DNA生物合成过程

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,*,第三节,DNA,生物合成过程,1,DNA合成期,人为分成,起始、延长、终止三个阶段,2,一、复制的起始,几个相关概念：,1.,复制起始点,(origin, ori),原核生物只有一个复制起始点；,真核生物染色体DNA有多个复制起始,点，同时形成多个复制单位， 两个起始点,之间的DNA片段称为,复制子,(replicon)。,3,复制子,4,2.,复制叉,(replication fork),复制时双链打开，分开成两股，新链沿,着张开的模板生成，复制中形成的这种Y,字形的结构称为,复制叉,。,5,3.,双向复制,(bidirectional replication),原核生物的复制是从一个起始点开始，同时向两个方向进行，称为,双向复制,。复制中的DNA成为,状。,ori,6,DNA,复制的起始就是要解开双链和生成,引物。,(一)DNA解成单链,由拓扑异构酶松弛超螺旋，解螺旋酶,解开双链，SSB结合到单链上使其稳定。,7,复制起始的解链需要多种蛋白质参与。这些蛋白质与复制起始点的特有序列结合，促使其邻近的DNA解链。,8,(二)引物合成,引发体引导引物酶到达适当的位置合成引物。,9,Dna A,Dna B、 Dna C,DNA拓扑异构酶,引物酶,SSB,3,5,3,5,引发体和引物,含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。,10,3,5,3,5,引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子。,引物,3,HO,5,引物酶,11,引物长度约为十几个到几十个核,苷酸不等。引物的合成方向也是53,方向。DNA的聚合就是在引物的3OH,上进行的。,12,二、复制的延长,在DNA聚合酶催化下，以解开的,单链为模板，以四种dNTP为原料，进,行聚合作用。即新进入的 dNTP 与引物,3,OH形成磷酸二酯键，由5,3,方,向延长子链。,13,5,3,5,dATP,dGTP,dTTP,dCTP,dTTP,dGTP,dATP,dCTP,OH 3,3,DNA-pol,目 录,模板方向3,5,合成需要引物提供3-OH,合成方向53,底物是dNTP,14,15,16,17,(一) 半不连续复制,领头链 (leading strand),顺着解链方向生成的子链，其复制是,连续进行的，得到一条连续的子链。,18,领头链的合成,目 录,19,随从链 (lagging strand),复制方向与解链方向相反，须等解开,足够长度的模板链才能继续复制，得到,的子链由不连续的片段所组成。,冈崎片段(Okazaki fragment),20,冈崎片段,：,1968年日本生化学者冈崎用电镜及放射,自显影技术，观察到,DNA复制中出现一,些不连续的片段,，因而将这些不连续的,片段称为冈崎片段。,原核生物的冈崎片段为一至二千个核苷,酸，真核生物约为数百个核苷酸。,21,随从链的合成,目 录,22,23,24,25,(二) 滚环复制,(rolling circle replication),一些简单低等生物或染色体以外的DNA,复制的特殊形式。,26,三、复制的终止,1. 随从链不连续片段的连接,2. 原核生物在复制终止点的汇合,3.,真核生物端粒的合成,27,(一)不连续片段的连接,28,(二)原核生物复制的终止,原核生物环状DNA为双向复制，,复制片段在复制的终止点汇合。每个,方向的领头链和相反方向的随从链的,连接与不连续片段的连接相同。,29,原核生物基因是环状DNA，双向复制的复制片段在复制的终止点(ter)处汇合。,30,(三)真核生物复制的终止,染色体DNA呈线性，复制在末端停止。,31,哺乳动物的细胞周期,DNA合成期,G,1,G,2,S,M,二、真核生物的,DNA,生物合成, 细胞能否分裂，决定于进入S期及M期这两个关键点。G1S及G2M的调节，与蛋白激酶活性有关。, 蛋白激酶通过磷酸化激活或抑制各种复制因子而实施调控作用。,32, 真核生物每个染色体有多个起始点，是多复制子复制。,复制有时序性,，即复制子以分组方式激活而不是同步起动。, 复制的起始需要DNA-pol（引物酶活性）和pol（解螺旋酶活性）参与。还需拓扑酶和复制因子(replication factor, RF)。,Pol,合成RNA引物后继续合成短的DNA,（一）复制的起始,33,增殖细胞核抗原,(proliferation cell nuclear antigen, PCNA),在复制起始和延长中起关键作用。