《DNA复制》PPT课件.ppt
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1、目目 录录第十一章第十一章 DNA的生物合成的生物合成基因信息的传递基因信息的传递基因:基因:为生物活性产物编码的为生物活性产物编码的DNADNA功能片段功能片段中心法则(中心法则(The central dogmaThe central dogma):转录转录RNA翻译翻译蛋白质蛋白质DNA复制复制复制复制 RNA(病毒病毒)逆转录逆转录翻译翻译 蛋白质蛋白质 (病毒)(病毒)目目 录录一、一、DNADNA复制复制(replication)(replication)是指遗传物质的传代,以母链是指遗传物质的传代,以母链DNADNA为模板合成子链为模板合成子链DNADNA的过程。的过程。复制复制
2、亲代亲代DNADNA子代子代DNADNADNADNA生物合成方式生物合成方式 复制、修饰、逆转录复制、修饰、逆转录(要求掌握)(要求掌握)目目 录录l复制的方式复制的方式半保留复制半保留复制(semi-conservative replication)(semi-conservative replication)l 复制的高保真性复制的高保真性(high fidelity)(high fidelity)l半不连续复制半不连续复制(semi-discontinuous replication)(semi-discontinuous replication)l有特定的起点有特定的起点l双向复制双向
3、复制(bidirectional replication)(bidirectional replication)(一)(一)DNADNA复复制的基本规律制的基本规律(特征)(特征)(要求掌握)(要求掌握)Basic Rules of DNA ReplicationBasic Rules of DNA Replication目目 录录 DNADNA生生物物合合成成时时,母母链链DNADNA解解开开为为两两股股单单链链,各各自自作作为为模模板板(template)(template)按按碱碱基基配配对对规规律律,合合成成与与模模板板互互补补的的子子链链。子子代代细细胞胞的的DNADNA,一一股股单
4、单链链从从亲亲代代完完整整地地接接受受过过来来,另另一一股股单单链链则则完完全全从从新新合合成成。两两个个子子细细胞胞的的DNADNA都都和和亲亲代代DNADNA碱碱基基序序列列一一致致。这这种种复复制制方式称为方式称为半保留复制半保留复制。1.1.半保留复制的概念半保留复制的概念(要求掌握)(要求掌握)AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链母链DNA 复制
5、过程中形成复制过程中形成的复制叉的复制叉子代子代DNA 目目 录录目目 录录子链继承母链遗传信息的几种可能方式子链继承母链遗传信息的几种可能方式 全保留式全保留式 半保留式半保留式 混合式混合式 设想(一般了解)(一般了解)目目 录录密度梯度实验密度梯度实验 实验结果支持实验结果支持半保留复制半保留复制的设想。的设想。含重氮含重氮-DNA的细菌的细菌培养于普培养于普通培养液通培养液 第一代第一代继续培养于继续培养于普通培养液普通培养液 第二代第二代梯度离心结果梯度离心结果目目 录录按按半半保保留留复复制制方方式式,子子代代DNADNA与与亲亲代代DNADNA的的碱碱基基序序列列一一致致,即即子
6、子代代保保留留了了亲亲代代的的全全部部遗遗传信息,体现了遗传的传信息,体现了遗传的保守性保守性。半保留复制的意义半保留复制的意义遗传的保守性,是物种稳定性的分子基础,遗传的保守性,是物种稳定性的分子基础,但但不是绝对的不是绝对的。目目 录录2.半不连续性复制半不连续性复制3 5 3 5 解链方向解链方向35335领头链领头链(leading strand)随从链随从链(lagging strand)(要求掌握)(要求掌握)目目 录录顺顺着着解解链链方方向向生生成成的的子子链链,复复制制是是连连续续进进行行的的,这股链称为这股链称为领头链领头链。另另一一股股链链因因为为复复制制的的方方向向与与解
7、解链链方方向向相相反反,不不能能顺顺着着解解链链方方向向连连续续延延长长,这这股股不不连连续续复复制制的的链链称称为为随随从从链链。复复制制中中的的不不连连续续片片段段称称为为岡岡崎崎片片段段(okazakiokazaki fragment)fragment)。领领头头链链连连续续复复制制而而随随从从链链不不连连续续复复制制,就就是是复复制制的的半不连续性半不连续性。(要求掌握)(要求掌握)目目 录录A.A.环状双链环状双链DNADNA及复制起始点及复制起始点B.B.复制中的两个复制叉复制中的两个复制叉C.C.复制接近终止点复制接近终止点(termination,(termination,te
