生物化學(xué)第十一章的生物合成

生物化學(xué)第十一章的生物合成第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一中心法則

(TheCentralDogma)逆轉(zhuǎn)錄基因遺傳基因表達(dá)第2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一

復(fù)制的基本規(guī)律

DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化

復(fù)制的過程(復(fù)制體系、酶;復(fù)制起始、延伸、終止)DNA損傷（突變）與修復(fù)本章主要內(nèi)容：第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)復(fù)制的基本規(guī)律半保留復(fù)制雙向復(fù)制半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制具有方向性5’→3’第4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、半保留復(fù)制:DNA復(fù)制的基本特征DNA母鏈解開為兩股單鏈，各自為模板按堿基配對規(guī)律，合成與模板互補(bǔ)的子鏈。子鏈的一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股則全新合成。子鏈DNA都和母鏈堿基序列一致，稱為半保留復(fù)制。

它保留親代的全部遺傳信息(遺傳保守性)。這是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不絕對。第5頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA復(fù)制形成的復(fù)制叉子代DNA第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一密度梯度實(shí)驗(yàn):

支持半保留復(fù)制的設(shè)想含重氮15N-DNA細(xì)菌培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第一代繼續(xù)培養(yǎng)于普通培養(yǎng)液

第二代梯度離心結(jié)果第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一原核生物從一個固定的起始點(diǎn)同時向兩個方向進(jìn)行復(fù)制，稱雙向復(fù)制。二、DNA復(fù)制從起始點(diǎn)向兩個方向延伸

雙向復(fù)制放射自顯影圖像第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一A.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)B.兩個復(fù)制叉oriterABC低等生物的滾環(huán)復(fù)制C.復(fù)制接近終止點(diǎn)(termination,ter)第9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制子3’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。兩個相鄰起始點(diǎn)間的距離定為一個復(fù)制子，是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、DNA一股子鏈復(fù)制的方向與解鏈方向相反半不連續(xù)復(fù)制3535解鏈方向3′5′3′3′5′領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)子鏈順著解鏈方向生成，復(fù)制連續(xù)進(jìn)行。子鏈與解鏈方向相反，不順著解鏈方向連續(xù)延長。不連續(xù)的復(fù)制片段稱岡崎片段(okazakifragment)。第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一參與DNA復(fù)制物質(zhì):底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP；聚合酶(polymerase,DNA-pol):

依賴DNA的DNA聚合酶，DDDP；模板(template):母鏈DNA解開成的單鏈；引物(primer):提供3-OH端使dNTP依次聚合；其他的酶和蛋白質(zhì)因子。第二節(jié)DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化第12頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、DNA聚合酶:核苷酸聚合全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase,DNA-pol)活性：DNA-pol1.53

的聚合活性.2.核酸外切酶活性:35外切酶活性:

辨認(rèn)錯配堿基并水解

53外切酶活性:

切除突變的DNA片段第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng):

核苷酸之間生成磷酸二酯鍵。核酸片段磷酸二酯鍵第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一反應(yīng)特點(diǎn):新鏈生成需引物和模板；新鏈只沿5→3方向延長。(dNMP)n

+dNTP→(dNMP)n+1

+PPi第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一5′AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′35外切酶活性:53外切酶活性:?能切除突變的DNA片段。能辨認(rèn)錯配的堿基對，并將其水解。核酸外切酶活性:第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一（一）原核生物的DNA聚合酶分為三型DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-polⅢ第17頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一原核生物的DNA聚合酶￠5有有有3→￠核酸外切酶活性催化復(fù)制合成應(yīng)急修復(fù)主要作用多亞基不對稱二聚體？單肽鏈組成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI

有

有

有聚合酶活性￠3無無有5→￠核酸外切酶活性參與校對、修復(fù)多亞基不對稱二聚體？單肽鏈組成250120109分子量(kD)DNA-polIIIDNA-polIIDNA-polI第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一（二）常見的真核細(xì)胞DNA聚合酶DNA-pol起始引發(fā)，有引物酶活性。子鏈延長的主要酶，解螺旋酶活性。參與低保真復(fù)制。在復(fù)制中校讀、修復(fù)和填補(bǔ)缺口。催化線粒體DNA復(fù)制。DNA-pol

DNA-polDNA-polDNA-pol第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一真核生物的DNA聚合酶第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一二、同DNA分子解鏈相關(guān)的酶1、解螺旋酶(helicase)

：利用ATP供能，作用于氫鍵使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈運(yùn)送和協(xié)同DnaBDnaC解開DNA雙鏈解螺旋酶DnaB辨認(rèn)起始點(diǎn)DnaA蛋白質(zhì)通用名功能第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一DnaB、DnaC3535

解螺旋酶的作用DnaAori?第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一2、單鏈DNA結(jié)合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)：在復(fù)制中維持模板處于單鏈狀態(tài)并保護(hù)單鏈的完整。

DnaADnaB、DnaC3535SSBdATPdCTPdGTP第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一108局部解鏈后3、DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶復(fù)制過程正超螺旋的形成：第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一解鏈過程中正超螺旋的形成第25頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一既能水解,又能連接磷酸二酯鍵。

