《生物化學(xué)》本科課件第30章+DNA的復(fù)制、修復(fù)和重組(1)_第1頁
《生物化學(xué)》本科課件第30章+DNA的復(fù)制、修復(fù)和重組(1)_第2頁
《生物化學(xué)》本科課件第30章+DNA的復(fù)制、修復(fù)和重組(1)_第3頁
《生物化學(xué)》本科課件第30章+DNA的復(fù)制、修復(fù)和重組(1)_第4頁
《生物化學(xué)》本科課件第30章+DNA的復(fù)制、修復(fù)和重組(1)_第5頁
已閱讀5頁,還剩107頁未讀 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、第34章 DNA的復(fù)制與損傷修復(fù)1揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 為什么子女與父母非常相象?生物所以有遺傳現(xiàn)象,是與遺傳物質(zhì)DNA的復(fù)制有關(guān)系的。2揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1964-1970 發(fā)現(xiàn)勞氏肉瘤病毒的遺傳信息傳遞方式:逆轉(zhuǎn)錄 1953年,Watson和Crick提出中心法則:遺傳信息的單向流動。 中心法則:病毒(復(fù)制)復(fù)制轉(zhuǎn)錄DNA RNA 蛋白質(zhì)翻譯逆轉(zhuǎn)錄RNA的復(fù)制存在于RNA病毒 DNA是生物遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ),生物機(jī)體的遺傳信息以密碼的形式編碼在DNA分子上,表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序,并通過DNA的復(fù)制由親代傳遞給子代。在后代的生長發(fā)育過程中,遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄給RNA,然

2、后翻譯成特異的蛋白質(zhì),以執(zhí)行各種生命功能,使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀。3揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 復(fù)制:以親代DNA或RNA為模板,根據(jù)堿基配對的原則,在一系列酶的作用下,生成與親代相同的子代DNA或RNA的過程。幾個基本概念: 逆轉(zhuǎn)錄:以RNA為模板,在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下,生成DNA的過程。 翻譯:亦叫轉(zhuǎn)譯,以mRNA為模板,將mRNA的密碼解讀成蛋白質(zhì)的氨基酸順序的過程。 轉(zhuǎn)錄:以DNA為模板,按照堿基配對原則合成RNA,即將DNA所含的遺傳信息傳給RNA,形成一條與DNA鏈互補(bǔ)的RNA的過程。4揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Reverse transcription中心法則圖示5揚(yáng)州大

3、學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA的復(fù)制DNA的存在形式 染色體與質(zhì)粒嚴(yán)緊控制質(zhì)粒又叫單拷貝質(zhì)粒:每個細(xì)胞內(nèi)只有一個或少數(shù)幾個拷貝松弛控制質(zhì)粒又叫多拷貝質(zhì)粒:每個細(xì)胞內(nèi)含有許多拷貝(20以上)DNA復(fù)制 是指DNA的自我復(fù)制,也就是以親代DNA為模板產(chǎn)生子代DNA的過程,最初稱DNA的半保留復(fù)制(semiconservation replication),進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)半保留復(fù)制為半不連續(xù)復(fù)制(semidiscontinuous replication)。 6揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院一、DNA的半保留復(fù)制2.半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證據(jù):1.定義: 1958年Meselson和Stahl用同位素15N標(biāo)記

4、大腸桿菌DNA,首先證明了DNA的半保留復(fù)制。 DNA生物合成時(shí),母鏈DNA解開為兩股單鏈,各自作為模板(template)按堿基配對規(guī)律,合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子代細(xì)胞的DNA,一股單鏈從親代完整地接受過來,另一股單鏈則完全從新合成。兩個子細(xì)胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。7揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA復(fù)制的可能方式全保留與全新復(fù)制分散復(fù)制半保留復(fù)制8揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 半保留復(fù)制的證明: Meselson 和Stahl將同位素15N標(biāo)記的15NH4Cl加入大腸桿菌的培養(yǎng)基中培養(yǎng)12代,使大腸桿菌的DNA都帶上15N的標(biāo)記,然后將該大腸桿菌轉(zhuǎn)入1

