第九章 DNA的生物合成课件.ppt
DNA的生物合成,第九章,HIV,严重急性呼吸综合症(Severe Acute Respiratory Syndrome),禽流感病毒,H5N1禽流感,Crick 中心法则 复制 转录 翻译经补充 逆转录 RNA复制,中心法则,主 要 内 容,掌握DNA复制的概念和特点掌握原核生物DNA合成的过程掌握逆转录了解DNA损伤的修复,1.DNA复制准备 replication,DNA复制 以亲代DNA为模板,按照碱基配对的规律合成出与亲代DNA分子相同的两个子代双链DNA的过程,1958年,Meselson 和Stahl利用N的同位素15N标记大肠杆菌DNA,首先证明了DNA的半保留复制。,1.1 DNA复制主要特点,半保留复制 子代细胞的DNA双链,其中一股单链从亲代完整的接受过来,另 一股单链完全重新合成。半保留复制的意义 子代完全保留了亲代DNA 的全部遗传信息。,问:DNA按半保留方式复制。如果一个完全放射标记的双链DNA分子,放在不含有放射标记物的溶液中,进行两轮复制,所产生的四个DNA分子的放射活性将会怎样:A半数分子没有放射性 B所有分子均有放射性C半数分子的两条链均有放射性 D一个分子的两条链均有放射性E四个分子均无放射性,1.2 DNA复制的条件,高能的底物:dATP、dGTP、dCTP dTTP。酶:DNA聚合酶、解旋酶、拓扑异构酶、单链DNA结合蛋白、引物酶、DNA连 接酶等。,1.3 原核生物的酶类,DNA解螺旋酶(DNA helicase)(2)单链结合蛋白(SSB)single-strand binding protein(3)DNA聚合酶(DNA polymerases)(4)引物酶(primase)(5)拓扑异构酶(topoisomerase)(6)DNA连接酶(DNA ligase),DNA解螺旋酶,也叫解链酶,就是催化DNA双螺旋解链大肠杆菌中有解螺旋酶活性的蛋白质已发现有十多种,它们都有依赖双链DNA的 ATPase 活性,依靠水解ATP提供解链所需要的能量。,(1)DNA解螺旋酶(DNA helicase),DNA 双螺旋经解螺旋酶解链形成的单链很快被单链结合蛋白所覆盖,使解链DNA保持单链状态。,(2)单链结合蛋白(single-strand binding protein,SSB),在大肠杆菌中发现了三种DNA聚合酶,分别命名为DNA聚合酶I、II、III。1999发现DNA聚合酶IV、V,(3)DNA聚合酶(DNA polymerases),DNA的合成有没有方向性?DNA聚合酶为多功能酶,有聚合作用,又有外切作用,互相矛盾,怎样解释?,DNA聚合酶I 它的主要功能是参与DNA修复,切除RNA引物。DNA聚合酶 它的主要功能可能是参与DNA的损伤修复。(具体不祥)DNA聚合酶 寡聚酶,DNA聚合酶才是催化大肠杆菌DNA复制主要的酶。,进行性肌营养不良,唇裂,大肠杆菌的DNA复制需要由引物酶合成一小段RNA作为DNA合成的引物,因为所有的DNA聚合酶都只有按模板链的指令,在引物3-OH端延伸新链的功能,没有从头开始合成的活力。合成RNA做引物有什么好处?,(4)引物酶(primase),DNA的合成具有方向性,那么两条新合成链上需要的引物数目是否相同?,请看动画,引起拓扑异构反应的酶称为拓扑异构酶。DNA复制时模板DNA超螺旋的松弛和复制后超螺旋的再恢复都需要拓扑异构酶的参与。按照作用机制,拓扑异构酶可分为、两种类型。,(5)拓扑异构酶(topoisomerase),拓扑异构酶也叫旋转酶(gyrase)。拓扑异构酶在有ATP功能的情况下,可引入负超螺旋,可消除复制叉前进时产生的扭曲张力,它和拓扑异构酶一起共同控制着DNA的拓扑结构。,请看动画,拓扑异构酶.它可先切开DNA双螺旋的一条链,同时牵动另一条链通过切口,再把切断的链重新连接上。拓扑异构酶可消除负超螺旋,对正超螺旋无作用。,动画,DNA连接酶催化单链DNA切口共价连接。