生物化學(xué)第三版13DNA生物合成

1、生物化學(xué)第三版13DNA生物合成2第一節(jié) DNA復(fù)制的基本特征DNA復(fù)制都需要1.半保留復(fù)制2.從復(fù)制起點雙向復(fù)制3.半不連續(xù)復(fù)制第二節(jié) 大腸桿菌DNA的復(fù)制第三節(jié) 真核生物染色體DNA的復(fù)制第四節(jié) DNA的損傷與修復(fù)第五節(jié) DNA的逆轉(zhuǎn)錄31.半保留復(fù)制4生物化學(xué)第三版52.從復(fù)制起點雙向復(fù)制復(fù)制起點：DNA解鏈和復(fù)制開始的(具有特定序列的)位點復(fù)制子：從一個復(fù)制起點啟動復(fù)制的全部DNA序列復(fù)制叉：在復(fù)制起點先解開雙鏈，然后邊解鏈邊復(fù)制，在解鏈點形成分叉結(jié)構(gòu)。63.半不連續(xù)復(fù)制前導(dǎo)鏈后隨鏈岡崎片段7第二節(jié) 大腸桿菌DNA的復(fù)制一、參與DNA復(fù)制的酶及其他因子（一）DNA聚合酶（二）解鏈、解旋

2、酶類（三）引物和引物酶（四）DNA連接酶二、復(fù)制過程（一）復(fù)制起始（二）復(fù)制延長（三）復(fù)制終止8聚合酶催化特點需要模板:可以指導(dǎo)合成互補(bǔ)鏈的單鏈核酸 DNA復(fù)制；轉(zhuǎn)錄；RNA復(fù)制；逆轉(zhuǎn)錄需要引物：可以是DNA ，也可以是RNA53方向合成2.大腸桿菌DNA聚合酶的種類3.大腸桿菌DNA聚合酶功能（一）DNA聚合酶92.大腸桿菌DNA的種類Klenow片段復(fù)制合成的主要酶10DNA聚合酶IIIIII53聚合酶活性35外切酶活性53外切酶活性53聚合速度(核苷酸/秒)1620402501,000延伸能力32001,500500,000功能切除DNA復(fù)制引物，DNA修復(fù)DNA修復(fù)DNA復(fù)制合成113

3、.大腸桿菌DNA聚合酶功能53聚合酶活性中心與聚合反應(yīng)35外切酶活性中心與校對53外切酶活性中心與切口平移12131415(二)解鏈、解旋酶類1.解旋酶2.拓?fù)洚悩?gòu)酶3.單鏈DNA結(jié)合蛋白161.解旋酶helicase解旋酶的作用是解開DNA雙鏈。在解鏈過程中需要ATP提供能量，每解開1bp消耗2ATP。目前在大腸桿菌至少已經(jīng)鑒定出4種解旋酶，分別稱為解旋酶rep、和DnaB。其中只有DnaB參與DNA的復(fù)制DnaB是六聚體，能從復(fù)制起點雙向解開DNA雙鏈，形成兩個復(fù)制叉。DnaB在后隨鏈的模板上解鏈，解鏈過程會在前方形成超螺旋結(jié)構(gòu)，需要由拓?fù)洚悩?gòu)酶松解172.拓?fù)洚悩?gòu)酶topoisomera

4、se拓?fù)溥B環(huán)數(shù)是環(huán)狀雙鏈DNA分子兩股鏈的互繞數(shù)。其他性質(zhì)均相同、僅連環(huán)數(shù)不同的DNA分子稱為拓?fù)洚悩?gòu)體型拓?fù)洚悩?gòu)酶剪接單股DNA改變其連環(huán)數(shù)，從而改變其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)型拓?fù)洚悩?gòu)酶剪接雙股DNA改變其連環(huán)數(shù)，從而改變其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)18拓?fù)溥B環(huán)數(shù)19型拓?fù)洚悩?gòu)酶（拓?fù)洚悩?gòu)酶、）消除負(fù)超螺旋，不消耗高能化合物，參與RNA的轉(zhuǎn)錄合成。20拓?fù)洚悩?gòu)酶與切口的5磷酸結(jié)合 21型拓?fù)洚悩?gòu)酶引入負(fù)超螺旋由ATP提供能量223.單鏈DNA結(jié)合蛋白SSB大腸桿菌的DNA雙鏈解鏈后，兩股單鏈即被4亞基SSB結(jié)合SSB與DNA的結(jié)合具有明顯的協(xié)同效應(yīng)，當(dāng)?shù)谝粋€SSB結(jié)合后，其后SSB的結(jié)合能力可提高103倍SSB不沿DNA單

