNA聚合酶（5种）29PPT课件（二）DNA聚合酶DDDP：DNA-dependentD29DNA

pol5´3´的聚合作用3´

5´外切酶活性，5´3´外切酶活性；去除RNA引物，校正错误，修复损伤。30PPT课件DNApol5´3´的聚合作用30PPT课件30Klenow片段DNAPolI肽链上的三个活性区323a.a.604a.a.31PPT课件Klenow片段DNAPolI肽链上的三个活性区32331DNApolⅡ5´3´的聚合作用；3´

5´外切酶活性；修复损伤；缺DNApolⅠ、Ⅲ时起作用。32PPT课件DNApolⅡ5´3´的聚合作用；32PPT课件32DNApolⅢ10种亚基共22个组成不对称二聚体；α、ε、θ亚基组成核心酶；β亚基结合模板并使酶沿模板滑动；τ亚基将核心酶与模板结合，有ATPase活性；33PPT课件DNApolⅢ10种亚基共22个组成不对称二聚体；33P33DNApolⅢ5´3´的聚合作用（核心酶α亚基）；3´

5´外切酶活性（核心酶ε亚基）；复制中DNA链延长起主要作用。细菌中9000dNTP/s加入，校对作用，与pol配合错误率降至10-11。34PPT课件DNApolⅢ5´3´的聚合作用（核心酶α亚基）；细3435PPT课件35PPT课件35

PolIPolⅡPolIII酶活性5´

3´聚合作用+++3´

5´外切酶活性+++5´

3´外切酶活性+−−构成（亚基数）单体多个22个分子大小（×103）10990900体外链延长速度（核苷酸/分）600309000分子数/细胞40010-20功能修复合成不祥复制切除引物填补空缺大肠杆菌DNA聚合酶比较36PPT课件

3637PPT课件37PPT课件37真核生物DNApolα：引发酶（延长随从链）β：无其它DNApol时起作用γ：线粒体DNApolδ：解螺旋酶，延长子链主要酶ε：校正错误，修复损伤38PPT课件真核生物DNApolα：引发酶（延长随从链）38PPT课38αβγδε酶活性5´→3´聚合作用+++++3´→5´外切酶活性−−+++构成（亚基数）44425分子大小（×10³）30036-38160-300170250细胞内定位核核线粒体核核抑制作用双脱氧胸苷−++弱弱真菌二类萜烯+−−++功能引发修复复制复制修复真核生物DNA聚合酶39PPT课件αβγδε酶活性5´→3´聚合作用+++++3´→5´外切酶39DNA复制的保真性遵守严格的碱基互补配对规律；聚合酶对碱基的选择功能（DNApolⅢε亚基）；聚合酶对错误碱基的即时校读作用（proofread）。40PPT课件DNA复制的保真性遵守严格的碱基互补配对规律；40PPT课件4041PPT课件41PPT课件4142PPT课件42PPT课件4243PPT课件43PPT课件43（三）复制中解链与DNA分子的拓扑学变化DNA分子的解旋、解链及解链DNA的保护44PPT课件（三）复制中解链与DNA分子的拓扑学变化DNA分子的解旋、解44拓扑异构酶

（Topo

）切开双链环状DNA的一条链松弛超螺旋后再连接DNA。不需ATP。环状单链DNA打结与解结。环状双链DNA的合成。环状双链DNA环连与解环连。45PPT课件拓扑异构酶（Topo）切开双链环状DNA的一条链45环状双链DNA的生成环连与解环连46PPT课件环状双链DNA的生成环连与解环连46PPT课件4647PPT课件47PPT课件47拓扑异构酶Ⅱ（TopoⅡ）原核生物中又称旋转酶gyrase松弛和引入超螺旋松弛+ATP

负超螺旋打结与解结环连与解环连48PPT课件拓扑异构酶Ⅱ（TopoⅡ）原核生物中又称旋转酶gyrase4849PPT课件49PPT课件4950PPT课件50PPT课件50rep蛋白解螺旋酶IIⅢ5´3´3´5´

