七科联考-生物化学-第十四章DNA的生物合成课件.ppt

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1、1,原核生物DNA复制过程,第三节,2,一、复制的起始,二、复制的延长,三、复制的终止,3,一、复制的起始,1.DNA解开成单链，形成复制叉，提供模板,3.合成引物，提供3-OH末端,2.形成引发体,4,复制的起始,5,（一）DNA的解链,1、复制有固定起始点,2、DNA解链需多种蛋白质参与,3、解链过程中需要DNA拓扑异构酶,6,3,5,5,3,SSB,含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。,DnaG引物酶,DNA拓扑异构酶,（二）引发体形成和引物合成,7,引物的合成,3,5,5,3,SSB,DNA拓扑异构酶,合成引物,DnaG引物酶,解链方向,1、引物

2、：短链RNA分子2、合成方向：533、提供3-OH末端,8,二、复制的延长,酶：DNA-pol 原料：dNTP化学本质：磷酸二酯键的生成合成方向：53,领头链：连续随从链：不连续,半不连续复制,9,OH 3,3,目 录,复制的延长,10,11,目 录,1、前导链复制先于后随链2、两链在同一酶催化下进行延长,DNA-pol,12,三、复制的终止,切除引物：RNA酶填补空缺：DNA-Pol I连接切口：DNA连接酶,13,原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。,14,后随链上不连续性片段的连接：,切除引物,填补空缺,连接切口,15,复制过程简图,16,真核生物

3、DNA复制过程,第四节,17,（一）复制的起始,（二）复制的延长,（三）复制的终止,注意：原核生物 E.Coli 的DNA是环状双链；,真核生物为线状双链DNA。,真核生物的DNA生物合成,复制时间：分裂间期的S期,18,打开双链形成复制叉 引发体 RNA引物,多染色体、多起始点、多复制子复制起始点：Oric短、富含AT序列复制有时序性,特点,一、真核生物复制的起始 与原核生物基本相似,19,引物酶：DNA-Pol 解螺旋酶：DNA-Pol 拓扑酶 增殖细胞核抗原（PCNA）复制因子（RFA SSB、RFC等）,复制起始需要的一些酶和因子,20,PCNA为同源三聚体，可形成闭合环形的“DNA夹

4、子”(与DNA-Pol的-亚基有相同的功能和相似的构象。)PCNA是Pol 的可滑动的夹子：在RFA的作用下 PCNA结合于引物-模板链上，使Pol 获得持续合成能力。PCNA可与许多蛋白质分子结合，是协调DNA复制、损伤修复、表观遗传和细胞周期调控的核心因子。,增殖细胞核抗原（PCNA）,21,引物,二、真核生物复制的延长,延长的主要酶：DNA-Pol 延长过程：和互换,引物、冈崎片段比原核生物短,后随链,前导链,亲代DNA,22,复制延长的总结,DNA聚合酶/转换：在复制叉及引物形成后，DNA-Pol通过PCNA的协同作用，逐步取代DNA-Pol，在RNA引物的3-OH上连续合成子链；真核

5、生物以复制子为单位进行复制，其引物和冈崎 片段都比原核生物的短；真核生物冈崎片段的长度大致与一个核小体所含 DNA的碱基数或其若干倍相等；真核生物DNA-Pol的催化效率远比原核生物慢，但 复制的整体速度不慢。,23,三、真核生物复制的终止,切除引物：RNA酶、核酸外切酶填补空隙：DNA-Pol/片段连接：连接酶(冈崎片段、复制子）,DNA合成后，立即组装成核小体,24,问题？线性染色体两端DNA子链上，5端RNA引物去除后留下空隙该如何填补？,已知：1、DNA-Pol 不能催化两个游离的dNTP聚合2、DNA单链的母链易被DNase水解。,四、染色体末端复制端粒酶,25,2009年诺贝尔生理

6、学或医学奖,发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理。,伊丽莎白布莱克本Elizabeth Blackburn,卡罗尔-格雷德Carol Greider,杰克绍斯塔克Jack Szostak,26,端粒(telomere),真核生物染色体线性DNA分子末端膨大的特殊的结构。,结构特点,由末端单链DNA序列和蛋白质构成。该序列是多次重复的富含T、G碱基 的短序列（TnGn）x。,27,端粒酶(telomerase),端粒酶RNA（An、Cn）x(hTR)AAAACCCCAAAACCCC.端粒酶协同蛋白(hTP1)端粒酶逆转录酶(hTRT)功能：提供RNA模板、催化逆转录端粒酶通过爬行模型的机制维持染色

