【教学课件】第九章基因信息的传递.ppt
第九章第九章 基因信息的传递基因信息的传递DNA的生物合成复制复制：以以DNADNA作为作为模板模板指导的指导的DNADNA合成，即合成，即将将DNADNA携带的信息传至子代携带的信息传至子代DNADNA DNADNA合成也可以合成也可以RNARNA为为模板模板指导合成，通常将其称作指导合成，通常将其称作反转录作用反转录作用,见于见于RNARNA病毒病毒 基因基因：生物活性产物编码的生物活性产物编码的DNADNA功能片段功能片段模 板模板模板作用：大量生产同一产品中心法则中心法则 Central DogmaCentral DogmaRNARNADNADNA蛋白质蛋白质转录翻译复制逆转录少数病毒复制翻译翻译 蛋白质蛋白质（病毒）（病毒）第一节 半保留复制定义：定义：两个子代分子中各有一条链来两个子代分子中各有一条链来自亲代，各有另一条新合成的链，这自亲代，各有另一条新合成的链，这种复制方式叫半保留复制种复制方式叫半保留复制 父链父链子链子链 1958 Matthew Meselson 1958 Matthew Meselson和和Franklin StahlFranklin Stahl美国科学家美国科学家马修马修.梅塞尔梅塞尔(Matthew(Matthew Keelson)Keelson)福兰克林福兰克林.斯塔尔斯塔尔(Franklin(Franklin Stahl)Stahl)(蓝蓝:1515N N)(棕棕:1414N N)DNADNA半保留复制的证据半保留复制的证据培养于普培养于普通培养液通培养液继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液含含1515N-DNAN-DNA的细菌的细菌普通普通DNADNA重重DNADNA第一代第一代中等密度中等密度DNADNA第二代第二代普通普通DNADNA中等密度中等密度DNADNA 意义意义？新合成新合成 的链的链重重DNADNA普通普通DNADNA中等密度中等密度DNADNA全保留全保留混混 合合一代一代二代二代一代一代二代二代复制的起始点与方向复制的起始点与方向 亲代DNA开链，复制起始点呈叉型移动复制叉复制叉亲代亲代DNA DNA 分子分子3535复制起始点（复制起始点（oriori）：DNA复制要从DNA分子的特定部位开始，此部位称复制起始点复制起始点原核：一个起始点，约245bp,特殊的重复序列 真核：多个起始点orioriE.coliE.coli复制起始点复制起始点oriCoriC跨度为跨度为245bp245bp，有有3 3组组串联重复序列串联重复序列和和2 2对对反向重复序列反向重复序列 GATTNTTTATTTGATCTNTTNTATTGATCTCTTATTAG串联串联重复序列重复序列 反向反向重复序列重复序列TTTGGATAA.TTATCCACA AATAGGT-TTGTGGATTATTATACACA A-TA-GTGT回文结构回文结构AGCTTCGA复制方向复制方向DNA合成的方向单向、双向？1个起始点双向复制双向复制oriori复制子复制子oriori 真核生物两个相真核生物两个相邻复制起始点之间邻复制起始点之间的的DNA片段片段 以起始点为中以起始点为中心，向两个方心，向两个方向进行复制向进行复制 多个起始点第二节第二节 DNA DNA复制的酶学复制的酶学1.1.模板：解开成单链的模板：解开成单链的DNADNA母链母链3.DNA3.DNA聚合酶，聚合酶，DNA-polDNA-pol2.2.底物底物dNTP dNTP：dATPdATP，dGTPdGTP，dCTPdCTP，dTTP dTTP 4.4.引物（引物（primerprimer）：）：RNARNA引物引物5.5.其他酶和蛋白质因子其他酶和蛋白质因子一、复制的化学反应一、复制的化学反应生成磷酸二酯键生成磷酸二酯键N N1 1OHOH3355+d+dN N2 2TPTPN N1 1N N2 2-OH-OH3355+PPi+PPiDNA polDNA pol3TAGAAGACCTATTGGCC53TAGAAGACCTATTGGCC555ATCTTATCTTCTGGATAACCGGCTGGATAACCGG33二二、解链相关酶类解链相关酶类1.1.