生物化学课件（DNA复制生物合成）.ppt

1、DNA RNA 蛋白质蛋白质 转录转录翻译翻译逆转录逆转录复制复制遗传中心法则遗传中心法则1. 半保留复制半保留复制：通过：通过DNA复制产生的新的复制产生的新的DNA双链中，一条链来双链中，一条链来源于亲代的源于亲代的DNA，另一，另一条则是新合成的。条则是新合成的。1958年年Meselson 和和Stahl2. DNA复制的起点和方式复制的起点和方式复制子：基因组上能独立进行复制的单位称为复制子。复制子：基因组上能独立进行复制的单位称为复制子。每个复制子都含有自己的复制起点。每个复制子都含有自己的复制起点。双向复制双向复制：在有些生物体中，：在有些生物体中，DNA的复制是双向复制。的复制

2、是双向复制。大肠杆菌染色体的双向复制示意图大肠杆菌染色体的双向复制示意图大肠杆菌染色体复制过程中的大肠杆菌染色体复制过程中的 形结构形结构双向复制及单向复制中双向复制及单向复制中的复制叉结构的复制叉结构复制叉：复制叉：DNA复制过程中，亲代复制过程中，亲代DNA双链由复制起点开始逐渐双链由复制起点开始逐渐部分解链，形成一个复制叉结构。部分解链，形成一个复制叉结构。3. DNA聚合酶：参与聚合酶：参与DNA复制的主要酶复制的主要酶,该酶催化该酶催化四种四种dNTP合成合成DNA。DNA聚合酶聚合酶模板链模板链合成的新链合成的新链DNA聚合酶的反应特点聚合酶的反应特点:1. 以四种以四种dNTP为

3、底物为底物2. 反应需要接受模板的指导反应需要接受模板的指导3. 反应需要有引物反应需要有引物3羟基存在羟基存在5. DNA链的合成方向为链的合成方向为534. 反应需要有二价金属（主要是反应需要有二价金属（主要是Mg2+）的存在）的存在4. 大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶：主要有三种聚合酶：主要有三种DNA聚合酶聚合酶：1956年年kornberg首次发现首次发现 具有具有DNA聚合酶活性聚合酶活性 35核酸外切酶活性：由核酸外切酶活性：由3 端开始水解端开始水解DNA链链 5 3核酸外切酶活性：由核酸外切酶活性：由5端端 开始水解开始水解DNA链链 从从3端发生焦磷酸解作用端发生焦磷酸解作用

4、DNA聚合酶聚合酶的的35核酸核酸外切酶活性在外切酶活性在DNA复制过程复制过程中起着重要的校对作用中起着重要的校对作用DNA聚合酶活性位点聚合酶活性位点35核酸外切酶活性位点核酸外切酶活性位点DNA聚合酶聚合酶的的5 3核酸核酸外切酶活性一般作用于双链外切酶活性一般作用于双链DNA的配对碱基，从的配对碱基，从5 端水端水解核苷酸。解核苷酸。DNA聚合酶聚合酶的的5 3核酸外切酶活性在核酸外切酶活性在DNA复制和修复中起着重要的作复制和修复中起着重要的作用。用。DNA聚合酶聚合酶的结构：单链多肽。用枯草杆菌蛋白酶进行有限水解，的结构：单链多肽。用枯草杆菌蛋白酶进行有限水解，可以得到两个大小不同

5、的片段。可以得到两个大小不同的片段。Klenow片段：包含有片段：包含有35核酸外切酶活性和核酸外切酶活性和DNA聚合酶活性聚合酶活性DNA聚合酶聚合酶：多亚基聚合酶，含有：多亚基聚合酶，含有DNA聚合酶活性聚合酶活性和和35核酸外切酶活性，不具有核酸外切酶活性，不具有5 3核酸外切酶活核酸外切酶活性。反应中需要有性。反应中需要有NH4+的激活。是一种主要起修复作的激活。是一种主要起修复作用的酶。用的酶。DNA聚合酶聚合酶：多亚基聚合酶，包含有：多亚基聚合酶，包含有10个亚基。其中个亚基。其中 、和、和亚基构成所谓核心酶。亚基构成所谓核心酶。被认为是大肠杆菌细胞内真被认为是大肠杆菌细胞内真正负

6、责正负责DNA复制的聚合酶。复制的聚合酶。 1. 其其亚基具有亚基具有DNA聚合酶活性，当和其他亚基构成全聚合酶活性，当和其他亚基构成全酶时，聚合效率可达到酶时，聚合效率可达到1000bp/sec.2. 其其亚基具有亚基具有35核酸外切酶活性，起校对作用。核酸外切酶活性，起校对作用。3. 不具有不具有5 3核酸外切酶活性核酸外切酶活性Sliding clamp subunitsCatalyticsubunitCatalyticsubunit3 5 exonucleasesubunits大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶的结构示的结构示意图意图催化亚基催化亚基35核酸外切酶活性核酸外切酶活性大肠

