第十二章DNA的生物合成（PPT 精品）课件.ppt

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1、第十二章 DNA的生物合成,本章重点介绍遗传中心法则和DNA半保留复制方式，掌握复制的化学反应和复制方向，以及参与DNA复制的酶和蛋白质因子，掌握DNA复制的基本过程。了解逆转录机逆转录酶，了解DNA突变及修复方式。,思考,DNA是绝大多数生物体遗传信息的载体，继1953年Watson&Crick提出DNA双螺旋结构模型后，1958年，Crick提出了“中心法则”(Central dogma)揭示了遗传信息的传递规律。,we had found the secret of life,遗传信息传递的中心法则,蛋白质,DNA,RNA,生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上，表现为特定的核苷酸

2、排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主细胞中一些RNA病毒能以自己的RNA为模板复制出新的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以其RNA为模板合成DNA，称为逆转录，这是中心法则的补充。,中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理

3、论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。,目 录,第一节 半保留复制第二节 DNA的生物合成第三节 DNA的损伤与修复第四节 DNA重组,第一节 半保留复制（DNA指导下的DNA合成）,DNA在复制过程中首先是两条链间的氢键断裂，然后双链解开。接着再以每一条链为模板，按照碱基互补配对原则（A:T,G:C）,由DNA聚合酶催化合成新的互补链。这样新形成的两个DNA分子与原来的DNA分子的碱基序列完全相同。每个子代DNA中的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。,DNA半保留复制的实验依据,1958年Meselson&stahl用同位素示

4、踪标记/密度梯度离心技术实验,证明了DNA是采取半保留的方式进行复制.,第二节 DNA的生物合成,DNA合成的通式及方向参与DNA复制的酶和蛋白因子原核生物DNA复制的过程真核生物DNA复制的过程逆转录作用（RNA指导下的DNA的合成）,DNA合成的通式及方向,DNA合成是以4种dNTP(N=A,T,G,C)为底物，在DNA聚合酶的催化下，向DNA的3-OH添加脱氧核苷酸使链延长的过程。,原核生物参与DNA复制的酶和蛋白因子,DNA聚合酶(DNA polymerases)DNA解旋酶(DNA helicase)单链结合蛋白(single-strand binding protein,SSB)：

5、结合在解开的DNA单链上，防止重新形成双螺旋。拓扑异构酶(topoisomerase):兼具内切酶和连接酶活力，能迅速将DNA超螺旋或双螺旋紧张状态变成松驰状态，便于解链。引物酶(primase)和引发体(primosome)：启动RNA引物链的合成。DNA连接酶（DNA ligase）,大肠杆菌有三种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 核酸外切酶作用聚合速度(核苷酸/分)持续合成能力主要功能,Pol Pol Pol,109,000400+1000-12003-200DNA修复RNA引物切除,120,000100+-24001500DNA修复

6、,400,00010-20+15000-60000500000DNA复制,比较项目,DNA聚合酶DNA聚合酶DNA聚合酶,DNA polymerase I,大片段(Klenow fragment),小片段,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,DNA polymerase III,DNA helicase,If I were an enzyme,I would be DNA helicase,so I could unzip your genes,Single-stranded DNA binding protein,from M.tuberculosis,M.le

7、prae and M.megmatis,SSB,primase,A primosome is a complex of seven proteins:DnaG primase,DnaB helicase,DnaC helicase assistant,DnaT,PriA,Pri B,and PriC.,DNA Ligase,ligase from many bacteria,http:/www.rcsb.org/pdb/static.do?p=education_discussion/molecule_of_the_month/pdb55_1.html,不能催化单链DNA连接必须具有粘性末端双

8、链DNA，而不是平齐末端羟基和磷酸基团必须相邻,topoisomerase,cuts one strand of a DNA double helix and then reanneals the cut strand.,cuts both strands of one DNA double helix,passes another unbroken DNA strand through it,and then reanneals the cut strand,Type I,Type II,原核生物DNA复制的过程,DNA复制的起点和方式DNA链的合成与延长终止复制的忠实性,DNA复制的起点和

9、方式,未复制DNA,DnaA,DnaB(解螺旋酶),SSB,E.Coli DNA复制起点在起始阶段的结构模型,DNA链的合成与延长,复制叉的移动方向,3,5,3,5,终止,Mg2+,连接酶,A,T,C,G,P,T,T,P,P,P,A,A,C,C,T,G,A,P,A,C,P,P,P,P,OH,T,G,G,A,T,C,G,P,T,T,P,P,P,A,A,C,C,T,G,A,P,A,C,P,P,P,T,G,G,P,缺口(nick）,3,3,5,5,5,5,3,3,模板链,模板链,Poli I切除RNA引物Ligase 连接DNA,复制的忠实性,DNA复制过程是一个高度精确的过程，据估计，大肠杆菌DN

