分子生物学原理-DNA的生物合成.ppt

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1、中心法则的研究过程2/28/2023分子生物学原理第三篇 基因信息的传递遗传信息流动方向中心法则2/28/2023分子生物学原理半保留复制模式的实验证明2/28/2023分子生物学原理第十章 复制半保留复制半保留复制：DNA进行复制时，双螺旋结构解开而成为两股单链，各自作为模板，用于合成新的互补链。子代细胞出现新的DNA双链，其中一股单链是从亲代完整地接受过来的，另一股单链是完全重新合成，且与母链按碱基配对原则互补。也就是说，两个子代细胞的DNA双链，都和母细胞DNA碱基序列完全一致。2/28/2023分子生物学原理第一节 参与DNA复制的酶底物：脱氧三磷酸核苷聚合酶：依赖DNA的DNA聚合酶

2、模板：解开成单链的DNA母链引物：一段寡核苷酸其它酶和蛋白质因子:起解链、理顺双螺旋、稳定单链的作用。连接酶。2/28/2023分子生物学原理一、DNA聚合酶大肠杆菌中有DNA聚合酶I，II和III。Pol III被认为是原核生物细胞内真正起复制作用的酶。Pol I可以被蛋白酶分成大小片段，大片段有DNA聚合酶的活性，称为Klenow片段。真核生物中发现的DNA聚合酶有、和。2/28/2023分子生物学原理DNA聚合酶催化的反应5到3的聚合活性(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+Ppi2/28/2023分子生物学原理DNA聚合酶催化的反应5到3的聚合活性(dNMP)n+dNTP(dNM

3、P)n+1+Ppi核酸外切酶活性(从5或3末端把核苷酸从核酸链上水解下来)2/28/2023分子生物学原理DNA聚合酶的性质以脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)为前体催化合成DNA需要模板和引物不能起始合成新的DNA链催化dNTP加到生长中的DNA的3-OH末端催化DNA合成的方向是5到3。2/28/2023分子生物学原理复制的保真性DNA复制保真性至少依赖三种规律：1.遵守严格的碱基配对规律。2.聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能。3.复制中出错时有即时的校读功能。2/28/2023分子生物学原理解旋、解链酶复制应先解开DNA的超螺旋、双螺旋结构。解旋、解链酶类：解链酶、DNA拓扑异构酶、单链DN

4、A结合蛋白。2/28/2023分子生物学原理解链酶解链酶是rep，它在ATP存在时解开DNA双链，每解开1对碱基，需要消耗2个ATP。另一种为解旋酶II。在解链过程中，已解开的DNA双链之一，其解链方向与复制方向一致，称为领头链；另一链复制方向与解链方向相反，称为随从链。2/28/2023分子生物学原理DNA拓扑异构酶拓扑酶对DNA分子的作用都是既能水解，又能连接磷酸二酯键。拓扑酶I：不需要ATP，切断DNA双链中的一股，使DNA解链旋转中不打结，适当的时候又把切口封闭，使DNA变成松驰状态。拓扑酶II在无ATP时，切断处于超螺旋的DNA分子，使超螺旋松驰。在有ATP时，松驰状态的DNA进入负

5、超螺旋状态，断口在同一酶催化下再连接起来。2/28/2023分子生物学原理单链DNA结合蛋白单链结合蛋白(SSB)的作用是在复制中维持模板处于单链状态并保护这种单链的完整性。2/28/2023分子生物学原理引物酶和引发体复制是在一段RNA引物的基础上加进脱氧核苷酸的，催化引物合成的是一种RNA聚合酶，它不同于催化转录过程的RNA聚合酶，因此称为引物酶。引物酶在模板的复制起始部位催化互补碱基的聚合，形成短片段RNA。在解链酶结合其它复制因子而可辨认起始点时，就可再结合引物酶，形成引发体。2/28/2023分子生物学原理DNA连接酶DNA连接酶连接DNA链3-OH末端和另一DNA链的5-P末端，使

