正常人體學(xué)-DNA合成、損傷修復(fù)ppt課件

1、基因信息的傳送基因信息的傳送第十五章第十五章.DNA RNA 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)中心法那中心法那么么復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制復(fù)制2.DNA的合成與損傷修復(fù)的合成與損傷修復(fù)第一節(jié)第一節(jié).一、一、DNA復(fù)制的幾個根本原那么復(fù)制的幾個根本原那么4(一一)半保半保 留復(fù)制留復(fù)制(semiconservative replication)模板：親代的模板：親代的DNA雙鏈雙鏈(每股均可為模板每股均可為模板)原那么：按堿基配對原那么原那么：按堿基配對原那么(A-T、G-C)指點新鏈的指點新鏈的合成合成特點：合成的兩個子代特點：合成的兩個子代DNA分子堿基序列與親代分分子堿基序列與親代分 子

2、完全一樣，但其中一條鏈來自于親代的子完全一樣，但其中一條鏈來自于親代的 DNA鏈，另一條鏈是新合成的鏈鏈，另一條鏈是新合成的鏈.AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+親代親代DNA子代子代DNA新合成新合成 的鏈的鏈5.(親代親代)DNA兩股鏈反向平行兩股鏈反向平行兩股子鏈反向平行兩股子鏈反向平行5 3 3 5 5 33 5 3 55 3 親代親代子代子代子代子

3、代6(二二)半不延續(xù)復(fù)制半不延續(xù)復(fù)制(semidiscontinuous replication).存在兩種存在兩種DNA聚合酶？聚合酶？ 53 35 體內(nèi)僅有體內(nèi)僅有53DNA聚合酶聚合酶一切一切DNA聚合酶只能催化聚合酶只能催化53方向合方向合成成35 如何合成如何合成? 崗崎片段崗崎片段7.3535解鏈方向解鏈方向3 5 3 3 5 前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈(leading strand)隨從鏈隨從鏈(lagging strand)崗崎片段崗崎片段5 8半不延續(xù)復(fù)制半不延續(xù)復(fù)制. 不能催化兩個游離的不能催化兩個游離的dNTP聚合聚合 需求含需求含3-OH的引物的引物(RNA) RNA聚合酶抑制物能抑

4、制聚合酶抑制物能抑制DNA合成合成 崗崎片段崗崎片段5端有端有RNA引物引物 根據(jù)根據(jù)DNA聚合酶聚合酶(三三)RNA引物引物(RNA prime)9.RNA聚合酶聚合酶 能催化兩個游離的能催化兩個游離的NTP聚合聚合 其產(chǎn)物提供其產(chǎn)物提供3-OH10.55335533前導(dǎo)鏈前導(dǎo)鏈隨從鏈隨從鏈崗崎片段崗崎片段RNA引物引物11.RNA引物最后要被引物最后要被DNA聚合酶聚合酶除去，空隙由除去，空隙由 該酶補滿，缺口再由該酶補滿，缺口再由DNA銜接酶銜接。銜接酶銜接。RNA引物的作用：引物的作用： 為為DNA聚合酶提供合成核苷酸所需的聚合酶提供合成核苷酸所需的3-OH 可盡量減小可盡量減小DNA

5、復(fù)制起始處的突變復(fù)制起始處的突變12.(四四)復(fù)制的真實性復(fù)制的真實性 DNA的半保管復(fù)制的半保管復(fù)制 遵守嚴厲的堿基配對規(guī)律遵守嚴厲的堿基配對規(guī)律 RNA引物引物 盡量減少盡量減少DNA復(fù)制起始處的突變復(fù)制起始處的突變 DNA聚合酶在復(fù)制延伸中對堿基的選擇功能聚合酶在復(fù)制延伸中對堿基的選擇功能 復(fù)制出錯時有即時的校讀功能復(fù)制出錯時有即時的校讀功能(35外切酶功能外切酶功能) DNA損傷的修復(fù)機制損傷的修復(fù)機制13.底物底物(substrate): dATP, dGTP, dCTP, dTTP(dNTP)聚合酶聚合酶(polymerase): DNA指點的指點的DNA聚合酶，聚合酶， 簡寫為簡

