復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院分子生物學(xué)原理DNA的生物合成(39張PPT)

1、中心法則的研究過程第三篇 基因信息的傳遞 遺傳信息流動(dòng)方向中心法則半保留復(fù)制模式的實(shí)驗(yàn)證明第十章 復(fù)制 半保留復(fù)制半保留復(fù)制：DNA進(jìn)行復(fù)制時(shí)，雙螺旋結(jié)構(gòu)解開而成為兩股單鏈，各自作為模板，用于合成新的互補(bǔ)鏈。子代細(xì)胞出現(xiàn)新的DNA雙鏈，其中一股單鏈?zhǔn)菑挠H代完整地接受過來的，另一股單鏈?zhǔn)峭耆匦潞铣?，且與母鏈按堿基配對(duì)原則互補(bǔ)。也就是說，兩個(gè)子代細(xì)胞的DNA雙鏈，都和母細(xì)胞DNA堿基序列完全一致。第一節(jié) 參與DNA復(fù)制的酶 底物：脫氧三磷酸核苷 聚合酶：依賴DNA的DNA聚合酶 模板：解開成單鏈的DNA母鏈 引物：一段寡核苷酸 其它酶和蛋白質(zhì)因子:起解鏈、理順雙螺旋、穩(wěn)定單鏈的作用。連接酶。一、

2、DNA聚合酶 大腸桿菌中有DNA聚合酶I，II和III。 Pol III被認(rèn)為是原核生物細(xì)胞內(nèi)真正起復(fù)制作用的酶。 Pol I可以被蛋白酶分成大小片段，大片段有DNA聚合酶的活性，稱為Klenow片段。 真核生物中發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有、和。DNA聚合酶催化的反應(yīng) 5到3的聚合活性(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PpiDNA聚合酶催化的反應(yīng) 5到3的聚合活性(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+Ppi 核酸外切酶活性(從5或3末端把核苷酸從核酸鏈上水解下來)DNA聚合酶的性質(zhì) 以脫氧核苷酸三磷酸(dNTP)為前體催化合成DNA 需要模板和引物 不能起始合成新的DNA鏈 催化dN

3、TP加到生長(zhǎng)中的DNA的3-OH末端 催化DNA合成的方向是5到3。復(fù)制的保真性 DNA復(fù)制保真性至少依賴三種規(guī)律：1.遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律。2.聚合酶在復(fù)制延長(zhǎng)中對(duì)堿基的選擇功能。3.復(fù)制中出錯(cuò)時(shí)有即時(shí)的校讀功能。解旋、解鏈酶 復(fù)制應(yīng)先解開DNA的超螺旋、雙螺旋結(jié)構(gòu)。 解旋、解鏈酶類：解鏈酶、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶、單鏈DNA結(jié)合蛋白。解鏈酶 解鏈酶是rep，它在ATP存在時(shí)解開DNA雙鏈，每解開1對(duì)堿基，需要消耗2個(gè)ATP。另一種為解旋酶II。 在解鏈過程中，已解開的DNA雙鏈之一，其解鏈方向與復(fù)制方向一致，稱為領(lǐng)頭鏈；另一鏈復(fù)制方向與解鏈方向相反，稱為隨從鏈。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)涿笇?duì)DNA分

4、子的作用都是既能水解，又能連接磷酸二酯鍵。拓?fù)涿窱：不需要ATP，切斷DNA雙鏈中的一股，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)中不打結(jié)，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候又把切口封閉，使DNA變成松馳狀態(tài)。拓?fù)涿窱I在無ATP時(shí)，切斷處于超螺旋的DNA分子，使超螺旋松馳。在有ATP時(shí)，松馳狀態(tài)的DNA進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)，斷口在同一酶催化下再連接起來。單鏈DNA結(jié)合蛋白 單鏈結(jié)合蛋白(SSB)的作用是在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)這種單鏈的完整性。引物酶和引發(fā)體 復(fù)制是在一段RNA引物的基礎(chǔ)上加進(jìn)脫氧核苷酸的，催化引物合成的是一種RNA聚合酶，它不同于催化轉(zhuǎn)錄過程的RNA聚合酶，因此稱為引物酶。 引物酶在模板的復(fù)制起始部位催化互補(bǔ)堿基的

5、聚合，形成短片段RNA。在解鏈酶結(jié)合其它復(fù)制因子而可辨認(rèn)起始點(diǎn)時(shí)，就可再結(jié)合引物酶，形成引發(fā)體。DNA連接酶 DNA連接酶連接DNA鏈3-OH末端和另一DNA鏈的5-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連成完整的鏈。連接酶的催化作用在原核細(xì)胞需要消耗NAD，在真核細(xì)胞則消耗ATP。 連接酶連接的都是堿基互補(bǔ)基礎(chǔ)上的雙鏈中的單鏈缺口，它并沒有連接單獨(dú)存在的DNA單鏈或RNA單鏈的作用。三種酶催化生成磷酸二酯鍵的比較提供核糖 3-OH提供 5-P結(jié)果DNA 聚合酶引物或延長(zhǎng)中的新鏈游離 dNTP 去ppi(dNMP)n+1連接酶復(fù)制中不連續(xù)的兩單鏈不連續(xù)變成連續(xù)鏈拓?fù)涿盖袛唷⒄?/p>