5、4N的普通培養(yǎng)基中培養(yǎng)后,分離子一代、子二代、子三代、子四代DNA,進(jìn)行氯化銫密度梯度離心,實(shí)驗(yàn)證明了DNA的半保留復(fù)制。9揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院15N-DNA的密度大于14N-DNA的密度10揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院11揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA的半保留復(fù)制的生物學(xué)意義: DNA在代謝上的穩(wěn)定性并非指DNA是一種惰性物質(zhì)。在各種因素作用下,DNA會發(fā)生損傷,需要修復(fù)。 DNA的半保留復(fù)制表明DNA在代謝上的穩(wěn)定性,是保證親代的遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給后代必要措施。12揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(二)DNA復(fù)制的起點(diǎn)(origin)和方式 復(fù)制子(replicon):基因組能獨(dú)立進(jìn)行復(fù)

6、制的單位叫復(fù)制子,每個復(fù)制子都含有控制復(fù)制起始的origin和終止復(fù)制的終點(diǎn)(terminus)。雙向復(fù)制(bi-directional replication)、單向復(fù)制(unidirectional replication);復(fù)制叉(replication fork)或生長點(diǎn)(growing point)多復(fù)制子(multi-replicon)13揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院雙向復(fù)制單向復(fù)制14揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院二、DNA復(fù)制的起點(diǎn)與方向15揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院復(fù)制中的DNA 復(fù)制原點(diǎn)復(fù)制叉16揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA復(fù)制的主要方式 大腸桿菌雙鏈環(huán)狀DNA的復(fù)制(一個復(fù)

7、制起點(diǎn),雙向復(fù)制)(細(xì)菌DNA復(fù)制叉移動速度50kb/min,大腸桿菌染色體完成復(fù)制需要40分鐘,然而,大腸桿菌每20分鐘即可分裂一次。如何解釋?) 真核細(xì)胞線狀染色體DNA的復(fù)制方式(多個復(fù)制起點(diǎn),雙向復(fù)制)復(fù)制叉移動速度為1kb3kb/min,高等真核生物一般復(fù)制單位長度為100200kb,每個復(fù)制單位在3060分鐘完成復(fù)制,通常完成整個染色體復(fù)制的時(shí)間要用68h。一輪復(fù)制尚未完成,又啟動新一輪的復(fù)制。17揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院真核生物每個染色體有多個起始點(diǎn),是多復(fù)制子的復(fù)制。習(xí)慣上把兩個相鄰起始點(diǎn)之間的距離定為一個復(fù)制子(replicon) 。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。 53o

8、riorioriori5318揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院53oriorioriori535533553復(fù)制319揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3 不同位置D-環(huán)式復(fù)制方式(線粒體雙鏈環(huán)狀DNA:兩條鏈的復(fù)制起點(diǎn)不同位置,且復(fù)制不同步) 單向滾環(huán)式復(fù)制(噬菌體X174DNA單鏈環(huán)狀)20揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院三、半不連續(xù)復(fù)制 (semidiscontinuous replication)1、 體內(nèi)僅存在5 3的DNA聚合酶2、 前導(dǎo)鏈與隨從鏈(崗崎片段)21揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院前導(dǎo)鏈滯后鏈岡崎片段前導(dǎo)鏈:DNA復(fù)制時(shí),一股以3 5方向的母鏈作為模板,新合成的鏈以5 3方向連續(xù)合成的鏈稱為前

9、導(dǎo)鏈。滯后鏈:DNA復(fù)制時(shí),一股以5 3方向的母鏈作為模板,新合成鏈沿5 3合成1000-2000個核苷酸不連續(xù)的小片段稱為隨從鏈。復(fù)制方向與解鏈方向一致復(fù)制方向與解鏈方向相反岡崎片段22揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 DNA半不連續(xù)復(fù)制: 3 5方向母鏈為模板,新鏈5 3方向連續(xù)合成5 3方向母鏈為模板,新鏈5 3方向合成許多不連續(xù)的片段(崗崎片段)這種復(fù)制方式稱之為半不連續(xù)復(fù)制。23揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院RNA引物DNA聚合酶不能催化兩個游離dNTP在DNA模板上聚合需要具3-OH的引物RNA聚合酶能催化兩個游離NTP在DNA模板上聚合提供3-OH引物最后被DNA聚合酶除去、補(bǔ)滿,再由連接