解旋酶解旋酶(helicase)(helicase)2.2.拓扑异构酶拓扑异构酶（topoisomerase Itopoisomerase I、IIII）3.3.单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白(SSB)(SSB)2.1 2.1 解旋酶解旋酶(helicase)(helicase)解螺旋酶解螺旋酶作用作用：断裂互补碱基间的氢键，使：断裂互补碱基间的氢键，使DNADNA成单链成单链dnaA、B、CDnaA、B、CATP2.2 2.2 拓扑异构酶拓扑异构酶（TopoTopo）拓扑拓扑(topology)(topology)与拓扑异构与拓扑异构DNADNA正超螺旋与负超螺旋正超螺旋与负超螺旋负超螺旋负超螺旋正超螺旋正超螺旋DNADNA双螺旋双螺旋拓扑异构酶拓扑异构酶超螺旋超螺旋螺旋TopoTopo酶：酶：切割切割DNADNA链，使其松弛后再连接链，使其松弛后再连接HelicaseTopo（DNA Gyrase）HelicaseSupercoiled DNATOPOTOPOTOPOTOPOTOPOTOPOTOPOTOPOTOPO ATPTOPO2.3 2.3 单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白（SSBSSB）作用作用：防止单链防止单链DNADNA重重新形成双链，防止单新形成双链，防止单链链DNADNA被核酸酶水解被核酸酶水解SSBSSB三、三、DNADNA聚合酶（聚合酶（DNA-polDNA-pol）即依赖于即依赖于DNADNA的的DNADNA聚合酶（聚合酶（DDDPDDDP）真核生物有多种：真核生物有多种：DNA-pol DNA-pol 、原核生物有原核生物有3 3种：种：DNA-polDNA-pol、DNA聚合酶功能5533聚合作用聚合作用5533外切酶外切酶3355外切酶活性5 u ucgagccgagcu uag-ag-OH OH 3 5 u ucgagccgagcu uagagDNA poldNTP5533聚合作用聚合作用3 agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc 5 3 agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc agctcgatcgtagcctagcgtagcagtgcacgatc 5 catcggatcgcatcgtcacgtgctag catcggatcgcatcgtcacgtgctag 3 53内切酶内切酶外切酶外切酶外切酶与内切酶作用图解5533外切酶活性的功能外切酶活性的功能 切除引物，切除突变片段切除引物，切除突变片段5335 外切酶活性 校 读 错配碱基大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNADNA聚合酶比较聚合酶比较DNADNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计数每个细胞的分子统计数5-3 5-3 聚合酶作用聚合酶作用3-5 3-5 核酸外切酶作用核酸外切酶作用5-3 5-3 核酸外切酶作用核酸外切酶作用转化率转化率主要功能主要功能活性（活性（nt/minnt/min）DNADNA聚合酶聚合酶DNADNA聚合酶聚合酶（复合物复合物）109109，000000400400+1 1校读校读,修复修复10001000120120，0000004040+-0.050.05400400，00000010-2010-20+5050复制复制100000100000特特 性性不清不清填补缺口填补缺口5050DNA聚合酶聚合酶全酶全酶 核心酶Pol IIIPol III延长因子DNADNA聚合酶聚合酶二聚体二聚体小片段小片段 大片段大片段（Klenow fragmentKlenow fragment）5 5 3 3 聚合功能聚合功能 3 