DNA的生物合成和修复课件.ppt
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- DNA 生物 合成 修复 课件
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1、 华东理工大学精品课程第三章 DNA的生物合成和修复核酸生物合成的一般规则DNA的复制 逆转录 DNA的修复系统 核酸生物合成的一般规则绝大多数细胞核酸的合成,都是按照绝大多数细胞核酸的合成,都是按照Watson-Crick 碱基互补碱基互补的原则,通过拷贝预先存在的的原则,通过拷贝预先存在的DNA链(模板链(模板链)来产生。(链)来产生。(中心法则中心法则)逆转录逆转录中心法则中心法则复制复制复制复制复制复制转录转录翻译翻译 复制:复制:以亲代以亲代DNA或或RNA为模板,根据碱基配对原则,合为模板,根据碱基配对原则,合 成与亲代相同的子代成与亲代相同的子代DNA或或RNA的过程。的过程。
2、转录:转录:以以DNA为模板,按照碱基配对原则合成为模板,按照碱基配对原则合成RNA,即将,即将 DNA所含的遗传信息传给所含的遗传信息传给RNA,形成一条与,形成一条与DNA链互补的链互补的 RNA的过程。的过程。 翻译:翻译:也叫转译,以也叫转译,以mRNA为模板,为模板, 将将mRNA的密码解读的密码解读 成蛋白质氨基酸序列的过程。成蛋白质氨基酸序列的过程。 逆转录:逆转录:以以RNA为模板,为模板, 在逆转录酶的作用下,生成在逆转录酶的作用下,生成DNA 的过程。的过程。 核酸生物合成的一般规则核酸链的合成方向核酸链的合成方向只有一个:只有一个:53 特异的特异的聚合酶聚合酶催化催化合
3、成合成DNA或或RNA3, 5-磷酸二酯键磷酸二酯键延伸部位延伸部位 DNA的复制DNA复制的一般特征大肠杆菌DNA的复制真核生物DNA的复制DNA复制的其它方式PCR技术 DNA的复制DNA复制的一般特征复制的部位复制的反应 真核生物:真核生物:细胞核细胞核 原核生物:原核生物:核质区核质区n1dATPn2dGTP DNA聚合酶聚合酶 n3dCTP DNAn4dTTPDNA + (n1+n2+n3+n4) PPi底物或原料底物或原料酶酶模板模板产物产物复制的方式模板链模板链新链新链半保留复制半保留复制亲代亲代 DNA 的双螺的双螺旋先旋先解旋解旋和和分开分开, 然后以然后以每条链每条链为为模
4、板,按照模板,按照碱基碱基配对配对原则,原则, 各形各形成一条成一条互补链互补链的的复制方式。每个复制方式。每个子代子代DNA分子中分子中有一条链来自亲有一条链来自亲代代DNA,另一条,另一条则是新合成的。则是新合成的。 DNA的复制DNA复制的忠实性DNA聚合酶与模板结合后聚合酶与模板结合后构象构象发生改变,从而发生改变,从而精确选精确选择择dNTP(具有高度精确性)。(具有高度精确性)。 DNA聚合酶还对新掺入的核苷酸进行聚合酶还对新掺入的核苷酸进行校对校对,一旦碱基,一旦碱基错配,则通过其错配,则通过其35核酸外切酶核酸外切酶的活性进行切除。的活性进行切除。DNA合成都是从先合成的一小段
5、合成都是从先合成的一小段RNA引物的引物的3-OH开开始,然后再切除引物。始,然后再切除引物。DNA的的损伤修复系统损伤修复系统。错误率为错误率为10-910-10 DNA的复制参与复制的酶和蛋白质DNA聚合酶聚合酶 以四种以四种脱氧核苷酸三磷酸脱氧核苷酸三磷酸为底物为底物 反应需要有反应需要有模板模板的指导的指导 反应需要有反应需要有3-OH存在存在 DNA链的合成方向为链的合成方向为53以以DNA为模板为模板的的DNA合成酶合成酶 DNA的复制大肠杆菌大肠杆菌 DNA聚合酶聚合酶I DNA聚合酶聚合酶II DNA聚合酶聚合酶III真核生物真核生物 DNA聚合酶聚合酶a a DNA聚合酶聚合