6、后的兩鏈改變拓?fù)錉顟B(tài)第二節(jié) DNA復(fù)制過程 復(fù)制的起始 復(fù)制的延長(zhǎng) 復(fù)制的終止復(fù)制的起始 原核生物總是從一個(gè)固定的起始點(diǎn)開始，同時(shí)向兩個(gè)方向進(jìn)行的，稱為雙向復(fù)制。 真核細(xì)胞染色體比較復(fù)雜，可能有多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，同時(shí)形成多個(gè)復(fù)制單位。 復(fù)制開始后由于DNA雙鏈解開，在兩股單鏈上進(jìn)行復(fù)制，在電子顯微鏡下均看到伸展成叉狀的復(fù)制現(xiàn)象，稱為復(fù)制叉。復(fù)制起始的步驟1.引物酶按堿基配對(duì)規(guī)律合成RNA引物。2.在DNA聚合酶III的作用下，靠酶的亞基辨認(rèn)引物，新鏈第一個(gè)脫氧核苷酸就加到引物的3-OH末端上，形成磷酸二酯鍵。3.DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶(可能主要是II型酶的作用)，在將要打結(jié)或已打結(jié)處作切口。4.單鏈D

7、NA結(jié)合蛋白(SSB)結(jié)合于開放的單鏈上，起穩(wěn)定和保護(hù)單鏈模板的作用。復(fù)制的延長(zhǎng) 催化延長(zhǎng)的酶在原核生物為pol III，在真核生物為DNA聚合酶和。 DNA復(fù)制延長(zhǎng)的速度相當(dāng)快，在細(xì)菌中約為2500bp/s。 高等生物DNA復(fù)制時(shí)延長(zhǎng)速度可能慢一些，但它有多個(gè)起始點(diǎn)生成多個(gè)復(fù)制單位同時(shí)復(fù)制，總的復(fù)制速度與原核生物相差不多。復(fù)制的不連續(xù)性 DNA雙鏈的走向相反，而復(fù)制和引物合成總是從5到3方向延伸的。因此領(lǐng)頭鏈可以順解鏈方向延長(zhǎng)。隨從鏈復(fù)制方向與解鏈方向相反，因此必須等待模板鏈解出足夠長(zhǎng)度，復(fù)制才能開始并延長(zhǎng)。 復(fù)制中的不連續(xù)片段稱為岡崎片段。復(fù)制的過程滾環(huán)復(fù)制 環(huán)狀DNA雙鏈一股先開一個(gè)缺口

8、，5端向外伸展，在伸展出的單鏈上進(jìn)行不連續(xù)復(fù)制，沒有開環(huán)的另一段，則可以一邊滾動(dòng)一邊進(jìn)行連續(xù)復(fù)制。復(fù)制的終止 原核生物除了有一定的復(fù)制起始點(diǎn)，還好一定的復(fù)制終止點(diǎn)。 RNA酶將引物水解 pol I填補(bǔ)空缺 連接酶連接參加復(fù)制的酶引物酶合成 RNA 引物解鏈酶解開 DNA 雙鏈SSB穩(wěn)定已解開的單鏈拓?fù)涿?II克服解鏈中的打結(jié)纏繞，拓?fù)滢D(zhuǎn)型pol III真正的復(fù)制酶pol I填補(bǔ)引物遺留空隙DNA 連接酶接合 5-P 和 3-OH 末端第三節(jié) DNA的損傷和修復(fù) 突變和遺傳的保守性突變的分子基礎(chǔ) 突變是DNA分子上堿基的改變。 自發(fā)突變是遺傳過程中“自發(fā)”發(fā)生的突變。 誘變是研究核酸與遺傳時(shí)，應(yīng)

9、用一些物理或化學(xué)方法對(duì)DNA分子或整個(gè)組織細(xì)胞處理使DNA發(fā)生突變。是人工手段使DNA發(fā)生突變。突變的分類 點(diǎn)突變：一個(gè)堿基的變異。有轉(zhuǎn)換同型堿基和顛換異型堿基 缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸從DNA上消失 插入：一個(gè)堿基或一段核苷酸插入到DNA大分子中。 倒位：DNA鏈內(nèi)部遷移。誘變因素誘變因素物理因素紫外線照射離子輻射化學(xué)因素5-溴尿嘧啶(5-BU)羥胺亞硝酸鹽氮芥類損傷的修復(fù) 損傷：是復(fù)制過程中發(fā)生的DNA突變，大多數(shù)屬于自發(fā)突變。 校讀：pol I監(jiān)視和糾正復(fù)制錯(cuò)誤的功能。損傷修復(fù)的機(jī)制 光修復(fù) 切除修復(fù) 重組修復(fù) SOS修復(fù)光修復(fù) 紫外線照射可引起核酸鏈上相鄰的兩個(gè)胸腺嘧啶形成二聚體TT。 光修復(fù)過程是通過光修復(fù)酶催化而完成的，需300600nm波長(zhǎng)照射激活。切除修復(fù) 切除修復(fù)需要特異的核酸內(nèi)切酶、pol I、DNA連接酶等參加。重組修復(fù) 當(dāng)