生化·第13章·DNA的生物合成课件.ppt
第十章DNA的生物合成（复制）,DNA以碱基排列顺序的方式贮存生物体内所有遗传信息，以亲代DNA分子为模板，按碱基配对原则合成子代DNA时，遗传信息从亲代 DNA分子上准确地传递到子代DNA分子上，此过程称为DNA的复制.只有当细胞处在有丝分裂过程中，才进行DNA复制。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,遗传信息传递的中心法则,复制DNA,转录,RNA,翻译,蛋白质,复制RNA,翻译,逆转录,蛋白质,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,第一节 半保留复制,第二节 DNA复制的酶学,第三节 DNA生物合成过程,第四节 DNA的突变（损伤）与修复,第五节 逆转录现象和逆转录酶,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,第一节 半保留复制,1）半保留复制（semiconservative replication）1953年Watson 和 Crick在提出DNA双螺旋结构模型时，就设想在DNA复制过程中，2条多核苷酸链之间的氢键断裂，然后以每条单键作为模板，按照碱基互补的原则，合成新的互补链。这样新合成的2个子代DNA分子与原来的DNA分子的碱基排列顺序完全一样，每个子代DNA分子的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。,复制的特点,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,半保留复制的证据,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,意义：,子代保留了亲代DNA的全部遗传信息 DNA通过复制和基因表达决定生物特性 体现了遗传过程的相对保守性 保守性是相对的，不能忽视其变异性,2）半不连续复制.,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,第二节 DNA复制的酶学,复制是在酶催化下进行的核苷酸的聚合反应。,(一)DNA聚合酶,(二)真核生物的DNA聚合酶,(三)DNA复制的保真性,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,一、DNA聚合酶,作用：以单链DNA作为模板催化3，5-磷酸二酯键的生成，使4种脱氧核糖核苷酸,在引物或DNA片段的3-OH上沿着53方向聚合。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,（dNMP）n+dNTP 或n1dATPn2dCTPn1dTTP+DNA n2dGTP(模板),DNA聚合酶,DNA聚合酶,Mg 2+,引物,DNA,（dNMP）,dAMPdCMPdDMPdGMP,+2(n1+n2)PPi,+ppi,n+1,2(n1+n2),复制的化学反应,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,作用条件：,1）以单链DNA作为模板2）4种dNTP作为原料：dATP，dCTP，dCTP，dTTP3）需要引物：DNA聚合酶不能从头合成DNA，只 能以引物的3-OH作为合成新DNA的起点。4）只能催化引物或DNA片段与核苷酸之间生成3，5-磷酸二酯键，使引物或DNA片段由5 3方 向延伸，因此DNA聚合酶作用具有方向性。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,（一）.原核生物的DNA聚合酶。,现在已知的原核生物DNA聚合酶有三种：,1.DNA聚合酶,2.DNA聚合酶,3.DNA聚合酶,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,1、DNA聚合酶,作用：1）对复制中的错误进行校读.（3 5 核 酸外切酶活性）2）切除引物和突变的片段（5 3 核 酸外切酶活性）3）填补空隙（5 3 聚合活性）DNA聚合酶是单一肽链的大分子，其二级结构以-螺旋为主.为主。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,E.coli DNA 聚合酶,小片段,大片段,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,用特异的蛋白酶，可以把DNA-pol I水解为两个段段，小片段（A至F螺旋）具有5 3核酸外切酶活性，大片段（G至R螺旋区及C末端）又称Klenow片段，具DNA聚合酶和3 5核酸外切酶活性。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,2、DNA聚合酶,只是在无pol I和Pol 的情况下起作用，其真正的作用未完全清楚。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,3、DNA聚合酶,是真正在原核生物细胞内参与复制作用的酶，是由10种亚基组成的不对称二聚体。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,、亚基 组成核心酶。其中亚基具有聚合酶活性;亚基具有35核酸外切酶活性,并执行碱基选择功能;亚基辩认引物,并起着夹住模板又能使酶沿模板链滑动的作用;亚基可能起维持二聚体 的作用。