10、酶連接減少突變,提高DNA復(fù)制的真實(shí)性24揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院55335533 前導(dǎo)鏈隨從鏈崗崎片段RNA引物3-OH25揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院復(fù)制的真實(shí)性嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律RNA引物聚合酶的選擇作用復(fù)制時(shí)有即時(shí)的校讀功能 3 5外切酶功能DNA損傷的修復(fù)機(jī)制26揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四、與DNA復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)原料:四種脫氧核苷三磷酸 (dATP、dGTP dCTP dTTP)需要模板:以DNA為模板鏈,合成子代DNA,模板可以是雙鏈,也可以是單鏈DNA。合成產(chǎn)物與模板互補(bǔ)。 需要引物:一小段RNA(或DNA)為引物,在大腸桿 菌中,DNA的合成需要一段RNA鏈作為引物,引

11、物含3 -OH. 合成方向:5 3 (一) DNA聚合酶:1956年Kornberg等在大腸桿菌中首先發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶,其后發(fā)現(xiàn)該酶在許多生物中廣泛存在。該酶的催化性質(zhì)如下:27揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(二)大腸桿菌DNA聚合酶(1)5 3 聚合酶功能(但持續(xù)合成DNA的能力差); (2)3 5外切酶活性(對雙鏈無作用,具有校對功能。);(3)還具有5 3外切酶活性(雙鏈有效);1、DNA聚合酶:1956年Kornberg首先從大腸桿菌中分離。該酶為單體酶,含一個鋅原子。為多功能酶,具有: 該酶缺失時(shí)大腸桿菌仍具有DNA合成酶活性,只是對DNA損傷的修復(fù)能力下降,容易導(dǎo)致變異和死亡。推測該酶

12、主要是對DNA損傷的修復(fù),以及在DNA復(fù)制時(shí)RNA引物切除及其缺口的填補(bǔ)。28揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 3 5 5 3 外切酶 聚合酶NC 5 3外切酶小片段大片段( klenow片段)切除RNA引物損傷修復(fù)校讀功能(常用的工具酶)1、DNA聚合酶聚合功能29揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA聚合酶的功能30揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Arthur Kornberg 1918 Stanford University Stanford, CA, USA The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1959for their discovery of the

13、mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid31揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2、DNA聚合酶: 多亞基酶,聚合作用,聚合活力比DNA聚合酶高;持續(xù)合成DNA的能力差。該酶缺失時(shí)大腸桿菌仍具有DNA合成能力,推測該酶仍然不是真正的DNA聚合酶。該酶具有3 5外切酶活性。其功能可能在修復(fù)紫外光引起的DNA損傷中起作用。32揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3、DNA聚合酶 多亞基酶,含十種亞基:(),其中()稱為核心酶,2稱為夾子,(2)組成復(fù)合物,其主要功能是幫助亞基夾住DNA,故稱

14、為夾子裝配器,該酶DNA合成的持續(xù)能力強(qiáng),主要與該結(jié)構(gòu)有關(guān)。另外,該酶合成速度大,活性高,缺失時(shí)大腸桿菌因DNA復(fù)制抑制而致死。因此認(rèn)為該酶DNA的真正復(fù)制酶。33揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA聚合酶全酶的亞基組成亞基相對分子量亞基數(shù)目基因亞基功能1320002700010000710005200035000330001500012000370002222211114dnaEdnaQholEdnaXdadXholAholBholCholDdnaN聚合作用3 5外切酶的校對功能組建核心酶使核心酶二聚化依賴DNA的ATP酶,形成復(fù)合物與亞基結(jié)合,形成復(fù)合物形成復(fù)合物形成復(fù)合物形成復(fù)合物兩個亞基形

15、成滑動夾子,以提高酶的持續(xù)合成能力。34揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA聚合酶的異二聚體前導(dǎo)鏈的合成滯后鏈的合成35揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 DNA聚合酶的-鉗子俯視圖DNA雙螺旋36揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶結(jié)構(gòu)基因不同種類的亞基數(shù)目相對分子質(zhì)量35外切酶53外切酶聚合速度(核苷酸/分)持續(xù)合成能力功能Pol A1103,0001,000-1,2003-200切除引物,修復(fù)Pol B788,0002,4001,500修復(fù)Pol C10830,00015,000-60,000500,000復(fù)制大腸桿菌三種DNA聚合酶比較37揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(三)

