生物化学合工大第五章DNA的复制与修复.ppt

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1、 DNA转录转录翻译翻译复制复制逆转录逆转录RNA复制复制RNA蛋白质蛋白质为什么子女与父母非常相象？为什么子女与父母非常相象？基因就是指基因就是指DNA中能编码蛋白质和功能中能编码蛋白质和功能RNA的特定核苷酸序列。的特定核苷酸序列。第五章第五章 DNA的复制和修复的复制和修复一、一、DNA复制方式复制方式二、参与二、参与DNA复制的因子复制的因子三、三、DNA复制过程复制过程四、逆转录四、逆转录五、五、DNA损伤的修复损伤的修复一、一、DNADNA的复制方式的复制方式 半保留复制半保留复制(semiconservative replication)-在在 DNA复制过程中，双螺旋复制过程中

2、，双螺旋结构解开而成为单链，分别以结构解开而成为单链，分别以DNA双螺旋中的一条链为模板，双螺旋中的一条链为模板，按碱基互补配对的原则合成两条按碱基互补配对的原则合成两条新的互补链。这样新合成的新的互补链。这样新合成的DNA双链中一股单链是从亲代完整地双链中一股单链是从亲代完整地接受过来的，另一股单链完全重接受过来的，另一股单链完全重新合成。新合成。DNA半保留复制的证据半保留复制的证据二、二、DNA复制的酶学复制的酶学1.底物底物 dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP)2.聚合酶聚合酶 DNA聚合酶聚合酶I、II、III3.模板模板单链的单链的DNA母链母链4.引物引物寡核苷酸引

3、物（寡核苷酸引物（RNA)5.其他酶和蛋白质因子其他酶和蛋白质因子 解链酶，解旋酶，解链酶，解旋酶，单链结合蛋白，连接酶单链结合蛋白，连接酶（一）（一）DNA聚合酶的活性聚合酶的活性 5至至3的聚合活性的聚合活性5 3方向方向 核酸核酸 外切酶活性外切酶活性5 3外切酶活性外切酶活性3 5外切酶活性外切酶活性 5至至3的聚合活性（的聚合活性（5 3）核酸外切酶活性核酸外切酶活性 35外切酶活性外切酶活性 53外切酶活性外切酶活性（二）二）DNA拓扑异构酶拓扑异构酶(解旋酶）解旋酶）v既能水解，又能打断碱基互补配对的氢键既能水解，又能打断碱基互补配对的氢键v拓扑酶拓扑酶 切断切断DNA双链中的一

4、股双链中的一股v拓扑酶拓扑酶 切断切断DNA双链双链（三）单链（三）单链DNA结合蛋白（结合蛋白（SSB）v维持模板处于单链状态维持模板处于单链状态v保护单链的完整保护单链的完整（四）引物酶（四）引物酶v是是RNA聚合酶，合成一段聚合酶，合成一段RNA引物引物 （五）（五）DNA连接酶（连接酶（ligase）v催化两段催化两段DNA之间的连接之间的连接三、三、DNA的复制过程的复制过程（一）（一）复制的起始复制的起始（二）（二）复制的延伸复制的延伸（三）（三）复制的终止复制的终止 1.DNA复制的起点复制的起点 原核生物从一个固定的原核生物从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，称起始点

5、开始，同时向两个方向进行的，称为为双向复制双向复制复制复制原核生物原核生物DNA的复制的复制（一）（一）复制的起始复制的起始 2.复制叉的形成复制叉的形成 复制叉复制叉-复复制开始后由于制开始后由于DNA双链解开，双链解开，在两股单链上在两股单链上进行复制，形进行复制，形成在显微镜下成在显微镜下可看到的叉状可看到的叉状结构。结构。3.起始的过程起始的过程打开打开DNA超螺链超螺链打开双螺旋打开双螺旋防止复螺旋防止复螺旋单链结合蛋白单链结合蛋白解链酶解链酶引物复合体引物复合体引物酶引物酶拓扑异构酶拓扑异构酶合成合成DNA复制起始的过程复制起始的过程拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链

6、结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA双链双链 5 3 5 3拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA复制起始的过程复制起始的过程拓扑异构酶拓扑异构酶与与DNA双链双链结合，解开结合，解开超螺旋。超螺旋。5 3 5 3拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA复制起始的过程复制起始的过程解链酶解开解链酶解开DNA双螺旋双螺旋 5 3 5 3拓扑异构酶拓扑异构酶解链

7、酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物单链结合蛋白单链结合蛋白防止复螺旋防止复螺旋 5 3 5 3DNA复制起始的过程复制起始的过程拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物DNA复制起始的过程复制起始的过程引物酶合成引物引物酶合成引物 5 3 5 3(二二)DNA复制的延伸复制的延伸1.DNA聚合酶把新生链的第一个脱聚合酶把新生链的第一个脱氧核苷酸加到引物的氧核苷酸加到引物的3-OH上，开始上，开始新生链的合成过程。新生链的合成过程。AG T