5、鏈移動，而是通過不斷的結(jié)合和解離改變結(jié)合位點 維持模板的單鏈狀態(tài)，防止其重新形成雙鏈結(jié)構(gòu)；抗核酸酶降解23（三）引物酶primaseDNA復(fù)制需要RNA引物，RNA引物由引物酶催化合成。大腸桿菌的引物酶是DnaG，DnaG單獨存在時無活性。當(dāng)解旋酶DnaB結(jié)合其他復(fù)制因子辨認(rèn)復(fù)制起點并啟動解鏈時，DnaG與解旋酶DnaB結(jié)合，組成引發(fā)體(primosome)，在模板的一定部位合成RNA引物，合成方向也是53 24（四）DNA連接酶ligaseLPB-25-963大腸桿菌的DNA連接酶不能連接游離的單鏈DNA，只能連接雙鏈DNA上的切口。還參與DNA重組與DNA修復(fù)。25二、DNA的復(fù)制過程（一

6、）復(fù)制起始（二）復(fù)制延長（三）復(fù)制終止在大腸桿菌DNA的復(fù)制過程中，各種各樣與復(fù)制有關(guān)的酶和蛋白質(zhì)因子結(jié)合在復(fù)制叉上，構(gòu)成復(fù)制體(replisome)。不同階段的復(fù)制體具有不同的組成和結(jié)構(gòu)。26（一）復(fù)制起始1.復(fù)制起點2.參與復(fù)制起始的酶和蛋白質(zhì)3.起始過程 271.復(fù)制起點originLPB-25-959起始解鏈區(qū)DnaA蛋白識別區(qū)282.有關(guān)的酶和蛋白質(zhì) 蛋白功能DnaA蛋白識解復(fù)制起點序列DnaB蛋白(解旋酶)DNA解鏈，裝配引發(fā)體DnaC蛋白協(xié)助DnaB結(jié)合于復(fù)制起點類組蛋白HUDNA結(jié)合蛋白，促進(jìn)起始單鏈DNA結(jié)合蛋白(SSB)保護(hù)單鏈DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶IIDnaG蛋白(引物酶)松弛

7、DNA超螺旋裝配引發(fā)體，合成RNA引物L(fēng)PB-25-960293.起始過程DnaA蛋白與ATP形成復(fù)合物，大約20個DnaAATP復(fù)合物結(jié)合于9bp重復(fù)序列上，由DNA纏繞形成復(fù)合物L(fēng)PB-25-959303.起始過程類組蛋白HU與DNA結(jié)合，使13bp重復(fù)序列解鏈，成為開放復(fù)合體LPB-25-959313.起始過程解旋酶在DnaC蛋白的協(xié)助下與開放區(qū)域結(jié)合，由ATP提供能量，沿DNA鏈53方向移動解鏈，形成兩個復(fù)制叉結(jié)構(gòu)LPB-25-95932DnaG與DnaB、DnaC等結(jié)合構(gòu)成引發(fā)體；SSB與單鏈DNA模板結(jié)合；II型拓?fù)洚悩?gòu)酶可松解超螺旋結(jié)構(gòu)33（二）復(fù)制延長延長階段合成前導(dǎo)鏈和后隨鏈

