第十二部分DNA的生物合成教学课件PPT课件.ppt
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- 第十二 部分 DNA 生物 合成 教学 课件 PPT
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1、 lDNADNA是由四种脱氧核糖核酸所组成的是由四种脱氧核糖核酸所组成的长链大分子,是遗传信息的携带者。长链大分子,是遗传信息的携带者。l生物体的遗传信息就贮存在生物体的遗传信息就贮存在DNADNA的四的四种脱氧核糖核酸的排列顺序中。种脱氧核糖核酸的排列顺序中。lDNADNA通过复制将遗传信息由亲代传递给子通过复制将遗传信息由亲代传递给子代;通过转录和翻译,将遗传信息传递代;通过转录和翻译,将遗传信息传递给蛋白质分子,从而决定生物的表现型。给蛋白质分子,从而决定生物的表现型。DNADNA的复制、转录和翻译过程就构成了的复制、转录和翻译过程就构成了遗遗传学的中心法则传学的中心法则。l在在RNAR
2、NA病毒中,其遗传信息贮存在病毒中,其遗传信息贮存在RNARNA分分子中。因此,在这些生物体中,遗传信子中。因此,在这些生物体中,遗传信息的流向是息的流向是RNARNA通过复制,将遗传信息由通过复制,将遗传信息由亲代传递给子代,通过反转录将遗传信亲代传递给子代,通过反转录将遗传信息传递给息传递给DNADNA,再由,再由DNADNA通过转录和翻译通过转录和翻译传递给蛋白质,这种遗传信息的流向就传递给蛋白质,这种遗传信息的流向就称为称为反中心法则反中心法则。DNA dependent DNA polymeraseDDDPDNA dependent RNA polymeraseDDRPRNA dep
3、endent RNA polymeraseRDRPRNA dependent DNA polymeraseRDDP 复制(复制(DDDPDDDP)转录(转录(DDRPDDRP)翻译翻译 DNA RNA DNA RNA 蛋白质蛋白质 反转录(反转录(RDDPRDDP)RNA RNA 复制(复制(RDRPRDRP)一、半保留复制一、半保留复制 lDNADNA在复制时,以亲代在复制时,以亲代DNADNA的每一股作模的每一股作模板,合成完全相同的两个双链子代板,合成完全相同的两个双链子代DNADNA,每个子代每个子代DNADNA中都含有一股亲代中都含有一股亲代DNADNA链,链,这种现象称为这种现象称
4、为DNADNA的半保留复制的半保留复制。l DNADNA以半保留方式进行复制,是在以半保留方式进行复制,是在19581958年由年由M.M.Meselson Meselson 和和 F.Stahl F.Stahl 所完成的实验所证明。该实验所完成的实验所证明。该实验首先将大肠杆菌在含首先将大肠杆菌在含1515N N的培养基中培养约十五代,使的培养基中培养约十五代,使其其DNADNA中的碱基氮均转变为中的碱基氮均转变为1515N N。将大肠杆菌移至只含。将大肠杆菌移至只含1414N N的培养基中同步培养一代、二代、三代。分别提取的培养基中同步培养一代、二代、三代。分别提取DNADNA,作密度梯度
5、离心,可得到下列结果:,作密度梯度离心,可得到下列结果:二、有一定的复制起始点二、有一定的复制起始点lDNADNA在复制时,需在特定的位点起始,这在复制时,需在特定的位点起始,这是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段,是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段,即复制起始点(复制子)。在原核生物即复制起始点(复制子)。在原核生物中,复制起始点通常为一个,而在真核中,复制起始点通常为一个,而在真核生物中则为多个。生物中则为多个。三、需要引物三、需要引物 l参与参与DNADNA复制的复制的DNADNA聚合酶,必须以一段聚合酶,必须以一段具有具有33端自由羟基(端自由羟基(3-OH3-OH)的)的RNARNA作