解螺旋酶（helicase）前导链结合rep蛋白，随从链结合解螺旋酶Ⅱ、Ⅲ51PPT课件rep蛋白解螺旋酶IIⅢ5´3´3´5´解螺旋酶（hel5152PPT课件52PPT课件52单链结合蛋白（singlestrandbindingprotein，SSB）与解开的DNA单链结合，保护、稳定单链DNA。与新复制DNA单链结合，以防被降解。53PPT课件单链结合蛋白（singlestrandbindingp53177a.a.32base54PPT课件177a.a.32base54PPT课件54（四）引物、引发酶和引发体55PPT课件（四）引物、引发酶和引发体55PPT课件55引物（primer）以DNA为模板，由5´3´合成十几到几十个核苷酸的RNA小片段，末端为3´-OH。56PPT课件引物（primer）以DNA为模板，由5´3´合成十几到几56引发酶（primase）催化RNA引物的合成。E.coli中称DnaG蛋白，由dnaG编码，对利福平不敏感。57PPT课件引发酶（primase）催化RNA引物的合成。E.coli中57引发前体至少有DnaA（辨认origin）、DnaB（解螺旋酶）、DnaC组成的复合物组成。58PPT课件引发前体至少有DnaA（辨认origin）、DnaB（解螺旋5859PPT课件59PPT课件59引发体（primosome）引发前体与引发酶构成的聚合物。沿复制叉行进方向移动，在不同部位合成RNA引物。60PPT课件引发体（primosome）引发前体与引发酶构成的聚合物。沿60（五）连接酶（ligase）使相邻的DNA片段，以3´,5´-磷酸二酯键相连，需ATP或NAD+（E.coli）。连接碱基互补配对基础上的双链DNA中的切刻。61PPT课件（五）连接酶（ligase）使相邻的DNA片段，以3´,5´6162PPT课件62PPT课件62231复制的起始DNA链的延长终止三DNA生物合成过程63PPT课件231复制的起始DNA链的延长终止三DNA生物合成过程63631.螺旋的松弛与解链DnaA辩认并结合到模板链OriC，DnaB、DnaC结合DnaA形成引发前体复合物，从OriC解开双链。SSB固定单链，形成复制泡。泡两端为复制叉。双链解开一定长度后DnaA脱落。64PPT课件1.螺旋的松弛与解链DnaA辩认并结合到模板链OriC，Dn642.引发体形成引发前体结合于后随链，沿复制叉行进方向移动，在不同部位与引发酶间断结合，聚合为引发体。引发体沿模板链由3´→5´滑动中，引发酶催化NTP按5´→3´方向合成RNA引物。65PPT课件2.引发体形成引发前体结合于后随链，沿复制叉行进方向移动，在6566PPT课件66PPT课件6667PPT课件67PPT课件673.起始DNApolⅢ催化与模板链已配对结合的dNTP在引物3´-OH上接续形成第1个磷酸二酯键。TopoⅡ解开超螺旋，为继续解链和引发体继续沿模板链滑动创造条件。两个复制叉不断向前移动，DNA双向解链，双向复制。68PPT课件3.起始DNApolⅢ催化与模板链已配对结合的dNTP在68合成速度：2500bp／s(E.coli)（二）DNA链的延长69PPT课件合成速度：2500bp／s(E.coli)（二）DNA69DNApolⅢ的不对称二聚体同时结合两条单链DNA模板，朝复制叉方向滑动，按模板链碱基顺序同时催化前导链和随从链的合成。按3´→5´方向阅读模板链，按5´→3´方向延伸DNA子链。action70PPT课件DNApolⅢ的不对称二聚体同时结合两条单链DNA模板，70（三）终止原核生物复制的终止及不连续片段的连接。Tus蛋白识别Tersite（23bp），有反解旋酶（contra-helicase）活性，阻止DnaB解旋，促使复制体解聚。oriCter71PPT课件（三）终止原核生物复制的终止及不连续片段的连接。oriCte7172PPT课件72PPT课件72action73PPT课件action73PPT课件73真核生物DNA复制74PPT课件真核生物DNA复制74PPT课件74

真核与原核生物DNA复制的比较原核真核复制速度快慢起始点少多（复制子）引物几十b10个b冈琦片段1000~2000b100~200b主要复制酶PolIIIPol

，

75PPT课件

75自主复制序列（ARS，autonomousreplicationsequence）Ori位置11bp的核心序列复制因子（replicationfactor，RF）增殖细胞核抗原（proliferationcellnuclearantigen，PCNA）起始与延长中起关键作用细胞周期蛋白（cyclin）和细胞周期蛋白依赖激酶（cyclindependentkinase）76PPT课件自主复制序列（ARS，autonomousreplicat76第二节逆转录（reversetranscription）77PPT课件第二节逆转录（reversetranscription771970年Temin在RSV（Rousscomavirus）中发现。1975年获诺贝尔生理医学奖。Temin78PPT课件1970年Temin在RSV（Rousscomav78逆转录以RNA为模板，dNTP为原料，在逆转录酶催化下，生物合成DNA的过程。79PPT课件逆转录以RNA为模板，dNTP为原料，在逆转录酶79一逆转录酶的活性特点RDDP活性：RNA指导的DNA合成；RNAaseH：水解RNA-DNA杂化链中RNA，外切酶；DDDP活性：DNA指导的DNA合成；80PPT课件一逆转录酶的活性特点RDDP活性：RNA指导的DNA合成80一逆转录酶的活性特点无3´

