第十章DNA生物合成课件.ppt

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1、第十章 DNA的复制,一、DNA的半保留复制,1、DNA的半保留复制：2、DNA复制的起始点和方向：3、原核细胞DNA复制（DNA指导下的DNA合成）1)DNA聚合酶I：2)DNA聚合酶II：3)DNA聚合酶III：4)双链DNA复制的分子机制：5)滚环复制：,4、真核细胞DNA的复制（DNA指导下的DNA合成）需要冈崎片段、RNA引物、DNA连接酶、解旋酶和蛋白质。5、反转录（RNA指导的DNA合成）：6、DNA的损伤与修复：,1、DNA的半保留复制,1953年Watson和Crick提出。该假说推测：复制时DNA的两条链要分开，然后用碱基配对方式按照单链DNA的核苷酸顺序合成新链，以组成新

2、DNA分子。这样形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的。这种复制方式称为半保留复制。1958年Meselson 和Stahl首次用实验直接证明了DNA的半保留复制。氯化铯梯度离心。,2、DNA复制的起始点和方向,起始点：含100-200个碱基的一段DNA，形成复制叉。1）原核生物：一个起始点，第一个DNA的复制尚未完成，就开始第二个DNA分子在同一起始点开始复制。复制叉移动速度约105bp/min.2）真核生物：多个起始点,形成多个复制泡和复制眼。复制叉移动速度约5*102-3bp/min。方向：可以朝一个方向，也可以朝两

3、个方向进行。,1)DNA聚合酶I,1956年由Kornberg 从大肠杆菌中分离而来。相对分子质量：109000。为一条单链，活性部位含有紧密结合的锌离子。聚合作用：催化四种脱氧核苷酸、镁离子、DNA模板、引物合成新的DNA链。3 5 外切酶作用：5 3外切酶作用：,2)DNA聚合酶II,相对分子质量：120000聚合作用：催化四种脱氧核苷酸、镁离子、DNA模板、引物合成新的DNA链。3 5 外切酶作用：该酶活性低，参与复制、修复DNA。,3)DNA聚合酶III,相对分子质量：140000聚合作用：催化四种脱氧核苷酸、镁离子、DNA模板、引物合成新的DNA链。3 5 外切酶作用：5 3外切酶作

4、用该酶活性高，是酶I的15倍，酶II的300倍。为真正的复制酶，DNA复制主要由它起作用。,4)双链DNA复制的分子机制,DNA聚合酶都只能催化DNA链从5 3端延长。A.冈崎片段和半不连续复制冈崎片段：DNA进行复制时先合成较短的DNA片段，接着出现较大的分子，这种短片段称为冈崎片段。在细菌和真核细胞中普遍存在。DNA半不连续复制：新DNA的一条链按5 3端方向连续合成称为“前导链”，另一条链的合成则是不连续的，先合成冈崎片段，再通过酶的作用将这些短片段连在一起构成第二条子链，称为“后随链”。,4)双链DNA复制的分子机制,B.冈崎片段的RNA引物DNA聚合酶催化聚合反应需要四个条件：四种脱

5、氧核苷酸、镁离子、DNA模板、与DNA模板互补的RNA短片段引物。RNA引物的合成称为“引发”引物RNA一般含3-10个碱基，由酶III在引物3端延长生成冈崎片段，再用酶I除去引物，最后连成后随链。,4)双链DNA复制的分子机制,C.DNA连接酶连接冈崎片段成为后随链。后随链的生成包括三个基本步骤：起始：RNA引物合成延长：以RNA为引物合成冈崎片段终止：引物脱落，碱基互补，连接成为后随链。,4)双链DNA复制的分子机制,D.母本DNA双链的分离DNA解链酶或解螺旋酶，解开一个碱基对需要2ATP供能，一旦解开马上有几分子的单链结合蛋白与之结合。DNA旋转酶或拓扑异构酶II：一般来说链的终止不需