3 5 5 外切酶活性外切酶活性5 533外切酶活性外切酶活性DNA pol IDNA pol I四、引物酶四、引物酶(PrimasePrimase)和引发体和引发体 5555催化催化RNARNA引物引物合成的酶叫合成的酶叫引物酶引物酶，它是一种特，它是一种特殊的殊的RNARNA聚合酶聚合酶 DNADNA合成需在合成需在RNARNA引物引物的基础上进行的基础上进行RNARNA引物引物55335533DnaADnaA引发体引发体（primosomeprimosome）：包括）：包括解螺旋酶解螺旋酶 、DnaCDnaC、引物酶及、引物酶及DNADNA复制的起始区域复制的起始区域 55333355引物酶引物酶DnaCDnaC引发体引发体解螺旋酶解螺旋酶五、五、DNADNA连接酶连接酶(DNA ligaseDNA ligase)功能：功能：催化催化DNADNA双链的双链的33羟基羟基和相邻的和相邻的55磷酸基团磷酸基团形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键，从而把两段，从而把两段相邻的相邻的DNADNA链连成完整的链链连成完整的链 小小 结结主要成员主要成员 主要作用主要作用DnaA DnaA 识别复制起始位点识别复制起始位点解螺旋酶解螺旋酶 解开解开DNADNA双链双链SSB SSB 维持已解开单链维持已解开单链DNADNA的稳定的稳定引物酶引物酶 合成合成RNARNA引物引物 TOPO TOPO 使打结、缠绕、正超螺旋的使打结、缠绕、正超螺旋的DNADNA松驰松驰DNA-pol DNADNA-pol DNA复制复制DNA-pol DNA-pol 水解引物、填补空隙、修复作用水解引物、填补空隙、修复作用DNADNA连接酶连接酶 催化双链催化双链DNADNA中单链缺口的连接中单链缺口的连接第三节 DNA生物合成过程1.复制的起始2.链的延长3.复制的终止DNA合成期哺乳动物的细胞周期哺乳动物的细胞周期一 复制的起始(一一)DNADNA解成单链解成单链 由特定蛋白质识别复制起始位点（由特定蛋白质识别复制起始位点（oriori），），在解螺旋酶、在解螺旋酶、TOPOTOPO酶及单链酶及单链DNADNA结合蛋白的共结合蛋白的共同作用下，同作用下，DNADNA解链，解旋，解链，解旋，形成复制叉形成复制叉 倒倒Y Y(二二)引发体的生成引发体的生成 解旋酶解开双链后引物酶进入形成解旋酶解开双链后引物酶进入形成引发体引发体55333355引物酶引物酶DnaCDnaC引发体引发体解旋酶解旋酶（三）（三）RNARNA引物的引物的合成合成 5555RNARNA引物引物55335533参与复制起始的蛋白因子参与复制起始的蛋白因子 名称名称 功能功能 DnaA DnaA蛋白蛋白 辨认起始点辨认起始点 解螺旋酶（解螺旋酶（DnaBDnaB，RepRep）解开解开DNADNA双链双链DnaC DnaC 协助解螺旋酶协助解螺旋酶 引物酶（引物酶（DnaGDnaG）催化催化RNARNA引物生成引物生成SSB SSB 稳定解开的单链稳定解开的单链拓扑异构酶拓扑异构酶 理顺理顺DNADNA链链OriC E.coliOriC E.coli复制起始点复制起始点 引物合成后，由引物合成后，由DNA polDNA pol（在真核细（在真核细胞为胞为DNADNA聚合酶聚合酶 和和)催化，按碱基配对原则，催化，按碱基配对原则，将将dNTPdNTP逐一添加到引物逐一添加到引物3 3 末端，末端，形成形成磷酸磷酸二酯键，二酯键，使新合成的链不断延长使新合成的链不断延长 二二 复制的延长复制的延长3AAGACCTATT53AAGACCTATT555TTCTGGATAATTCTGGATAA33DNA Pol I,II and III5-DNA-OH5-DNA-OH 5-DNA-O5-DNA-O-P P-N-OHN-OHP PP P+d dN NT TPsPs前导链前导链前导链前导链后随链后随链33553355延延 长长555555333355333355SSBSSBDNA DNA PolymerasePolymerase冈崎冈崎片断片断RNARNA引物引物引物酶引物酶553355TOPO解旋酶解旋酶1.1.