染色体结构与DNA复制课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三部分 分子生物学,第十章 染色体结构与DNA复制,第三部分 分子生物学第十章 染色体结构与DNA复制,1,1、,本章简介,2、,掌握内容讲述,3、,要点回顾,4、,本章习题,第十章 染色体结构与DNA复制,1、本章简介第十章 染色体结构与DNA复制,2,本章介绍了原核/真核生物染色体的结构、生物体内DNA的复制过程、DNA的突变、损伤与修复、重组。,重点掌握DNA复制的过程与机制,。,第十章 染色体结构与DNA复制,本章介绍了原核/真核生物染色体的结构、生物体内DNA的复制过,3,10.1,原核生物染色体结构,10.2 染色质结构,10.3,真核生物染色体结构,10.4,DNA复制,一、半保留半不连续复制机制,二、DNA聚合酶,三,、DNA突变、损伤与修复,四,、重组,第十章 染色体结构与DNA复制,10.1 原核生物染色体结构第十章 染色体结构与DNA,4,所有细菌的主要基因都位于单一的,环状双链染色体DNA,上，染色体DNA编码着10005000个蛋白质,大肠杆菌染色体结构,染色体环中蛋白质与DNA结合，对DNA起着保护、固定和压缩的作用,细菌还可能含有,质粒,所有细菌的主要基因都位于单一的环状双链染色体DNA上，染色,5,组蛋白与DNA的结合,组蛋白与DNA的结合,6,真核生物染色体,DNA,组装的不同层次的结构,DNA,核小体链,纤丝,突环,玫瑰花结,螺旋圈,染色体,真核生物染色体DNA组装的不同层次的结构DNA核小体链纤丝突,7,遗传信息传递的中心法则,蛋白质,翻译,转录,逆转录,复制,复制,DNA,RNA,遗传信息流,即由DNA,复制,把亲代的遗传信息忠实地传递给子代。在子代这些遗传信息通过,转录,传递给RNA，再由RNA通过,翻译,转变成相应的蛋白质。,基因表达,是指DNA经过,转录,产生RNA，RNA经过,翻译,产生蛋白质。,遗传信息传递的中心法则蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARN,8,1、DNA的,半保留复制,2、DNA复制的,起点与方向,3、DNA的,半不连续复制,4、DNA复制的,分子基础,5、DNA复制的,过程,6、DNA复制的,忠实性,7、真核生物复制（,端粒酶,）,DNA,的复制,1、DNA的半保留复制DNA的复制,9,DNA的半保留复制,DNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在,DNA聚合酶,的催化下,按碱基互补的原则,合成两条与模板链互补的新链，以组成新的DNA分子。,由于子代DNA分子中一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。,DNA的半保留复制DNA在复制时，两条链解开分别作为模板，在,10,DNA,复制的起始、方向,（5,3,),环状 DNA复制时所形成的结构,起始点,复制叉的推进,复制叉,起始点,起始点,起始点,复制叉,复制叉,未复制DNA,单向复制,双向复制,DNA复制的起始、方向（5 3)环状 DNA复制时所形,11,真核细胞DNA多个起点复制,（5 3 ),起点,起点,起点,起点,起点,起点,真核细胞DNA多个起点复制（5 3 )起点起点起点起,12,复制起始点、复制子与复制叉（动画演示）,复制起始点、复制子与复制叉（动画演示）,13,以,3,5,方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时基本上是,连续,进行的，其子代链的聚合方向为,5, 3,，这一条链被称为,前导链(leading strand),。,以,5,3,方向的亲代DNA链为模板的子代链在复制时则是,不连续,的，其链的聚合方向也是,5, 3,，这条链被称为,后随/滞后链(lagging strand),。,前导链连续复制而后随链不连续复制，就是复制的,半不连续性,。,DNA的半不连续复制,两条子链的合成方向都是53,以35方向的亲代DNA链作模板的子代链在复制时基本上是,14,由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的，因此，后随链的合成也是一段一段的。DNA在复制时，由后随链所形成的一些子代DNA短片段称为,冈崎片段(Okazaki fragment),。,冈崎片段的大小，在原核生物中约为10002000个核苷酸，而在真核生物中约为100个核苷酸。,DNA的半不连续复制,由于亲代DNA双链在复制时是逐步解开的，因此，后随链的合成也,15,3,5,3,5,3,5,3,5,解链方向,前导链,(leading strand),后随/滞后链,(lagging strand),DNA的半不连续复制,3,5,冈崎片段,(okazaki fragment),35353535解链方向前导链后随/滞后链D,16,DNA复制的分子基础,1.