6、酶b b DNA聚合酶聚合酶g g DNA聚合酶聚合酶d d DNA聚合酶聚合酶e e大肠杆菌大肠杆菌DNA聚合酶的催化活性和功能聚合酶的催化活性和功能DNA聚合酶聚合酶 催化活性催化活性 功功 能能 DNA聚合酶聚合酶I 53核酸聚合酶活性核酸聚合酶活性催化催化DNA链沿链沿53方向延长方向延长 53核酸外切酶活性核酸外切酶活性切去引物切去引物RNA或损伤的或损伤的DNA片段,片段,补上正确的补上正确的DNA片段片段 35核酸外切酶活性核酸外切酶活性切除单链切除单链DNA的的3末端,末端,“校对校对”功能,对功能,对DNA复制的忠实性极为重复制的忠实性极为重要要 DNA聚合酶聚合酶II53核
7、酸聚合酶活性核酸聚合酶活性可能与可能与DNA修复有关修复有关 35核酸外切酶活性核酸外切酶活性DNA聚合酶聚合酶III53核酸聚合酶活性核酸聚合酶活性35核酸外切酶活性核酸外切酶活性 真正负责从新合成真正负责从新合成DNA的复制酶的复制酶 DNA的复制基本活性基本活性 53聚合活性聚合活性 35核酸外切活性核酸外切活性 真核生物真核生物DNA聚合酶的功能聚合酶的功能DNA聚合酶聚合酶 定位定位3 5核酸外切酶活性核酸外切酶活性功功 能能 DNA聚合酶聚合酶a a细胞核细胞核-引发引发DNA聚合酶聚合酶b b细胞核细胞核-DNA修复修复DNA聚合酶聚合酶g g线粒体线粒体+线粒体线粒体DNA复制
8、复制DNA聚合酶聚合酶d d细胞核细胞核+延伸延伸DNA聚合酶聚合酶e e细胞核细胞核+合成和合成和DNA修复修复 DNA的复制DNA聚合酶的聚合酶的53聚合活性聚合活性 DNA的复制DNA聚合酶聚合酶 I 催化的反应催化的反应(35外切酶活性)外切酶活性) DNA的复制DNA连接酶连接酶催化催化DNA双链中一条链上的双链中一条链上的切口切口(3-OH 与它下游相邻的核苷酸的与它下游相邻的核苷酸的 5-磷酸之间)共磷酸之间)共价连接形成价连接形成磷酸二酯键磷酸二酯键。AMP DNA的复制引物酶引物酶以以单链单链DNA为模板,以为模板,以ATP、GTP、CTP、UTP为原料,从为原料,从53方向
9、合成出方向合成出RNA片段,作片段,作为为DNA合成的引物。合成的引物。单链结合蛋白(单链结合蛋白(SSB)选择性结合并覆盖在选择性结合并覆盖在单链单链DNA上,防止上,防止DNA复复制过程中,解开的制过程中,解开的DNA单链被单链被核酸酶水解核酸酶水解及及重重新结合成双链新结合成双链。 DNA的复制 DNA的复制解螺旋酶解螺旋酶DnaB:六聚体蛋白:六聚体蛋白解螺旋酶解螺旋酶通过水解通过水解ATP获得能量,沿获得能量,沿DNA链链53方向方向解开双链解开双链DNA。 拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶拓扑异构酶II:能暂时性地能暂时性地切断切断和重新和重新连接双链连接双链DNA,作用是将负超螺旋
10、引入,作用是将负超螺旋引入DNA分子,例:分子,例:大肠杆菌中的大肠杆菌中的DNA旋转酶。旋转酶。 DNA的复制DNA聚合酶聚合酶 III引物酶引物酶解旋酶解旋酶DNA聚合酶聚合酶 III单链结合蛋白单链结合蛋白参与复制的酶与蛋白质参与复制的酶与蛋白质 DNA的复制 解旋:解旋:拓扑异构酶拓扑异构酶解除解除DNA的超螺旋结构的超螺旋结构。 解链:解链:解解螺旋酶螺旋酶解开双链解开双链DNA,再由,再由单链结合蛋白单链结合蛋白与之结与之结 合,防止氢键形成。合,防止氢键形成。 识别起点:识别起点:由由DNA指导的指导的RNA聚合酶聚合酶即引物酶完成即引物酶完成。 生成引物:生成引物:以以DNA为
11、模板在为模板在引物酶引物酶催化下由催化下由DNA转录转录生成。生成。 DNA的合成:的合成:在在RNA引物引物3末端上按碱基互补原则经末端上按碱基互补原则经 DNA 聚合酶聚合酶III 催化生成催化生成。 切除引物:切除引物:DNA聚合酶聚合酶 I 催化切除引物即得冈崎片段。催化切除引物即得冈崎片段。 补齐封口:补齐封口:DNA聚合酶聚合酶 I 按碱基互补原则沿按碱基互补原则沿53填补两个填补两个 冈崎片段之间的缺口。其冈崎片段之间的缺口。其3末端羟基与下一个末端羟基与下一个DNA片段片段5末末 端磷酸基,在端磷酸基,在DNA连接酶连接酶催化下形成磷酸二酯键而被连结起催化下形成磷酸二酯键而被连