5´和5´

3´外切酶活性，配对差错率10−4；需tRNA引物、Zn2+。81PPT课件一逆转录酶的活性特点无3´5´和5´3´81成环或整合ViralRNADNAtranscriptofviralRNADNA-RNAhybridRDDPRNAaseHDDDPDouble-helixofviralDNA二过程82PPT课件成环或整合ViralRNADNAtranscriptDN8283PPT课件83PPT课件83RSV前病毒病毒核心结构蛋白反转录酶外壳糖蛋白84PPT课件RSV前病毒病毒核心反转录酶外壳糖蛋白84PPT课件8485PPT课件85PPT课件8586PPT课件86PPT课件86?逆转录酶外壳糖蛋白病毒核心结构蛋白87PPT课件?逆转录酶外壳糖蛋白病毒核心87PPT课件87一类调节细胞的增殖与分化的正常基因，可以在体内引起癌瘤，在体外引起细胞转化，又称转化基因（transforminggene）。病毒癌基因病毒中存在的癌基因。细胞癌基因正常细胞中存在的癌基因，又叫原癌基因。癌基因（oncogene）88PPT课件一类调节细胞的增殖与分化的正常基因，可以在体内引起癌瘤，在体88HIV89PPT课件HIV89PPT课件89三意义1补充了中心法则，并认识到RNA在生命过程中的重要性。2发现了癌基因、原癌基因，深化了对RNA病毒致癌、致病机理的研究。3利用逆转录酶，进行基因操作；构建cDNA文库；制备cDNA探针。90PPT课件三意义1补充了中心法则，并认识到RNA在生命过程中的重90四真核生物的端粒和端粒酶1.端粒（telomere）线性DNA分子末端的特殊结构，富含T、G（人端粒含TTAGGG的短重复序列）91PPT课件四真核生物的端粒和端粒酶1.端粒（telomere）91P91组成RNA（150b，富含CxAy）、蛋白质逆转录（hTRT）和协同蛋白（hTP1）。与端粒3´端结合后，以其RNA

为模板，经逆转录延长端粒。2.端粒酶（telomerase）92PPT课件组成RNA（150b，富含CxAy）、蛋白质逆转录（hTR9293PPT课件93PPT课件933.生物学意义合成端粒，保证染色体复制的完整性；保护DNA双链末段免遭降解及相互融合；可能和衰老、肿瘤的发生或防治有关。94PPT课件3.生物学意义合成端粒，保证染色体复制的完整性；94PPT课94第三节DNA损伤（突变）与修复95PPT课件第三节DNA损伤（突变）与修复95PPT课件95意义保证了DNA复制的高度精确性。修复DNA损伤。96PPT课件意义保证了DNA复制的高度精确性。96PPT课件96突变（mutation）DNA分子中一个或多个碱基的构成、复制及表型功能的异常。即遗传物质结构改变引起遗传信息的改变。97PPT课件突变（mutation）DNA分子中一个或多个碱基的构成、复97一突变的意义进化的分子基础；基因型改变（表型不变）；致死性的突变（消灭病原体）；某些疾病发病的分子基础。98PPT课件一突变的意义进化的分子基础；98PPT课件98二突变的因素自发突变10-9（如脱嘌呤作用、脱氨基作用）物理因素紫外线（T-T）、各种辐射化学因素诱变剂99PPT课件二突变的因素自发突变10-9（如脱嘌呤作用、脱氨基作用99化学物类别作用点分子改变（从原型配对至突变型）碱基类似物5−溴尿嘧啶（5−BU）A→5−BU→G（被取代）-A--G--G-→→-T--T--C-羟胺类（NH2OH）T→C-T--C--C-→→-A--A--G-亚硝酸盐（NO2

−）C→U-G--G--A-→→-C--U--T-烷化剂（如氮芥类）G→GCH3（G碱基N-7位甲化）DNA缺失G常见的化学诱变剂100PPT课件化学物类别作用点分子改变碱基类似物A→5−BU→G（被取代100DNA损伤起因碱基丢失酸及热去除嘌呤（每日约104嘌呤/哺乳类动物细胞）碱基变化电离辐射，烷化剂错误的碱基自发脱氨基作用：C→U、A→I缺失/插入嵌入剂（如吖啶染料）环丁基二聚体紫外线照射链断裂电离辐射，化学物质（如博莱霉素）链交联

补骨脂衍生物（光活化），丝裂霉素101PPT课件DNA损伤起因碱基丢失酸及热去除嘌呤（每日约碱基变化电离辐射101三突变分子改变的类型缺失和插入点突变重排123102PPT课件三突变分子改变的类型缺失和插入点突变重排123102PPT102点突变（pointmutation)103PPT课件点突变（pointmutation)103PPT课件103缺失和插入（框移突变）104PPT课件缺失和插入（框移突变）104PPT课件104重排（重组）105PPT课件重排（重组）105PPT课件105四DNA损伤修复机制1光修复切除修复

重组修复

SOS修复234无差错修复差错修复106PPT课件四DNA损伤修复机制1光修复切除修复重组修复SOS修复23106光修复107PPT课件光修复107PPT课件1071.UvrABC切除修复先切除DNA损伤序列，再合成补充切除的片段参与的因子UvrA和UvrB（辨认及结合），UvrC（切除），DnaB、DNA

pol、DNAligase切除修复（原核生物）108PPT课件1.UvrABC切除修复切除修复（原核生物）108PPT课件108E.coli的切除修复方式UvrAUvrBUvrCUvr