8、rter)oriterA B C3.有特定的起始点有特定的起始点(一般了解)(一般了解)目目 录录真核生物每个染色体有多个复制起始真核生物每个染色体有多个复制起始点,是多复制子的复制。点,是多复制子的复制。习惯上把两个相邻起始点之间的距离习惯上把两个相邻起始点之间的距离定为一个定为一个复制子复制子(repliconreplicon)。复制子是独复制子是独立完成复制的功能单位。而原核核生物只立完成复制的功能单位。而原核核生物只有一个复制起始点。有一个复制起始点。(一般了解)(一般了解)目目 录录53oriorioriori535533553复制子复制子3目目 录录原核生物复制时,原核生物复制时,
9、DNADNA从从起始点起始点(origin(origin)向向两个方向解链,形成两个延伸方向相反的两个方向解链,形成两个延伸方向相反的复制叉,称为复制叉,称为双向复制双向复制。4.4.双向复制双向复制目目 录录(二)参与(二)参与DNADNA复制的物质复制的物质 底物底物(substratesubstrate):d dATPATP,dGTPdGTP,dCTPdCTP,dTTPdTTP 聚合酶聚合酶(polymerase):(polymerase):依赖依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶,聚合酶,简写简写 为为 DNA-DNA-polpol 模板模板(template):(template)
10、:解开成单链的解开成单链的DNADNA母链母链 引物引物(primer):(primer):提供提供3 3-OH-OH末端使末端使dNTPdNTP可以依次聚可以依次聚合合 其他的酶和蛋白质因子其他的酶和蛋白质因子目目 录录聚合反应的特点聚合反应的特点 DNADNA 新链生成需新链生成需引物引物和和模板模板(模板链的方向(模板链的方向 (是是3 3 5 5 );新链的延长只可沿新链的延长只可沿5 5 3 3 方向进行方向进行 。(要求掌握)(要求掌握)复制的化学反应复制的化学反应 (dNMP)dNMP)n n +dNTPdNTP (dNMP)(dNMP)n+1n+1 +PPiPPi 目目 录录目
11、目 录录DNADNA聚合酶聚合酶全称:全称:依赖依赖DNADNA的的DNADNA聚合酶聚合酶 (DNA-(DNA-dependent DNA polymerase)dependent DNA polymerase)简称:简称:DNA-DNA-polpol活性:活性:1 1.5 53 3 的聚合活性的聚合活性2.2.核酸外切酶活性核酸外切酶活性5 A G C T T C A G G A T A 3|3 T C G A A G T C C T A G C G A C 5 3 3 5 5 外切酶活性外切酶活性 5 5 3 3 外切酶活性外切酶活性?能切除突变的能切除突变的 DNADNA片段。片段。能
12、辨认错配的碱基对,并将其水解。能辨认错配的碱基对,并将其水解。核酸外切酶活性核酸外切酶活性 目目 录录目目 录录 原核生物的原核生物的DNADNA聚合酶聚合酶DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目目 录录原核生物的原核生物的DNADNA聚合酶聚合酶目目 录录催化催化DNADNA聚合聚合参与参与DNADNA损损伤的应急状态伤的应急状态修复修复修复合成、修复合成、切除引物、切除引物、填补空隙填补空隙功能功能2040400分子数分子数/细胞细胞1011亚基数亚基数+-+5 5 外切酶活性外切酶活性+5 5 外切酶活性外切酶活性+5 5 聚合酶活性聚合酶活性pol IIIpol IIpol
13、 IE.ColiE.Coli中的中的DNADNA聚合酶聚合酶目目 录录功能功能:对复制中的错误进行校读,对复制对复制中的错误进行校读,对复制和修复中出现的空隙进行填补。和修复中出现的空隙进行填补。DNA-pol (109kD)目目 录录DNA-DNA-polpol (120kD)(120kD)DNA-DNA-polpol II II基因发生突变,细菌依然能存活。基因发生突变,细菌依然能存活。它参与它参与DNADNA损伤的应急状态修复。损伤的应急状态修复。目目 录录 功能功能是原核生物复制延长中真正起催化是原核生物复制延长中真正起催化作用的酶。作用的酶。DNA-pol (250kD)目目 录录真
14、核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶 (一般了解)(一般了解)DNA-pol 起始引发,有引物酶活性。起始引发,有引物酶活性。延长子链的主要酶,有解螺旋酶活性。延长子链的主要酶,有解螺旋酶活性。参与低保真度的复制参与低保真度的复制 。在复制过程中起校读、修复和填补缺在复制过程中起校读、修复和填补缺口的作用。口的作用。在在线粒体线粒体DNADNA复制中起催化作用。复制中起催化作用。DNA-pol DNA-pol DNA-pol DNA-pol 目目 录录真核生物的真核生物的DNADNA聚合酶聚合酶(一般了解)(一般了解)目目 录录1.1.遵守严格的碱基配对规律;遵守严格的碱基配对规律;2.
