衛(wèi)校生物化學(xué)的生物合成

關(guān)于衛(wèi)校生物化學(xué)的生物合成第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA通過復(fù)制將遺傳信息由親代傳遞給子代；通過轉(zhuǎn)錄和翻譯，將遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)分子，從而決定生物的表現(xiàn)型。DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過程就構(gòu)成了遺傳學(xué)的中心法則。第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)DNA的生物合成第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月一復(fù)制的基本規(guī)律DNA復(fù)制的方式——半保留半不連續(xù)復(fù)制第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA在復(fù)制時(shí)，以親代DNA的每一條鏈作模板，合成完全相同的兩個(gè)雙鏈子代DNA，每個(gè)子代DNA中都含有一條親代DNA鏈，這種現(xiàn)象稱為DNA的半保留復(fù)制。一、半保留復(fù)制第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)制親代DNA子代DNADNA半保留復(fù)制示意圖第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA以半保留方式進(jìn)行復(fù)制，是在1958年由M.Meselson

和F.Stahl所完成的實(shí)驗(yàn)所證明。該實(shí)驗(yàn)首先將大腸桿菌在含15N的培養(yǎng)基中培養(yǎng)約十五代，使其DNA中的堿基氮均轉(zhuǎn)變?yōu)?5N。然后將大腸桿菌移至只含14N的培養(yǎng)基中同步培養(yǎng)一代、二代、三代。分別提取DNA，作密度梯度離心，將具有不同密度的DNA分離開。DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)證明第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA半保留復(fù)制研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月按半保留復(fù)制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現(xiàn)了遺傳的保守性。遺傳的保守性，是物種穩(wěn)定性的分子基礎(chǔ)，但不是絕對(duì)的。半保留復(fù)制的意義第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA在復(fù)制時(shí)，需在特定的位點(diǎn)起始，這是一些具有特定核苷酸排列順序的片段，即復(fù)制起始點(diǎn)(origin)

。在原核生物中，復(fù)制起始點(diǎn)通常為一個(gè)，而在真核生物中則為多個(gè)。二、有一定的復(fù)制起始點(diǎn)第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月習(xí)慣上把兩個(gè)相鄰DNA復(fù)制起始點(diǎn)之間的距離（或DNA片段）定為一個(gè)復(fù)制子(replicon)。復(fù)制子是獨(dú)立完成復(fù)制的功能單位。DNA復(fù)制時(shí)，局部雙螺旋解開形成兩條單鏈，這種叉狀結(jié)構(gòu)稱為復(fù)制叉。第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復(fù)制子3’復(fù)制起始點(diǎn)與復(fù)制子示意圖第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月參與DNA復(fù)制的DNA聚合酶，必須以一段具有3’端自由羥基（3’-OH）的RNA作為引物(primer)，才能開始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為50~100個(gè)核苷酸，而在真核生物中約為10個(gè)核苷酸。RNA引物的堿基順序，與其模板DNA的堿基順序相配對(duì)。三、需要引物第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA復(fù)制時(shí)，以復(fù)制起始點(diǎn)(origin)為中心，向兩個(gè)方向進(jìn)行解鏈，形成兩個(gè)延伸方向相反的復(fù)制叉，稱為雙向復(fù)制(bidirectionalreplication)。但在低等生物中，也可進(jìn)行單向復(fù)制（如滾環(huán)復(fù)制）。復(fù)制中的放射自顯影圖象四、雙向復(fù)制第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月oriterABCA.環(huán)狀雙鏈DNA及復(fù)制起始點(diǎn)B.復(fù)制中的兩個(gè)復(fù)制叉C.復(fù)制接近終止點(diǎn)(termination,ter)DNA的雙向復(fù)制示意圖第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA鏈，即模板DNA鏈的方向必須是3'→5'。由于DNA分子中兩條鏈的走向相反，因此當(dāng)分別以兩條親代DNA鏈作為模板聚合子代DNA鏈時(shí)，子代鏈的聚合方向也是不同的。五、半不連續(xù)復(fù)制第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月35353′5′3′5′解鏈方向領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)DNA的半不連續(xù)復(fù)制3′5′第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月以3’→5’方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)基本上是連續(xù)進(jìn)行的，其子代鏈的聚合方向?yàn)?’→3’，這一條鏈被稱為領(lǐng)頭鏈(leadingstrand)。以5’→3’方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在復(fù)制時(shí)則是不連續(xù)的，其鏈的聚合方向也是5’→3’，這條鏈被稱為隨從鏈(laggingstrand)。領(lǐng)頭鏈連續(xù)復(fù)制而隨從鏈不連續(xù)復(fù)制，就是復(fù)制的半不連續(xù)性。