,三聚体中空管，为滑卡,复制因子C （replication factor C,RF-C）由5种亚基组成，有ATP的结合位点，是PCNA的装卡器,复制因子A（replication factor A,RF-A)是单链DNA结合蛋白,34,ARS,35,3,5,5,3,领头链,3,5,3,5,亲代DNA,随从链,引物,核小体,（二）复制的延长,36,37,38,39,40,染色体,DNA,呈线状，复制在末端停止。,复制中岡崎片段的连接，复制子之间的连接。,染色体两端,DNA,子链上最后复制的,RNA,引物，去除后留下空隙。,（三）复制的终止,41,5,3,ori,ori,ori,ori,5,3,5,5,3,3,5,5,3,复制子,3,复制子,42,端粒(telomere),真核生物染色体线性DNA分子末,端的结构。,结构特点：,1. 由末端单链DNA序列和蛋白质构成,2. 末端DNA序列是多次重复的富含G、C,碱基的短序列,功能：,1. 维持染色体的稳定性,2. 维持DNA复制的完整性,43,端粒酶(telomerase),特点：,1. 由RNA和蛋白质构成的复合物,2. 为特殊的逆转录酶，能以自身的RNA为,模板逆转录合成端粒DNA,功能：,合成端粒DNA，维持端粒的长度,44,爬行模型：,45,端粒及端粒酶的意义：,端粒的长短及端粒酶活性变,化与细胞水平的,老化,(aging)及,肿瘤,的发生有一定关系。,46,（五）真核生物DNA复制特点,1.复制速度慢,真核生物基因组复制先要解开核小体，复制叉前进的速度慢。真核生物基因组复制速度大约每秒钟50个核苷酸，仅为原核生物的十分之一。,2.多起点复制,真核生物的每条染色体上都有多个复制起点，这些复制起点可同时或先后发动复制。真核生物的复制叉行进速度虽慢，但由于复制的起点多，复制子小，整个DNA复制的速度还是快速的。,47,3.引物及岗崎片段的长度均小于原核生物,动物细胞中引物长度约10个核苷酸，岗崎片段长约100-200个核苷酸。真核生物岗崎片段的长度可能和核小体的结构有关。,引物中混有DNA,4.组蛋白合成与DNA复制同步,组蛋白的合成也在细胞的S期，与DNA复制同步进行。组蛋白和DNA组装成核小体。,5.真核生物染色体全部复制完成以前不会发动新一轮复制。,48,复制的基本规律,Basic Rules of DNA Replication,第三节,49,半保留复制(semi-conservative replication),双向复制(bidirectional replication),半不连续复制(semi-discontinuous replication),条件：,DNA模板3,5,RNA引物提供3-OH,dNTP 底物,DNA聚合方向5,3,复制的高保真性(high fidelity),50,1. 遵守严格的碱基配对规律；,2. 聚合酶在复制延长时对碱基的选择功能；,3. 复制出错时DNA-pol的及时校读功能。,DNA复制的保真性至少要依赖三种机制,51,DNA-pol的核酸外切酶活性和及时校读,A：DNA-pol的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。,B：碱基配对正确， DNA-pol不表现活性。,52,逆转录和其他复制方式,Reverse Transcription and Other DNA Replication Ways,第四节,53,逆转录酶,(reverse transcriptase),逆转录,(reverse transcription),RNA,DNA,逆转录酶,一、逆转录病毒和逆转录酶,54,逆转录病毒细胞内的逆转录现象,RNA 模板,逆转录酶,DNA-RNA,杂化双链,RNA酶,单链,DNA,逆转录酶,双链,DNA,55,逆转录酶,A AA A,T T T T,AAAA,SI核酸酶,DNA,聚合酶,碱水解,T T T T,分子生物学研究可应用逆转录酶，作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为,cDNA,法。,以,mRNA,为模板，经逆转录合成的与,mRNA,碱基序列互补的,DNA,链。,试管内合成,cDNA,cDNA,complementary DNA,56,二、逆转录研究的意义,逆转录酶和逆转录现象，是分子生物学研究中的重大发现。,逆转录现象说明：至少在某些生物，,RNA,同样兼有遗传信息传代与表达功能。,对逆转录病毒的研究，拓宽了,20,世纪初已注意到的病毒致癌理论。,57,滚环复制,(rolling circle replication),三、滚环复制和,D,环复制,是某些低等生物的复制形式，如,X,174和M13噬菌体等。,58,3,-OH,5,-P,5,5,5,3,3,3,3,5,滚环复制,5,5,3,3,5,目 录,59,dNTP,DNA-pol,D,环复制,(D-loop replication),是线粒体DNA (mitochondrial DNA，mtDNA)的复制形式。,60,61,