15、2.聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能;聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能;3.3.复制出错时复制出错时DNA-DNA-polpol 的及时校读功能。的及时校读功能。DNADNA复制的保真性至少要依赖三种机制复制的保真性至少要依赖三种机制 目目 录录 复制中的复制中的DNADNA分子解链分子解链DNADNA分子的碱基埋在双螺旋内部,只有分子的碱基埋在双螺旋内部,只有把把DNADNA解成单链,它才能起模板作用。解成单链,它才能起模板作用。目目 录录 解螺旋酶、引物酶和单链解螺旋酶、引物酶和单链DNADNA结合蛋白结合蛋白目目 录录解螺旋酶解螺旋酶(helicase)helicase)(要求掌握)
16、要求掌握)利用利用ATPATP供能,作用于氢键,使供能,作用于氢键,使DNADNA双链双链解开成为两条单链解开成为两条单链引物酶引物酶(primaseprimase)复制起始时催化生成复制起始时催化生成RNARNA引物的酶引物的酶单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白(single stranded DNA(single stranded DNA binding protein,SSB)binding protein,SSB)在复制中维持模板处于单链状态并保护在复制中维持模板处于单链状态并保护单链的完整单链的完整 目目 录录1010 8 8 局部解链后局部解链后 DNADNA拓扑异构酶拓扑异构酶
17、(DNA(DNA topoisomerasetopoisomerase)拓扑一词是指物体或图像作弹性移位而又保拓扑一词是指物体或图像作弹性移位而又保拓扑一词是指物体或图像作弹性移位而又保拓扑一词是指物体或图像作弹性移位而又保持物体不变的性质持物体不变的性质持物体不变的性质持物体不变的性质(一般了解)(一般了解)解链过程中正超螺旋的形成解链过程中正超螺旋的形成目目 录录目目 录录拓扑异构酶作用特点拓扑异构酶作用特点既能水解既能水解 、又能连接磷酸二酯键、又能连接磷酸二酯键 拓扑异构酶拓扑异构酶 拓扑异构酶拓扑异构酶分分 类类目目 录录拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA双链中双链中一股一股链
18、,使链,使DNADNA解链旋转不致打结;适当时候封解链旋转不致打结;适当时候封闭切口,闭切口,DNADNA变为松弛状态变为松弛状态。反应反应不需不需ATPATP。拓扑异拓扑异构酶构酶切断切断DNADNA分子分子两股两股链,断端通过链,断端通过切口旋转使超螺旋松弛。切口旋转使超螺旋松弛。利用利用ATPATP供能,连接断端,供能,连接断端,DNADNA分子进入负超螺旋状态。分子进入负超螺旋状态。作用机制作用机制 目目 录录DNADNA连接酶连接酶连连接接DNADNA链链3 3-OH-OH末末端端和和相相邻邻DNADNA链链5 5-P-P末末端端,使使二二者者生生成成磷磷酸酸二二酯酯键键,从从而而把
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