8、。反應(yīng)都由DNA聚合酶催化，但有顯著差別，參與合成的蛋白質(zhì)也不完全相同 復(fù)制體成分1.前導(dǎo)鏈的合成2.后隨鏈的合成3.前導(dǎo)鏈和后隨鏈的協(xié)同合成復(fù)制過程中的雙重校對34復(fù)制體成分蛋白質(zhì)功能單鏈DNA結(jié)合蛋白結(jié)合ssDNADnaB蛋白(解旋酶)DNA解鏈，形成引發(fā)體DnaG蛋白(引物酶)裝配引發(fā)體，合成引物DNA聚合酶合成DNADNA聚合酶切除引物，填補(bǔ)缺口DNA連接酶連接DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶改變超螺旋LPB-25-962351.前導(dǎo)鏈的合成2.后隨鏈的合成LPB-25-96036前導(dǎo)鏈的合成后隨鏈的合成LPB-25-960373.前導(dǎo)鏈和后隨鏈的協(xié)調(diào)合成后隨鏈的模板繞成一個回環(huán)，使后隨鏈的合成方向與

9、前導(dǎo)鏈一致。383.前導(dǎo)鏈和后隨鏈的協(xié)調(diào)合成LPB-25-96139LPB-25-955復(fù)制過程中的保真機(jī)制雙重校對聚合酶活性中心對底物的選擇，外切酶活性中心的校對。40（三）復(fù)制終止終止區(qū)：包括兩個復(fù)制叉的交匯點和位于交匯點兩側(cè)的終止位點，含7個終止序列終止需要Tus蛋白特異性地識別并結(jié)合終止序列的共有序列GTGTGGTGT。每個復(fù)制周期只有一個Tus-Ter復(fù)合物起作用環(huán)連體：復(fù)制結(jié)束時，兩閉環(huán)染色體互相套成環(huán)連體，由型拓?fù)洚悩?gòu)酶解離實際情況可能更復(fù)雜41終止區(qū)LPB-25-96442第三節(jié) 真核生物染色體DNA的復(fù)制一、染色體DNA復(fù)制特點二、DNA聚合酶及其他因子三、端粒合成43一、染

10、色體DNA復(fù)制特點1.復(fù)制速度慢：50nt,1/202.發(fā)生染色體解離與重塑：3.多起點：每個復(fù)制子控制的區(qū)域比較小4.岡崎片段?。?50200nt：100020005.連接酶差異：ATP：NAD+6.終止階段涉及端粒合成：7.受DNA復(fù)制檢驗點控制：一個細(xì)胞周期只復(fù)制一次。44二、DNA聚合酶及其他因子：合成引物：復(fù)制線粒體DNA 、：損傷修復(fù)：復(fù)制染色體DNA45三、端粒DNA合成461.端粒結(jié)構(gòu)telomere端粒DNA含短串聯(lián)重復(fù)序列，其新生鏈(后隨鏈)富含CxAy(x、y的數(shù)目為14)重復(fù)序列，模板鏈則含TyGx重復(fù)序列四膜蟲端粒： 5 CCCCAACCCCAANNNN 3 GGGG

11、TTGGGGTTGGGGTTNNNN2.端粒功能：保護(hù)染色體結(jié)構(gòu)的獨立性和穩(wěn)定性，抵抗外切酶的降解，防止遺傳物質(zhì)的丟失。細(xì)胞分裂計數(shù)器。47生物化學(xué)第三版3.端粒酶：有一段約150nt的RNA ，含CxAy重復(fù)序列，可作為模板指導(dǎo)合成3 端粒。4.端端粒復(fù)制端粒酶結(jié)合于DNA的3 端，以端粒酶RNA為模板，催化合成端粒的一個單位。48端粒合成端粒酶RNA含CxAy，恰好作為端粒模板鏈的模板端粒酶結(jié)合于端粒模板鏈3端以RNA為模板，催化合成端粒模板鏈一個重復(fù)單位端粒酶推進(jìn)一個重復(fù)單位重復(fù)合成，推進(jìn)，達(dá)到一定長度端粒酶脫離端粒模板鏈末端回折填補(bǔ)合成新生鏈空缺49第四節(jié) DNA的損傷與修復(fù)一、DNA

