生物化学中英双语版课件13DNA的复制、修复及重组.ppt

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1、生 物 化 学 原 理Principles of Biochemistry,杨 帆,DNA,RNA,蛋白质,转录,翻译,逆转录,复制,遗传中心法则,第十三章 DNA的复制、修复及重组,DNA的复制DNA的损伤与修复遗传重组,DNA的复制,DNA复制：是指亲代的DNA双螺旋链解开，分别做为模板，指导子代DNA合成的过程。,DNA的复制：,1.半保留复制：通过DNA复制产生的新的DNA双链中，一条链来源于亲代的DNA，另一条则是新合成的。,1958年Meselson 和Stahl,DNA的复制：,2.DNA复制的起点和方式,复制子：基因组上能独立进行复制的单位称为复制子。每个复制子都含有自己的复制

2、起点。,双向复制：生物体中，大多数DNA的复制是双向复制。,复制叉：DNA复制过程中，亲代DNA双链由复制起点开始逐渐部分解链，形成一个复制叉结构。,大肠杆菌染色体的双向复制示意图,大肠杆菌染色体复制过程中的形结构,双向复制及单向复制中的复制叉结构,DNA的复制：,3.DNA聚合酶：参与DNA复制的主要酶,该酶催化四种dNTP合成DNA。,DNA聚合酶,模板链,合成的新链,模板链,DNA聚合酶的反应特点:,1.以四种dNTP为底物,2.反应需要接受模板的指导,3.反应需要有引物3羟基存在,5.DNA链的合成方向为53,4.反应需要有二价金属（主要是Mg2+）的存在,DNA的复制：,4.大肠杆菌

3、DNA聚合酶：主要有三种,DNA聚合酶：1956年kornberg首次发现,具有DNA聚合酶活性 35核酸外切酶活性：由3 端开始水解DNA链 5 3核酸外切酶活性：由5端 开始水解DNA链 从3端发生焦磷酸解作用,DNA聚合酶的35核酸外切酶活性在DNA复制过程中起着重要的校对作用,DNA聚合酶活性位点,35核酸外切酶活性位点,DNA聚合酶的5 3核酸外切酶活性一般作用于双链DNA的配对碱基，从5 端水解下核苷酸。DNA聚合酶的5 3核酸外切酶活性在DNA复制和修复中起着重要的作用。,DNA聚合酶的结构：单链多肽。用枯草杆菌蛋白酶进行有限水解，可以得到两个大小不同的片段。,Klenow片段：

4、包含有35核酸外切酶活性和DNA聚合酶活性,DNA聚合酶：多亚基聚合酶，含有DNA聚合酶活性和35核酸外切酶活性，不具有5 3核酸外切酶活性。反应中需要有NH4+的激活。是一种主要起修复作用的酶。,DNA聚合酶：多亚基聚合酶，包含有10个亚基。其中、和亚基构成所谓核心酶。被认为是大肠杆菌细胞内真正负责DNA复制的聚合酶。,1.其亚基具有DNA聚合酶活性，当和其他亚基构成全酶时，聚合效率可达到1000bp/sec.,2.其亚基具有35核酸外切酶活性，起校对作用。,3.不具有5 3核酸外切酶活性,Sliding clamp subunits,Catalyticsubunit,Catalyticsu

5、bunit,3 5 exonucleasesubunits,大肠杆菌DNA聚合酶的结构示意图,催化亚基,35核酸外切酶活性,大肠杆菌DNA聚合酶亚基DNA结合示意图,亚基与模板的结合,大肠杆菌三种DNA聚合酶的比较,DNA的复制：,5.DNA的半不连续复制：DNA分子是反向平行的；体内所有已知的DNA聚合酶的合成方向都是5 3。,前导链,滞后链,冈崎片段,前导链,后续链,DNA的复制：,6.DNA的复制需要有RNA引物：所有已知的DNA聚合酶都不能从头合成新链；RNA聚合酶则可在有DNA模板的基础上，合成新的RNA。DNA合成需要引物，而RNA合成不需要引物。,DNA复制起始的RNA引物是在D

6、NA模板链的一定部位合成的，由引物合成酶催化，一般长为几个至10几个核苷酸。,DNA复制完成后，RNA引物的消除和缺口的填补是由DNA聚合酶来完成的。,DNA的复制：,7.DNA的高保真性：,利用DNA聚合酶反应的保真机制,利用DNA聚合酶的35核酸外切酶活性,利用体内的各种修复系统,DNA的复制：,8.DNA复制体：指与DNA复制相关的30多种蛋白质和酶组成的高效的、高精度复制的完整复合物。,解旋酶（helicase）：利用ATP水解释放的能量解开双链DNA的负超螺旋。,单链结合蛋白（SSB）：结合在单链DNA上，维持单链DNA的完整性和稳定性。,拓扑异构酶：通过改变DNA的超螺旋状态，降低

7、复制叉前进时带入的扭曲张力，促进双链的解开。,DNA连接酶：连接DNA片段,引物酶：合成DNA复制过程中所需要的RNA引物。,DNA聚合酶：新生DNA链的延长,DNA的复制,DNA复制的过程：,1.复制的起始：DanAHuDanB，DanC,DNA复制的过程：,2.链的延伸,前导链的延伸,DNA拓扑异构酶,解旋酶,DNA聚合酶,单链结合蛋白,DNA复制叉的结构示意图,滞后链的延伸：冈崎片段的合成,RNA引物,DNA引物酶,DNA拓扑异构酶,解链酶,滞后链合成过程中DNA聚合酶的移动,滞后链RNA引物的切除：DNA聚合酶的5 3核酸外切酶活性,滞后链的连接：,DNA连接酶,DNA聚合酶,DNA连

8、接酶的作用机制,DNA连接酶,DNA复制的过程：,3.复制的终止：大肠杆菌染色体复制的终止,真核生物DNA的复制：真核生物染色体有核小体结构真核生物基因组庞大真核生物DNA上往往有多个复制子真核生物DNA的复制子在每个细胞周期仅起始复制一次,DNA的损伤与修复,DNA的损伤：化学诱变：碱基置换；DNA片段的缺失和插入；移码突变；插入失活物理因素致突变致癌剂致突变,DNA损伤后修复：,1.直接修复：指经酶促反应进行修复的过程。包括光修复和单个酶的直接修复作用。,鸟苷酸的甲基化导致碱基的错配,甲基转移酶对甲基化鸟嘌呤碱基的作用,DNA损伤后修复：,2.切除修复：指在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损的部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成出切除的部分，DNA结构恢复正常的过程。,核苷酸切除修复,碱基切除修复,DNA损伤后修复：,3.错配修复：修复在复制过程中错配且没有被校正的单个或少数碱基。,错配修复,DNA损伤后修复：,4.SOS反应与易错修复：SOS反应是指细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的情况下出现的应急效应。,5.重组修复：复制后同源DNA重组，使得单链上对应损伤部位得以修复的过程。,同源染色体的重组,Summary,DNA复制的特点:半保留复制，半不连续复制，双向复制复制体的组成，DNA复制的过程DNA的损伤后修复,