半不连续性：半不连续性：DNADNA复制过程中，一条链是连续复制过程中，一条链是连续复制，另一条链是不连续复制的现象复制，另一条链是不连续复制的现象 几个重要概念几个重要概念 4.4.冈崎片段（冈崎片段（Okazaki fragmentOkazaki fragment）：）：不连续复制的片段不连续复制的片段3.3.随从链随从链:链的延长方向链的延长方向(5(53 3)与解链与解链方向相反，为不连续复制方向相反，为不连续复制2.2.领头链领头链:链的延长方向链的延长方向(5(5 3 3)与解链方与解链方向向相同相同,为连续复制为连续复制滚环复制滚环复制某些病毒、某些病毒、质粒、线粒质粒、线粒体体DNADNA的特殊的特殊复制形式复制形式 三 复制的终止 1.原核生物复制终止 2.真核生物复制终止1 1、原核生物、原核生物DNADNA为环状，双向复制的汇合为环状，双向复制的汇合点就是复制终止点点就是复制终止点 原核生物复制终止2.2.领头链上的领头链上的RNARNA引物被引物被RNARNA酶水解后，由酶水解后，由DNA pol I DNA pol I 催化，由新合成链提供催化，由新合成链提供-OH-OH补齐补齐 终点终点起点起点RNARNA酶酶DNA pol IDNA pol I连接酶连接酶3 3、冈崎片段引物的消除和连接、冈崎片段引物的消除和连接RNARNA引物引物RNARNA酶酶DNA pol IDNA pol IDNADNA连接酶连接酶端粒和端粒酶端粒酶组成：RNA +蛋白质作用：可作为反转录酶，以含端粒DNA重复序列拷贝的RNA作模板，合成端粒DNA片段 生物学意义：1.合成端粒，保证染色体复制的完整性 2.保护DNA末段降解及相互融合端粒:真核线性染色体末端，含重复序列TTTGGG,在端粒酶的作用下形成 第四节第四节 DNA DNA损伤（突变）与修复损伤（突变）与修复DNADNA的损伤（突变）：的损伤（突变）：DNADNA分子一级结构的改分子一级结构的改变变称为称为DNADNA损伤或突变损伤或突变修复的意义修复的意义:DNADNA复制中的错误若保留下来，复制中的错误若保留下来，在体细胞将影响功能；在性细胞将影响后代，在体细胞将影响功能；在性细胞将影响后代，体内的修复系统保证了体内的修复系统保证了DNADNA复制的高度精确性复制的高度精确性 突变的类型突变的类型1.1.点突变点突变 2.2.缺失、插入和缺失、插入和框移突变框移突变3.3.DNADNA重排重排DNADNA损伤的修复损伤的修复光复活酶光复活酶（可见光可见光）T-TT-T1.1.光修复光修复TTTT2.2.切除修复切除修复参与因子:UvrA、UvrB、UvrC 3.3.重组修复重组修复RecADNA pol切除修复切除修复4.SOS4.SOS修复修复 DNADNA分子多处受到较大范围的损伤，分子多处受到较大范围的损伤，应急诱应急诱导产生的修复作用称导产生的修复作用称SOSSOS修复修复 细胞能继续生存，但细胞能继续生存，但引起引起DNADNA较长期的广较长期的广泛的突变泛的突变 后果：后果：第五节 逆转录现象和逆转录酶 逆转录：RNA指导下的DNA合成作用，以RNA为模板在逆转录酶催化下，由dNTP聚合成DNA的作用，新生DNA分子存有RNA基因组的信息 逆转录酶:又称为反转录酶，为依赖RNA的DNA聚合酶逆转录酶是逆转录酶是多功能酶多功能酶，有三种酶活性：，有三种酶活性：1.1.逆转录活性：逆转录活性：即以即以RNARNA为模板合成为模板合成DNADNA2.RNase2.RNase活性：活性：水解水解RNARNA:DNA:DNA中的中的RNARNA3.DNA pol3.DNA pol活性：活性：以以DNADNA为模板合成为模板合成DNADNA特点：无外切酶活性，转录错误率高210-45353TTTTpoly A tail35CCC353GGG5整合整合入细胞基因组入细胞基因组逆转录活性逆转录活性RNaseRNase活性活性RNA:DNARNA:DNA杂合链杂合链RNARNA模板模板单链单链DNADNA双链双链DNADNADNA polDNA pol活性活性
