第十章DNA生物合成.ppt课件.ppt

1、第十章第十章 DNA的复制的复制一、一、 DNA的半保留复制的半保留复制 1、DNA的半保留复制的半保留复制： 2、DNA复制的起始点和方向复制的起始点和方向： 3、原核细胞、原核细胞DNA复制（复制（DNA指导下的指导下的DNA合合成）成） 1)DNA聚合酶聚合酶I： 2)DNA聚合酶聚合酶II： 3)DNA聚合酶聚合酶III： 4)双链双链DNA复制的分子机制复制的分子机制： 5)滚环复制：滚环复制： 4、真核细胞、真核细胞DNA的复制（的复制（DNA指导下的指导下的DNA合成）合成） 需要冈崎片段、需要冈崎片段、RNA引物、引物、DNA连接酶、连接酶、解旋酶和蛋白质解旋酶和蛋白质。 5、

2、反转录（、反转录（RNA指导的指导的DNA合成）合成）： 6、DNA的损伤与修复的损伤与修复：1、DNA的半保留复制的半保留复制 1953年年Watson和和Crick提出。提出。 该假说推测：复制时该假说推测：复制时DNA的两条链要分开，然后的两条链要分开，然后用碱基配对方式按照单链用碱基配对方式按照单链DNA的核苷酸顺序合成的核苷酸顺序合成新链，以组成新新链，以组成新DNA分子。这样形成的两个分子。这样形成的两个DNA分子与原来分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样，每个分子的碱基顺序完全一样，每个子代分子的一条链来自亲代子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链是新，另一条链是新合成的。这

3、种复制方式称为半保留复制。合成的。这种复制方式称为半保留复制。 1958年年Meselson 和和Stahl首次用实验直接证明了首次用实验直接证明了DNA的半保留复制。的半保留复制。 氯化铯梯度离心氯化铯梯度离心。2、DNA复制的起始点和方向复制的起始点和方向 起始点：含起始点：含100-200个碱基的一段个碱基的一段DNA，形成复，形成复制叉。制叉。 1）原核生物：一个起始点，第一个）原核生物：一个起始点，第一个DNA的复制的复制尚未完成，就开始第二个尚未完成，就开始第二个DNA分子在同一起始点分子在同一起始点开始复制。复制叉移动速度约开始复制。复制叉移动速度约105bp/min. 2）真核

4、生物：多个起始点）真核生物：多个起始点,形成多个复制泡和复形成多个复制泡和复制眼。复制叉移动速度约制眼。复制叉移动速度约5*102-3bp/min。 方向：方向： 可以朝一个方向，也可以朝两个方向进行可以朝一个方向，也可以朝两个方向进行。1) DNA聚合酶聚合酶I 1956年由年由Kornberg 从大肠杆菌中分离而从大肠杆菌中分离而来。相对分子质量：来。相对分子质量：109000。为一条单链，。为一条单链，活性部位含有紧密结合的锌离子。活性部位含有紧密结合的锌离子。 聚合作用：催化四种脱氧核苷酸、镁离子、聚合作用：催化四种脱氧核苷酸、镁离子、DNA模板、引物合成新的模板、引物合成新的DNA链

5、。链。 3 5 外切酶作用：外切酶作用： 5 3 外切酶作用外切酶作用：2) DNA聚合酶聚合酶II 相对分子质量：相对分子质量：120000 聚合作用：催化四种脱氧核苷酸、镁离子、聚合作用：催化四种脱氧核苷酸、镁离子、DNA模板、引物合成新的模板、引物合成新的DNA链。链。 3 5 外切酶作用：外切酶作用： 该酶活性低，参与复制、修复该酶活性低，参与复制、修复DNA。3) DNA聚合酶聚合酶III 相对分子质量：相对分子质量：140000 聚合作用：催化四种脱氧核苷酸、镁离子、聚合作用：催化四种脱氧核苷酸、镁离子、DNA模板、引物合成新的模板、引物合成新的DNA链。链。 3 5 外切酶作用：

6、外切酶作用： 5 3 外切酶作用外切酶作用 该酶活性高，是酶该酶活性高，是酶I的的15倍，酶倍，酶II的的300倍。倍。为真正的复制酶，为真正的复制酶，DNA复制主要由它起作复制主要由它起作用用。4) 双链双链DNA复制的分子机制复制的分子机制 DNA聚合酶都只能催化聚合酶都只能催化DNA链从链从5 3 端延端延长。长。 A.冈崎片段和半不连续复制冈崎片段和半不连续复制 冈崎片段冈崎片段：DNA进行复制时先合成较短的进行复制时先合成较短的DNA片段，接着出现较大的分子，这种短片段片段，接着出现较大的分子，这种短片段称为冈崎片段。在细菌和真核细胞中普遍存在。称为冈崎片段。在细菌和真核细胞中普遍存