底物,dNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTP),2.有关的酶,拓扑异构酶、解链酶、引物酶,、,聚合酶,（,DNA,聚合酶,I,、,II,、,III,）、,DNA连接酶,3.模板,单链的,DNA,母链,4.引物,寡核苷酸引物（,RNA),5.其他蛋白质因子,单链结合蛋白（,SSB,维持模板处于单链状态，保护单链的完整）,(dNMP),n,+,dNTP,(dNMP),n+1,+PPi,DNA复制的分子基础1.底物 dNTP(,17,DNA,拓扑异构酶(解旋酶）,既能水解，又能打断碱基互补配对的氢键,在引发体前引入负超螺旋,以抵消复制过程产生的正螺旋打开超螺旋,DNA解链酶,解开双螺旋,引物酶,是,RNA聚合酶,，合成一段,RNA引物,解链酶、引物酶形成移动的引发体,DNA拓扑异构酶(解旋酶）,18,大肠杆菌三种DNA聚合酶比较,DNA,聚合酶,分子量,每个细胞的分子统计数,5,-3,聚合酶作用,3,-5,核酸外切酶作用,5,-3,核酸外切酶作用,转化率,DNA,聚合酶,DNA,聚合酶,（复合物）,109，000,400,+,+,+,1,120，000,100,+,+,-,0 .05,400，000,10-20,+,+,-,50,比较项目,大肠杆菌三种DNA聚合酶比较DNA分子量DNADNA聚合酶,19,DNA,聚合酶的活性,5至3的聚合活性,5 3方向链的延伸,核酸外切酶活性,5 3,外切酶活性,切除引物,3 5,外切酶活性,校对功能,DNA聚合酶的活性 5至3的聚合活性,20,参与DNA复制的DNA聚合酶，必须以一段具有3,端自由羟基（,3,-OH,）的RNA作为,引物,(primer),，才能开始聚合子代DNA链。,RNA引物的大小，在原核生物中通常为50 100个核苷酸，而在真核生物中约为10个核苷酸。RNA引物的碱基顺序，与其模板DNA的碱基顺序相配对。,需要引物,参与DNA复制的DNA聚合酶，必须以一段具有3端自由羟基（,21,5至 3的聚合活性（ 5 3 ）,5至 3的聚合活性（ 5 3 ）,22,染色体结构与DNA复制课件,23,DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读,A：DNA-pol的外切酶活性,3 5,切除错配碱基；并用其聚合酶活性,5 3,掺入正确配对的底物,B：碱基配对正确， DNA-pol不表现外切酶活性。,3 5外切酶活性,校对功能,DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读A：DNA-pol的,24,连接酶连接缺口,Mg,2+,连接酶,ATP,或,NAD,PPi或NMN,A,T,C,G,P,T,T,P,P,P,A,A,C,C,T,G,A,P,A,C,P,P,P,P,OH,T,G,G,A,T,C,G,P,T,T,P,P,P,A,A,C,C,T,G,A,P,A,C,P,P,P,T,G,G,P,缺口,3,3,5,5,5,5,3,3,模板链,模板链,3,5磷酸二酯键,连接酶连接缺口Mg2+连接酶ATP或NADPPi或NMNA,25,DNA的复制过程,（一） 复制的起始,（二） 复制的延伸,（三） 复制的终止,DNA的复制过程 （一） 复制的起始 （二） 复制的延伸,26,起始的过程,打开DNA超螺链,打开双螺旋,防止复螺旋,单链结合蛋白,解链酶,引发体,引物复合体,引物酶,拓扑异构酶,合成,起始的过程打开DNA超螺链打开双螺旋防止复螺旋单链结合蛋白解,27,DNA复制起始过程,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,DNA连接酶,引物,DNA双链,5,3,5,3,DNA复制起始过程拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引,28,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,DNA连接酶,引物,DNA复制起始的过程,拓扑异构酶,与DNA双链,结合，松弛超螺旋。