DNA的复制基本规律.ppt

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1、第二篇第二篇基因信息的传递基因信息的传递l第三章第三章DNA的生物合成的生物合成l第四章第四章RNA的生物合成的生物合成l第五章第五章蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成l第六章第六章基因表达调控基因表达调控浙江大学浙江大学2001年攻读硕士学位研究生年攻读硕士学位研究生生物化学入学考试题生物化学入学考试题 l3请对中心法则加以阐述请对中心法则加以阐述中心法则中心法则(The Central Dogma)(The Central Dogma)l1958年Crick提出以DNA为中心的遗传信息的传递规律北师大北师大2000l什么是遗传学中心法则什么是遗传学中心法则?为什么说阮为什么说阮病毒的发现是对

2、此法则提出了挑战病毒的发现是对此法则提出了挑战?(5分分)DNADNARNARNA蛋白质蛋白质复制复制复制复制转录转录翻译翻译反转录反转录19701970年年年年TeminTemin和和和和BaltimoreBaltimore发现发现发现发现RNARNA病毒的病毒的病毒的病毒的RNARNA可通过反转录可通过反转录可通过反转录可通过反转录（逆转录）将遗传信息传给（逆转录）将遗传信息传给（逆转录）将遗传信息传给（逆转录）将遗传信息传给cDNAcDNA，也可通过也可通过也可通过也可通过RNARNA复制或复制或复制或复制或RNARNA转录传给子代转录传给子代转录传给子代转录传给子代RNARNA1997

3、1997年疯牛病和朊病毒的出现，预示蛋白质也可逆向将遗传年疯牛病和朊病毒的出现，预示蛋白质也可逆向将遗传年疯牛病和朊病毒的出现，预示蛋白质也可逆向将遗传年疯牛病和朊病毒的出现，预示蛋白质也可逆向将遗传信息向信息向信息向信息向DNADNA传递？传递？传递？传递？中心法则补充：南昌大学2002年生物化学试题一:名解152中心法则蛋白蛋白质质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA定义：定义：即遗传信息通过即遗传信息通过DNADNA自我复制，自我复制，传递到子代传递到子代DNADNA分子上，在分子上，在后代的个体发育过程中，遗后代的个体发育过程中，遗传信息又可以从传信息又可以从DNA

4、DNA传递给传递给RNARNA，然后通过然后通过RNARNA指导合成指导合成特异的蛋白质，使后代表现特异的蛋白质，使后代表现出与亲代相似的遗传特征，出与亲代相似的遗传特征，DNADNA处于中心地位处于中心地位 。同时。同时RNARNA也可以作为一种遗传物也可以作为一种遗传物质进行自身复制，并通过逆质进行自身复制，并通过逆转录把信息传递给转录把信息传递给DNADNA，这这就是中心法则。就是中心法则。l下图所示为自然界中遗传信息在三种生物大分子间的流下图所示为自然界中遗传信息在三种生物大分子间的流动（例如箭头动（例如箭头2表示转录）。下列哪种说法是正确的？表示转录）。下列哪种说法是正确的？lA、1

5、、2、4途径常见，其他从未被认识到途径常见，其他从未被认识到lB、2、4、9途径常见，其他几乎从未被认识到途径常见，其他几乎从未被认识到lC、2、4途径常见，途径常见，1、3很少见很少见lD、5、8、6途径从未被认识到，途径从未被认识到，3、7少见，其他常见少见，其他常见lE、1、2、4途径常见，途径常见，3、7少见，其他未被认识到少见，其他未被认识到第三章第三章 DNA的生物合成的生物合成l第一节第一节 DNADNA的复制的复制l第二节第二节 DNADNA的损伤与修复的损伤与修复l第三节第三节 逆转录逆转录中国科学技术大学中国科学技术大学2001硕士生物化硕士生物化学入学考试试卷学入学考试试

6、卷 l22DNA合成包括合成包括DNA复制，什复制，什么和什么么和什么?DNADNA生物合成：生物合成：DNADNA复制和反转录复制和反转录DNADNA的体外复制：分子克隆（的体外复制：分子克隆（PCRPCR）。）。南京大学南京大学20022002年攻读硕士研究生入学年攻读硕士研究生入学考试试题考试试题 生物化学生物化学l8.8.体体内内DNADNA复复制制主主要要使使用用()作作为为引引物物，而而在在体体外外进进行行PCRPCR扩扩增增时时使使用用()作为引物。作为引物。第一节第一节DNA的复制的复制一、一、复制的基本规律复制的基本规律二、二、DNA复制的酶学复制的酶学三、复制的过程三、复制