12、損傷：變異即基因突變，化學(xué)本質(zhì)是DNA的損傷，指DNA的堿基序列發(fā)生了可傳遞給子代細(xì)胞的變化。1.損傷的意義是生物進(jìn)化的分子基礎(chǔ)消滅有害細(xì)胞、個體是許多疾病的分子基礎(chǔ)是多態(tài)性的分子基礎(chǔ)二、DNA修復(fù)502.損傷類型錯配：會導(dǎo)致DNA鏈上的一個堿基對被另一個堿基對置換。轉(zhuǎn)換；顛換插入和缺失：DNA序列上發(fā)生一個核苷酸或一段核苷酸序列的插入或缺失。移碼突變：突變位點下游的遺傳密碼全部發(fā)生改變。點突變：錯配及一個核苷酸的插入和缺失所導(dǎo)致的突變51鐮狀細(xì)胞病點突變52（3）重排53（4）共價交聯(lián)543.引起損傷的因素復(fù)制錯誤自發(fā)性損傷物理因素化學(xué)因素生物因素55復(fù)制錯誤56自發(fā)性損傷DNA分子可以由于

13、各種原因發(fā)生化學(xué)變化，如堿基發(fā)生烯醇式酮式結(jié)構(gòu)互變、堿基修飾、脫氨基甚至堿基丟失等。這些變化會影響氫鍵的形成，從而改變堿基配對。如果這些改變發(fā)生在DNA復(fù)制過程中，就會造成錯配57物理因素紫外線和各種輻射可以引起突變。如*紫外線作用于相鄰的胸腺嘧啶堿基形成二聚體，在局部扭曲DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，使復(fù)制和轉(zhuǎn)錄均受阻抑；其他輻射可以使DNA主鏈的磷酸二酯鍵或DNA雙鏈之間的氫鍵發(fā)生斷裂等58化學(xué)因素亞硝酸鹽、烷化劑、染料和芳香烴類化合物等許多化學(xué)誘變劑可通過不同的作用機(jī)制導(dǎo)致DNA損傷堿基類似物堿基修飾劑染料 59堿基類似物60堿基修飾劑61染料62生物因素抗生素和黃曲霉素等嵌入DNA雙鏈之間，破壞D

14、NA模板活性，或形成環(huán)氧化物，從而影響復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程病毒整合等可以改變基因結(jié)構(gòu)、或者改變基因表達(dá)活性。63二、DNA的修復(fù)1.錯配修復(fù)2.直接修復(fù)3.切除修復(fù)4.重組修復(fù)5.SOS應(yīng)答和易錯修復(fù)641.錯配修復(fù)mismatch repair錯配修復(fù)就是在DNA復(fù)制完成以后，依賴模板提供的信息，對新生鏈上的錯配堿基進(jìn)行修復(fù)。錯配修復(fù)可以將復(fù)制精確度提高1001,000倍 識別雙鏈 尋找錯配堿基切除修復(fù)65識別雙鏈LPB-25-96866尋找錯配堿基MutL與MutS形成復(fù)合物，結(jié)合于錯配位點MutH與MutL結(jié)合引導(dǎo)MutL-MutS復(fù)合物在錯配堿基兩側(cè)尋找最近的一個GATC序列，形成DNA環(huán)M

15、utH蛋白具有位點特異性內(nèi)切酶活性，但只催化切割新生鏈所含未甲基化N*GATC序列中G的5端，形成切口LPB-25-96967切除修復(fù)LPB-25-971682.直接修復(fù)direct repair直接修復(fù)是指不切除堿基或核苷酸，直接將其修復(fù)光修復(fù)修復(fù)嘧啶二聚體有多種機(jī)制，其中光修復(fù)作用是高度特異的直接修復(fù)方式。光修復(fù)由光裂合酶催化進(jìn)行，光裂合酶被可見光激活，可以解聚嘧啶二聚體。光裂合酶分布很廣，從低等單細(xì)胞生物到鳥類都有，但哺乳動物沒有烷基化堿基修復(fù)有些酶可以識別DNA中的修飾堿基，例如O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基轉(zhuǎn)移酶可以識別O6-甲基鳥嘌呤，并直接將甲基轉(zhuǎn)移到酶蛋白的一個半胱氨酸巰基上，使