6、二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连成完整的链。连接酶的催化作用在原核细胞需要消耗NAD，在真核细胞则消耗ATP。连接酶连接的都是碱基互补基础上的双链中的单链缺口，它并没有连接单独存在的DNA单链或RNA单链的作用。2/28/2023分子生物学原理三种酶催化生成磷酸二酯键的比较2/28/2023分子生物学原理2/28/2023分子生物学原理第二节 DNA复制过程复制的起始复制的延长复制的终止2/28/2023分子生物学原理复制的起始原核生物总是从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，称为双向复制。真核细胞染色体比较复杂，可能有多个复制起始点，同时形成多个复制单位。复制开始后由于

7、DNA双链解开，在两股单链上进行复制，在电子显微镜下均看到伸展成叉状的复制现象，称为复制叉。2/28/2023分子生物学原理复制起始的步骤1.引物酶按碱基配对规律合成RNA引物。2.在DNA聚合酶III的作用下，靠酶的亚基辨认引物，新链第一个脱氧核苷酸就加到引物的3-OH末端上，形成磷酸二酯键。3.DNA拓扑异构酶(可能主要是II型酶的作用)，在将要打结或已打结处作切口。4.单链DNA结合蛋白(SSB)结合于开放的单链上，起稳定和保护单链模板的作用。2/28/2023分子生物学原理2/28/2023分子生物学原理复制的延长催化延长的酶在原核生物为pol III，在真核生物为DNA聚合酶和。DN

8、A复制延长的速度相当快，在细菌中约为2500bp/s。高等生物DNA复制时延长速度可能慢一些，但它有多个起始点生成多个复制单位同时复制，总的复制速度与原核生物相差不多。2/28/2023分子生物学原理复制的不连续性DNA双链的走向相反，而复制和引物合成总是从5到3方向延伸的。因此领头链可以顺解链方向延长。随从链复制方向与解链方向相反，因此必须等待模板链解出足够长度，复制才能开始并延长。复制中的不连续片段称为冈崎片段。2/28/2023分子生物学原理复制的过程2/28/2023分子生物学原理滚环复制环状DNA双链一股先开一个缺口，5端向外伸展，在伸展出的单链上进行不连续复制，没有开环的另一段，则

9、可以一边滚动一边进行连续复制。2/28/2023分子生物学原理复制的终止原核生物除了有一定的复制起始点，还好一定的复制终止点。RNA酶将引物水解pol I填补空缺连接酶连接2/28/2023分子生物学原理2/28/2023分子生物学原理参加复制的酶2/28/2023分子生物学原理第三节 DNA的损伤和修复突变和遗传的保守性2/28/2023分子生物学原理突变的分子基础突变是DNA分子上碱基的改变。自发突变是遗传过程中“自发”发生的突变。诱变是研究核酸与遗传时，应用一些物理或化学方法对DNA分子或整个组织细胞处理使DNA发生突变。是人工手段使DNA发生突变。2/28/2023分子生物学原理突变的

10、分类点突变：一个碱基的变异。有转换同型碱基和颠换异型碱基缺失：一个碱基或一段核苷酸从DNA上消失插入：一个碱基或一段核苷酸插入到DNA大分子中。倒位：DNA链内部迁移。2/28/2023分子生物学原理诱变因素2/28/2023分子生物学原理损伤的修复损伤：是复制过程中发生的DNA突变，大多数属于自发突变。校读：pol I监视和纠正复制错误的功能。2/28/2023分子生物学原理损伤修复的机制光修复切除修复重组修复SOS修复2/28/2023分子生物学原理光修复紫外线照射可引起核酸链上相邻的两个胸腺嘧啶形成二聚体TT。光修复过程是通过光修复酶催化而完成的，需300600nm波长照射激活。2/28/2023分子生物学原理切除修复切除修复需要特异的核酸内切酶、pol I、DNA连接酶等参加。2/28/2023分子生物学原理重组修复当DNA分子的损伤面较大时，来不及修复完善就进行复制，损伤部位因无模板指引，复制的新子链会出现缺口。重组蛋白RecA将另一股健康的母链与缺口部分进行交换，以填补缺口。健康的母链产生的缺口由pol I和连接酶复原。2/28/2023分子生物学原理SOS修复除了复制、修复的酶系统外，还有重组蛋白RecA及调控蛋白LexA。2/28/2023分子生物学原理