7、在。 DNA半不连续复制半不连续复制：新：新DNA的一条链按的一条链按5 3 端方向连续合成称为端方向连续合成称为“前导链前导链”，另一条链，另一条链的合成则是不连续的，先合成冈崎片段，再通的合成则是不连续的，先合成冈崎片段，再通过酶的作用将这些短片段连在一起构成第二条过酶的作用将这些短片段连在一起构成第二条子链，称为子链，称为“后随链后随链”。4) 双链双链DNA复制的分子机制复制的分子机制 B.冈崎片段的冈崎片段的RNA引物引物 DNA聚合酶催化聚合反应需要四个条件：聚合酶催化聚合反应需要四个条件：四种脱氧核苷酸、镁离子、四种脱氧核苷酸、镁离子、DNA模板、与模板、与DNA模板互补的模板互

8、补的RNA短片段引物短片段引物。 RNA引物的合成称为引物的合成称为“引发引发” 引物引物RNA一般含一般含3-10个碱基，由酶个碱基，由酶III在引在引物物3 端延长生成冈崎片段，再用酶端延长生成冈崎片段，再用酶I除去引除去引物，最后连成后随链。物，最后连成后随链。4) 双链双链DNA复制的分子机制复制的分子机制 C. DNA连接酶连接酶 连接冈崎片段成为后随链。连接冈崎片段成为后随链。 后随链的生成包括三个基本步骤：后随链的生成包括三个基本步骤： 起始：起始：RNA引物合成引物合成 延长：以延长：以RNA为引物合成冈崎片段为引物合成冈崎片段 终止：引物脱落，碱基互补，连接成为后终止：引物脱

9、落，碱基互补，连接成为后随链。随链。4) 双链双链DNA复制的分子机制复制的分子机制 D. 母本母本DNA双链的分离双链的分离 DNA解链酶或解螺旋酶，解开一个碱基对需要解链酶或解螺旋酶，解开一个碱基对需要2ATP供能，一旦解开马上有几分子的单链结合蛋供能，一旦解开马上有几分子的单链结合蛋白与之结合。白与之结合。 DNA旋转酶或拓扑异构酶旋转酶或拓扑异构酶II： 一般来说链的终止不需要任何特定的信号，也不一般来说链的终止不需要任何特定的信号，也不需要特殊的蛋白质参与，后随链合成后自动生成需要特殊的蛋白质参与，后随链合成后自动生成新的双链新的双链DNA。 E. DNA聚合酶的聚合酶的“校对校对”

10、作用复制的准确性作用复制的准确性远高于转录和转译远高于转录和转译。5）滚环复制）滚环复制 1968年年Gibert和和Dressler提出提出 是半保留复制的一种特殊形式是半保留复制的一种特殊形式 噬菌体噬菌体X174DNAX174DNA是单向复制的是单向复制的环状单链分子环状单链分子 闭环单链分子闭环单链分子闭环双链分子（外正内负）；闭环双链分子（外正内负）； 核酸内切酶作用于正链核酸内切酶作用于正链形成一个形成一个3-OH和和5 -磷酸磷酸末端；末端； 以负链为模板在正链切口以负链为模板在正链切口3-OH末端滚动复制；末端滚动复制； 正链正链5 -端从负链分离端从负链分离核酸内切酶作用核酸

11、内切酶作用环化形环化形成成 新的新的DNA分子分子。4、真核细胞、真核细胞DNA的复制的复制 1)与原核细胞主要的不同点：与原核细胞主要的不同点： A.多起点多起点 B.至少有至少有5种种DNA聚合酶聚合酶： C.端粒的复制端粒的复制 2)生物细胞生物细胞DNA复制分子机制的基本特点复制分子机制的基本特点：5种种DNA聚合酶聚合酶 1）DNA聚合酶聚合酶：MrMr : 165-175 : 165-175* *10103 3，4 4种不同的亚基组种不同的亚基组成，主要复制酶，催化成，主要复制酶，催化后随链的合成后随链的合成，无，无3 3 5 5 外切外切酶活性。酶活性。 2）DNA聚合酶聚合酶：

12、 MrMr : 43 : 43* *10103 3 ，主要功能参与，主要功能参与核核DNADNA的的修复修复。 3）DNA聚合酶聚合酶：存在于线粒体中，：存在于线粒体中， MrMr : 150 : 150* *10103 3 ， 参与参与线粒体线粒体DNA复制复制。 4）DNA聚合酶聚合酶：主要复制酶，需要有增殖细胞核抗原：主要复制酶，需要有增殖细胞核抗原存在，具有存在，具有3 3 5 5 外切酶活性，催化外切酶活性，催化前导链的合成前导链的合成，还可以起解旋酶作用。还可以起解旋酶作用。 5）DNA聚合酶聚合酶 ：结构与性质上与：结构与性质上与 DNA聚合酶聚合酶相似，相似，主要功能参与主要功