16、鳥嘌呤恢復(fù)正常結(jié)構(gòu) 693.切除修復(fù)excision repair切除修復(fù)是指將DNA分子的損傷部分切除，并以其互補(bǔ)鏈（完整的DNA鏈）為模板，重新合成被切除的片段，使DNA恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。是細(xì)胞內(nèi)最普遍的修復(fù)機(jī)制。原核及真核生物均有兩套切除修復(fù)系統(tǒng)核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)堿基切除修復(fù)系統(tǒng)70核苷酸切除修復(fù)系統(tǒng)excinucleaseLPB-25-97371堿基切除修復(fù)系統(tǒng)LPB-25-972724.重組修復(fù)73修復(fù)DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)的修復(fù)能力與DNA的損傷程度相關(guān)。DNA損傷嚴(yán)重到難以繼續(xù)進(jìn)行正常復(fù)制時，細(xì)胞會誘發(fā)一系列復(fù)雜的反應(yīng)，激活與損傷修復(fù)有關(guān)的基因，這一現(xiàn)象稱為SOS應(yīng)答。誘導(dǎo)合成缺乏校對功

17、能的DNA聚合酶進(jìn)行修復(fù)，這種修復(fù)稱為SOS修復(fù)。對堿基識別能力差，在損傷部位照樣進(jìn)行復(fù)制，從而避免死亡，但同時因保留較多的DNA損傷而造成突變積累。因此，不少誘發(fā)SOSwhtjr化學(xué)物質(zhì)都是致癌物。SOS修復(fù)系統(tǒng)的基因一般情況下都是沉默的，緊急情況下才被整體激活，因此屬于應(yīng)急修復(fù)系統(tǒng)。 LPB-25-97774著色性干皮病患者對日光尤其紫外線特別敏感，易患皮膚癌。其皮膚細(xì)胞中對紫外線特異的核酸內(nèi)切酶有缺陷，不能切除嘧啶二聚體，是皮膚癌發(fā)生的主要機(jī)制 75環(huán)境污染越嚴(yán)重越易產(chǎn)生雙胞胎2004年05月27日新浪科技訊 北京時間5月26日19時消息，德國科學(xué)家最近的一項研究結(jié)果表明，環(huán)境污染越嚴(yán)重

18、的地區(qū)越容易產(chǎn)下雙胞胎。不久前，漢堡大學(xué)的科研小組在職業(yè)與環(huán)境醫(yī)學(xué)雜志上發(fā)表文章稱，在德國黑森州垃圾焚燒廠以北20公里的一個地方，雙胞胎出生率(5.3%)要比該項指標(biāo)的平均數(shù)(2.3%)高出2個多百分點。此外，根據(jù)德國國家統(tǒng)計局公布的資料顯示，英國雙胞胎的出生率自1992年以來也增加了20%。在比利時也存在著類似的發(fā)展趨勢。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的具體原因目前尚未研究清楚，只能進(jìn)行某些推測。從醫(yī)學(xué)角度來講生育雙胞胎是一種不良現(xiàn)象，這首先是因為雙胞胎出生后體質(zhì)都比較弱且體重較輕。來自倫敦夏洛特王后醫(yī)院的婦產(chǎn)科教授尼克-弗斯克認(rèn)為，產(chǎn)生雙胞胎出生率呈上升趨勢這一現(xiàn)象的原因可能是由于環(huán)境中的有害物質(zhì)擾亂了婦女體內(nèi)的激素平衡，使婦女體內(nèi)雌激素標(biāo)準(zhǔn)降低，雌激素標(biāo)準(zhǔn)降低則能夠?qū)е聶C(jī)體內(nèi)促性腺激素含量的增加，而激發(fā)卵細(xì)胞不斷產(chǎn)生。然而，我們常見的雙胞胎大多數(shù)由同一個受精卵分裂而成?？磥?，要找到雙胞胎出生率上升的真正原因，科學(xué)家們還得進(jìn)行更深入的研究。76生物化學(xué)第三版77第五節(jié) DNA的逆轉(zhuǎn)錄合成reverse transcription逆轉(zhuǎn)錄是以RNA為模板，以dNTP為原料，在逆轉(zhuǎn)錄酶的