《生物化学ppt课件》11-DNA的生物合成.ppt
第 十一 章 DNA 的 生 物 合 成,学习目的与要求：1.DNA复制的机制 2.DNA复制的有关物质及其作用 3.DNA复制的过程 4.真/原核生物DNA复制的特点 5.反转录作用及反转录酶的特点 6.DNA损伤的原因及修复机制 重点：1.DNA复制的机制及过程 2.真/原核生物DNA复制的特点 3.反转录作用及反转录酶的特点 4.DNA损伤修复机制 难点：1.DNA复制的有关物质及其作用 2.DNA复制的过程 3.DNA损伤修复机制,一、DNA复制的机制,(一).DNA半保留复制,1.DNA半保留复制的概念,当细胞分裂时，DNA的双链拆开并分为两股单链，各自作为模板，用以合成新的互补链。在两个子细胞中新合成的DNA双链，都和母细胞的DNA双链的碱基序列完成一样，其中一条链来自亲代，另一条链为新合成的。遗传信息就这样高度准确地从亲代传给子代。这种复制方式称为半保留复制,第一节 DNA的复制,2.半保留复制的时期,3.半保留复制的证明,(二).DNA半不连续复制,冈崎片段与半不连续复制（okazaki 1968年）,二.DNA复制的有关物质,(一).DNA聚合酶,1.DNA聚合酶的性质,2.原核生物DNA聚合酶,DNAPol的全酶由10种亚基组成(，)，.和 亚基组成全酶的核心酶，亚基可能是辅酶，能认别引物和聚合过程开始有关。,3.真核生物DNA聚合酶,(二).DNA连接酶,该酶可将DNA中单链缺口上相邻的两个核苷酸，以磷酸二酯键连接起来。,作用方式如下：,DNA连接酶有两种:一种以ATP为能量来源的动物细胞和某些噬菌体连接酶-T4连接酶，另一种以NAD+为量来源的大肠杆菌DNA连接酶。,(三).解螺旋酶,(四).拓扑异构酶,拓朴异构酶(Topo)：原核生物中曾称为蛋白。真核生物中曾用过多种名称，如转轴酶、松旋酶、松弛酶和切豁封闭酶等。其作用是使双链DNA中的一股切断，使链的末端沿着螺旋轴按双螺旋反方向旋转，超螺旋消除后再将切口封闭，使DNA变为松弛状态。即松弛或消除负超螺旋,催化反应不需ATP。,解链酶（或称解螺旋酶）:此酶通过水解ATP以获得能量去松开双股DNA，每解开一对核苷酸需水解2分子ATP。解链酶对单链DNA的亲和力强，而对双链DNA或RNA的亲和力弱，复制时DNA解链酶可以沿着滞后链模板的53方向随着复制叉的前进而移动，以解开双链。,拓朴异构酶(Topo)：又称DNA旋转酶。广泛存在于各种生物中。作用是在水解ATP的同时能迅速使DAN链断开又接上，而使松弛态的DNA转变为超螺旋状态，引入负超螺旋,在没有ATP时，它又可使负超螺旋DNA变为松弛态。,(五).单链结合蛋白,(六).引物酶与RNA引物（primase 与primer）,单链DNA结合蛋白（SSB）:它与单链DNA结合，从而防止两条链重新形成双螺旋，结合后还能保护单链DNA不被核酸酶水解。因此，SSB在复制中维持模板处于单链状态并能抵抗核酸酶水解保持单链的完整。,RNA引物和引物酶:任何一种DNA聚合酶都不能催化复制的起始。都需要一个引物。多数情况下是以RNA片段为引物，由引物酶催化合成。引物酶是一种不同于催化转录过程的RNA聚合酶。引物酶通常需要和几种蛋白质因子结合形成引发体才能发挥作用。例如大肠杆菌的dna蛋白能协助引物酶识别起始位点，并与起始部位结合。,RNA引物的长度是不同的，在动物细胞中引物长度约10个核苷酸，第一个核苷酸常用ATP。细菌的引物为50100个核苷酸，但也有仅24个核苷酸的。,三、DNA的复制过程,DNA复制过程总图,四、真/原核细胞DNA的复制的特点,（富含AT区）,真核细胞DNA的多起始点，双向复制,第二节、反转录作用（RNA指导下的DNA合成）,一.反转录酶,以RNA为模板，以dNTP为底物催化合成DNA作用的酶称为转录酶。即：催化反转录反应的酶称为反转录酶或称为依赖RNA的DNA聚合酶(RDDP)。,1970年，Temin和Baltimore在致癌RNA病毒中发现了转录酶（Reverse Transcriptase）,1.反转录酶的概念,2.反转录酶的特点,(1)引物为tRNA,(2)模板为单链RNA,(3)底物为dNTP,(4)核糖核酸酶H（RNase H）的活性：,专一切除RNA-DNA分子中的RNA,全部或部分去除RNA,以RNA为模板，以dNTP为底物在反转录酶的作用下合成DNA的作用称为反转录作用。以RNA为模板，在反转录酶的作用下合成的DNA称为cDNA.,1.反转录作用的概念,2.反转录作用的过程,二.逆转录作用,第三节、DNA的损伤与修复,一.DNA的损伤与突变,物理（紫外（见下页）、高能射线、电离辐射）化学（烷基化试剂、亚硝酸盐、碱基类似物）生物因素（碱基对置换、碱基的插入/缺失造成移码）,1.突变（mutation）,指一种遗传状态，可以通过复制而遗传的DNA结构的任何永久性改变。,携带突变基因的生物称为突变体，未突变的称为野生型。,2.损伤原因,当DNA受到大剂量紫外线（波长260nm附近）照射时，可引起DNA链上相邻的两个嘧啶碱基共价聚合，形成二聚体，CC（10%）,CT（40%）,TT（50%）。,例如：TT二聚体。,二.DNA损伤修复,(一).DNA损伤修复的方式,1.光复活2.切除修复3.重组修复4.SOS修复,光复活酶,(二).DNA损伤修复的机制,1.光复活（photoreactivation）,可见光-最有效波400nm,激活生物界广泛分布（高等哺乳动物除外）的光复活酶，该酶分解嘧啶二聚体。是一种高度专一的修复形式，只分解由于UV照射而形成的嘧啶二聚体。,2.切除修复（excision repair）,(1).切开,(2).复制,(3).切除,(4).连接,3.重组修复（recombination repair）,重组修复又称复制后修复（postreplication repair）受损伤的DNA在进行复制时，跳过损伤部位，在子代DNA链与损伤相对应部位出现缺口。通过分子间重组，从完整的母链上将相应的碱基顺序片段移至子链的缺口处，然后再用合成的多核苷酸来补上母链的空缺，此过程即重复修复。并非完全校正。,4.SOS修复,指DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式，修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多，又称倾错性修复（Error-Prone Repair）。,
