第九章DNA生物合成(最后动画)06级用课件.ppt
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1、,第十四章DNA的生物合成The Replication of DNA,思考题1.甲状腺素是一种含碘的()(1)氨基酸(2)多肽(3)蛋白质(4)寡糖2.当温度逐渐升高到一定高度时,DNA双链,称为,当“退火”时,DNA两条链,称为。,核酸在复性后260nm波长的紫外吸收值,这种现象称为 效应。判断题 1.关于tRNA叙述正确的是()a.分子上的核苷酸序列全部为三联体 b.是核糖体组成的一部分 C.由稀有碱基构成发夹结构 d.二级结构为三叶草型 2.某DNA双链,其中一股碱基序列是:5 AACGTTACGTCC-3,另一股应为:a.5 AACGUUACGUCC 3 b.5-GGACGTAACG
2、TT-3 c.5-AACGTTACGTCC 3 d.5-TTGCAATGCAGG-3,新陈代谢和遗传变异是生命的两个基本特征。DNA是生物遗传信息的携带者,并且可以进行自我复制(self-replication),也正因为如此,才保证了在细胞分裂时,亲代细胞的遗传信息正确无误地传递到两个子代细胞中。这种以亲代DNA分子为模板合成两个完全相同的子代DNA分子的过程称为复制(replication)。,遗传的中心法则,DNA通过复制将遗传信息加倍,再分裂是均分给两个子代细胞,在子代中通过转录和翻译,将遗传信息传递给蛋白质分子,从而决定生物的表现型,是子代具有和亲代相同或相近的性状。DNA的复制、转
3、录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。在RNA病毒中,其遗传信息贮存在RNA分子中,遗传信息的流向是RNA通过复制,将遗传信息由亲代传递给子代,通过反转录将遗传信息传递给DNA,再由DNA通过转录和翻译传递给蛋白质。,DNA dependent DNA polymeraseDDDPDNA dependent RNA polymeraseDDRPRNA dependent RNA polymeraseRDRPRNA dependent DNA polymeraseRDDP,中心法则,DNA的双螺旋结构是复制的结构基础,碱基互补配对原则是遗传信息传递真实性的保证。,第一节 DNA复制的特点 一、半
4、保留复制,DNA在复制时,以亲代DNA的每一股作模板,合成完全相同的两个双链子代DNA,每个子代DNA中都含有一股亲代DNA链,这种现象称为DNA的半保留复制(semi-conservative replication)。,1,2,保留了一半父代DNA成份,半保留复制,DNA以半保留方式进行复制,是在1958年由M.Meselson 和 F.Stahl 所完成的实验所证明。该实验首先将大肠杆菌在含15N(NH4CI 重氮)的培养基中培养约十五代,使其DNA中的碱基氮均转变为15N。将大肠杆菌移至只含14N(NH4CI 轻氮)的培养基中同步培养一代、二代、三代。分别提取DNA,作密度梯度离心,可
5、得到下列结果:,半保留复制的证明 266页,1958年 Meselson和Stahl用15N同位素标记及密度梯度超速离心证明DNA复制是一种半保留复制。,出现上述三条带结果与半保留复制模式假设是完全符合的。,H,H,H,H,L L,15NH4CI中培养的DNA,14NH4CI中培养的第一代DNA,14NH4CI中培养的第二代DNA,亲代,第一代,第二代,DNA在复制时,需在特定的位点起始,这是一些具有特定核苷酸排列顺序(特定的位点)的片段,即复制起始点(复制原点 ori)。在DNA复制时,两条亲代链在复制起点处部分分开,此时形成一种动态的Y字型结构,称之复制叉,即复制正在发生的部位,同时进行着