10、A复制109-1010碱基对仅出现一个误差，保证复制忠实性的原因主要有三点:,a、DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循 碱基配对原则）,b、DNA聚合酶的校对功能（错配碱基被3-5 外切酶切除）,c、起始时以RNA作为引物,DNA聚合酶的校对功能,聚合酶,错配碱基,复制方向,正 确核苷酸,5,5,5,3,3,3,切除错配核苷酸,DNA聚合酶的3-5 外切酶水解位点,DNA聚合酶的5-3 外切酶水解位点,真核细胞DNA复制的特点,多个起点复制,端粒（telemere）复制,真核和原核DNA细胞复制比较,端粒酶（telomerase）,DNA复制需要引物，但在线形DNA分子末端不可能通过正常的机制在

11、引物被降解后合成相应的片段.如果没有特殊的机制合成末端序列，染色体就会在细胞传代中变得越来越短。这一难题是通过端粒酶的发现才得到了澄清，端粒酶是一种含RNA的蛋白复合物，实质上是一种逆转录酶，它能催化互补于RNA模板的DNA片段的合成，使复制以后的线形DNA分子的末端保持不变。,初步研究表明，人体中生殖细胞的端粒长度保持不变，而体细胞的端粒长度则随个体的老化而逐步缩短。对此的一个推论是：人的生殖细胞具端粒酶的活力，体细胞则否。这一问题的解决无疑会有助于对生命衰老的认识。,端粒酶,端粒合成的一种模型,整合,逆 转 录 作 用,1、概念,2、逆转录酶,3、病毒逆转录过程,4、逆转录的生物学意义,扩

12、充了中心法则有助于对病毒致癌机制的了解与真核细胞分裂和胚胎发育有关逆转录酶是分子生物学重要工具酶,三种功能,逆转录过程中cDNA的合成,逆逆转录病毒的生活周期生活周期,RNA,衣壳,被膜,逆转录酶,转录,转译,整合入宿主细胞染色体DNA,进入细胞,丢失被膜,丢失衣壳,逆转录,RNA,RNA,cDNA,衣壳蛋白,被膜蛋白,逆转录酶,第三节 DNA损伤与修复,某些物理（紫外线、电离辐射）和化学或生物学因素的作用，或者由于生物体DNA复制过程出现异常均可引起DNA分子的损伤或改变。如果DNA损伤不能修复，对体细胞可能影响其功能或生存，对生殖细胞则可能影响到其后代。,一、损伤类型 碱基对的置换(sub

13、stitution)移码突变(framesshift mutation),二、DNA修复类型（1）光裂合酶修复（2）切除修复（3）重组修复（4）诱导修复（SOS修复）,野生型基因,-T-C-G-A-C-T-G-T-A-C-G-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-,碱基对的置换(substitution),移码突变(framesshift mutation),DNA紫外线损伤的光裂合酶修复,A形成嘧啶二聚体,B光复合酶结合于损伤部位,C修复后酶被释放,切除修复,碱基丢失,碱基缺陷或错配,结构缺陷,切开,核酸内切酶,核酸外切酶,切除,DNA聚合酶,DNA连接酶,AP核酸内切酶,核酸外切酶,

14、切开,切除,修复,连接,糖苷酶,插入酶,碱基取代,DNA的重组修复,胸腺嘧啶二聚体,复制,核酸酶及重组蛋白,修复复制,DNA聚合酶,DNA连接酶,重组,SOS反应的机制,靶基因表达,lexA靶基因表达 但产物被分解,recA大量表达,RecA促使分解LexA,未诱导的细胞,诱导的细胞,靶基因,lexA基因被LexA 蛋白质部分阻遏,recA基因被LexA 蛋白质部分阻遏,（40个不同的位点被阻遏）,LexA(阻遏物),RecA(辅蛋白酶),第四节 DNA重组,DNA分子内或分子间发生遗传信息的重新组合，称为遗传重组，DNA的重组广泛存在与各类生物，真核生物在减数分裂过程中两条同源染色体之 间的

15、交换，在噬菌体的整合过程中，在转座过程中都发生DNA的重组。DNA重组在生物进化中起着重要作用。,同源重组位点专一性重组转座重组,同源重组homologous recombination,指由两条具有同源性的DNA分子，通过错配，链的断裂和再连接，产生片段交换的过程。真核生物染色体的交换，细菌及某些低等生物的转化，以及重组修复都属于这一类。,位点专一性重组site specific recombination,噬菌体基因组插入到细菌基因组染色体上的方式就是位点专一性重组，这个过程也叫整合。这种重组方式需要噬菌体DNA和细菌DNA上的专一性位点，催化这个重要过程的酶只能作用于这对专一性位点。,转座重组 transpositional recombination,转座重组指DNA上的核苷酸序列在不同染色体之间或同一染色体的不同区段之间移动，这些可以移动的DNA片段就是转座子。转座子最早在玉米中发现，目前在所有的生物中都发现了转座子。,Conservative TranspositionReplicative TranspositionRetrotransposition,