7、的过程中国科学技术大学中国科学技术大学2001硕士生物化硕士生物化学入学考试试卷学入学考试试卷l23DNA复制两大特点：什么和什复制两大特点：什么和什么么?l下图代表一个学生关于发生在动物细胞中的下图代表一个学生关于发生在动物细胞中的DNA合成的观点。箭头表示新合成的合成的观点。箭头表示新合成的DNA，对此图的，对此图的正确评价是：正确评价是：lA、正确、正确lB、不正确，因为动物细胞中、不正确，因为动物细胞中DNA的合成是单方的合成是单方向的向的lC、不正确，因为、不正确，因为DNA合成是沿合成是沿35方向进行方向进行lD、不正确，因为在两条链上、不正确，因为在两条链上DNA的合成都是沿的合

8、成都是沿错误方向进行的。错误方向进行的。一、一、复制的基本规律复制的基本规律（一）半保留复制一）半保留复制(semi-conservativereplication)（二）半不连续复制二）半不连续复制（semi-discontinuousreplication）（三）双向复制三）双向复制（bidirectionalreplication）（四）复制的高保真性四）复制的高保真性（highfidelity）中山大学中山大学20012001年攻读硕士研究生年攻读硕士研究生生物生物化学化学入学考试试题入学考试试题l专业：微生物学专业：微生物学6、DNA复复 制制 的的 两两 大大 特特 点点 是是_和

9、和_。（一）半保留复制(semiconservativereplication)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 依据依据依据依据1 1：1958 Matthew 1958 Matthew MeselsonMeselson and Franklin Stahl and Franklin Stahl美国科学家美国科学家马修马修.梅塞尔梅塞尔(Matthew(Matthew MeselsonMeselson)于于19301930年出生在科罗拉年出生在科罗拉多州的丹佛。他毕业于加州工学院多州的丹佛。他毕业于加州工学院

10、物理化学专业。毕业后留校，物理化学专业。毕业后留校，19761976年到哈佛大学工作年到哈佛大学工作福兰克林福兰克林.斯塔尔斯塔尔(Franklin(Franklin Stahl)Stahl)于于19291929年出生于马萨诸塞州年出生于马萨诸塞州的波士顿。曾求学于哈佛大学及罗的波士顿。曾求学于哈佛大学及罗切斯特大学。切斯特大学。19551955年至年至19581958年在加年在加州工学院工作，其后在密苏里大学州工学院工作，其后在密苏里大学工作一年。工作一年。19701970年受聘于俄罗冈大年受聘于俄罗冈大学教授学教授半半保保留留复复制制的的实实验验依依据据1 1MeselsonMeselso

11、n and Stahl and Stahl experimentexperimentl1958依据依据2 2：复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图：复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图(1963(1963年年 CaimsCaims实验实验)ABCJohnCairns的实验证实了lDNA是半保留复制是半保留复制l复制是有一定顺序的，在一轮复制复制是有一定顺序的，在一轮复制未完成前，未完成前，DNA有的部分已复制，有的部分已复制，有的部分尚未复制有的部分尚未复制l大肠杆菌的大肠杆菌的DNA是环状的是环状的l复制叉的存在，呈现典型的复制叉的存在，呈现典型的“”中山大学中山大学06生化生化（二）半不连续复

12、制（二）半不连续复制（semi-discontinuousreplication）DNA在复制时，其中一条新生链是连续合在复制时，其中一条新生链是连续合成的，而另一条新生链的合成是不连续，成的，而另一条新生链的合成是不连续，称为称为DNA合成的半不连续复制。合成的半不连续复制。中国科学院中国科学院2004年研究生入学试题年研究生入学试题生化与分子生物学生化与分子生物学试题试题 l8.DNA半不连续复制是指复制时一半不连续复制是指复制时一条链的合成方向是条链的合成方向是5-3.而另一条而另一条链的合成方向为链的合成方向为3-5.533553355335复制叉上复制叉上DNA合成的三种可行性合成的

13、三种可行性所以子链所以子链DNA延伸方向只能是延伸方向只能是53已知的已知的DNA聚合酶只能使链按聚合酶只能使链按53方向生长方向生长5OHTCATCAC5OH3pppOHC+ppi如果如果DNA的延伸方向是的延伸方向是35ATCG+5pppOH3GpppOHGATCG5pppOH3ATCG+5pppOH3GpppOHG5ppp游离游离dNTP具有具有ppppppOH3ATCGa、在在0.2MNacl的生理环境中，磷酸基团间的强电的生理环境中，磷酸基团间的强电负性，使负性，使dNTP难以聚合到难以聚合到DNA的的5端端b、碱基发生错配后的校正碱基发生错配后的校正费时、费能、增加脱磷酸、加磷酸的

14、能量消耗费时、费能、增加脱磷酸、加磷酸的能量消耗ATCGpppOH+pppApOHTCGpppOHTCGTCGpppOH3535OK!How?5353所以排除所以排除复制叉上复制叉上DNA合成的合成的第一种可行性第一种可行性事实上没有发现事实上没有发现DNA能按能按35合成的合成的证证据据中山大学中山大学06生化生化l为什么实验发现前导链也是不连续为什么实验发现前导链也是不连续合成的？合成的？l新合成的都是新合成的都是1Kb左右的岗奇片段？左右的岗奇片段？l说明两条链都是不连续合成的？说明两条链都是不连续合成的？dUTP :dTTP=1：300cell-A-T-G-C-AUGUdutgened