6、解链和合成。在原核生物中,复制起始点通常为一个,而在真核生物中则为多个,如果蝇6000个复制原点。,二、复制过程中的一些基本要点(一)复制起始点,(二)复制终止点,在复制子的末端,由一段特殊的序列,称为复制的终止位点(ter),完成复制的终止。由一个复制起始点进行到终点结束,完成整个染色体DNA分子的复制,即复制单位。,一个复制子就是DNA上的一个独立复制DNA单位(DNA复制的功能单位)。一个复制子只含有一个专一的复制起点和复制结束的终点。一个完整的复制子在一个细胞周期只复制一次(真核)(曼夫332)。原核生物可以连续起始复制。真核生物往往采用更多的复制原点。,(三)复制子 DNA复制单位亦
7、称为,在环形DNA中,整个结构象字母,在电镜下观察犹如一只眼睛,称为复制眼。对于环状DNA,复制眼使其成为结构。,染色体DNA复制方式(真核生物)多复制子复制,即DNA上先形成多个复制眼,双向复制。“眼”扩大互相相连,形成“大眼睛”最后完成整个DNA的复制,形成两个DNA分子,原核生物染色体和质粒都是独立(只有单一个)复制子;真核细胞染色体中有多个复制子组成。,在环型E.coli的染色体双向复制,复制的终止位点是在两个复制叉的会合处,即在复制起点对面的终止点(曼夫335页)。,DNA分子中能独立进行复制的单位称为复制子(replicon),(四)需要引物,参与DNA复制的DNA聚合酶,必须以一
8、段具有3端自由羟基(3-OH)的RNA作为引物(primer),才能开始聚合子代DNA链。RNA引物的大小,在原核生物中通常为510个核苷酸,RNA引物的碱基顺序,与其模板DNA的碱基顺序相配对。,DNA,RNA引物,A,U,T,OH,5 5,每一DNA片段都有自己的RNA的引物,复制正在发生的位点(复制叉),3,5 3,A,(五)复制的方向性,(1)单向复制,也可以是双向复制 复制有固定的起始点,从起始点开始,可以是单向复制也可以是双向复制,单向复制:即只形成一个复制叉(replication fork)双向复制:即形成两个复制叉。如E.coliDNA等。,都是53方向合成,原核生物,(2)
9、复制的5 3方向 从原点开始,新链合成的方向:5 3方向,,(六)半不连续复制,复制过程中,催化DNA 合成的DNA聚合酶只能催化核苷酸从53方向合成,以3 5链为模板时,新生的DNA以53方向连续合成;而以53为模板只能合成若干反向互补的冈崎片段(?),这些片段再相连成完整的新链,故称半不连续复制。,冈崎片段,日本科学家Okazaki(冈崎)用实验证明在复制过程中产生了这种小片段,所以这些片段被命名为冈崎片断。顺着解链方向合成的子链,复制是连续进行的,这股链称为前导链(leading strand)。另一股新链的复制方向与解链方向相反,复制是不连续进行的,这条不连续合成的链称为随从链(lag
10、ging strand)。,冈崎片段在原核生物中约为1000 个核苷酸,而在真核生物中约为100个核苷酸。,前导链和后随链,后随链,前导链,冈崎片段,复制叉前进的方向,方向?,第二节 参与DNA复制的 主要酶类与蛋白因子,一、原核生物 补充两点 1.底物,DNA复制以四种脱氧核糖核苷酸为底物,即dATP,dGTP,dCTP,dTTP。(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PPi,聚合反应机理,PPi,2.模板(template),DNA复制是模板依赖性的,必须要以亲代DNA链作为模板。亲代DNA的两股链解开后,可分别作为模板进行复制。,(一)引发酶(primase)(引物合成酶)分子量约
11、为60kDa的单肽链,每个细胞约有50-100个分子,该酶单独存在时活性低,只有与其他蛋白质相互作用结合成一个复合体时才有活性,这种复合体称为引发体(primosome)。合成的引物是长约5-10个核苷酸的RNA。一旦RNA引物合成,就可以由DNA聚合酶在它的3-OH上继续催化DNA新链的合成。,(引发体(primosome)由引发前体与引物酶(primase)组装而成。引发前体是由若干蛋白因子聚合而成的复合体。)引物酶本质上是一种依赖DNA的RNA聚合酶(DDRP),该酶以DNA为模板,聚合一段RNA短链引物(primer),以提供自由的3-OH,使子代DNA链能够开始聚合。,引物酶(pri