8、 AC T A A T DNA DNA 聚合酶聚合酶ACGACGTT引物引物AG T AC T A A T AGCGACGGTTT T 组成组成 DNA 的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键引物引物AG T AC T A A T GCGACGGTTTTA引物引物AG T AC T A A T GCGACGTTGTTA引物引物AG T AC T A A T GCGACGTGTTAA引物引物AG T AC T A A T GCGACGGTTAA T引物引物AG T AC T A A T GCGACGGTTAA TA引物引物AG T AC T A

9、A T GCGCGGTTAA TA T引物引物AG T AC T A A T GGCGGTTAA TA T C引物引物AG T AC T A A T GGCGGTTAA TA T CDNA模板链模板链DNA新链新链引物引物DNA聚合酶聚合酶DNA聚合酶聚合酶2.冈崎片段冈崎片段冈崎片段冈崎片段 冈崎用电冈崎用电子显微镜看到了子显微镜看到了DNA复制过程中出现一些复制过程中出现一些不连续片段，这些不不连续片段，这些不连续片段只存在与连续片段只存在与DNA复制叉上其中的复制叉上其中的一股。后来就把这些一股。后来就把这些不连续的片段称为不连续的片段称为冈冈崎片段崎片段。3.半不连续复制半不连续复制领

10、头链领头链随从链随从链冈崎片段冈崎片段 5 3 5 3半不连续复制半不连续复制 DNA复复制时制时,一条链是连续的一条链是连续的,另一条链是不连续的另一条链是不连续的,称为半称为半不连续复制不连续复制。(三三)复制的终止复制的终止复制有终止信号复制有终止信号pol 5 3外切酶活性外切酶活性水解引物水解引物pol聚合活性聚合活性填补空隙填补空隙DNA连接酶连接酶连接缺口连接缺口。领头链领头链随从链随从链冈崎片段冈崎片段 5 3 5 3拓扑异构酶拓扑异构酶解链酶解链酶单链结合蛋白单链结合蛋白DNA聚合酶聚合酶引物酶及引发体引物酶及引发体DNA连接酶连接酶引物引物课堂小结课堂小结四、逆转录四、逆转

11、录1.逆转录：是以逆转录：是以RNA为模板合成为模板合成DNA的过程。的过程。2.逆转录酶：是一种以逆转录酶：是一种以RNA为模为模板的板的DNA聚合酶。聚合酶。没有没有3 5外切酶的活性，外切酶的活性，所以没有校对功能，逆转录的所以没有校对功能，逆转录的错配率高。错配率高。五、五、DNA的损伤修复的损伤修复突变突变可分为：可分为：自发突变、人工诱变自发突变、人工诱变 突变的意义突变的意义突变是进化、分化的分子基础突变是进化、分化的分子基础只有基因型改变的突变只有基因型改变的突变致死性的突变致死性的突变突变是某些疾病的发病基础突变是某些疾病的发病基础1.DNA 的损伤的损伤也称突变也称突变，是

12、指是指DNA分子上分子上 碱基的改变。碱基的改变。2.引发突变的因素引发突变的因素 诱变因素及突变类型诱变因素及突变类型3.突变分子改变的类型突变分子改变的类型错配 （点突变）一个碱基改变缺失、插入和框移突变片段插入或缺失重排较大片段重组或重排4.损伤的修复损伤的修复损伤损伤-复制过程中发生的复制过程中发生的DNA突变突变光修复光修复切除修复切除修复重组修复重组修复SOS修复修复（一）光修复（一）光修复 紫外光照射可使相邻的两个紫外光照射可使相邻的两个T 形成二聚体形成二聚体 光修复酶光修复酶可使二聚体解聚为单体状态，可使二聚体解聚为单体状态，DNA完全恢完全恢复正常。光修复酶的激活需复正常。

13、光修复酶的激活需300-600m波长的光。波长的光。（二）切除修复（二）切除修复参与的酶有参与的酶有 核酸内切酶核酸内切酶，pol,DNA连接酶连接酶 （三）重组修复（三）重组修复重组蛋白重组蛋白RecA，pol，连接酶参与，连接酶参与损伤会保留下去损伤会保留下去（四）（四）SOS修复修复lDNA损伤面太大，复制难以继续。损伤面太大，复制难以继续。l通过通过SOS修复，修复，复制有可能继续，细胞复制有可能继续，细胞 有可能存活，但有可能存活，但SOS修复机制修复机制的特异性低。的特异性低。l对碱基的识别、选择能力差、错误多。对碱基的识别、选择能力差、错误多。本章重点：本章重点：半保留半不连续复制的机制半保留半不连续复制的机制复制时保证遗传稳定的内在因素复制时保证遗传稳定的内在因素