11 DNA的生物合成—复制.ppt课件.ppt

1、1中心法则现 代 生 物 化 学 和 分 子 生 物 学 的 一 个 最 基 本 的 观 点 在生命有机体中，基因是唯一能够复制，并且能永远存在的单位，而其意义最终须通过蛋白质才体现出来。从DNA到蛋白质，遗传信息的流动遵循着 中心法则 。32 DNA的半保留复制半保留复制 （ semiconservative replication）即新的双链 DNA中，一股链来自模板，一股链为新合成的。半保留复制的意义复制的这种方式可保证亲代的遗传特征完整无误的传递给子代，体现了遗传的保守性。4半保留复制实验依据1958年 M.Messelson 等用实验予以了证实双螺旋结构是半保留复制的分子基础5（以原

2、核生物 大肠杆菌为例）1. 原料： dNTP， Mg+2. 双链 DNA模板3. 引物 （ primer），小片段的 DNA或 RNA，常是 RNA，有游离的 3OH。4. 引物酶（ primase， DnaG），用于合成复制所必需的 RNA引物5. 解螺旋酶 ( helicase ) , DnaB, 由 DnaA和 DnaC协助在复制的起始点（ Ori C）上解开双螺旋。3 DNA的复制过程3.1 与复制有关的酶和因子66.7.单链结合蛋白 （ SSB， single stranded binding protein）稳定已经解开成两股的 DNA单链，防止其退火复性。拓扑异构酶 (DNA t

3、opoisomerase)DNA 分子中存在打结，缠绕、连环的超螺旋现象。I 型酶： 切开双链中的一股，使 DNA不致打结，切口的 3端可通过自由转动一周再与 5端磷酸连接，不需 ATP。II 型酶：切断处于超螺旋状态中双股链中的某个部位，通过切口使超螺旋松弛，利用 ATP使 DNA恢复复制所要求的负超螺旋状态。(注 : 拓扑一词的含义是指物体或图象作弹性移位而又保持物体不变的性质。 )7负超螺旋正超螺旋DNA双螺旋DNA正超螺旋与负超螺旋拓扑异构酶21/62878.DNA聚合酶（ DNA polymerase）聚合酶III 主要的复制酶，兼有校读、纠错的功能有从 53 延伸多核苷酸链的聚合酶

4、活性，有模板依赖性，其延伸的方式是依据碱基互补配对的原则，将原料 dNTP与末端核苷酸游离的 3OH以 3,5磷酸二酯键连接，同时释出一个 PPi 。有从 35 外切酶的活性，以切除可能错配的核苷酸聚合酶 I 用于切除引物RNA,并填补留下的空隙有从 53 延伸多核苷酸链的聚合酶的活性；有从 35 外切酶的活性，以切除可能错配的核苷酸；有从 53 外切酶的活性，其作用是切除引物聚合酶II 活性弱,作用与聚合酶III相似有从 53延伸多核苷酸链的聚合酶活性；有从 35 外切酶的活性8真核的 DNA聚合酶真 核 DNA 的 复 制 至 少 涉 及 5 种 复 制 酶 ，其中 、 、 参与染色体 D

5、NA的复制。有引物要求；负责 DNA的修复；的功能是线粒体 DNA的复制。99. DNA连接酶（ ligase）将不连续的 DNA片段以 3， 5磷酸二酯键连接起来，原核生物通过分解 NAD为 NMN和 Pi提供能量，真核生物则消耗 ATP。10复制的起始在原核生物只有一个起始点（ OriC），而在真核生物有多个起始点。由 DnaB（解螺旋酶）在 DnaA 和 DnaC协助下解链，形成复制叉（ replication fork）， SSB结合并稳定解开的单股 DNA链；引物酶（ DnaG）与上述因子、酶构成引发体（ primosome），并合成 RNA引物。解链造成的超螺旋，由拓扑异构酶实现超

6、螺旋的转型，即把正超螺旋转变为有利于复制的负超螺旋。3.2 DNA复制过程复制的起始11复制起始点真核原核复制叉12原核生物复制的起始13这个过程由 DNA聚合酶 III催化，它是主要的复制酶。领头链（ leading chain）：为连续合成，合成方向与解链方向一致，它的模板 DNA链是 53 链。滞后链（ lagging chain ）：不连续合成，在 RNA引物基础上分段合成 DNA小片段（冈崎片段），方向与解链方向相反，它的模板DNA链是 35链。由此可见，整个 DNA分子的复制是半不连续的。多核苷酸链的延伸14半不连续复制示意图15复制的终止由 DNA聚合酶 I完成切除引物，并且填补

7、空隙，由 DNA连接酶 将DNA片段连接起来。1618复制叉陷阱(Trap)大肠杆菌的复制末端相对于两个复制叉会合的位点有一些偏移在真核生物，由 端粒酶 （ telomerase）催化 , 在真核线性 DNA的末端形成一种特殊的结构并与蛋白质结合成 端粒 （ telomere）。端粒由成百个 6个核苷酸的重复序列所组成（人为 TTAGGG，四膜虫为 TTGGGG）。端粒的功能为稳定染色体的末端结构，防止染色体间末端连接，并可补偿滞后链 5-末端在消除RNA引物后造成的空缺。复制可使端粒 5末端缩短，而端粒酶（ telomerase）可外加重复单位到 5-末端上，结果使端粒维持一定的长度。172

8、0端粒与端粒酶(Telomeres andTelomerases)21胸腺嘧啶二聚体的错配）、碱基的缺失、DNA片段的重排等形式。4 DNA的损伤与修复4.1 DNA的损伤DNA的突变(损伤)大多数是自发的，是进化与分化的基础。环境中的理化因素，如紫外辐射引起两个嘧啶碱基的共价聚合。许多化学诱变剂，它们常是致癌物,如亚硝酸盐，常导致DNA突变。DNA的突变有点突变（碱基19直接修复：如光复活酶,普遍存在在生物机体中,可以把嘧啶二聚体恢复正常状态。切除修复：找出损伤位置并切除，进行修复合成并连接。重组修复： 先复制再修复。子代链在对应模板链的损伤 处留下缺口，先将同源母链DNA上相应的核苷酸片段

9、转移替补，然后再合成一段序列填充缺口。SOS系统：复杂的应急反应。既有避免差错的修复又有引起差错的修复，后者有高变异率但也增加了生存机会。4.2 DNA损伤的修复20切除修复重组修复21逆转录也称反转录，是以 RNA为模板合成 DNA的特殊复制方式（在某些生物如鸡的肉瘤病毒、 HIV等）。它们的遗传信息载体是 RNA 而不是 DNA。因此，在感染细胞时，首先经过逆转录作用成为双链 DNA，才能整合到宿主基因组中去。这个过程由逆转录酶催化，它具有以单链 RNA为模板合成与其互补的 DNA（ cDNA），再水解杂交链上的 RNA以及以 cDNA为模板合成双链 DNA三种活性。逆转录现象和 逆转录酶（ reverse transcriptase） （ H. Temin， 1970）是分子生物学研究中的重大发现，是对经典中心法则重要补充。5 逆转录作用（ reverse transcription）2226RNA指导下DNA的合成（反向转录，reverse transcription）逆转录作用图23