16、DNA連接酶:連接DNA雙鏈中的單鏈切口作用特點(diǎn): 大腸桿菌和其它細(xì)菌的DNA連接酶要求NAD+提供能量;在高等生物和噬菌體中,則要求ATP提供能量。T4噬菌體的DNA連接酶不僅能連接雙鏈DNA上的粘性切口,而且能連接無粘性末端的平頭雙鏈DNA。 DNA連接酶在DNA復(fù)制、損傷修復(fù)、重組等過程中起重要作用。38揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA連接酶作用機(jī)理39揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(四)與DNA合成有關(guān)的其它蛋白因子(大腸桿菌中)蛋白質(zhì)功能相對分子量(103)分子/細(xì)胞DNA旋轉(zhuǎn)酶(或拓?fù)洚悩?gòu)酶)DNA解鏈酶單鏈結(jié)合蛋白引物合成酶DNA聚合酶引入或松開超螺旋使雙鏈DNA解鏈穩(wěn)定單鏈區(qū)合成R

17、NA引物除去引物并填滿缺口4006574601095030010030040揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1、拓?fù)洚悩?gòu)酶 拓?fù)洚悩?gòu)酶:催化DNA的拓?fù)溥B環(huán)數(shù)發(fā)生變化的酶,在DNA重組修復(fù)和其它轉(zhuǎn)變方面起重要作用。 除連環(huán)數(shù)不同外其它性質(zhì)均相同的DNA分子稱為拓?fù)洚悩?gòu)體,引起拓?fù)洚悩?gòu)體反應(yīng)的酶稱為拓?fù)洚悩?gòu)酶。41揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 拓?fù)洚悩?gòu)酶:使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接。作用是松解負(fù)超螺旋,反應(yīng)不需要能量。主要集中在活性轉(zhuǎn)錄區(qū),同轉(zhuǎn)錄有關(guān)。 拓?fù)洚悩?gòu)酶:使DNA兩條鏈發(fā)生斷裂和再連接。當(dāng)引入負(fù)超螺旋時(shí)需要由ATP提供能量,同復(fù)制有關(guān)。兩類拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn): 二者共同控制DNA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

18、。42揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院43揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2、解螺旋酶 (解鏈酶) 通過水解ATP將DNA兩條鏈打開。E.coli中的rep蛋白就是解螺旋酶,還有解螺旋酶I、II、III。每解開一對堿基需要水解2個ATP分子。 穩(wěn)定DNA解開的單鏈,防止復(fù)性和保護(hù)單鏈部分不被核酸酶水解。3、單鏈結(jié)合蛋白:44揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 引發(fā)體可以沿模板鏈5 3方向移動,具有識別合成起始位點(diǎn)的功能,移動到一定位置上即可引發(fā)RNA引物的合成。移動和引發(fā)均需要ATP提供能量, n蛋白具有ATP酶的活力。引發(fā)體的移動與復(fù)制叉移動的方向相同,與岡崎片段的合成方向相反。3、引物合成酶與引發(fā)前體 引物合

19、成酶:催化引物RNA的生成 引發(fā)前體:它由多種蛋白質(zhì)dnaA、dnaB、dnaC、n、n、n和i組成。引發(fā)前體再與引發(fā)酶結(jié)合組裝成引發(fā)體。 45揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(五)、參與DNA復(fù)制的酶與蛋白因子總覽圖46揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院五、 DNA的復(fù)制過程:(以大腸桿菌為例) 復(fù)制的終止: 復(fù)制的起始1、起始復(fù)合物的形成:稱為引發(fā)2、RNA引物的合成 鏈的延伸:47揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院復(fù)制原點(diǎn)oriC和原點(diǎn)的識別: 從復(fù)制原點(diǎn)到終點(diǎn),組成一個復(fù)制單位,叫復(fù)制子(基因組獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的單位)。 DNA的復(fù)制有特定的起始位點(diǎn),叫做復(fù)制原點(diǎn)。常用ori C(或o)表示。大腸桿菌的復(fù)制原點(diǎn)

20、ori C由245個bp構(gòu)成,含兩組保守的重復(fù)序列:三個13bp的序列(富含A、T的序列)和四個9bp的序列;許多生物的復(fù)制原點(diǎn)也都是富含A、T的區(qū)段。復(fù)制原點(diǎn)由DnaA蛋白識別, 在原點(diǎn)由DnaB蛋白(解螺旋酶)將雙螺旋解開成單鏈狀態(tài),分別作為模板,合成其互補(bǔ)鏈(DNA雙鏈的解開還需DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶 、 SSB),在原點(diǎn)處形成一個眼狀結(jié)構(gòu),叫復(fù)制眼。48揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(一)復(fù)制起始1、拓?fù)洚悩?gòu)酶解開超螺旋。2、Dna A蛋白識別并在ATP存在下結(jié)合于四個9bp的重復(fù)序列。3、在類組蛋白HU、ATP參與下, Dan A蛋白變性13個bp的重復(fù)序列,形成開鏈復(fù)合物。4 、Dna B借