其余的亚基统称为-复合物,作用不清楚.,（E.coli DNA 聚合酶不对称二聚体）,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,大酶杆菌DNA聚合酶的性质,5 3 聚合+5 3 外切+-3 5 外切+分子量（kd）103 12 180分子数/细胞 400 100 10,DNA 聚合酶,性质,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,核酸外切酶活性和校读,DNA pol I、II 两种方向 DNA pol I 3 5活性强 DNA pol III 只有3 5方向,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,(二)真核生物的DNA聚合酶,至少有五种：DNA-pol：只能延长数百个核苷酸，在随从链 合成中起作用。DNA-pol：只是在没有其他DNA聚合酶时才起 作用。DNA-pol:在线粒体内参与线粒体DNA的复制。DNA-pol：可延长很多的核苷酸，在领头链合 成中起作用。DNA-pol：起校读，修复和填补缺口的作用。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,(三)、DNA复制的保真性,DNA复制的保真性至少依赖 三种机理。1、遵守严格的碱基配对规律。2、DNA-pol 对碱基的选择功能。3、复制中出现错误时，DNA-pol 有即时的校读功能。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,DNA复制时，必须先有单链DNA生成，碱基暴露，这样DNA才能起模板作用。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,二、复制中解链和DNA分子的拓扑学变化,解螺旋酶（helicase）、DNA拓扑异构酶(DNA topoisomerase)和单链DNA结合蛋白（single strand DNA binding protein）共同起解开双螺旋、理顺DNA链、维持DNA在一段时间内处于单链状态的作用。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,（一）解螺旋酶,（二）DNA拓扑异构酶,（三）单链DNA结合蛋白（SSB）,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,（一）解螺旋酶,在DNA-pol参与复制过程之前，首先起作用的起始物质有DnaA、DnaB、DnaC蛋白。DnaA蛋白辨认E.coli上称为oriC(origin C)的复制起始点，DnaC蛋白辅助解螺旋酶（DnaB），使其在起点上结合并打开双链。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,拓扑酶对DNA分子的作用是既能水解，又能形成磷酸二酯键，结果理顺了DNA 链。,（二）DNA拓扑异构酶,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,A,B,C,拓扑酶,OH 3,P 5,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,首页,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,SSB的作用是在复制中维持模板处于单链状态，并保护单链的完整。,（三）单链DNA结合蛋白（SSB）,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,三、引物酶和引发体,DnaB蛋白、DnaA蛋白和DnaC蛋白及其他复制因子，一起形成复合体，结合引物酶形成较大的聚合体，再结合到模板DNA上，这种复合物称为引发体（primosome）。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,四、DNA连接酶,DNA 连接酶（DNA ligase）在碱基互补基础上连接DNA 链的 3-OH和相邻DNA 链的5-P，使二者形成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连成 完整的链。不能连接单独存在的DNA或RNA单链。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,DNA连接酶的作用方式,5,3,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,第三节 DNA生物合成过程,1、DnaA蛋白识别复制起点。,2、DnaA蛋白和DnaB、DnaC蛋白，引物 酶结合到DNA链上形成引发体。,3、SSB维持DNA链的单链状态，拓扑异 构酶理顺DNA链。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,6、DNA聚合酶切除引物并填补空隙。,7、连接酶连接DNA片断，完成随从链 的合成。,5、DNA聚合酶合成冈崎片断和前导链。,4、引物酶合成引物。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,E.coli 复制起始点 oriC,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,第四节 DNA的突变（损伤）与修复,突变（mutation）是指一个或多个脱氧核糖核苷酸的构成、复制或表型功能的异常变化，也称为DNA损伤(DNA damage)，即遗传物质结构改变引起遗传信息的改变。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,一、突变的结果,（一）突变是进化、分化的分子基础。（二）只改变基因型不改变表型的突变。（三）致死性的突变。（四）突变是某些疾病的发病基础。