6、寫為DNA pol，需，需Mg2+模板模板(template): 解開成單鏈的解開成單鏈的DNA母鏈母鏈引物引物(primer): 提供提供3-OH末端使末端使dNTP可以依可以依次聚合次聚合 DNA復(fù)制的條件復(fù)制的條件14二、參與二、參與DNA復(fù)制的一些酶類復(fù)制的一些酶類和蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì). DNA聚合酶：聚合酶：、 (原核生物原核生物) 、 、 (真核生物真核生物) 解鏈、解旋酶類：解鏈、解旋酶類：DNA解鏈酶、單鏈解鏈酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白(SSB)、DNA拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶/ 引發(fā)體引發(fā)體 DNA銜接酶銜接酶其他的酶和蛋白質(zhì)其他的酶和蛋白質(zhì)15.3, 5-磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵3

7、(一一)DNA聚合酶聚合酶516.1. 大腸桿菌大腸桿菌DNA聚合酶聚合酶1955年年Kornberg發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了DNA聚合酶聚合酶 簡稱為簡稱為pol，也稱為，也稱為Kornberg酶酶活性：活性：53 的聚合酶活性的聚合酶活性 53 核酸外切酶活核酸外切酶活性性 35 核酸外切酶活核酸外切酶活性性17. 35 53 外切酶外切酶 聚合酶聚合酶 NC 53 外切酶外切酶 小片段小片段大片段大片段(klenow片段片段)切除切除RNA引物引物損傷修復(fù)損傷修復(fù)校讀功能校讀功能聚合功能聚合功能DNA聚合酶聚合酶是多功能酶是多功能酶18.5 A G C T T C A G G A T A 3 | |

8、 | | | | | | | | |3 T C G A A G T C C T A C C G A C 5 3 5外切酶活性外切酶活性 5 3外切酶活性外切酶活性?5 A G C U U C A G G A U 3 | | | | | | | | | | |核酸外切酶活性核酸外切酶活性19.DNA聚合酶聚合酶全酶全酶2個中心酶個中心酶-復(fù)合物復(fù)合物2DNA夾子夾子(4個個)2. 大腸桿菌大腸桿菌DNA聚合酶聚合酶20.特點特點 一種非常高的續(xù)進性酶一種非常高的續(xù)進性酶催化活性比催化活性比DNA聚合酶聚合酶高高100倍倍產(chǎn)物真實性高產(chǎn)物真實性高DNA聚合酶聚合酶是是DNA復(fù)制的主要酶，是原核生復(fù)

9、制的主要酶，是原核生物復(fù)制延伸中真正起催化作用的酶物復(fù)制延伸中真正起催化作用的酶 21.3. 真核細胞的真核細胞的DNA聚合酶聚合酶DNA-pol 擔任合成引物擔任合成引物(去除后的填補去除后的填補)DNA-pol 擔任線粒體擔任線粒體DNA的復(fù)制與損的復(fù)制與損 傷修復(fù)傷修復(fù)DNA-pol 、 DNA復(fù)制、切除修復(fù)制、切除修復(fù)復(fù)22DNA-pol 堿基切除修復(fù)堿基切除修復(fù).(二二)解旋、解鏈酶類解旋、解鏈酶類 DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只需把分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只需把DNA解成單鏈，它才干起模板作用；復(fù)制不斷延伸，解成單鏈，它才干起模板作用；復(fù)制不斷延伸，螺旋不斷解開螺旋不斷解開解

10、鏈、解旋酶類解鏈、解旋酶類 堅持解開模板的單鏈形狀堅持解開模板的單鏈形狀單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 解旋后在復(fù)制前方產(chǎn)生很大的張力，解旋后在復(fù)制前方產(chǎn)生很大的張力，DNA發(fā)生發(fā)生纏結(jié)后纏結(jié)后DNA拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶23.1. DNA解鏈酶解鏈酶(DNA helicase) 解開解開DNA雙鏈，具有雙鏈，具有ATP酶的活性酶的活性每解開每解開1對堿基耗費對堿基耗費2個個ATP24.35353 HO5SSBSSB2. 單鏈單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白(single strand binding protein, SSB)25.3. DNA拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶(DNA topoisomerase