21、助于水解ATP產(chǎn)生的能量在Dna C的幫助下沿5 3 方向移動,解開DNA雙鏈,形成前引發(fā)復(fù)合物。5、單鏈結(jié)合蛋白結(jié)合于單鏈。6、引物合成酶(Dna G蛋白)開始合成RNA引物。49揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院50揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(二) 鏈的延長(岡崎片段的合成) 真核生物的岡崎片段為:100-200bp 原核生物的岡崎片段為:1000-2000bp51揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 DNA鏈的延伸 在DNA聚合酶的催化下,以四種5 -脫氧核苷三磷酸為底物,在RNA引物的3端以磷酸二酯鍵連接上脫氧核糖核苷酸并釋放出焦磷酸。DNA鏈的延伸同時(shí)進(jìn)行前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成。兩條鏈方向相反。 前導(dǎo)鏈

22、 滯后鏈 岡崎片段 半不連續(xù)復(fù)制岡崎模型52揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院岡崎片段引物的切除、缺口的填補(bǔ)和切口的連接:53揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 前導(dǎo)鏈和滯后鏈的合成(DNA聚合酶的異二聚體催化)54揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院55揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(三) 復(fù)制的終止順時(shí)針終止陷阱逆時(shí)針終止陷阱 Ter:終止陷阱,引起復(fù)制終止的特定區(qū)域,20bp的序列,終止利用物質(zhì)Tus可識別并結(jié)合,從而導(dǎo)致DNA復(fù)制的終止。56揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院大腸桿菌DNA復(fù)制的終止57揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(四) DNA復(fù)制的精確性(高保真復(fù)制)1、堿基的配對規(guī)律:摸板鏈與新生鏈之間的堿基配對保證堿基

23、配錯幾率約為1/1041/105。2、DNA聚合酶的35外切酶活性的校對功能,使堿基的錯配幾率又降低1001000倍。3、DNA的損傷修復(fù)系統(tǒng)。 DNA復(fù)制必須具有高度精確性,在大腸桿菌的細(xì)胞DNA復(fù)制中其錯誤率約為1/1091/1010,即每1091010個核苷酸才出現(xiàn)一個錯誤,也就是大腸桿菌染色體DNA復(fù)制100010000次才出現(xiàn)一個核苷酸的錯誤。這么高的精確性的保證主要與下列因素有關(guān):58揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院六、真核生物DNA復(fù)制的特點(diǎn)4、真核生物染色體在全部復(fù)制完之前起點(diǎn)不再重新開始復(fù)制;采用更多的復(fù)制起點(diǎn)。1、真核生物染色體有多個復(fù)制起點(diǎn),稱為自主復(fù)制序列(ARS)或復(fù)制基因

24、(replicator);多復(fù)制眼,呈雙向復(fù)制,多復(fù)制子。2、岡崎片段長約200bp。3、真核生物DNA復(fù)制速度比原核慢,速度為10003000bp/min(僅為原核生物的1/201/50)。59揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院真核DNA復(fù)制特點(diǎn)7、RP-A:真核生物的單鏈結(jié)合蛋白;RNaseH1和MF-1切除RNA引物,DNA聚合酶填補(bǔ)缺口。5、真核生物有多種DNA聚合酶,DNA聚合酶a/ DNA聚合酶是真正的復(fù)制酶,PCNA是b夾子。6、真核生物線性染色體兩端有端粒結(jié)構(gòu),它是由許多成串的重短復(fù)序列組成,端粒功能是穩(wěn)定染色體末段結(jié)構(gòu),防止染色體間的末端連接,并可補(bǔ)償滯后鏈5-末段在消除RNA引物后

25、造成的空缺,使染色體保持一定長度。端粒酶是含一段RNA的逆轉(zhuǎn)錄酶.60揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院真核細(xì)胞內(nèi)有五種DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶 DNA聚合酶 DNA聚合酶DNA聚合酶定位亞基數(shù)目外切酶活性引物合成酶活性持續(xù)合成能力抑制劑功能細(xì)胞核4中等蚜腸霉素引物合成細(xì)胞核1低雙脫氧TTP修復(fù)線粒體23 5外切酶高雙脫氧TTP線粒體DNA合成細(xì)胞核2 3 5外切酶有PCNA時(shí)高蚜腸霉素核DNA合成細(xì)胞核15 3 外切酶高蚜腸霉素修復(fù)61揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院真核細(xì)胞端粒DNA的復(fù)制1.端粒(telomere)真核生物的線性染色體DNA 每復(fù)制一次,子鏈5有缺失末端有特殊序列-端粒特征