第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月由于親代DNA雙鏈在復(fù)制時(shí)是逐步解開的，因此，隨從鏈的合成也是一段一段的。DNA在復(fù)制時(shí)，由隨從鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱為岡崎片段(Okazakifragment)。岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個(gè)核苷酸，而在真核生物中約為100個(gè)核苷酸。第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月二參與DNA復(fù)制的酶類和蛋白因子第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA在和染色體中是以超螺旋狀態(tài)存在的，復(fù)制時(shí)必須先解開超螺旋和雙螺旋，形成裸露的單鏈才能作為模板進(jìn)行合成。（1）拓?fù)洚悩?gòu)酶負(fù)責(zé)解開DNA的超螺旋。在DNA的一定部位將雙鏈中的一條切開，是鏈末端沿松解方向轉(zhuǎn)動(dòng)松弛，然后將切口封閉，使DNA呈松弛狀態(tài)。1、參與DNA解螺旋和解鏈的酶及蛋白因子第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）解鏈酶，這類酶蛋白一旦與雙鏈DNA連接，就會(huì)引起DNA雙鏈解旋，并使兩條分開的鏈呈直線，以便模板鏈在DNA聚合酶的作用下進(jìn)行分子復(fù)制。第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）單鏈結(jié)合蛋白質(zhì)(SSB)：結(jié)合于螺旋酶沿復(fù)制叉方向向前推進(jìn)產(chǎn)生的單鏈區(qū)，防止新形成的單鏈DNA重新配對(duì)形成雙鏈DNA或被核酸酶降解的蛋白質(zhì)。

第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月催化RNA引物合成的酶稱為引物酶。引物酶(primerase)本質(zhì)上是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP），該酶以DNA為模板，聚合一段RNA短鏈引物(primer)，以提供自由的3’-OH，使子代DNA鏈能夠開始聚合。引物酶需組裝成引發(fā)體才能催化RNA引物的合成。2、引物酶和引發(fā)體第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月在E.coli中，含有解螺旋酶(DnaB蛋白)、DnaC蛋白、引物酶(DnaG蛋白)和DNA復(fù)制起始區(qū)域的復(fù)合結(jié)構(gòu)被稱為引發(fā)體(primosome)

。第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3、DNA聚合酶全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DDDP)簡(jiǎn)稱：DNA-pol作用：在DNA模板鏈的指導(dǎo)下，以dNTP為原料，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則將dNTP逐個(gè)加在寡核苷酸片段的3’-OH上，形成磷酸二酯鍵，從而使新合成的DNA鏈沿5’-3’方向延長(zhǎng)?；钚裕?.53

的聚合酶活性

2.核酸外切酶活性第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月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(cuò)配的堿基對(duì)，并將其水解。DNA聚合酶的核酸外切酶活性第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月在原核生物中，目前發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶有三種，分別命名為DNA聚合酶Ⅰ（polⅠ），DNA聚合酶Ⅱ（polⅡ），DNA聚合酶Ⅲ（polⅢ），這三種酶都屬于具有多種酶活性的多功能酶。參與DNA復(fù)制的主要是polⅢ和polⅠ。（一）種類和生理功能：第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

原核生物中的三種DNA聚合酶

第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月為了保證遺傳的穩(wěn)定，DNA的復(fù)制必須具有高保真性。DNA復(fù)制時(shí)的保真性主要與下列因素有關(guān)：

1．遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)規(guī)律；

2．DNA聚合酶在復(fù)制時(shí)對(duì)堿基的正確選擇；

3．對(duì)復(fù)制過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及時(shí)進(jìn)行校正。

（二）DNA復(fù)制的保真性(fidelity)：第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA-pol的核酸外切酶活性和及時(shí)校讀A：DNA-pol的外切酶活性切除錯(cuò)配堿基；并用其聚合酶活性摻入正確配對(duì)的底物。B：堿基配對(duì)正確，DNA-pol不表現(xiàn)外切酶活性。第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA連接酶ATP（NAD+）ADP+Pi（NMN++AMP）HO5’3’5’3’3’5’5’3’4、DNA連接酶第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA連接酶催化的條件是：①需一段DNA片段具有3'-OH，而另一段DNA片段具有5'-Pi基；②未封閉的缺口位于雙鏈DNA中，即其中有一條鏈?zhǔn)峭暾?；③需要消耗能量，在原核生物中由NAD+供能，在真核生物中由ATP供能。第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月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。是基因工程的重要工具酶之一。DNA連接酶的作用第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三DNA復(fù)制過程第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA復(fù)制的起始階段，由下列兩步構(gòu)成。

1．解旋解鏈，形成復(fù)制叉：由拓?fù)洚悩?gòu)酶和解鏈酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結(jié)合蛋白（SSB）四聚體結(jié)合在兩條單鏈DNA上，形成復(fù)制叉。（一）、復(fù)制的起始第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2．引發(fā)體組裝和引物合成：由解螺旋酶(DnaB蛋白)、DnaC蛋白、引物酶(DnaG蛋白)和DNA復(fù)制起始區(qū)域形成引發(fā)體；在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3'端自由羥基（3'-OH）。第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）、復(fù)制的延長(zhǎng)復(fù)制的延長(zhǎng)指在DNA聚合酶（DNA-PolⅢ）催化下，以3’→5’方向的親代DNA鏈為模板，從5’→3’方向聚合子代DNA鏈。其化學(xué)本質(zhì)是dNTP以dNMP的方式逐個(gè)加入引物或延長(zhǎng)中的子鏈上，磷酸二酯鍵不斷生成。隨從鏈中復(fù)制到一定程度，DNA-PolⅠ將岡崎片段之間的RNA引物切除并行DNA聚合酶功能將岡崎片段連接起來形成一條完整的DNA鏈。第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月5'3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-polDNA復(fù)制的延長(zhǎng)過程第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月領(lǐng)頭鏈的合成過程第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月隨從鏈的合成過程第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月DNA復(fù)制過程簡(jiǎn)圖第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）、復(fù)制的終止

在復(fù)制過程中形成的RNA