DNA的生物合成PPT课件.ppt
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- DNA 生物 合成 PPT 课件
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1、主要内容 中心法则 DNA的复制 DNA的半保留复制 参与复制的酶类 复制过程 DNA的损伤与修复 DNA损伤 DNA损伤的修复 逆转录DNA 是生物遗传信息的载体1869年,Johann. F. Miescher 首次从从莱茵河鳟鱼细胞核中发现DNA肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验:1928年,Frederick Griffth 实验J. F. MiescherJ. F. MiescherF. GriffthF. Griffth1928, Griffth 肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验DNA是遗传信息载体的证明肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验1944年,Oswald Avery
2、, Colin MacLeod, Maclyn McCarty 证明DNA为生物遗传信息的载体Oswald AveryOswald AveryColin MacLeodColin MacLeodMaclyn McCartyMaclyn McCarty1944年,肺炎双球菌转化实验DNA 双螺旋结构的发现Watson & Crick Nature 171, 737-738 (1953)中心法则:解释遗传信息在生物大分子之间传递顺序的框架中心法则中心法则朊病毒朊病毒DNA 复制复制RNA 复制复制DNA的生物合成1. DNA复制(replication)2. DNA修复(repair)3. 逆转录
3、(reverse transcription)DNA 复制以母链 DNA 为模板合成子链DNA的过程,使亲代的遗传信息得以准确传递到子代。DNA复制机制的实验验证 半保留模型半保留模型(Semiconservetive model) 全保留复制模型全保留复制模型(Conservetive model) 分散模型分散模型 (Dispersive model)DNA 复制方式的三种假说( (半保留复制半保留复制) )( (全保留复制全保留复制) )( (混合式混合式) )DNA 的半保留复制半保留复制(半保留复制(semi-conservative replication)即子代即子代DNA双链分
4、子中,一股链来双链分子中,一股链来自亲代模板,一股链为新合成的。自亲代模板,一股链为新合成的。半保留复制的意义:保证亲代的遗半保留复制的意义:保证亲代的遗传信息准确传递给子代,体现了遗传信息准确传递给子代,体现了遗传的高度保真性。传的高度保真性。原核生物:原核生物:Meselson-Stahl 实验实验 Franklin Stahl半保留复制的实验证明半保留复制的实验证明原核生物复制的起点和方向原核生物复制的起点和方向 E. coli,固定起始点、双向对称复制。 T7,一端的17处开始,向两端延伸。 枯草杆菌有固定的起始点,双向不对称复制。 质粒R6K早期为单向复制,复制了约1/5基因组时进行
5、双向复制。 质粒Col E1有固定起始点,但却为单向复制。 mt DNA进行进行D环复制(displaced loop)。 真核有多个复制起点,双向等速复制。D环复制环复制 DNA的半不连续的半不连续复制复制复制时复制时DNA链延伸可能有三种方式链延伸可能有三种方式12 3 DNA复制的半不连续性复制的半不连续性 一条链连续合成,一条链连续合成,称前导链称前导链 (Leading Strand), 另另一条链分一条链分段合成段合成,称滞后链,称滞后链 (Lagging Strand) 。 原因:原因:DNA双螺旋分子两条链方向相反,新链合成的方向双螺旋分子两条链方向相反,新链合成的方向只能只能
6、53一个方向合成。一个方向合成。1967年,冈崎实验年,冈崎实验脉冲标记和脉冲追踪脉冲标记和脉冲追踪冈崎令治冈崎令治1978年,年,Olivera 实验实验 细胞内存在 dTTP 和dUTP,而 DNA聚合酶 不能区分它们。 dUTPase酶,使 dUTP 变成 dUMP,其不能作为 DNA 合成的底物。 尿嘧啶N-糖苷酶(uracilN - glycosylase),切断混入尿苷的糖苷键,形成AP位点。 AP内切酶,在AP位点切出一个缺口,进行切除修复。Baldomero M. Olivera参与DNA复制的酶类及蛋白质因子1. DNA聚合酶(聚合酶( DNA polymerase )2.
