基因信息的传递课件

基因信息的传递

DNA的生物合成(复制)DNABiosynthesis，Replication

第一节DNA生物合成的方式1、DNA生物合成的方式主要是复制，以保证了物种的连续性2、DNA的修补合成：以保证DNA结构与功能的稳定。3、逆转录：RNA病毒可以用RNA作为模板，通过逆转录的特殊方式合成DNA。一、DNA的复制(replication)是指遗传物质的传代，以母链DNA为模板合成子链DNA的过程。复制亲代DNA子代DNA（一）DNA复制的特征：半保留复制(semi-conservativereplication)半不连续复制(semi-discontinuousreplication)有特定的起始点双向复制(bidirectionalreplication)1、半保留复制

在DNA复制时，母链DNA解开为两股单链，各自作为模板(template)按碱基配对规律，形成两个结构和碱基序列完全一致的双链子代DNA，其中每一个子代DNA分子中都保留有一条来自亲代的链，这种复制方式称为半保留复制。半保留复制的概念密度梯度实验

——实验结果支持半保留复制的设想。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按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗传信息，体现了遗传的保守性。半保留复制的意义遗传的保守性，是物种稳定性的分子基础，但不是绝对的。2、复制的半不连续性3

5

3

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解链方向3´5´3´3´5´领头链(leadingstrand)随从链(laggingstrand)顺着解链方向生成的子链，复制是连续进行的，这股链称为领头链。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。复制中的不连续片段称为岡崎片段(okazakifragment)。

领头链连续复制，随从链不连续复制，就是复制的半不连续性。

A.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)oriterABC3、复制有特定的起始点原核生物复制时，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。4、双向复制复制中的放射自显影图象（二）参与DNA复制的物质

1、模板(template)和底物(substrate):解开成单链的DNA作为模板，dATP,dGTP,dCTP,dTTP为原料。2、引物(primer):

提供3

-OH末端使dNTP可以依次聚合。3、酶和蛋白因子:（1）DNA聚合酶全称：依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase，DDDP)简称：DNA-pol活性：5

3

的聚合活性核酸外切酶活性原核生物中的三种DNA聚合酶DNA聚合酶IDNA聚合酶IIDNA聚合酶III分子量109120900分子/细菌40017－10010－20聚合速率1000－60000(核苷酸/分）性质：5’→3’聚合酶活性＋＋＋3’→5’

外切酶活性＋＋＋5’→3’外切酶活性＋－＋功能：①引物切除和冈崎片断的延长①校读作用①复制中的主要聚合酶

②校读作用②DNA损伤修复②校读作用

③DNA损伤修复功能：对复制中的错误进行校读，对复制和修复中出现的空隙进行填补。DNA-polⅠ（109kD）323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-polⅠKlenow片段是实验室合成DNA，进行分子生物学研究中常用的工具酶。

DNA-polⅡ（120kD）

DNA-polII基因发生突变，细菌依然能存活。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。

DNA-polⅢ(250kD)真核生物的DNA聚合酶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

（二）真核生物的DNA聚合酶不同生物体各种DNA聚合酶具有共同的特点1、以dNTP为原料2、合成DNA新链具有模板依赖型，严格遵循碱基配对规律。3、新链的延长只可沿5→3

方向进行。催化核苷酸以3’，5’－磷酸二酯键相互连接

4、DNA新链生成需引物的3’－OH末端延伸DNA链，而不能从头合成DNA链（2）引物酶(primase)——复制起始时催化生成RNA引物的酶（3）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（4）拓扑异构酶是一类能改变DNA分子拓扑构象的酶。作用特点：既能水解、又能连接磷酸二酯键分类：拓扑异构酶Ⅰ

拓扑异构酶Ⅱ108

局部解链后DNA拓扑异构酶(DNAtopoisomerase)

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。作用机制

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。（5）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（6）DNA连接酶(DNAligase)作用方式HO5’3’3’5’DNA连接酶ATPADP5’3’5’3’目录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1.复制的起始需要解决两个问题：1.DNA解开成单链，提供模板。2.合成引物，提供3-OH末端。（三）复制的过程

DnaADnaB、DnaCDNA拓扑异构酶引物酶SSB3

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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。

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引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。

引物3'HO5'引物酶2.链的延伸复制的延长指在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的3’－羟基末端，其化学本质是磷酸二酯键的不断生成。

5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol目录领头链的合成目录随从链的合成目录目录阶段一阶段二阶段三阶段四复制过程简图目录5

5

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RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

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PATPADP+Pi5

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DNA连接酶

随从链上不连续性片段的连接5

3

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55

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5+5

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目录端粒(telomere)指真核生物染色体线性DNA分子末端的结构。功能•维持染色体的稳定性•维持DNA复制的完整性结构特点•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…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)

组成端粒酶的催化延长作用爬行模型目录DNA聚合酶复制子链进一步加工目录逆转录酶(reversetranscriptase)

逆转录(reversetranscription)

RNADNA

逆转录酶三、逆转录逆转录病毒细胞内的逆转录现象RNA模板逆转录酶DNA-RNA杂化双链逆转录酶单链DNA逆转录酶双链DNA逆转录酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ碱水解

TTTT分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为cDNA法。

以mRNA为模板，经逆转录合成的与mRNA碱基序列互补的DNA链。试管内合成cDNAcDNAcomplementaryDNA遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。在复制过程中发生的DNA突变称为DNA损伤(DNAdamage)。从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。

二、DNA损伤（突变）与修复DNADamage(Mutation)andRepair（一）引发DNA损伤的因素1、物理因素：常见的是紫外线（UV）、电力辐射等。2、化学因素：通常为化学诱变剂或致癌剂。①烷化剂②脱氨剂③碱基类似物④溴乙锭⑤DNA加合剂⑥抗生素及其类似物3、自发因素4、生物因素：如逆转录病毒物理因素紫外线(ultraviolet,UV)、各种辐射

UV化学因素目录（二）基因突变的后果及类型突变的意义后果：1、致死

2、使生物体某些功能缺失

3、只改变了基因型而对表现型无影响

4、突变是进化、分化的分子基础突变类型：1、点突变

2、复突变

突变的分子改变类型错配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)框移(frame-shift)

（三）DNA损伤的修复修复(repairing)是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。直接修复（光修复）(lightrepairing)切除修复(excisionrepairing)重组修