7、体的完整,组成,28,29,30,31,32,端粒DNA末端,内在模板RNA,DNA-Pol,端粒酶靠其hTR（AnCn）x 辨认及结合母链DNA（TnGn）x的重复序列并结合至其3端，开始以逆转录的方式复制延伸母链。,复制一段后，hTR（AnCn）x 爬行移位至新合成的母链3端再以逆转录的方式继续复制延伸母链。,延伸至足够长度后，端粒酶脱离母链，代之以DNA-pol，此时母链形成非标准的G-G发夹结构允许其3-OH反折，同时起引物和模板的作用，在DNA-pol的作用下完成末端双链的复制。,33,逆转录和其他复制方式,第五节,34,逆转录(reverse transcription),一、逆转

8、录病毒和逆转录,逆转录：就是以RNA为模板，由逆转录酶催化4种dNTP聚合、产生DNA的过程，又称RNA指导的DNA合成。逆转录病毒：含有逆转录酶的RNA病毒。,35,是多功能酶，有三种酶活性：,RNA指导的DNA聚合酶活性 RNase H活性DNA指导的DNA聚合酶活性,逆转录酶(reverse transcriptase)全称：依赖RNA的DNA聚合酶,36,逆转录的过程,RNA 模板,逆转录酶,DNA-RNA杂化双链,逆转录酶(RNaseH),单链DNA,逆转录酶,双链DNA,37,38,基因重组瞬时表达稳定表达整合（integration）：某些情况下，前病毒基因组通过基因重组，插入到

9、细胞基因组内，并随宿主基因一起复制和表达。,39,真核生物线粒体DNA按D环方式复制,D-环复制（D-loop replication)复制起点不在双链DNA同一位点，内外环复制有时序差别。,40,有特异的复制起点；环形线粒体DNA两条链（H和L）的复制不同步D环或取代环（displacement loop）：线粒体DNA复制开始以H链作为模板合成新的L链，取代原来的L链并和H链互补，而原来的L链则保持单链状态，形成类似英文字母D的区域；两条链具有不同的复制起点和相反的合成方向；线粒体DNA复制也需要RNA引物。,线粒体DNA复制特点：,41,临床意义,线粒体DNA（mtDNA）；37基因（1

10、3个mtDNA基因；22个tRNA；2个rRNA）mtDNA易突变，损伤修复较困难，因此mtDNA与衰老、癌症等基因发生密切相关。,42,小 结,43,复制特点：(3个),半保留复制 2.双向复制3.半不连续复制,44,原核生物与真核生物参与复制的关键酶,原核生物,真核生物,拓扑异构酶,SSB,DnaC,DnaB（解螺旋酶）、,DnaA、,引物酶,连接酶,DNA pol、,拓扑异构酶,RFA,解螺旋酶:DNA-Pol,引物酶:DNA-Pol,连接酶,DNA pol、,45,DNA聚合酶活性（作用）（2方面）1、聚合活性：5 3方向，催化四种dNTP一个一个地连接到DNA子链上去。2、核酸外切酶

11、活性（两种情况）3 5外切酶活性，能辨认错配的碱基对，并将其水解。5 3外切酶活性，能切除突变的 DNA片段。,46,原核生物与真核生物的DNA聚合酶,原核生物,真核生物,DNA pol,核心酶：聚合、校正-复合物DNA夹子,DNA-pol、DNA-pol,DNA-pol：校读、修复和填补缺口,复制引发和延伸过程中发生 DNA聚合酶/转换,DNA-pol：,DNA pol：,校读、修复和填补缺口,参与DNA损伤的应急修复,DNA-pol（）：参与应急修复,47,原核生物：DNA-pol 真核生物：DNA-pol和,复制中起主要作用的DNA聚合酶,48,DNA生物合成过程,起始：解螺旋、形成复制

12、叉、引发体、引物,延长：半不连续复制、冈崎片段,终止：切除引物、填补空缺、连接切口,49,原核生物与真核生物复制起始的比较,原核生物,真核生物,拓扑异构酶,SSB,DnaC,DnaB（解螺旋酶）、,DnaA、,引物酶,拓扑异构酶 解旋酶（多种）RPA SSB Pol/引物酶,只有一个复制起始点；打开双链形成复制叉,形成引发体，合成RNA引物,多复制起始点,且起始片段较短；打开双链形成复制叉,形成引发体，合成引物,50,原核生物与真核生物复制延长的比较,原核生物,真核生物,DNA pol,核心酶：聚合、校正-复合物DNA夹子,DNA聚合酶/复制因子C（RFC)增殖细胞核抗原（PCNA）,复制引发和延伸过程中发生DNA聚合酶/转换；多复制子复制，引物和冈崎片段都比原核生物短。,半不连续复制，一个DNA聚合酶能够同时合成前导链和后随链,51,原核生物与真核生物复制终止的比较,原核生物,真核生物,切除引物：RNA酶填补空缺：DNA-Pol I连接切口：DNA连接酶,切除引物：RNA酶、核酸外切酶填补空缺：DNA-Pol/片段连接：DNA连接酶,DNA合成后，立即组装成核小体；端粒酶确保染色体末端复制完整,环状DNA，双向复制，在终止点上汇合,