6、要任何特定的信号，也不需要特殊的蛋白质参与，后随链合成后自动生成新的双链DNA。E.DNA聚合酶的“校对”作用复制的准确性远高于转录和转译。,5）滚环复制,1968年Gibert和Dressler提出是半保留复制的一种特殊形式噬菌体X174DNA是单向复制的环状单链分子闭环单链分子闭环双链分子（外正内负）；核酸内切酶作用于正链形成一个3-OH和5-磷酸末端；以负链为模板在正链切口3-OH末端滚动复制；正链5-端从负链分离核酸内切酶作用环化形成 新的DNA分子。,4、真核细胞DNA的复制,1)与原核细胞主要的不同点：A.多起点B.至少有5种DNA聚合酶：C.端粒的复制2)生物细胞DNA复制分子机

7、制的基本特点：,5种DNA聚合酶,1）DNA聚合酶：Mr:165-175*103，4种不同的亚基组成，主要复制酶，催化后随链的合成，无3 5 外切酶活性。2）DNA聚合酶：Mr:43*103，主要功能参与核DNA的修复。3）DNA聚合酶：存在于线粒体中，Mr:150*103，参与线粒体DNA复制。4）DNA聚合酶：主要复制酶，需要有增殖细胞核抗原存在，具有3 5 外切酶活性，催化前导链的合成，还可以起解旋酶作用。5）DNA聚合酶：结构与性质上与 DNA聚合酶相似，主要功能参与DNA修复。,生物细胞DNA复制分子机制的基本特点：,1）复制是半保留的；2）细菌、病毒复制起始于特定位置，真核生物有多

8、个起点；3）复制可以朝一个方向进行，也可以朝两个方向进行，后者更为常见；4）复制时两条链都从5 3 端延伸；5）复制是半不连续的；6）冈崎片段的合成需要一小段RNA引物；7）复制有多种机制。,5、反转录作用,RNA指导下的DNA合成。1970年Temin和Baltimore同时从致癌RNA病毒中发现RNA指导的DNA聚合酶。RNA逆转录酶起聚合反应的条件：1.RNA模板2.引物3.四种dNTP 4.锌离子5.还原剂cDNA：以RNA为模板在逆转录酶作用下生成的DNA，又称互补DNA。cDNA的应用：1.基因制作2.RNA测序。,6、DNA的损伤与修复,一些物理化学因子可使细胞DNA受到损伤，从

9、而使生物基因发生突变或致死。如紫外光使相邻嘧啶形成环形丁烷，主要产生胸腺嘧啶二聚体。细胞具有一系列机制，能在一定条件下使DNA的损伤得到修复。修复机制：光修复和暗修复光修复：可见光激活光修复酶，分解由于紫外光照射而产生的二聚体。该酶专一性较高，分布广，但在高等哺乳动物中不存在。暗修复：也称切除修复，是比较普遍的一种修复机制，对多种损伤均能起修复作用。共4步。重组修复：它是受损伤的一段被另一个DNA相同片段代替。,第十一 章RNA的生物合成,一、转录（DNA指导下的RNA合成）,1、概念：由DNA形成RNA的过程。2、RNA聚合酶：原核细胞RNA聚合酶:;因子真核细胞RNA聚合酶:、三种3、合成

10、RNA的具体过程：起始（启动子）、延长（不需要引物）、终止（终止信号）二、以RNA为模板合成RNA病毒p565,启动子,概念：指RNA聚合酶能识别、结合和开始转录的一段DNA序列，原核细胞的启动子约含40-60bp。启动子区域有三个功能部位：识别部位：-35bp附近，与因子结合成疏松复合物Pribnow框：-10bp处富含TATAAT序列，与酶结合紧密，成稳定的复合物起始部位：与转录生成的RNA链中第一个核苷酸互补的bp真核生物的启动子：比原核生物更复杂和多样性P557-558,终止信号,不依赖因子：DNA链3-附近有回文结构，富含G-C碱基，随后紧密相连A-T碱基，转录出的产物形成发夹结构阻碍聚合酶的进一步延伸，RNA合成即停止。依赖因子：DNA链3-附近有回文结构，但没有富含G-C碱基区域，后面也没有连续的A存在，需要因子参与完成链的终止。因子：Mr46000，以六聚体形式存在,