11、)解鏈過程中正超螺旋的構(gòu)成解鏈過程中正超螺旋的構(gòu)成26.27.分類分類拓撲異拓撲異構(gòu)酶構(gòu)酶切斷切斷DNADNA雙鏈中一股鏈，使雙鏈中一股鏈，使DNADNA解解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；解除張力后封鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；解除張力后封鎖切口。鎖切口。反響不需反響不需ATPATP拓撲異拓撲異構(gòu)酶構(gòu)酶暫時切斷暫時切斷DNADNA雙鏈，斷端經(jīng)過切雙鏈，斷端經(jīng)過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛，隨后再銜口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛，隨后再銜接斷端。接斷端。需求需求ATPATP供能供能28.4. 引發(fā)體引發(fā)體(primosome)DnaA 結(jié)合至復(fù)制起始部位結(jié)合至復(fù)制起始部位 DnaB 具有解鏈酶的作用具有解鏈酶的作用DnaC 協(xié)同協(xié)同DnaB

12、DnaG 引物酶，是一種引物酶，是一種RNA聚合酶聚合酶由多種蛋白質(zhì)及酶組成，是由多種蛋白質(zhì)及酶組成，是DNA復(fù)制復(fù)制 開場所必需的。開場所必需的。29.3535引物引物 3 HO5引物引物酶酶Dna ADna B、Dna CDNA 拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶SSB引發(fā)體和引物引發(fā)體和引物30.53OH53有缺口的有缺口的DNA鏈鏈DNA銜接酶銜接酶ATPAMP + PPi53缺口封鎖缺口封鎖 OO_PO O_III OOPO O_III315. DNA銜接酶銜接酶(DNA ligase). 銜接雙鏈銜接雙鏈DNA分子中一條鏈上的缺口分子中一條鏈上的缺口 銜接雙鏈銜接雙鏈DNA分子中雙鏈的缺口分子中

13、雙鏈的缺口 不能銜接兩分子單鏈不能銜接兩分子單鏈DNA 缺口填補缺口填補x32.參與復(fù)制的酶類與蛋白質(zhì)參與復(fù)制的酶類與蛋白質(zhì)pol 真正的復(fù)制酶真正的復(fù)制酶pol 切除引物、填補引物遺留空隙切除引物、填補引物遺留空隙解鏈酶解鏈酶 解開解開DNA雙鏈雙鏈SSB 穩(wěn)定與維護已解開的單鏈穩(wěn)定與維護已解開的單鏈DNA拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶 抑制解鏈中的打結(jié)纏繞、解抑制解鏈中的打結(jié)纏繞、解 除張力除張力引物酶引物酶 合成合成RNA引物引物DNA銜接酶銜接酶 銜接缺口、構(gòu)成磷酸二酯鍵銜接缺口、構(gòu)成磷酸二酯鍵33.三、三、DNA復(fù)制過程復(fù)制過程大腸桿菌復(fù)制時有特定的起始部位稱大腸桿菌復(fù)制時有特定的起始部位稱o

14、riCoriC34(一一)復(fù)制的起始復(fù)制的起始.DNA雙鏈復(fù)制起始點雙鏈復(fù)制起始點oriC DnaADnaB、DnaCDNA雙鏈解開成單鏈雙鏈解開成單鏈DNASSB引物酶引物酶RNA引物引物(3-OH)DNA聚合酶聚合酶、dNTP和和3-OH構(gòu)成構(gòu)成3,5磷酸二磷酸二酯鍵酯鍵解鏈、解旋酶解鏈、解旋酶拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶35.復(fù)制開場后由于復(fù)制開場后由于DNA雙鏈解開，在兩股單鏈雙鏈解開，在兩股單鏈上進展復(fù)制。在電子顯上進展復(fù)制。在電子顯微鏡下看到微鏡下看到DNA復(fù)制復(fù)制前進部位伸展成叉狀，前進部位伸展成叉狀，稱為復(fù)制叉稱為復(fù)制叉(replication fork)。復(fù)制從復(fù)制從oriC開場，同