注意:切口上的3-OH与5-磷酸基必须相邻大肠杆菌DNA连接酶利用依赖NAD+,真核细胞则需要ATP为反应供能。,(6)DNA连接酶(DNA ligase),DNA解螺旋酶(DNA helicase)(2)单链结合蛋白(SSB)(3)DNA聚合酶(DNA polymerases)(4)引物酶(primase)(5)拓扑异构酶(topoisomerase)(6)DNA连接酶(DNA ligase),请看动画,问:参加DNA复制的酶类包括:(1)DNA聚合酶;(2)解链酶;(3)DNA聚合酶;(4)RNA聚合酶(引物酶);(5)DNA连接酶。其作用顺序是:A(4)、(3)、(1)、(2)、(5)B(2)、(3)、(4)、(1)、(5)C(4)、(2)、(1)、(5)、(3)D(4)、(2)、(1)、(3)、(5)E(2)、(4)、(1)、(3)、(5),2.DNA复制的过程,(1)复制的起始 解链及复制叉的形成 引发体、引物酶、引物RNA的形成(2)链的延伸 前导链和滞后链、冈崎片段的形成(3)链的终止 引物的切除和缺口的填补 后随链DNA片段的连接、连接酶,2.1 复制的起始,首要问题是什么?,原核细胞染色体的复制只能从一个特定位点开始,在另一个特定位点上终止。像这样能独立进行复制的单位称为复制子(replicon)。此外,质粒DNA和细胞器DNA都只有一个复制起点;,真核细胞基因的线状DNA上含有多个复制起点,是多复制子的。,真核细胞DNA链较原核生物长很多,聚合速度又较慢,如何解决?,一些特殊的蛋白质可以识别并结合于复制起点,随即使DNA双螺旋局部解链,形成“复制眼”,在其两端DNA的两股链呈Y字状,称为复制叉,分别向两侧进行复制。,2.2 链的延伸,当复制引发过程完成之后,DNA聚合酶即结合到DNA模板上,在RNA引物3OH后面合成新的DNA链。,DNA复制时,5TpApGpAp3序列产生的互补结构是下列哪一种:A5TpCpTpAp3 B5ApTpCpTp3C5UpCpUpAp3 D5GpCpGpAp3 E3 TpCpTpAp5,当复制叉沿DNA模板向前移动时,新生成的DNA方向与复制叉移动方向相同吗?为什么?,选择若以走向为35的亲代链为模板,子代链就能连续合成,称为前导链(leading strand),若以走向为5 3 的亲代链为模板,子代链就先合成许多小片段,再由DNA聚合酶切除片段上的引物,填补片段之间的空缺,最后由连接酶把它们连接成一条完整的子代链,称为滞后链(lagging strand),解链方向,冈崎片段:滞后链的合成是以亲代5 3 为模板链,先合成一些小的片段,然后再将这些片段连成一条新链,这些小的DNA片段半不连续复制:DNA复制中,一条新链是按5 3 的方向(与复制叉移动的方向相同)连续合成,另一条新链则按5 3 方向(与复制叉移动方向相反)不连续合成。,2.3 复 制 的 终 止,RNA引物的切除:5 3 外切酶缺口的填补:DNA聚合酶I切口的连接:DNA连接酶,需能NAD+,DNA polymerase I replaces the RNA primers byDNA sequences and DNA ligase seals the nicks,3.复制的保真性,严格遵守碱基的配对原则聚合酶在复制延长中,对碱基的选择功能复制出错时,有即时的校读功能:3 5 外切酶活性(作用于单链),4.逆转录合成DNA,以RNA为模板合成DNA,这与通常转录过程中遗传信息从DNA到RNA的过程相反,故称为逆转录。逆转录酶还原性病毒,逆转录过程,逆转录酶具有:依赖于RNA的DNA聚合酶活性核糖核酸酶 H 活性(降解RNA活性)依赖于DNA的DNA聚合酶活性还有一些别的活性,5.DNA损伤的修复,紫外线烷化剂氧化剂电离辐射,光修复重组修复切除修复SOS修复,暗修复,重组修复,SOS修复,错误倾向修复,问:切除修复可以纠正下列哪一项引起的DNA损伤:A碱基缺失 B碱基插入 C碱基甲基化 D胸腺嘧啶二聚体形成 E碱基烷基化,