12、结起 来,最终形成来,最终形成DNA模板链的互补链。模板链的互补链。 DNA的复制大肠杆菌DNA的复制复制的启动DNA复制有特定的复制有特定的起始位点起始位点,即复制起点,用,即复制起点,用ori或或O表示,富含表示,富含A、T。 DNA的复制复制起点复制起点 原核生物:一般只有一个(如原核生物:一般只有一个(如E.coli的的oriC) 真核生物:多个真核生物:多个复制子:复制子:作为含有作为含有一个复制起点一个复制起点的的独立复制单元独立复制单元的一个完整的一个完整DNA分子或分子或DNA分子上的某段区域。质粒、细菌染色体和噬菌体等通分子上的某段区域。质粒、细菌染色体和噬菌体等通常只有一个
13、复制起点,因而其常只有一个复制起点,因而其DNA分子就构成一个复制子;真核分子就构成一个复制子;真核生物染色体有多个复制起始点,因而含有多个复制子。生物染色体有多个复制起始点,因而含有多个复制子。 引发体的合成引发体的合成 DNA的复制复制的起始oriC、DnaA、DnaB和和DnaC装配成装配成前引发复合体前引发复合体3个个13bp的相似回文结构的相似回文结构4个个9bp的重复序列,是的重复序列,是DnaA的结合序列的结合序列复制眼的形成复制眼的形成复制叉复制叉复制叉复制叉复制叉:复制叉:复制眼形复制眼形成后,其两端的叉成后,其两端的叉子状结构。子状结构。 DNA的复制复制方向复制方向 单向
14、复制单向复制 双向复制双向复制复制叉的推进复制叉的推进复制叉推进的方式复制叉推进的方式半不连续复制半不连续复制前导链:前导链:合成方向和复制叉前合成方向和复制叉前进方向进方向相同相同,可连续复制。,可连续复制。滞后链:滞后链:合成方向和复制叉前合成方向和复制叉前进方向进方向相反相反,不能连续复制,不能连续复制,只能分成几个片段合成。只能分成几个片段合成。 DNA的复制引物的合成:引物的合成:DnaB蛋白活化引蛋白活化引物酶,引发物酶,引发RNA引物的合成,引物的合成,引物长度约为几个至引物长度约为几个至10个核苷个核苷酸。酸。半不连续复制:半不连续复制:DNA双螺旋的两条双螺旋的两条链是反向平
15、行的,而合成方向只能链是反向平行的,而合成方向只能是是53。所以在。所以在DNA复制时,复制时,一一条链可连续复制,而另一条链不能条链可连续复制,而另一条链不能连续复制,只能先合成冈崎片段后连续复制,只能先合成冈崎片段后再连接起来。再连接起来。冈崎片段:冈崎片段:滞后链中合滞后链中合成的多个成的多个DNA片段。片段。 DNA的复制引物合成引物合成前导链的合成前导链的合成滞后链的合成滞后链的合成冈崎片段冈崎片段冈崎片段冈崎片段引物合成引物合成复制叉推进的过程复制叉推进的过程 DNA的复制复制眼的增大复制眼的增大 DNA的复制复制的结束切口切口引物切除引物切除缺口填补缺口填补切口连接切口连接 DN
16、A的复制 DNA的复制复制叉相遇复制叉相遇复制叉复制叉2 复制起点复制起点 复制叉复制叉1 E.coli 复制终止区复制终止区DNA可继续延伸可继续延伸 DNA阻断,复制终止阻断,复制终止 环状环状DNA从单点开始从单点开始双向复制双向复制,使两个复,使两个复制叉在复制起点对面的制叉在复制起点对面的终止区域(称为终止区域(称为ter)的特定序列的特定序列(23bp区域)处终止,从而结区域)处终止,从而结束复制,形成束复制,形成两个环状两个环状DNA分子分子。终止需终止需要要Tus蛋白蛋白,它能识别,它能识别ter保守顺序,保守顺序,ter-Tus复合物可能通过复合物可能通过抑制螺旋酶抑制螺旋酶
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