26、: 由數(shù)百個串聯(lián)重復(fù)的6核苷酸組成人:5-AGGGTTAGGGTT-3端粒能穩(wěn)定染色體62揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1978年首次發(fā)現(xiàn)四膜蟲端粒的分子組成: 端粒 染色體DNA 端粒n(CCCCAA)n(GGGGTT)35(TTGGGG)n(AACCCC)nn(CCCTAA)n(GGGATT)35(TTAGGG)n(AATCCC)n人端粒的分子組成:63揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院線形DNA復(fù)制末端問題64揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3553RNA引物水解端粒 染色體DNA 端粒65揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2.端粒酶(telomerase) 組成蛋白質(zhì)(DNA聚合酶)+RNA(合成端粒DNA的模

27、板)唯一攜帶RNA模板的逆轉(zhuǎn)錄酶人端粒酶:模板(RNA-端粒酶):3-CAAUCCCAAUC-5合成(DNA): 5-AGGGTT-3端粒酶和衰老、腫瘤有關(guān)66揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA末端1.RNA和DNA單鏈互補(bǔ)序列識別結(jié)合2.以RNA為模板 的逆轉(zhuǎn)錄過程3.再發(fā)動新一輪的合成延長,合成較長的重復(fù)序列3.端粒酶的作用機(jī)制3、端粒酶的作用機(jī)制67揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院TTGGGGTTGGGGTTGGGG55TTGGGGTTGGGGTTGGGGCCAACCCC 35oH35CCAACCCC35TTGGGGTTGGGGTTGGGGCCAACCCC2.聚合 1. 結(jié)合3.移位 爬行模式端

28、粒酶的功能TTGGGGTTGGGGCCAACCCC68揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院端粒酶與細(xì)胞存亡端粒酶端粒 端粒酶催化端粒不斷延長,從而抵消因染色體復(fù)制、細(xì)胞分裂導(dǎo)致的DNA縮短,使得染色體DNA完好無損,細(xì)胞能夠順利地分裂繁殖。69揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 正常細(xì)胞:細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂 衰老死亡 細(xì)胞年輕化 端粒酶 重新引入抗衰老70揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院55端粒消耗端粒維持細(xì)胞衰老細(xì)胞永生化染色體DNA端粒端粒71揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四、DNA的損傷與修復(fù)DNA修復(fù)的基礎(chǔ): 一條鏈有損傷 修復(fù)酶切除 以未損傷的鏈為模板 合成原來相同的序列72揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院73揚(yáng)州大學(xué)

29、生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(一)造成損傷的原因自發(fā)因素物理因素化學(xué)因素紫外線損傷(共軛雙鍵)電離輻射損傷(X線/線)亞硝酸鹽 C U5-溴尿嘧啶 5-BU A 氮芥類 烷化劑羥胺 C- A GG羥胺74揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA自發(fā)損傷 DNA復(fù)制時(shí)堿基的錯誤配對 罕見態(tài)堿基引起T-G、A-C錯配75揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 環(huán)出效應(yīng)引起堿基錯配新合成鏈 TGGC TGGCA TGGCAATG 模板鏈 ACCGATAG ACCGTAG ACCGATAGAl l l l l l l l l l l l l l l l l 環(huán)出效應(yīng)引起堿基缺失或插入新合成鏈 TTTT TTTT TTTTGAC 模

30、板鏈 AAAAACTG AAAACTG AAAACTGl l l l l l l l l l l l l l lAA 新合成鏈 TTTT TTT TTTTTGAC 模板鏈 AAAAACTG AAAACTG AAAAACTGTT l l l l l l l l l l l l l l l76揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院77揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院78揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院羥胺(hydroxylamine,HA) 使C的化學(xué)成分發(fā)生改變,不能與G配對,而與A互補(bǔ)。經(jīng)兩次復(fù)制后,C-G對變換成T-A對。79揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(二)修復(fù)機(jī)制光修復(fù) (低等生物)不需光復(fù)活酶需光復(fù)活酶(pho

