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中心法则的研究过程,第三篇 基因信息的传递,遗传信息流动方向中心法则,半保留复制模式的实验证明,第十章 复制,半保留复制：DNA进行复制时，双螺旋结构解开而成为两股单链，各自作为模板，用于合成新的互补链。子代细胞出现新的DNA双链，其中一股单链是从亲代完整地接受过来的，另一股单链是完全重新合成，且与母链按碱基配对原则互补。也就是说，两个子代细胞的DNA双链，都和母细胞DNA碱基序列完全一致。,第一节 参与DNA复制的酶,底物：脱氧三磷酸核苷聚合酶：依赖DNA的DNA聚合酶模板：解开成单链的DNA母链引物：一段寡核苷酸其它酶和蛋白质因子:起解链、理顺双螺旋、稳定单链的作用。连接酶。,一、DNA聚合酶,大肠杆菌中有DNA聚合酶I，II和III。Pol III被认为是原核生物细胞内真正起复制作用的酶。Pol I可以被蛋白酶分成大小片段，大片段有DNA聚合酶的活性，称为Klenow片段。真核生物中发现的DNA聚合酶有、和。,DNA聚合酶催化的反应,5到3的聚合活性(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+Ppi,DNA聚合酶催化的反应,5到3的聚合活性(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+Ppi核酸外切酶活性(从5或3末端把核苷酸从核酸链上水解下来),DNA聚合酶的性质,以脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)为前体催化合成DNA需要模板和引物不能起始合成新的DNA链催化dNTP加到生长中的DNA的3-OH末端催化DNA合成的方向是5到3。,复制的保真性,DNA复制保真性至少依赖三种规律：1.遵守严格的碱基配对规律。2.聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能。3.复制中出错时有即时的校读功能。,解旋、解链酶,复制应先解开DNA的超螺旋、双螺旋结构。解旋、解链酶类：解链酶、DNA拓扑异构酶、单链DNA结合蛋白。,解链酶,解链酶是rep，它在ATP存在时解开DNA双链，每解开1对碱基，需要消耗2个ATP。另一种为解旋酶II。在解链过程中，已解开的DNA双链之一，其解链方向与复制方向一致，称为领头链；另一链复制方向与解链方向相反，称为随从链。,DNA拓扑异构酶,拓扑酶对DNA分子的作用都是既能水解，又能连接磷酸二酯键。拓扑酶I：不需要ATP，切断DNA双链中的一股，使DNA解链旋转中不打结，适当的时候又把切口封闭，使DNA变成松驰状态。拓扑酶II在无ATP时，切断处于超螺旋的DNA分子，使超螺旋松驰。在有ATP时，松驰状态的DNA进入负超螺旋状态，断口在同一酶催化下再连接起来。,单链DNA结合蛋白,单链结合蛋白(SSB)的作用是在复制中维持模板处于单链状态并保护这种单链的完整性。,引物酶和引发体,复制是在一段RNA引物的基础上加进脱氧核苷酸的，催化引物合成的是一种RNA聚合酶，它不同于催化转录过程的RNA聚合酶，因此称为引物酶。引物酶在模板的复制起始部位催化互补碱基的聚合，形成短片段RNA。在解链酶结合其它复制因子而可辨认起始点时，就可再结合引物酶，形成引发体。,DNA连接酶,DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和另一DNA链的5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连成完整的链。连接酶的催化作用在原核细胞需要消耗NAD，在真核细胞则消耗ATP。连接酶连接的都是碱基互补基础上的双链中的单链缺口，它并没有连接单独存在的DNA单链或RNA单链的作用。,三种酶催化生成磷酸二酯键的比较,第二节 DNA复制过程,复制的起始复制的延长复制的终止,复制的起始,原核生物总是从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，称为双向复制。真核细胞染色体比较复杂，可能有多个复制起始点，同时形成多个复制单位。复制开始后由于DNA双链解开，在两股单链上进行复制，在电子显微镜下均看到伸展成叉状的复制现象，称为复制叉。,复制起始的步骤,1.引物酶按碱基配对规律合成RNA引物。2.在DNA聚合酶III的作用下，靠酶的亚基辨认引物，新链第一个脱氧核苷酸就加到引物的3-OH末端上，形成磷酸二酯键。3.DNA拓扑异构酶(可能主要是II型酶的作用)，在将要打结或已打结处作切口。4.单链DNA结合蛋白(SSB)结合于开放的单链上，起稳定和保护单链模板的作用。,复制的延长,催化延长的酶在原核生物为pol III，在真核生物为DNA聚合酶和。DNA复制延长的速度相当快，在细菌中约为2500bp/s。高等生物DNA复制时延长速度可能慢一些，但它有多个起始点生成多个复制单位同时复制，总的复制速度与原核生物相差不多。,复制的不连续性,DNA双链的走向相反，而复制和引物合成总是从5到3方向延伸的。因此领头链可以顺解链方向延长。随从链复制方向与解链方向相反，因此必须等待模板链解出足够长度，复制才能开始并延长。复制中的不连续片段称为冈崎片段。,复制的过程,滚环复制,环状DNA双链一股先开一个缺口，5端向外伸展，在伸展出的单链上进行不连续复制，没有开环的另一段，则可以一边滚动一边进行连续复制。,复制的终止,原核生物除了有一定的复制起始点，还好一定的复制终止点。RNA酶将引物水解pol I填补空缺连接酶连接,参加复制的酶,第三节 DNA的损伤和修复,突变和遗传的保守性,突变的分子基础,突变是DNA分子上碱基的改变。自发突变是遗传过程中“自发”发生的突变。诱变是研究核酸与遗传时，应用一些物理或化学方法对DNA分子或整个组织细胞处理使DNA发生突变。是人工手段使DNA发生突变。,突变的分类,点突变：一个碱基的变异。有转换同型碱基和颠换异型碱基缺失：一个碱基或一段核苷酸从DNA上消失插入：一个碱基或一段核苷酸插入到DNA大分子中。倒位：DNA链内部迁移。,诱变因素,损伤的修复,损伤：是复制过程中发生的DNA突变，大多数属于自发突变。校读：pol I监视和纠正复制错误的功能。,损伤修复的机制,光修复切除修复重组修复SOS修复,光修复,紫外线照射可引起核酸链上相邻的两个胸腺嘧啶形成二聚体TT。光修复过程是通过光修复酶催化而完成的，需300600nm波长照射激活。,切除修复,切除修复需要特异的核酸内切酶、pol I、DNA连接酶等参加。,重组修复,当DNA分子的损伤面较大时，来不及修复完善就进行复制，损伤部位因无模板指引，复制的新子链会出现缺口。重组蛋白RecA将另一股健康的母链与缺口部分进行交换，以填补缺口。健康的母链产生的缺口由pol I和连接酶复原。,SOS修复,除了复制、修复的酶系统外，还有重组蛋白RecA及调控蛋白LexA。,