7、双链双链DNA解链、解旋酶解链、解旋酶3. 引物酶引物酶4. 连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶 (DNA polymerase) 1957年,由 Arthur Kornberg, Washington University at St. Louis, 从大肠杆菌(E. coli) 中发现。 1959,获得 Nobel Prize in Physiology or Medicine. 依赖DNA的DNA聚合酶 (DNA dependent DNA polymerase)原核生物复制的酶系统原核生物复制的酶系统DNA聚合酶的共同特点:(1)需要提供合成模板(2)不能起始新的DNA链,必须要有引物提供
8、3OH(3)合成的方向都是53(4)除聚合酶功能外,还有其他功能,如3-5, 5-3外切酶功能。 大肠杆菌中的三种DNA多聚酶 DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶不同种类亚基数目不同种类亚基数目1710相对分子质量相对分子质量103 00088 000900 000 5 3 核酸聚合酶活核酸聚合酶活性性+3 5 核酸外切酶活核酸外切酶活性性+5 3 核酸外切酶活核酸外切酶活性性+-聚合速度(核苷酸聚合速度(核苷酸/分)分)1 0001200240015 00060 000持续合成能力持续合成能力32001500500 000分子数分子数/细胞细胞4001001020功能功能
9、切除引物,修复切除引物,修复修复修复复制复制DNA聚合酶 I 的结构与功能DNA聚合酶I有6个结合位点:(1) 模板结合位点;(2) 引物结合位点;(3) 引物3OH结合位点;(4) 底物dNTP结合位点;(5) 53外切酶结合位点;(6) 35校正位点。 DNA聚合酶的功能1. 53聚合功能聚合功能2. 35外切活性外切活性3. 53外切活性外切活性 (1)切口平移(切口平移(nick translation) (2)链的置换链的置换 (3)模板转换模板转换(template-switching)4. 内切酶活性内切酶活性原核生物复制的酶系统原核生物复制的酶系统DNA聚合酶 I 功能切口平移
10、切口平移 (nick translation)原核细胞的DNA聚合酶聚合酶聚合酶II 活性弱活性弱, 作用不详作用不详 有从有从53延伸多核苷酸链的聚合酶活性延伸多核苷酸链的聚合酶活性 有从有从35 外切酶的活性外切酶的活性DNA聚合酶的结构与功能DNA聚合酶聚合酶 III 的结构的结构连接酶(连接酶(ligase) 将不连续的将不连续的DNA片段的片段的5-PO4与相邻的与相邻的3-OH以以 3-5 磷酸磷酸二酯键连接起来。二酯键连接起来。 原核生物通过分解原核生物通过分解NAD为为NMN和和Pi提供能量,真核生物提供能量,真核生物则消耗则消耗ATP。单链结合蛋白(单链结合蛋白(single
11、 strand binding protein) 负责与DNA单链区域结合 防止新形成的单链DNA重新配对形成双链DNA 防止新形成的单链DNA被核酸酶降解 E. coli 为四聚体,177aa双链双链DNA解链、解旋酶解链、解旋酶 解旋酶解旋酶 (helicase):把把DNA双链的氢键打开,催化双螺旋解链双链的氢键打开,催化双螺旋解链需消耗需消耗ATP双链双链DNA解链、解旋酶解链、解旋酶拓扑异构酶(拓扑异构酶(topoisomerase)I型型,切断,切断DNA单链单链; II型型,切断切断DNA双链。双链。需消耗需消耗ATP。兼有内切酶和连接酶活性兼有内切酶和连接酶活性, 可迅速使可迅
12、速使DNA两条链断开又接上两条链断开又接上, 消除解链酶产生的拓扑张力。消除解链酶产生的拓扑张力。当引入负超螺旋当引入负超螺旋时需要由时需要由ATP提供能量提供能量, 同复制有关。同复制有关。引物酶(引物酶(primase)依赖DNA的RNA聚合酶,但不同于转录的RNA聚合酶,以复制起点的DNA序列为模板,合成5-3的RNA短片段复制起始区的结构特点复制起始区的结构特点1.富含AT,双链易于解开,起始复制;2.含有多个回文结构 (914个GATC), 8个GATC较保守, CATC中的“ A”已甲基化;3.具有 4个反向重复顺序,作为蛋白结合位点;4.此顺序的右侧毗邻区域有两个起动子,其可能的
13、作用是:转录产生引物;产生复制必要的蛋白;产生调节功能的RNA;起转录激活作用。原核生物DNA 复制过程 复制的起始复制的起始原核生物只有一个原核生物只有一个起始点(起始点(origin, ori)真核生物有多个起始点。真核生物有多个起始点。 1. DNA解为单链解为单链解旋酶:解旋酶:进行解链,形成超螺旋。进行解链,形成超螺旋。拓扑异构酶:拓扑异构酶:超螺旋的转型,把正超螺旋转变为利于复制的超螺旋的转型,把正超螺旋转变为利于复制的负超螺旋,形成负超螺旋,形成复制叉(复制叉(replication fork)。原核生物DNA 复制过程 2.引物合成:引物合成:促进引物合成的蛋白质因子与复制起始
14、点促进引物合成的蛋白质因子与复制起始点 (ori) 结合,形结合,形成成引发体前体(引发体前体(preprimosome)。引物酶引物酶与与引发体前体结合,引发体前体结合,形成形成引发体(引发体(primosome),合合成与模板成与模板DNA链链3端互补的端互补的RNA引物引物。 原核生物DNA复制过程3.复制的延长复制的延长由由DNA聚合酶聚合酶III催化,是主要的复制酶。催化,是主要的复制酶。前导链(前导链(leading chain):模板):模板DNA链为链为 35 方向,方向,新链按新链按5 3方向连续合成方向连续合成,合成方向与解链方向一合成方向与解链方向一致。致。滞后链(滞后链
15、(lagging chain ):模板):模板DNA链为链为53方向,合方向,合成方向与解链方向相反,不能连续合成新链。成方向与解链方向相反,不能连续合成新链。DNA复制是半不连续的过程。复制是半不连续的过程。原核生物DNA复制过程4. 复制的终止复制的终止:由由DNA聚合酶聚合酶I和和DNA连接酶催化完成。连接酶催化完成。DNA聚合酶聚合酶I切除引物,并且填补空隙切除引物,并且填补空隙DNA连接酶把连接酶把DNA片段连接起来。片段连接起来。真核生物的五种真核生物的五种DNA聚合酶聚合酶酶活性53聚合酶+35外切核酸酶-+53外切核酸酶-+构成(亚基)44425分子量(kD)300363816
16、0300170250细胞内定位细胞核细胞核线粒体细胞核细胞核主要功能引发修复复制复制修复真核生物的真核生物的DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶,负责新链的起始合成,负责新链的起始合成DNA聚合酶聚合酶,负责前导链的延伸,负责前导链的延伸聚合酶聚合酶,可能负责滞后链的延伸,也可能有其他,可能负责滞后链的延伸,也可能有其他功能功能DNA聚合酶聚合酶,负责线粒体,负责线粒体DNA的复制的复制DNA聚合酶聚合酶,修复功能,修复功能真核生物复制的特点:真核生物复制的特点:1. 复制起始点多复制起始点多2. 引物引物RNA短短3. 冈崎片段短冈崎片段短4. DNA聚合酶不同聚合酶不同5. 连接酶作用时需
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