第九章 DNA的生物合成课件.ppt

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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 polymerase

7、s）(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

8、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

9、,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

10、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

11、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,