资源描述
,DNA的复制,基因工程(重组DNA)相关技术及应用genetic engineering,基因诊断 疾病相关基因克隆、印迹技术、探针技术、PCR技术、DNA序列分析、生物芯片技术等 基因治疗 生物制药 转基因动物和植物 Supermouse Super tomato,教学重点,中心法则 DNA复制的概念、特点 参与复制的主要物质及其作用,1. 中心法则(The Central Dogma) 遗传与进化中的信息流,转 录,翻 译,逆转录,DNA,RNA,蛋白质,复 制,M. Temin,二、DNA的复制 DNA Replication,1.复制(replication) 是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。即遗传物质的传代。,2.DNA复制的方式(特征) 半保留复制 半不连续复制,DNA复制的几 种主要方式,半保留复制,半不连续性复制(复制叉),领头链 ( leading strand ),随从链 ( lagging strand ),冈崎片段(Okazaki fragment),领头链 leading strand 合成方向与复制叉解链方向相同,并可连续合成的子链。 随从链 lagging strand 合成方向与复制叉解链方向相反,并且是不连续合成的子链。 岡崎片段 okazaki fragment 在DNA复制过程中,随从链上初合成的不连续的DNA片段。 半不连续性复制 在DNA复制过程中,领头链连续复制而随从链不连续复制。,1)模板(template):解开成单链的DNA母链 2)底物(substrate)或称原料:dATP、dGTP、dCTP、dTTP 3)引物(primer):复制需要一小段RNA作引物 4)能源:需ATP供能,原料dNTP本身也是高能化合物 5)酶和蛋白质因子:DNA聚合酶(polymerase)等,3.参与DNA复制的物质及作用,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,(1)解链酶(helicase),作用:利用ATP供能,解开DNA双链 消耗 2 ATP/解开 1 bp 可随复制叉的伸展向前移动,也称:解螺旋酶,(2)拓扑异构酶(topoisomerase,Topo),Topo:拓扑是指物体或图像作弹性位移而又保持物体不变的性质 作用:松驰DNA超螺旋,克服扭结现象,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,(2)拓扑异构酶 (topoisomerase,Topo),(3)单链DNA结合蛋白 (SSB)(single strand DNA binding protein),作用:能与DNA单链可逆的结合,其作用有二,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,也称:DNA结合蛋白(DNA binding protein,DBP),防止DNA复性 防止DNA单链模板被水解,(4)引物酶(primase),模板 以DNA单链为模板 底物 NTP(ATP、GTP、CTP、UTP) 按碱基配对原则 (A = U G C) 按5 3 方向,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,作用:复制起始时催化生成RNA引物 本质:是一种RNA聚合酶(可以使两个游离的NTP聚合,此不同于催化转录过程的RNA聚合酶),(5)(6)DNA聚合酶,全称:依赖DNA的DNA聚合酶 ( DNA dependent DNA polymerase ) 简称:DNA pol (DDDP),解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,A. Kornberg 试管内实验证实 加有: 模板、底物、引物 该酶可催化新链DNA生成,(5)(6)DNA聚合酶,DNA pol (DDDP) 主要作用:5 3的聚合活性,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,dTTP,3,(5)(6)DNA聚合酶,机理: 使核苷酸之间生成3,5磷酸二酯键 主要作用: 5 3的聚合活性 模板 以DNA单链为模板 底物 dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP) 引物 以小片段RNA为引物 注:引物的原料(ATP、GTP、CTP、UTP) 按碱基配对原则 (A=T GC) 按5 3 方向 在 RNA引物的 3 -OH末端上开始逐个添加dNTP,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,领头链 ( leading strand ),随从链 ( lagging strand ),冈崎片段(Okazaki fragment),DNA聚合反应(新链生成)的特点,需要 模板,具方向性 新链的延长 5 3,需要 引物,(5)(6)DNA聚合酶,E.coli大肠杆菌DNA聚合酶的作用,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,(7)DNA连接酶(DNA ligase),作用:消耗ATP,将随从链中相邻的两个DNA片段连接起来 催化同一模板DNA链上的两个相邻DNA片段的3端与5端间形成磷酸二酯键,把相邻的两段DNA连成完整的链,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,起始:形成复制叉replication fork需解决两个问题 DNA解开成单链,提供模板 合成RNA引物,提供 3 -OH末端,4.DNA复制的过程,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,起始 延长 终止,Topo,引物酶,延长: DNA-pol ( DDDP- )的5 3的聚合活性使核苷酸之间生成3,5磷酸二酯键 模板 以DNA单链为模板 底物 dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP) 引物 以小片段RNA为引物,在 RNA引物的 3 -OH末端上开始逐个添加dNTP 按碱基配对原则 (A = T G C) 按5 3 方向,4.DNA复制的过程,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,起始 延长 终止,4.DNA复制的过程,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,起始 延长 终止,终止:随从链上不连续性片段的连接,解链酶 拓扑异构酶 SSB 引物酶 DDDP- DDDP- 连接酶,起始 延长 终止,复 制 过 程 动 画,5.半保留复制的意义,保证了物种遗传的稳定性(高保真性、保守性) 是物种稳定的分子基础,但不是绝对的。 按半保留复制方式,子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致,即子代保留了亲代的全部遗传信息,体现了遗传的稳定性。,小结1:E.coli (原核生物)DNA复制,小结1:E.coli (原核生物)DNA复制,小结1:E.coli (原核生物)DNA复制,小结1:E.coli (原核生物)DNA复制,小结2:归纳与比较,小结2:归纳与比较,真核生物复制的特点,在原核生物中,复制起始点通常为一个,而在真核生物中则为多个。 每一轮复制必须复制完全部染色体。 复制起点被称为自主复制序列。 具有多种DNA聚合酶。 具有端粒的复制。,谢谢大家!,
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