,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,二、引发突变的因素,引发突变的因素有物理和化学因素，物理因素主要指紫外线和各种辐射,化合物类别,作用点,（从原型配对至突变型）,碱基类似物 5-溴尿嘧啶(5-BU)A被5BU G-A-G-G-T-T-C-羟胺类 T C-T-C-C-A-A-G-亚硝酸盐 C U-G-G-A-C-U-T-烷化剂 G GCH3 DNA缺失G,常见的化学诱变剂,取代,分子改变,(G碱基N-7位甲基化),首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,三、突变分子改变的类型,（一）错配（二）缺失/插入和框移突变（三）重排,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,(四)SOS修复,(一)光修复,(二)切除修复,(三)重组修复,四、DNA损伤的修复,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,切除修复,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,重组修复,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,第五节 逆转录现象和逆转录酶,反转录酶催化cDNA的合成,首页,第一节,第二节,第四节,第三节,第五节,（细胞内）,（试管内）,单选题,37、在DNA复制中RNA引物的作用是A.引导DNA聚合酶与DNA模板的结合 B.提供5-OH末端 C.提供四种三磷酸核苷附着的部位 D.诱导RNA的合成 E.提供3-OH末端,为合成新的DNA之起点,29、下列哪项描述对于DNA聚合酶是错误的 A.催化脱氧核苷酸连接到早期DNA的5OH末端 B.催化脱氧核苷酸连接到引物上 C.需要四种不同的5-三磷酸脱氧核苷 D.双链DNA的两条单链均可作模板 E.焦磷酸是反应的产物,31、将在14 NH4Cl作为唯一氮源的培养基中培养多代的大肠杆菌，转入含15NH4Cl的培养基中生长三代后，其各种状况的DNA分子比例应该是(LL代表两条轻链14N-DNA，HH代表两条重链15N-DNA，LH代表轻链，重链DNA)。A.3LH/1HH B.6HH/2LH C.15LL/1LHD.7HH/1LH E.1HH/7LH,33、DNA拓扑异构酶的作用是A.解开DNA双链便于复制B.使DNA断开旋转不致打结缠绕C.把DNA异构为RNA,因为复制需要引物D.辩认复制起始点E.稳定复制叉,33、DNA拓扑异构酶的作用是A.解开DNA双链便于复制B.使DNA断开旋转不致打结缠绕C.把DNA异构为RNA,因为复制需要引物D.辩认复制起始点E.稳定复制叉,13、DNA复制时下列哪一种酶是不需要的 A.DNA指导的DNA聚合酶 B.引物酶 C.连接酶 D.RNA指导的DNA聚合酶 E.解链酶,拓扑异构酶,31、DNA复制时,序列5-TAGA-3将合成下列哪种互补结构A.5-TCTA-3 B.5-ATCT-3 C.5-UCUA-3D.5-GCGA-3 E.3-TCTA-5,32、反转录过程中需要的酶是 A.DNA指导的DNA聚合酶 B.核酸酶 C.RNA指导的RNA聚合酶 D.DNA指导的RNA聚合酶 E.RNA指导的DNA聚合酶,33、岗崎片段A.是因为DNA复制速度太快而产生的B.由于复制中有缠绕打结而生成C.因为有RNA引物，就有岗崎片段D.由于复制与解链方向相反，在随从链生成E.复制完成后，岗崎片段被水解,42、中心法则阐明的遗传信息传递方式是A.蛋白质-RNA-DNA B.RNA-DNA-蛋白质 C.RNA-蛋白质-DNA D.DNA-RNA-蛋白质 E.DNA-蛋白质-RNA,A3至5BC端至N端C5至3D一个点向两个方向同时进行EN端至C端51、双向复制从,A.DNA聚合酶B.RNA聚合酶C.逆转录酶D.DNA聚合酶和逆转录酶E.RNA聚合酶和逆转录酶57、以NTP为底物的是58、以RNA为模板的是,28、合成DNA的原料是 A.dAMP,dGMP,dCMP,dTMP B.dATP,dGTP,dCTP,dTTP C.dADP,dGDP,dCDP,dTDP D.ATP,GTP,CTP,UTP E.AMP,GMP,CMP,UMP,30、DNA连接酶A.使DNA形成超螺旋结构B.使DNA双链缺口的两个末端相连接C.合成RNA引物 D.将双螺旋解链 E.去除引物，填补空缺,31、嘧啶二聚体解聚的方式靠A.SOS修复 B.原核生物的切除修复C.重组修复 D.光复活修复 E.真核生物的切除修复,29、原核生物的双向复制是指A.在解开的DNA双链上进行复制，一链从5至3，另一链从3至5方向不同的复制B.在一定的起始点向两个方向复制C.质粒的滚环复制 D.只有两个引物同时在复制 E.在DNA聚合酶的两端同时复制,30、下列关于大肠杆菌DNA聚合酶的叙述哪一项是正确的?A.具有35外切核酸酶的活性B.具有53内切核酸酶的活性C.是唯一参与大肠杆菌DNA复制的聚合酶D.dUTP是它的一种作用物 E.以有缺口的双股DNA为模板,38、点突变(碱基错配)可引起A.mRNA降解 B.DNA复制停顿 C.读码框移D.氨基酸置换 E.氨基酸插入,判断题,2、逆转录是一个RNA的合成过程。8、岗崎片段是因为复制是先合成RNA引起的,所以就有岗崎片段。4、基因突变中缺失或插入可能导致移码突变。5、DNA连接酶不参与DNA损伤的切除修复过程。7、逆转录是以RNA为模板合成DNA的过程。9、无论原核生物还是其真核生物DNA的复制都是在固定的起始点开始的。8、在DNA复制中RNA引物的作用是诱导RNA的合成。1、cDNA是指c型DNA。,填空题,5、能引起框移突变的有_（10）_和_（11）_。,简答题,1、在原核生物中参与DNA复制的有关酶类及蛋白因子的种类有哪些？简述其功能。,