7、杆菌大肠杆菌DNA聚合酶聚合酶亚基亚基-DNA结合示意图结合示意图大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNA聚合酶的比较聚合酶的比较5. DNA的半不连续复制：的半不连续复制：DNA分子是反向平行的；体分子是反向平行的；体内所有已知的内所有已知的DNA聚合酶的合成方向都是聚合酶的合成方向都是5 3。前导链前导链冈崎片段冈崎片段前导链前导链后续链后续链6. DNA的复制需要有的复制需要有RNA引物：所有已知的引物：所有已知的DNA聚合酶聚合酶都不能从头合成新链；都不能从头合成新链；RNA聚合酶则可在有聚合酶则可在有DNA模板的模板的基础上，合成新的基础上，合成新的RNA。DNA合成需要引物，而合成需要引物，

8、而RNA合合成不需要引物。成不需要引物。 DNA复制起始的复制起始的RNA引物是在引物是在DNA模板链的一定部位合模板链的一定部位合成的，由引物合成酶催化，一般长为几个至成的，由引物合成酶催化，一般长为几个至10几个核苷酸。几个核苷酸。 DNA复制完成后，复制完成后，RNA引物的消除和缺口的填补是由引物的消除和缺口的填补是由DNA聚合酶聚合酶来完成的。来完成的。7. DNA复制的高保真性：复制的高保真性：利用利用DNA聚合酶反应的保真机制聚合酶反应的保真机制利用利用DNA聚合酶的聚合酶的35核酸外切酶活性核酸外切酶活性利用体内的各种修复系统利用体内的各种修复系统8. DNA复制体：指与复制体：

9、指与DNA复制相关的复制相关的30多种蛋白质和多种蛋白质和酶组成的高效的、高精度复制的完整复合物。酶组成的高效的、高精度复制的完整复合物。解旋酶（解旋酶（helicase）：利用：利用ATP水解释放的能量解开双链水解释放的能量解开双链DNA的的负超螺旋。负超螺旋。单链结合蛋白（单链结合蛋白（SSB）：结合在单链：结合在单链DNA上，维持单链上，维持单链DNA的完整性和稳定性。的完整性和稳定性。拓扑异构酶拓扑异构酶：通过改变：通过改变DNA的超螺旋状态，降低复制叉前的超螺旋状态，降低复制叉前进时带入的扭曲张力，促进双链的解开。进时带入的扭曲张力，促进双链的解开。DNA连接酶连接酶：连接：连接DN

10、A片段片段引物酶引物酶：合成：合成DNA复制过程中所需要的复制过程中所需要的RNA引物引物。DNA聚合酶聚合酶：新生：新生DNA链的延长链的延长1. 复制的起始：复制的起始：DanAHuDanB，DanCE.Coli DNA复复制起始模式图制起始模式图2. 链的延伸链的延伸前导链的延伸前导链的延伸DNA拓扑异构酶拓扑异构酶解旋酶解旋酶DNA聚合酶聚合酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA复制叉的结构示意图复制叉的结构示意图解旋酶解旋酶单链结合蛋白单链结合蛋白RNA引物引物引物酶引物酶冈崎片段冈崎片段滞后链的延伸：滞后链的延伸：冈崎片段的合成冈崎片段的合成RNA引物引物DNA引物酶引物酶DNA拓扑异构

11、酶拓扑异构酶解链酶解链酶滞后链的延伸：冈崎片段的合成滞后链的延伸：冈崎片段的合成滞后链合成滞后链合成过程中过程中DNA聚合酶聚合酶的的移动移动滞后链滞后链RNA引物的切除：引物的切除： DNA聚合酶聚合酶的的5 3核酸外切酶活性核酸外切酶活性滞后链的连接：滞后链的连接：DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶的作用机制的作用机制DNA连接酶连接酶3. 复制的终止：大肠杆菌染复制的终止：大肠杆菌染色体复制的终止色体复制的终止1. 直接修复：指经酶促反应进行修复的过程。包直接修复：指经酶促反应进行修复的过程。包括光修复和单个酶的直接修复作用。括光修复和单个酶的直接修复作用。鸟苷酸的甲

12、鸟苷酸的甲基化导致碱基化导致碱基的错配基的错配甲基转移酶对甲基化鸟嘌呤碱基的作用甲基转移酶对甲基化鸟嘌呤碱基的作用2. 切除修复：指在一系列酶的作用下，将切除修复：指在一系列酶的作用下，将DNA分子中受分子中受损的部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成出损的部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成出切除的部分，切除的部分，DNA结构恢复正常的过程。结构恢复正常的过程。核苷酸切除修复核苷酸切除修复碱基切除修复碱基切除修复3. 错配修复：修复在复制过错配修复：修复在复制过程中错配且没有被校正的单程中错配且没有被校正的单个或少数碱基。个或少数碱基。错配修复错配修复4. SOS反应与易错修复：反应与易错修复：SOS反应是指细胞反应是指细胞DNA受到损受到损伤或复制系统受到抑制的情况下出现的应急效应。伤或复制系统受到抑制的情况下出现的应急效应。5. 重组修复：复制后同源重组修复：复制后同源DNA重组，使得单链上对应损重组，使得单链上对应损伤部位得以修复的过程。伤部位得以修复的过程。