6、作为引物为引物(primer)(primer),才能开始聚合子代,才能开始聚合子代DNADNA链。链。lRNARNA引物的大小,在原核生物中通常为引物的大小,在原核生物中通常为5050100100个核苷酸,而在真核生物中约为个核苷酸,而在真核生物中约为1010个核苷酸。个核苷酸。RNARNA引物的碱基顺序,与其引物的碱基顺序,与其模板模板DNADNA的碱基顺序相配对。的碱基顺序相配对。四、双向复制四、双向复制 DNADNA复制时,以复制起始点为中心,向复制时,以复制起始点为中心,向两个方向进行复制。但在低等生物中,两个方向进行复制。但在低等生物中,也可进行单向复制(如滚环复制)。也可进行单向复
7、制(如滚环复制)。五、半不连续复制五、半不连续复制l由于由于DNADNA聚合酶只能以聚合酶只能以5353方向聚方向聚合合子代子代DNADNA链链,即,即模板模板DNADNA链链的方向必的方向必须为须为3535。因此,分别以两条亲代。因此,分别以两条亲代DNADNA链作为模板聚合子代链作为模板聚合子代DNADNA链时的方链时的方式是不同的。式是不同的。l 以以3535方向的亲代方向的亲代DNADNA链作模板的子代链在复制链作模板的子代链在复制时基本上是连续进行的,时基本上是连续进行的,其子代链的聚合方向为其子代链的聚合方向为5353,这一条链被称为,这一条链被称为领头链领头链(leading s
8、trand)(leading strand)。而以而以5353方向的亲代方向的亲代DNADNA链为模板的子代链在链为模板的子代链在复制时则是不连续的,其复制时则是不连续的,其链的聚合方向也是链的聚合方向也是5353,这 条 链 被 称 为这 条 链 被 称 为 随 从 链随 从 链(lagging strand)(lagging strand)。l由于亲代由于亲代DNADNA双链在复制时是逐步解开的,双链在复制时是逐步解开的,因此,随从链的合成也是一段一段的。因此,随从链的合成也是一段一段的。DNADNA在复制时,由随从链所形成的一些子在复制时,由随从链所形成的一些子代代DNADNA短链称为短
9、链称为冈崎片段冈崎片段(Okazaki(Okazaki fragment)fragment)。l冈崎片段的大小,在原核生物中约为冈崎片段的大小,在原核生物中约为1000100020002000个核苷酸,而在真核生物中个核苷酸,而在真核生物中约为约为100100个核苷酸。个核苷酸。一、底物一、底物 以四种脱氧核糖核苷酸以四种脱氧核糖核苷酸(deoxynucleotide triphosphate)(deoxynucleotide triphosphate)为底为底物,即物,即dATPdATP,dGTPdGTP,dCTPdCTP,dTTPdTTP。(dNMP)(dNMP)n n+dNTP (dNM
10、P)+dNTP (dNMP)n+1n+1+PPi+PPi 二、模板二、模板(template)(template)lDNADNA复制是模板依赖性的,必须要以亲代复制是模板依赖性的,必须要以亲代DNADNA链作为模板。亲代链作为模板。亲代DNADNA的两股链解开的两股链解开后,可分别作为模板进行复制。后,可分别作为模板进行复制。三、引发体和三、引发体和RNARNA引物引物l 引发体引发体(primosome)(primosome)由引发前体与引物酶由引发前体与引物酶(primaseprimase)组装而成。)组装而成。l 引物酶本质上是一种依赖引物酶本质上是一种依赖DNADNA的的RNARNA聚
11、合酶聚合酶(DDRPDDRP),该酶以),该酶以DNADNA为模板,聚合一段为模板,聚合一段RNARNA短链短链引物引物(primer)(primer),以提供自由的,以提供自由的3-OH3-OH,使子代,使子代DNADNA链能够开始聚合。链能够开始聚合。(DDDP)(一)种类和生理功能:(一)种类和生理功能:l在原核生物中,目前发现的在原核生物中,目前发现的DNADNA聚合酶有聚合酶有三种,分别命名为三种,分别命名为DNADNA聚合酶聚合酶(pol pol),),DNADNA聚合酶聚合酶(pol pol),),DNADNA聚聚合酶合酶(pol pol),这三种酶都属于具),这三种酶都属于具有