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ

拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ拓?fù)洚悩?gòu)酶分類：拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)：第26頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一拓?fù)涿傅淖饔梅绞剑和負(fù)洚悩?gòu)酶+第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉(zhuǎn)不致打結(jié)；適當(dāng)時候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。拓?fù)洚悩?gòu)酶I作用機(jī)制：第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉(zhuǎn)使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。拓?fù)洚悩?gòu)酶II作用機(jī)制：第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一五、DNA連接酶連接DNA鏈3-OH末端和相鄰DNA鏈5-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。DNA連接酶(DNAligase)作用方式：第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一HO5’3’3’5’ATPADP5’3’5’3’把兩段DNA連成一條完整鏈DNA連接酶連接單鏈缺口催化3-OH和相鄰5-P生成磷酸二酯鍵第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一DNA連接酶在復(fù)制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復(fù)、重組及剪接中也起縫合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能：第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一提供核糖3-OH提供5-P結(jié)果DNA聚合酶引物或延長中的新鏈游離dNTP去PPi(dNTP)n+1連接酶復(fù)制中不連續(xù)的兩條單鏈不連續(xù)→連續(xù)鏈拓?fù)涿盖袛唷⒄砗蟮膬涉湼淖兺負(fù)錉顟B(tài)DNA聚合酶，拓?fù)涿负瓦B接酶催化3,5-磷酸二酯鍵生成的比較

第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一（一）復(fù)制起始：DNA解鏈形成引發(fā)體1.DNA解開成單鏈，提供模板。2.形成引發(fā)體，合成引物，提供3-OH末端。一、原核生物的DNA生物合成第三節(jié)DNA生物合成過程TheProcessofDNAReplication第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一E.coli復(fù)制起始點(diǎn)oriC：245bp，三組串聯(lián)重復(fù)序列和兩對反向重復(fù)序列GATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

串聯(lián)重復(fù)序列

反向重復(fù)序列53531.DNA解鏈第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一DnaADnaB、DnaCDNA拓?fù)洚悩?gòu)酶引物酶SSB35352.引發(fā)體和引物含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為引發(fā)體。第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一3535引物酶催化合成的RNA引物3'HO5'引物酶第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol（二）延長：領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制，隨從鏈不連續(xù)復(fù)制在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個加入引物或延長的子鏈，不斷生成磷酸二酯鍵。復(fù)制叉上領(lǐng)頭鏈和隨從鏈由同一DNA-pol催化。第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一領(lǐng)頭鏈的合成：子鏈沿5→3方向連續(xù)延長。第40頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一隨從鏈的合成第41頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一領(lǐng)頭鏈和隨從鏈由相同的DNA-pol催化延長第42頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一復(fù)制過程簡圖第43頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一原核環(huán)狀DNA雙向復(fù)制片段在終止點(diǎn)(ter)匯合。oriter

E.coli8232oriterSV40500（三）終止：切除引物、填補(bǔ)空缺、連接切口第44頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一555RNA酶OHP5DNA-polⅠdNTP55PATPADP+Pi55DNA連接酶

崗崎片段的連接：第45頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一端粒(telomere)

指真核生物染色體線性DNA分子末端的結(jié)構(gòu),通常膨大成粒狀。端粒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由末端單鏈DNA序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成。末端DNA序列是多次重復(fù)的富含G、T堿基的短序列。TTTTGGGGTTTTGGGG…Pr二、真核生物的DNA生物合成第46頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一第47頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)

DNA損傷（突變）與修復(fù)第48頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一第49頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一DNA突變：指個別dNMP殘基以至片段DNA在構(gòu)成、復(fù)制或表型功能的異常變化，也稱為DNA損傷(DNAdamage)。從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。第50頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一一、突變在生物界普遍存在（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)從長遠(yuǎn)的生物史看，進(jìn)化過程是自發(fā)突變或自然突變(spontaneousmutation)的不斷發(fā)生所造成的。第51頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一（二）只有基因型改變的突變形成DNA的多態(tài)性這種突變沒有可察覺的表型改變。多態(tài)性(polymorphism)一詞用來描述個體之間的基因型差別現(xiàn)象。（三）致死性的突變可導(dǎo)致個體、細(xì)胞的死亡

（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)第52頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一二、誘發(fā)突變的因素大量的突變屬于自發(fā)突變，發(fā)生頻率只不過在10-9左右。但由于生物基因組龐大，細(xì)胞繁殖速度快，因此它的作用是不可低估的。實(shí)驗(yàn)室用來誘發(fā)突變，也是生活環(huán)境中導(dǎo)致突變的因素，主要有物理和化學(xué)因素。第53頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一物理因素：紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV第54頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一化學(xué)因素：第55頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一三、引起突變的分子改變類型有多種點(diǎn)突變(pointmutation)或錯配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)

框移(frame-shift)

第56頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一鐮形紅細(xì)胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

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C肽鏈CAC基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

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C肽鏈CTC基因鐮形紅細(xì)胞貧血病人點(diǎn)突變：DNA分子上一個堿基的變異稱點(diǎn)突變或錯配點(diǎn)突變發(fā)生在基因的編碼區(qū)，可導(dǎo)致氨基酸改變。（一）點(diǎn)突變可導(dǎo)致編碼氨基酸的改變第57頁，共63頁，2023年，2月20日，星期一（二）缺失、插入和框移突變:蛋白質(zhì)氨基酸序列改變?nèi)笔В篋NA鏈上一個堿基或一段核苷酸消失。插入：一堿基或一段核苷酸插入DNA分子中間。都可導(dǎo)致框移突變?？蛞仆蛔?三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變造成蛋白質(zhì)氨基酸順序改變。谷酪蛋絲5’……G