13、能参与DNADNA修复修复。生物细胞生物细胞DNA复制分子机制的基复制分子机制的基本特点：本特点： 1）复制是半保留的；）复制是半保留的； 2）细菌、病毒复制起始于特定位置，真核生物）细菌、病毒复制起始于特定位置，真核生物有多个起点；有多个起点； 3）复制可以朝一个方向进行，也可以朝两个方）复制可以朝一个方向进行，也可以朝两个方向进行，后者更为常见；向进行，后者更为常见； 4）复制时两条链都从）复制时两条链都从5 5 3 3 端延伸；端延伸； 5 5）复制是半不连续的；）复制是半不连续的； 6 6）冈崎片段的合成需要一小段）冈崎片段的合成需要一小段RNARNA引物；引物； 7 7）复制有多种机

14、制）复制有多种机制。 5、反转录作用、反转录作用 RNA指导下的指导下的DNA合成。合成。 1970年年Temin和和Baltimore同时从致癌同时从致癌RNA病毒中发现病毒中发现RNA指导的指导的DNA聚合酶。聚合酶。RNA逆转录酶起聚合反应的条件：逆转录酶起聚合反应的条件： 1.RNA模板模板2.引物引物3.四种四种dNTP 4.锌锌离子离子5.还原剂还原剂 cDNA：以：以RNA为模板在逆转录酶作用下生为模板在逆转录酶作用下生成的成的DNA，又称互补，又称互补DNA。 cDNA的应用：的应用：1.基因制作基因制作2.RNA测序测序。6、DNA的损伤与修复的损伤与修复 一些物理化学因子可

15、使细胞一些物理化学因子可使细胞DNA受到损伤，从而使生物基因受到损伤，从而使生物基因发生突变或致死。如紫外光使相邻嘧啶形成环形丁烷，主要发生突变或致死。如紫外光使相邻嘧啶形成环形丁烷，主要产生胸腺嘧啶二聚体。产生胸腺嘧啶二聚体。 细胞具有一系列机制，能在一定条件下使细胞具有一系列机制，能在一定条件下使DNA的损伤得到修的损伤得到修复。复。 修复机制：光修复和暗修复修复机制：光修复和暗修复 光修复：可见光激活光修复酶，分解由于紫外光照射而产生光修复：可见光激活光修复酶，分解由于紫外光照射而产生的二聚体。该酶专一性较高，分布广，但在高等哺乳动物中的二聚体。该酶专一性较高，分布广，但在高等哺乳动物中

16、不存在。不存在。 暗修复：也称切除修复，是比较普遍的一种修复机制，对多暗修复：也称切除修复，是比较普遍的一种修复机制，对多种损伤均能起修复作用。共种损伤均能起修复作用。共4步。步。 重组修复：它是受损伤的一段被另一个重组修复：它是受损伤的一段被另一个DNA相同片段代替。相同片段代替。第十一 章RNA的生物合成一、转录（一、转录（DNA指导下的指导下的RNA合合成）成） 1、概念：由、概念：由DNA形成形成RNA的过程。的过程。 2、RNA聚合酶：聚合酶： 原核细胞原核细胞RNA聚合酶聚合酶: ; ;因子因子 真核细胞真核细胞RNA聚合酶聚合酶:、三种三种 3 3、合成、合成RNARNA的具体过

17、程：的具体过程： 起始（起始（启动子启动子）、延长（不需要引物）、）、延长（不需要引物）、终止（终止（终止信号终止信号） 二、二、以以RNARNA为模板合成为模板合成RNARNA病毒病毒p565p565启动子启动子 概念：指概念：指RNA聚合酶能识别、结合和开始转录的一聚合酶能识别、结合和开始转录的一段段DNA序列，原核细胞的启动子约含序列，原核细胞的启动子约含40-60bp。 启动子区域有三个功能部位：启动子区域有三个功能部位： 识别部位：识别部位：-35bp-35bp附近，与附近，与因子结合成疏松复合物因子结合成疏松复合物 PribnowPribnow框：框： -10bp-10bp处富含处

18、富含TATAATTATAAT序列，与酶结合紧密，成序列，与酶结合紧密，成稳定的复合物稳定的复合物 起始部位：与转录生成的起始部位：与转录生成的RNARNA链中第一个核苷酸互补的链中第一个核苷酸互补的bpbp 真核生物的启动子：比原核生物更复杂和多样性真核生物的启动子：比原核生物更复杂和多样性P557-558P557-558终止信号终止信号 不依赖因子：因子： DNA链链3 - -附近有回文结构，富含附近有回文结构，富含G-CG-C碱基，随后碱基，随后紧密相连紧密相连A-TA-T碱基，转录出的产物形成发夹结构阻碱基，转录出的产物形成发夹结构阻碍聚合酶的进一步延伸，碍聚合酶的进一步延伸，RNARNA合成即停止。合成即停止。 依赖因子：因子： DNA链链3 - -附近有回文结构，但没有富含附近有回文结构，但没有富含G-CG-C碱基碱基区域，后面也没有连续的区域，后面也没有连续的A A存在，需要存在，需要因子参与因子参与完成链的终止。完成链的终止。 因子：因子：Mr46000Mr46000，以六聚体形式存在，以六聚体形式存在