【教学课件】第九章基因信息的传递.ppt
第九章 基因信息的传递,DNA的生物合成,复制：以DNA作为模板指导的DNA合成，即将DNA携带的信息传至子代DNA DNA合成也可以RNA为模板指导合成，通常将其称作反转录作用,见于RNA病毒,基因：生物活性产物编码的DNA功能片段,模 板,模板作用：大量生产同一产品,中心法则 Central Dogma,RNA,DNA,蛋白质,转录,翻译,复制,逆转录,少数病毒复制,翻译,蛋白质（病毒）,第一节 半保留复制,定义：两个子代分子中各有一条链来自亲代，各有另一条新合成的链，这种复制方式叫半保留复制,1958 Matthew Meselson和Franklin Stahl,美国科学家马修.梅塞尔(Matthew Keelson),福兰克林.斯塔尔(Franklin Stahl),(蓝:15N),(棕:14N),DNA半保留复制的证据,意义？,新合成 的链,中等密度DNA,一代,二代,一代,复制的起始点与方向,亲代DNA开链，复制起始点呈叉型移动,复制起始点（ori）：DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此部位称复制起始点原核：一个起始点，约245bp,特殊的重复序列 真核：多个起始点,ori,E.coli复制起始点oriC跨度为245bp，有3组串联重复序列和2对反向重复序列,GATTNTTTATTTGATCTNTTNTATTGATCTCTTATTAG,串联重复序列,反向重复序列,TTTGGATAA.TTATCCACA AATAGGT-T,TGTGGATTATTATACACA A-TA-GTGT,回文结构,复制方向,DNA合成的方向单向、双向？,1个起始点,双向复制,复制子,真核生物两个相邻复制起始点之间的DNA片段,以起始点为中心，向两个方向进行复制,多个起始点,第二节 DNA复制的酶学,1.模板：解开成单链的DNA母链,3.DNA聚合酶，DNA-pol,2.底物dNTP：dATP，dGTP，dCTP，dTTP,4.引物（primer）：RNA引物,5.其他酶和蛋白质因子,一、复制的化学反应,生成磷酸二酯键,+dN2TP,+PPi,DNA pol,3TAGAAGACCTATTGGCC5,5ATCTTCTGGATAACCGG3,二、解链相关酶类,1.解旋酶(helicase),2.拓扑异构酶（topoisomerase I、II）,3.单链DNA结合蛋白(SSB),2.1 解旋酶(helicase),作用：断裂互补碱基间的氢键，使DNA成单链,dnaA、B、C,DnaA、B、C,ATP,2.2 拓扑异构酶（Topo）,拓扑(topology)与拓扑异构,DNA正超螺旋与负超螺旋,负超螺旋,正超螺旋,DNA双螺旋,拓扑异构酶,超螺旋,螺旋,Topo酶：切割DNA链，使其松弛后再连接,Topo（DNA Gyrase）,TOPO,TOPO,TOPO,TOPO,TOPO,TOPO,TOPO,TOPO,TOPO,ATP,TOPO,2.3 单链DNA结合蛋白（SSB）,作用：防止单链DNA重新形成双链，防止单链DNA被核酸酶水解,SSB,三、DNA聚合酶（DNA-pol）即依赖于DNA的DNA聚合酶（DDDP）,真核生物有多种：DNA-pol、,原核生物有3种：DNA-pol、,DNA聚合酶功能,53聚合作用53外切酶35外切酶活性,5 ucgagcuag-OH 3,5 ucgagcuag,53聚合作用,3 agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc 5,3 agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc 5,catcggatcgcatcgtcacgtgctag 3,5,3,内切酶,外切酶,外切酶与内切酶作用图解,53外切酶活性的功能,切除引物，切除突变片段,35 外切酶活性,大肠杆菌三种DNA聚合酶比较,DNA聚合酶,分子量每个细胞的分子统计数5-3 聚合酶作用3-5 核酸外切酶作用5-3 核酸外切酶作用转化率主要功能活性（nt/min）,DNA聚合酶,DNA聚合酶（复合物）,109，000400+1校读,修复1000,120，00040+-0.05,400，00010-20+50复制100000,特 性,不清填补缺口50,DNA聚合酶全酶,DNA聚合酶二聚体,小片段,大片段（Klenow fragment）,5 3 聚合功能 3 5 