15、時向兩個方向進展的，稱開場，同時向兩個方向進展的，稱為雙向復(fù)制。為雙向復(fù)制。36原核生物大腸桿菌原核生物大腸桿菌.真核細胞真核細胞DNA分子宏大，有許多個復(fù)制起始分子宏大，有許多個復(fù)制起始點，同時進展復(fù)制，構(gòu)成多個復(fù)制單位。點，同時進展復(fù)制，構(gòu)成多個復(fù)制單位。37真核生物真核生物.(二二)復(fù)制的延伸復(fù)制的延伸指在指在DNA聚合酶的催化下，新合成的聚合酶的催化下，新合成的DNA鏈不斷延伸。其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生鏈不斷延伸。其化學(xué)本質(zhì)是磷酸二酯鍵的不斷生成。成。大腸桿菌崗崎片段的長度為大腸桿菌崗崎片段的長度為10002000個核個核苷酸。前導(dǎo)鏈合成苷酸。前導(dǎo)鏈合成10002000個核苷酸后

16、，隨從個核苷酸后，隨從鏈開場所成。鏈開場所成。DNA聚合酶聚合酶全酶全酶2個中心酶分別擔任前導(dǎo)個中心酶分別擔任前導(dǎo)鏈和隨從鏈的合成。鏈和隨從鏈的合成。38.5339.55Pol切除切除RNA引物引物5OHP5Pol填補空隙填補空隙55P55ATPAMP + PPiDNA銜接酶銜接酶40(三三)復(fù)制的終止復(fù)制的終止.四、真核生物端粒與端粒酶四、真核生物端粒與端粒酶末端問題末端問題真核生物染色體線性真核生物染色體線性DNA分子每復(fù)制一次，分子每復(fù)制一次，新合成子鏈的新合成子鏈的5端端RNA引物被切除后，引物被切除后，就會留下末端的空缺。就會留下末端的空缺。41.5335 5335 +5333355

17、5染色體末端染色體末端DNA染色體末端染色體末端DNA42. 真核生物染色體線性真核生物染色體線性DNA分子末端的構(gòu)造分子末端的構(gòu)造 數(shù)百個串聯(lián)反復(fù)數(shù)百個串聯(lián)反復(fù)GT豐富的短寡核苷酸構(gòu)成的序豐富的短寡核苷酸構(gòu)成的序列列 不含功能基因，但對維持染色體的穩(wěn)定性起著重不含功能基因，但對維持染色體的穩(wěn)定性起著重要作用要作用43端粒端粒(telomere).端粒酶端粒酶RNA 作為合成端粒作為合成端粒DNA的模板的模板蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 一種特殊逆轉(zhuǎn)錄酶，以其中的一種特殊逆轉(zhuǎn)錄酶，以其中的RNA為模為模 板催化合成端粒板催化合成端粒DNA，具有種屬特異性，具有種屬特異性44.45.46 生殖細胞、干細胞：有端

18、粒酶活性生殖細胞、干細胞：有端粒酶活性 體細胞：無故粒酶活性，端粒隨分裂而縮短，體細胞：無故粒酶活性，端粒隨分裂而縮短， 最終導(dǎo)致細胞衰老、調(diào)亡，是正常的最終導(dǎo)致細胞衰老、調(diào)亡，是正常的 生理景象。生理景象。 腫瘤細胞：端粒酶活性重新出現(xiàn)，對端粒進展補腫瘤細胞：端粒酶活性重新出現(xiàn)，對端粒進展補 償，使之永不衰老，構(gòu)成惡性增殖。償，使之永不衰老，構(gòu)成惡性增殖。.UV471. 點突變點突變(一一)DNA損傷的類型損傷的類型五、五、DNA的損傷與修復(fù)的損傷與修復(fù).2. 缺失和插入缺失和插入 一個堿基一個堿基/一段核苷酸鏈一段核苷酸鏈/整個基因整個基因3. 重排重排 分子內(nèi)較大片段的交換分子內(nèi)較大片段