31、toreactivation repair)嘧啶單體 嘧啶二聚體嘧啶單體 嘧啶二聚體 光復(fù)活酶(+) 藍(lán)光280nm239nm1、直接修復(fù)80揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院光復(fù)活/光修復(fù)光復(fù)活酶識別TT 與之形成復(fù)合物吸收光能使TT解開成為單體酶從復(fù)合物中釋放僅作用于UV形成的產(chǎn)物81揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 O6甲基鳥嘌呤直接被修復(fù)82揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2、切除修復(fù)(excision repair) (1) UV特異核酸內(nèi)切酶切除 DNA聚合酶填補(bǔ)、修復(fù) DNA連接酶連接(2) 人體重要的修復(fù)方式 ,對多種損傷均能起修復(fù)作用。 (3)缺乏UV特異核酸內(nèi)切酶 著色性干皮病83揚(yáng)州大學(xué)生物

32、科學(xué)與技術(shù)學(xué)院切除修復(fù)發(fā)生在復(fù)制之前核苷酸切除修復(fù)84揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 dUTP酶可以分解dUTP為dUDP和dUMP胞嘧啶C自發(fā)脫氨氧化生成尿嘧啶U尿嘧啶-N-糖苷酶腺嘌呤脫氨成次黃嘌呤次黃嘌呤-N-糖苷酶烷基化修飾的堿基被糖苷酶除去AP位點(diǎn)(apurinic/apyrimidinic site)無嘌呤或無嘧啶位點(diǎn)85揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院堿基切除修復(fù) DNA糖苷酶識別切除改變的堿基 核酸內(nèi)切酶切除磷酸二酯鍵 DNA聚合酶填補(bǔ) DNA連接酶連接86揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA糖苷酶具特異性識別-DNA中的異常堿基水解-異常堿基與脫氧核糖間糖苷鍵 使其脫落87揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)

33、與技術(shù)學(xué)院88揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA堿基的組成為何是“T” ?(1)DNA中的C容易突變成U(2)尿嘧啶DNA糖苷酶識別DNA中的U(3)若DNA中存在U,無法區(qū)別突變U和正常U DNA中T的存在增加遺傳信息的穩(wěn)定性 RNA中的U:數(shù)量多/半衰期短/經(jīng)濟(jì)89揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院堿基切除修復(fù)90揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院DNA損傷核苷酸切除修復(fù)91揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3、錯配修復(fù)耗能的過程92揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院93揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院94揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 CH3 G A T C C T AGGT G A T C53 C T A G35GTCH3 CH

34、3 G A T C C T AGGTMutHMutSMutL切口 CH3 G A T C C T AGGT 5 3CH3 G A T C53 C T A G35TGDNA解鏈酶 核酸外切酶 SSBdNMPs CH3 G A T C C T AGGT 5 3DNA聚合酶 DNA連接酶dNTPs CH3 G A T C C T AGGCDNA錯配修復(fù)的模型95揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院96揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院4、重組修復(fù)(recombinational repair) 97揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院二聚體后起始途徑復(fù)制繼續(xù)子鏈缺口經(jīng)重組由母鏈相應(yīng)片段填補(bǔ) RecA 蛋白具有交換DNA鏈活力母

35、鏈缺口再合成 二聚體可被切除修復(fù),如未被去除,將隨多次重組修復(fù)而逐漸稀釋。復(fù)制后修復(fù)98揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5、易錯修復(fù)細(xì)胞DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷或復(fù)制系統(tǒng)受到抑制的緊急情況下,能引起一系列復(fù)雜的誘導(dǎo)效應(yīng)SOS反應(yīng)。SOS反應(yīng)誘導(dǎo)的修復(fù)系統(tǒng)包括:避免差錯的修復(fù)(如切除修復(fù)和重組修復(fù))易錯修復(fù)(誘導(dǎo)產(chǎn)生缺乏校對功能的DNA聚合酶)99揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院SOS反應(yīng)誘導(dǎo)缺乏校對功能的DNApol、引起校對系統(tǒng)的松懈 RecA基因產(chǎn)物L(fēng)exA蛋白自身水解(蛋白酶活性被激活)SOS系統(tǒng)開放:修復(fù)系統(tǒng)的酶表達(dá) LexA基因表達(dá)也增加使SOS反應(yīng)可迅速逆轉(zhuǎn)100揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院101揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院SOS反應(yīng)廣泛存在于原核生物和真核生物,是生物在不利環(huán)境中求得生

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論