,5,3,5,3,拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA,29,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,DNA连接酶,引物,DNA复制起始过程,解链酶解开,DNA双螺旋,5,3,5,3,拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA,30,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,DNA连接酶,引物,单链结合蛋白防止复螺旋,5,3,5,3,DNA复制起始的过程,拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA,31,拓扑异构酶,解链酶,单链结合蛋白,DNA聚合酶,引物酶及引发体,DNA连接酶,引物(RNA),DNA复制起始过程,引物酶合成引物,5,3,5,3,拓扑异构酶解链酶单链结合蛋白DNA聚合酶引物酶及引发体DNA,32,(二)DNA复制的延伸,DNA聚合酶,1.,DNA聚合酶,把新生链的第一个脱氧核苷酸加到,引物的3OH,上，开始新生链的合成过程,A,G,T,A,C,T,A,A,T,DNA,聚合酶,A,C,G,A,C,G,T,T,引物,(二)DNA复制的延伸DNA聚合酶1. DNA聚合酶,33,A,G,T,A,C,T,A,A,T,A,G,C,G,A,C,G,G,T,T,T,T,组成,DNA,的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来,3,5-磷酸二酯键,引物,AG T AC TA A T AGCGACGGTTTT 组成,34,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,A,C,G,G,T,T,T,T,A,引物,AG T AC TA A T GCGACGGTTTTA引物,35,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,A,C,G,T,T,G,T,T,A,引物,AG T AC TA A T GCGACGTTGTTA引物,36,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,A,C,G,T,G,T,T,A,A,引物,AG T AC TA A T GCGACGTGTTAA引物,37,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,A,C,G,G,T,T,A,A,T,引物,AG T AC TA A T GCGACGGTTAAT引物,38,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,A,C,G,G,T,T,A,A,T,A,引物,AG T AC TA A T GCGACGGTTAATA引物,39,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,C,G,C,G,G,T,T,A,A,T,A,T,引物,AG T AC TA A T GCGCGGTTAATAT引物,40,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,G,C,G,G,T,T,A,A,T,A,T,C,引物,AG T AC TA A T GGCGGTTAATATC引物,41,A,G,T,A,C,T,A,A,T,G,G,C,G,G,T,T,A,A,T,A,T,C,DNA模板链,DNA新链,引物,AG T AC TA A T GGCGGTTAATATCDN,42,2.半不连续复制与冈崎片段,前导链,滞后链,冈崎片段,5,3,5,3,2.半不连续复制与冈崎片段,前导链、,后随链/滞后链、,半,不连续复制、,冈崎片段,。,2.半不连续复制与冈崎片段前导链滞后链冈崎片段 535,43,DNA聚合酶,DNA聚合酶,(三)复制的终止,遇到,终止子,停止复制,DNA,聚合酶,利用,5 3,外切酶活性,水解引物,DNA,聚合酶,聚合活性,填补缺口,DNA,连接酶,连接缺口。,3,3,3,3,3,3,3,3,5,5,5,5,5,5,5,5,5,DNA聚合酶DNA聚合酶(三)复制的终止遇到终止子停止复,44,原核细胞DNA的半不连续、半保留复制过程,复制叉的移动方向,拓扑异构酶,DNA聚合酶III,解链酶,RNA引物,引物体,DNA聚合酶I,SSB,3,3,5,前导链,滞后链,3,5,复制的起始、方向,DNA链的合成与延长,DNA链合成的终止,5,RNA引物,3,3,DNA连接酶,DNA聚合酶,原核细胞DNA的半不连续、半保留复制过程复制叉的移动方向拓扑,45,复制的忠实性,DNA复制过程是一个高度精确的过程，据估计，大肠杆菌DNA复制10,9,-10,10,碱基对仅出现一个误差，保证复制忠实性的原因主要有以下四点:,a、DNA聚合酶的高度专一性（严格遵循,碱基配对原则）,b、DNA聚合酶的校对功能（错配碱基被3,-5,外切酶切除）,c、起始时以RNA作为引物,d、DNA的损伤修复系统,复制的忠实性 DNA复制过程是一个高度精确的过,46,DNA的突变、损伤与修复,（一） DNA的突变,（二） DNA的损伤与修复,DNA的突变、损伤与修复 （一） DNA的突变 （二）,47,DNA碱基在物理或化学因素影响下发生结构变化，绝大部分可被DNA修复纠正，如果没有被纠正而变成可遗传的永久的改变,基因突变,最简单的突变是,点突变,（单独一个碱基的突变），可分为,转换,和,颠换,点突变如果发生在DNA的非编码区或密码子的第3个碱基，一般不会改变其编码的蛋白质,沉默突变,DNA碱基在物理或化学因素影响下发生结构变化，绝大部分可被,48,点突变改变了Pr的AA,错义突变,，对Pr功能的影响可小可大甚至致死，这取决于Pr的重要性,点突变如使一个密码子变成了终止子，结果基因产物是变短的Pr,无义突变,插入或缺失一个或多个碱基引起,移码突变,，所翻译的Pr从突变点到C末端序列发生改变,与调节、生长、分裂、死亡相关基因的突变可能诱发,癌症,；沉默突变、非致死突变的积累产生遗传多态性，即“正常”DNA-Pr序列,可接受的突变,点突变改变了Pr的AA错义突变，对Pr功能的影响可小可大,49,DNA突变的类型,-T-C-G-,G,-C-T-G-T-A-C-G-,-A-G-C-C-G-A-C-A-T-G-C-,转换,-T-C-G-A-,G,-C-T-G-T-A-C-G-,-A-G-C-T-,C,-G-A-C-A-T-G-C-,插入,A,-T-C-G-C-T-G-T-A-C-G-,-A-G-C-G-A-C-A-T-G-C-,缺失,T,野生型基因,-T-C-G-,A,-C-T-G-T-A-C-G-,-A-G-C-T-G-A-C-A-T-G-C-,-T-C-G-,T,-C-T-G-T-A-C-G-,-A-G-C-A-G-A-C-A-T-G-C-,颠换,碱基对的置换(substitution),移码突变,(framesshift mutation),DNA突变的类型 -T-C-G-G-C-T-G-T-A-C-,50,DNA的损伤与修复,某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作用于DNA，造成DNA结构和功能的破坏，称为,DNA的损伤,. DNA的修复主要有以下类型:,暗修复,（4）,诱导修复（SOS修复）,（1）,DNA,光解酶修复,（2）,切除修复,（3）,错配修复,DNA的损伤与修复 某些物理化学因子，如紫外线,光修复,紫外光照射可使相邻的两个T 形成二聚体,光复活酶,可使二聚体解聚为单体状态，DNA完全恢复正常。光修复酶的激活需,300-600m,波长的光。,光修复,1、形成嘧啶二聚体,2、光解酶结合于损伤部位,3、酶被可见光激活,4、修复后酶被释放,DNA紫外线损伤的光解酶修复,（高等哺乳动物没有）,1、形成嘧啶二聚体2、光解酶结合于损伤部位3、酶被可见光激活,53,DNA的损伤和切除修复,碱基丢失,碱基缺陷或错配,结构缺陷,切开,核酸内切酶,核酸外切酶,切除,DNA,聚合酶,DNA连接,酶,AP位点,核酸内切酶,核酸外切酶,切开,切除,修复,连接,糖基化酶,插入酶,碱基取代,识别错误碱基并切断糖苷键,DNA的损伤和切除修复碱基丢失碱基缺陷或错配结构缺陷切开核酸,54,DNA重组,（一） 重组,（二） 特异位点重组,（三） 转座,（二） 反转录病毒,DNA重组 （一） 重组 （二） 特异位点重组（三）,55,DNA 重 组,重组:,两条双链DNA分子之间发生部分区域,交换,，是导致基因组大规模变化、生物进化的重要过程。可分为,同源重组,、,特异位点重组,、,转座,同源重组发生在真核生物减数分裂，需要,同源染色体,在,较长,区域内具有序列相同或相似,特异位点重组只要求,短区域,内有相同序列,转座重组需要转座子,DNA 重 组重组: 两条双链DNA分子之间发生部分区域交换,56,转 座,转座子/可转座元件:,一些较短的DNA序列，可以插入细胞基因组的任何位置。不需要序列同源也不需要特异位点,转座酶,是内切核酸酶，在染色体DNA上切个交错切口即黏性末端，将转座子插入该部位,转座重组效率低也称为异常重组，,分为,保守型转座,（原来位置转座子转移到新位置） 、（非复制型转座？） 、,复制型转座,（新的位置再产生一个转座子）,转 座转座子/可转座元件: 一些较短的DNA序列，可以插入,57,染色体结构与DNA复制课件,58,染色体结构与DNA复制课件,59,反 转 录 病 毒,反转录病毒基因组RNA在,反/逆转录酶,催化下合成DNA，再将DNA整合进宿主细胞染色体DNA中，成为原病毒。,反/逆转录酶：,3种活性,依赖DNA指导下的DNA聚合酶活性,依赖RNA的DNA聚合酶活性,核糖核酸酶H活性,反 转 录 病 毒反转录病毒基因组RNA在反/逆转录酶催化下,60,逆转录过程,依赖RNA的DNA聚合酶,核糖核酸酶H活力,依赖DNA的DNA聚合酶,逆转录过程依赖RNA的DNA聚合酶核糖核酸酶H活力依赖DNA,61,待第十二章内容讲完再一起做。,要点回顾,DNA复制的过程与机制；,DNA突变、损伤与修复；,DNA重组、反转录酶。,本章习题,待第十二章内容讲完再一起做。 要点回顾 DNA复制的过程与机,62,