15、UTPase少数少数dUTPDNA中不能有中不能有U?-A-T-突变频率突变频率=1/1200！？-A-A-U-UngaseungU尿嘧啶-N-糖基酶 半不连续复制的证据半不连续复制的证据 DNA内的内的dump 片段的存在片段的存在UUdenature dump fragment 1200base Okazaki fragment ungdump 片段越长片段越长说明在明在DNA复制中复制中,一条新生链的合成是连一条新生链的合成是连续的续的,另一条新生链的合成则是不连续的另一条新生链的合成则是不连续的大约有一半的新生大约有一半的新生DNA为被脉冲标记的岗为被脉冲标记的岗崎片段崎片段dutdu

16、mp 片段越短片段越短AA前导链前导链(dUMP片段长度片段长度)后随链后随链（岗崎片段的长度）（岗崎片段的长度）dUMP片段片段Okazaki 片段在某种意义上为片段在某种意义上为 dUMP 片段片段上海交通大学上海交通大学9696生化生化l名词解释名词解释l 18.Okazaki 18.Okazaki fragmentfragmentl l复旦大学复旦大学0505生化生化lOkayama Okayama fragmentfragment 中科大中科大06生化生化（三）双向复制三）双向复制l复制方向复制方向大多数是双向的（等速进行或异速进行）大多数是双向的（等速进行或异速进行），形成两个复制

17、叉，形成两个复制叉l少数是单向复制，形成一个复制叉。少数是单向复制，形成一个复制叉。山师山师07生化生化lDNA复制的高度忠实性依赖于什么复制的高度忠实性依赖于什么机制？（机制？（15分）分）(四)复制的保真性(fidelity)依赖以下几种机制：1.严格遵守碱基配对规律；DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循碱基配对原则，但错配率为710-6）2.DNA-pol在复制过程中对碱基的选择性在复制过程中对碱基的选择性DNApolIII在催化磷酸二酯键形成之前完成对碱在催化磷酸二酯键形成之前完成对碱基的选择；对基的选择；对反式嘌呤核苷酸反式嘌呤核苷酸的亲和力较顺式的亲和力较顺式的大。的大。3.复制出错

18、时复制出错时DNA聚合酶聚合酶的即时校读功能的即时校读功能聚合酶聚合酶错配碱基错配碱基复制方向复制方向5533正确核正确核苷酸苷酸5533切除错配切除错配核苷酸核苷酸5533A：DNA-pol的的35外切酶活性切除错配碱基；并外切酶活性切除错配碱基；并用其聚合活性掺入正确配对的底物。用其聚合活性掺入正确配对的底物。B：碱基配对正确，碱基配对正确，DNA-pol不表现活性。不表现活性。4.起始起始时以时以RNA作为引物作为引物已已知知DNA聚聚合合酶酶具具有有35 外外切切酶酶功功能能校校对对复复制制过过程程中中的的核核苷苷酸酸，也也就就是是说说聚聚合合酶酶在在开开始始形形成成一一个个新新的的磷

19、磷酸酸二二酯酯键键前前，总总是是检检查查前前一一个个碱碱基基是是否否正正确确，这这就就决决定定了了它它不不能能从从头开始合成头开始合成,只能在已有核酸链上延伸只能在已有核酸链上延伸DNA链链.新复制的最初几个核苷酸，没有与模板形成新复制的最初几个核苷酸，没有与模板形成稳定双链，稳定双链，DNA聚合酶的校对功能难发挥作聚合酶的校对功能难发挥作用。用。从模板复制最初几个核酸时，碱基堆集力和氢从模板复制最初几个核酸时，碱基堆集力和氢键都较弱，易发生错配键都较弱，易发生错配且不易即时校正。且不易即时校正。（4）RNA聚合酶没有校对功能，因此不需要引物。聚合酶没有校对功能，因此不需要引物。可以利用它从新

20、合成一段可以利用它从新合成一段RNA作为引物，以用来作为引物，以用来后续后续DNA延伸。延伸。（5）因为）因为RNA引物的错配可能性大，因此引物的错配可能性大，因此采用采用RNA引物作为过渡形式，引物作为过渡形式，当当DNA开始聚合以后再开始聚合以后再切除之，以高忠实性的脱氧核苷酸取而代之，确切除之，以高忠实性的脱氧核苷酸取而代之，确保复制的忠实性保复制的忠实性。5.错配修复机制l进一步降低错误率进一步降低错误率山师大山师大05生化生化南京大学南京大学2002年攻读硕士研究生入学年攻读硕士研究生入学考试试题考试试题 生物化学生物化学l10.维持维持DNA复制的高度忠实性的最复制的高度忠实性的最重要的机制是重要的机制是()