12、多种酶活性的多功能酶。参与有多种酶活性的多功能酶。参与DNADNA复制复制的主要是的主要是pol pol 和和pol pol。lpol pol 为单一肽链的大分子蛋白质为单一肽链的大分子蛋白质,可被可被特异的蛋白酶水解为两个片段,其中的特异的蛋白酶水解为两个片段,其中的大片段称为大片段称为Klenow fragmentKlenow fragment,具有,具有5353聚合酶聚合酶活性和活性和3535外切酶外切酶的活的活性。性。lpol pol 由十种亚基组成,其中由十种亚基组成,其中亚基具亚基具有有5353聚合聚合DNADNA的酶活性,因而具有复的酶活性,因而具有复制制DNADNA的功能;而的
13、功能;而亚基具有亚基具有3535外切外切酶的活性,因而与酶的活性,因而与DNADNA复制的校正功能有复制的校正功能有关。关。原核生物中的三种原核生物中的三种DNADNA聚合酶聚合酶 pol pol pol pol pol pol 5 533聚合酶活性聚合酶活性 +5 533外切酶活性外切酶活性 +-3 355外切酶活性外切酶活性 +生理功能生理功能 去除引物去除引物,填补缺口填补缺口 未知未知 DNA DNA 复制复制 修复损伤修复损伤 校正错误校正错误 校正错误校正错误 (二)(二)DNADNA复制的忠实性:复制的忠实性:l为了保证遗传的稳定,为了保证遗传的稳定,DNADNA的复制必须具的复
14、制必须具有忠实性。有忠实性。DNADNA复制时的忠实性主要与下复制时的忠实性主要与下列因素有关:列因素有关:1 1遵守严格的碱基配对规律;遵守严格的碱基配对规律;2 2DNADNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择;聚合酶在复制时对碱基的正确选择;3 3对复制过程中出现的错误及时进行校对复制过程中出现的错误及时进行校正。正。五、五、DNADNA连接酶连接酶lDNADNA连接酶连接酶(DNA ligase)(DNA ligase)可催化两段可催化两段DNADNA片段之间磷酸二酯键的形成,而使两段片段之间磷酸二酯键的形成,而使两段DNADNA连接起来。连接起来。l DNADNA连接酶催化的条连接酶催化
15、的条件是:件是:需一段需一段DNADNA片段具有片段具有3-OH3-OH,而,而另一段另一段DNADNA片段具有片段具有5-Pi5-Pi基;基;未封闭未封闭的缺口位于双链的缺口位于双链DNADNA中中,即其中有一条链,即其中有一条链是完整的;是完整的;需要需要消耗能量,在消耗能量,在原核生原核生物中由物中由NADNAD+供能供能,在,在真核生物中由真核生物中由ATPATP供供能能。六、单链六、单链DNADNA结合蛋白结合蛋白l 单链单链DNADNA结合蛋白(结合蛋白(single strand binding single strand binding protein,SSBprotein,S
16、SB)又称螺旋反稳蛋白()又称螺旋反稳蛋白(HDPHDP)。)。这是一些能够与单链这是一些能够与单链DNADNA结合的蛋白质因子。结合的蛋白质因子。其作用为:其作用为:使解开双螺旋后的使解开双螺旋后的DNADNA单链能够单链能够稳定存在,即稳定单链稳定存在,即稳定单链DNADNA,便于以其为模板,便于以其为模板复制子代复制子代DNADNA;保护单链保护单链DNADNA,避免核酸酶,避免核酸酶的降解。的降解。七、解螺旋酶七、解螺旋酶l解螺旋酶解螺旋酶(u n w i n d i n g enzyme),又称解链,又称解链酶或酶或rep蛋白,是用于蛋白,是用于解开解开DNA双链的酶蛋双链的酶蛋白,
17、每解开一对碱基,白,每解开一对碱基,需消耗两分子需消耗两分子ATP。目前发现存在至少存目前发现存在至少存在两种解螺旋酶。在两种解螺旋酶。八、拓扑异构酶八、拓扑异构酶(topoisomerase)l拓扑异构酶拓扑异构酶可使可使DNA双链中的一条双链中的一条链切断,松开双螺链切断,松开双螺旋后再将旋后再将DNA链连链连接起来,从而避免接起来,从而避免出现链的缠绕。出现链的缠绕。拓拓扑异构酶扑异构酶可切断可切断DNA双链,使双链,使DNA的超螺旋松解后,的超螺旋松解后,再将其连接起来。再将其连接起来。大肠杆菌拓朴异构酶大肠杆菌拓朴异构酶的结构的结构 一、复制的起始一、复制的起始 DNA复制的起始阶段
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