外切酶活性,53外切酶活性,DNA pol I,四、引物酶(Primase)和引发体,催化RNA引物合成的酶叫引物酶，它是一种特殊的RNA聚合酶,DNA合成需在RNA引物的基础上进行,DnaA,引发体（primosome）：包括解螺旋酶、DnaC、引物酶及DNA复制的起始区域,五、DNA连接酶(DNA ligase),功能：,催化DNA双链的3羟基和相邻的5磷酸基团形成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连成完整的链,小 结,主要成员,主要作用,DnaA 识别复制起始位点,解螺旋酶 解开DNA双链,SSB 维持已解开单链DNA的稳定,引物酶 合成RNA引物,TOPO 使打结、缠绕、正超螺旋的DNA松驰,DNA-pol DNA复制,DNA-pol 水解引物、填补空隙、修复作用,DNA连接酶 催化双链DNA中单链缺口的连接,第三节 DNA生物合成过程,1.复制的起始,2.链的延长,3.复制的终止,DNA合成期,哺乳动物的细胞周期,一 复制的起始,(一)DNA解成单链,由特定蛋白质识别复制起始位点（ori），在解螺旋酶、TOPO酶及单链DNA结合蛋白的共同作用下，DNA解链，解旋，形成复制叉,倒Y,(二)引发体的生成,解旋酶解开双链后引物酶进入形成引发体,（三）RNA引物的合成,参与复制起始的蛋白因子,名称,功能,DnaA蛋白 辨认起始点,解螺旋酶（DnaB，Rep）解开DNA双链,DnaC 协助解螺旋酶,引物酶（DnaG）催化RNA引物生成,SSB 稳定解开的单链,拓扑异构酶 理顺DNA链,OriC E.coli复制起始点,引物合成后，由DNA pol（在真核细胞为DNA聚合酶和)催化，按碱基配对原则，将dNTP逐一添加到引物3 末端，形成磷酸二酯键，使新合成的链不断延长,二 复制的延长,3AAGACCTATT5,5TTCTGGATAA3,DNA Pol I,II and III,延 长,冈崎片断,1.半不连续性：DNA复制过程中，一条链是连续复制，另一条链是不连续复制的现象,几个重要概念,4.冈崎片段（Okazaki fragment）：不连续复制的片段,3.随从链:链的延长方向(53)与解链方向相反，为不连续复制,2.领头链:链的延长方向(5 3)与解链方向相同,为连续复制,滚环复制,某些病毒、质粒、线粒体DNA的特殊复制形式,三 复制的终止,1.原核生物复制终止 2.真核生物复制终止,1、原核生物DNA为环状，双向复制的汇合点就是复制终止点,原核生物复制终止,2.领头链上的RNA引物被RNA酶水解后，由DNA pol I 催化，由新合成链提供-OH补齐,RNA酶,DNA pol I,连接酶,3、冈崎片段引物的消除和连接,RNA引物,RNA酶,DNA pol I,DNA连接酶,端粒和端粒酶,端粒酶组成：RNA+蛋白质作用：可作为反转录酶，以含端粒DNA重复序列拷贝的RNA作模板，合成端粒DNA片段 生物学意义：1.合成端粒，保证染色体复制的完整性 2.保护DNA末段降解及相互融合,端粒:真核线性染色体末端，含重复序列TTTGGG,在端粒酶的作用下形成,第四节 DNA损伤（突变）与修复,DNA的损伤（突变）：DNA分子一级结构的改变称为DNA损伤或突变修复的意义:DNA复制中的错误若保留下来，在体细胞将影响功能；在性细胞将影响后代，体内的修复系统保证了DNA复制的高度精确性,突变的类型,1.点突变 2.缺失、插入和框移突变3.DNA重排,DNA损伤的修复,T-T,1.光修复,2.切除修复,参与因子:UvrA、UvrB、UvrC,3.重组修复,RecA,DNA pol,切除修复,4.SOS修复 DNA分子多处受到较大范围的损伤，应急诱导产生的修复作用称SOS修复,细胞能继续生存，但引起DNA较长期的广泛的突变,后果：,第五节 逆转录现象和逆转录酶,逆转录：RNA指导下的DNA合成作用，以RNA为模板在逆转录酶催化下，由dNTP聚合成DNA的作用，新生DNA分子存有RNA基因组的信息 逆转录酶:又称为反转录酶，为依赖RNA的DNA聚合酶,逆转录酶是多功能酶，有三种酶活性：,1.逆转录活性：即以RNA为模板合成DNA,2.RNase活性：水解RNA:DNA中的RNA,3.DNA pol活性：以DNA为模板合成DNA,特点：无外切酶活性，转录错误率高210-4,TTTT,poly A tail,CCC,3,5,3,GGG,整合入细胞基因组,逆转录活性,RNase活性,RNA:DNA杂合链,RNA模板,单链DNA,双链DNA,DNA pol活性,