12、mase)功能:以DNA为模板,催化合成一小段与DNA互补的RNA,即引物。引物:510个核苷酸,(二)DNA聚合酶(DDDP),在大肠杆菌中,目前发现的DNA聚合酶(DNA polymerase)有三种:DNA聚合酶(pol)DNA聚合酶(pol)DNA聚合酶(pol)这三种酶都属于具有多种酶活性的多功能酶。参与DNA复制的主要是poll 和pol。,DNA聚合酶是以DNA为模板,催化底物(dNTP)合成DNA的酶类,普遍存在于生物体内。它们的作用方式基本相同,都需要dNTP、Mg2+、模板DNA和引物,在DNA模板指导下,催化底物加到引物的3-OH上,形成3,5磷酸二酯键,由53方向延长D
13、NA链。引物是DNA合成所必需的。,DNA聚合酶 Arthur Kornberg于1957年分离出来,因此获得1959年的若贝尔奖。分离工作十分艰巨,用了100kg细菌分离到500mg的纯酶(polymerase),或称Kornberg酶。它是一个多功能酶。,原核生物中的三种DNA聚合酶,又称校对作用,pol,pol 由十种亚基组成,其中亚基具有53聚合DNA的酶活性,因而具有复制DNA的功能,每分钟速度6000个碱基。亚基具有35外切酶的活性,因而与DNA复制的校正功能有关。,曼夫331页文字,DNA聚合酶的校对作用,曼夫330页文字,DNA连接酶(DNA ligase)可催化两段DNA片段
14、之间磷酸二酯键的形成,而使两段DNA连接起来。DNA连接酶催化的条件是:需一段DNA片段具有3-OH,而另一段DNA片段具有5-Pi基;未封闭的缺口位于双链DNA中,即其中有一条链是完整的;需要消耗能量,在原核生物中由NAD+供能,在真核生物中由ATP供能。,(三)DNA连接酶,DNA连接酶(ligase)功能:将复制过程中形成的DNA片段用3 5磷酸 二酯键连接起来。,单链DNA结合蛋白(single strand binding protein,SSB)又称螺旋降稳蛋白(HDP)。能够与单链DNA结合的蛋白质因子,其作用为:使解开双螺旋后的DNA单链能够稳定存在,即稳定单链DNA,便于以其
15、为模板复制子代DNA;防止DNA链重新结合。保护单链DNA,避免核酸酶的降解。,(四)单链DNA结合蛋白,(五)DNA解螺旋酶(helicase)(解链酶)功能:DNA的双螺旋解链(解DNA双链),解开一对碱基,需2分子ATP,作用点:DNA上局部单链处,向双链方向解链。,要将DNA双链解开,主要依赖于DNA解旋酶(也称为解链酶),还需要参与起始反应的多种蛋白因子,如DnaA。DnaA能够识别大肠杆菌复制原点OriC富含A/T的3个13个bp的重复序列区,使双链DNA连续变性,启动解链过程。,附:原核生物复制起始点的结构,E.coli的复制起点Ori大约长245bp,它是决定和控制E.coli
16、染色体复制的唯一片段。(介绍)包括两个关键序列(二个必需区域:13bp的序列和9bp序列 9bp重复序列,重复出现4次,能与起始蛋白 dnaA特异结合,当dnaA蛋白(约20种)结合于ori的4个部位上时复制开始。对于DNA复制的起始十分重要,有利于双螺旋DNA局部解旋并暴露两条复制模板链。,dnaA蛋白还能识别 另一3个连续出现的13bp序列区,每一个顺序都由GATC开始,富含A和T,有助于螺旋解开,控制复制何时开始。dnaA蛋白(一种专一的蛋白)和ori结合后,双螺旋解开形成复制叉。故dnaA蛋白与启动解链有关(曼夫332页),dnaA蛋白是起始的关键成分。,DNA复制的起始,因随着复制叉
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