19、的交換48.切除修復(fù)是細胞內(nèi)最重要和有效的切除修復(fù)是細胞內(nèi)最重要和有效的修復(fù)機制修復(fù)機制原核生物中主要由原核生物中主要由DNA pol和銜和銜接酶完成接酶完成遺傳性疾病如著色性干皮病由于缺遺傳性疾病如著色性干皮病由于缺乏乏UV特異的切割酶呵斥的特異的切割酶呵斥的49(二二)切除修復(fù)切除修復(fù)1. 核苷酸切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù).OHPDNA聚合酶聚合酶OHPDNA銜接酶銜接酶ATP8個核苷酸個核苷酸4個核苷酸個核苷酸UVrABC切割酶切割酶UvrAUvrBUvrCDNA損傷的切除修復(fù)損傷的切除修復(fù)50.2. 堿基切除修復(fù)堿基切除修復(fù)DNA糖苷酶識別切除損傷的堿基糖苷酶識別切除損傷的堿基 AP核酸內(nèi)

20、切酶切除核酸內(nèi)切酶切除AP附近的磷酸二酯鍵附近的磷酸二酯鍵DNA聚合酶聚合酶填補填補DNA銜接酶銜接銜接酶銜接51.DNA聚合酶聚合酶OHPDNA銜接酶銜接酶AP核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶CGUGDNA糖苷酶糖苷酶GOHPUDNA聚合酶聚合酶P-PG52.DNA中的中的C容易突變成容易突變成U尿嘧啶尿嘧啶DNA糖苷酶糖苷酶識別識別DNA中的中的U(由由C突突 變而來變而來)假設(shè)假設(shè)DNA中存在中存在U，無法區(qū)別突變，無法區(qū)別突變U和正常和正常U所以所以DNA中中U甲基化甲基化/耗能生成耗能生成TDNA堿基中堿基中T的存在，添加遺傳信息的穩(wěn)定性的存在，添加遺傳信息的穩(wěn)定性RNA中的中的U：數(shù)量多：數(shù)量

21、多/半衰期短半衰期短/經(jīng)濟經(jīng)濟DNA堿基的組成為何是堿基的組成為何是“T?53.六、逆轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄病毒及癌基因六、逆轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄病毒及癌基因1. 逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶(一一)逆轉(zhuǎn)錄病毒及逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄病毒及逆轉(zhuǎn)錄酶以以RNA為模板，有逆轉(zhuǎn)錄酶的參與，在為模板，有逆轉(zhuǎn)錄酶的參與，在4種種dNTP存在及適宜條件下，按堿基互補配對的原那么，存在及適宜條件下，按堿基互補配對的原那么，合成互補合成互補DNA(complementary DNA, cDNA)。54.RNARNADNA(-)DNA(-)DNA(+) DNA(-) RNA指點的指點的DNA合成合成 RNA的水解的水解 DNA指點的指點的DNA合成合成逆轉(zhuǎn)錄酶具有催化三種反響的活性逆轉(zhuǎn)錄酶具有催化三種反響的活性55.單鏈單鏈RNA病毒病毒 進入宿主細胞進入宿主細胞雙鏈雙鏈DNA前病毒前病毒 整合到宿主細胞基因組整合到宿主細胞基因組DNA中中 宿主細胞宿主細胞RNA聚合酶聚合酶 mRNA 病毒病毒RNA基因組基因組 作為合成相應(yīng)作為合成相應(yīng) 病毒蛋白質(zhì)的模板病毒蛋白質(zhì)的模板 包裝成新的病毒顆粒，分開宿主包裝成新的病毒顆粒，分開宿主2. 逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活周期