DNA的复制基本规律

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,第二篇 基因信息的传递,第三章 DNA的生物合成,第四章 RNA的生物合成,第五章 蛋白质的生物合成,第六章 基因表达调控,1,浙江大学,2001,年攻读硕士学位研究生生物化学入学考试题,3,请对中心法则加以阐述,2,中心法则(The Central Dogma),1958年Crick提出以DNA为中心的遗传信息的传递规律,3,北师大,2000,什么是遗传学中心法则,?,为什么说阮病毒的发现是对此法则提出了挑战,?(5,分,),4,DNA,RNA,蛋白质,复制,复制,转录,翻译,反转录,1970年Temin和Baltimore发现RNA病毒的RNA可通过反转录（逆转录）将遗传信息传给cDNA，也可通过RNA复制或RNA转录传给子代RNA,1997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DNA传递？,？,中心法则补充：,5,南昌大学,2002,年生物化学试题,一,:,名解,15,2,中心法则,6,蛋白质,翻译,转录,逆转录,复制,复制,DNA,RNA,定义：,即遗传信息通过DNA自我复制，传递到子代DNA分子上，在后代的个体发育过程中，遗传信息又可以从DNA传递给RNA，然后通过RNA指导合成特异的蛋白质，使后代表现出与亲代相似的遗传特征，DNA处于中心地位 。同时RNA也可以作为一种遗传物质进行自身复制，并通过逆转录把信息传递给DNA，这就是中心法则。,7,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2表示转录）。下列哪种说法是正确的？,A、1、2、4途径常见，其他从未被认识到,B、2、4、9途径常见，其他几乎从未被认识到,C、2、4途径常见，1、3很少见,D、5、8、6途径从未被认识到，3、7少见，其他常见,E、1、2、4途径常见，3、7少见，其他未被认识到,8,第三章 DNA的生物合成,第一节 DNA的复制,第二节 DNA的损伤与修复,第三节 逆转录,9,中国科学技术大学,2001,硕士生物化学入学考试试卷,22,DNA,合成包括,DNA,复制，什么和什么,?,10,DNA生物合成：DNA复制和反转录,DNA的体外复制：分子克隆（PCR）。,11,南京大学,2002,年攻读硕士研究生入学考试试题,生物化学,8.,体内,DNA,复制主要使用,( ),作为引物，而在体外进行,PCR,扩增时使用,( ),作为引物。,12,第一节 DNA的复制,一、 复制的基本规律,二、 DNA复制的酶学,三、复制的过程,13,中国科学技术大学,2001,硕士生物化学入学考试试卷,23,DNA,复制两大特点：什么和什么,?,14,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DNA，对此图的正确评价是：,A、正确,B、不正确，因为动物细胞中DNA的合成是单方向的,C、不正确，因为DNA合成是沿35方向进行,D、不正确，因为在两条链上DNA的合成都是沿错误方向进行的。,15,一、 复制的基本规律,（,一）半保留复制,(semi-conservative replication),（,二）半不连续复制,（semi-discontinuous replication ）,（,三）双向复制,（bidirectional replication ）,（,四）复制的高保真性,（high fidelity）,16,中山大学2001年攻读硕士研究生,生物化学,入学考试试题,专业：微生物学,6,、,DNA,复制的两大特点是,_,和,_,。,17,（一）半保留复制,(semiconservative replication),18,19,子链继承母链遗传信息的几种可能方式,全保留式 半保留式 混合式,20,依据1：1958 Matthew Meselson and Franklin Stahl,美国科学家,马修.梅塞尔(Matthew Meselson),于1930年出生在科罗拉多州的丹佛。他毕业于加州工学院物理化学专业。毕业后留校，1976年到哈佛大学工作,福兰克林.斯塔尔(Franklin Stahl),于1929年出生于马萨诸塞州的波士顿。曾求学于哈佛大学及罗切斯特大学。1955年至1958年在加州工学院工作，其后在密苏里大学工作一年。1970年受聘于俄罗冈大学教授,21,半保留复制的实验依据1,22,Meselson and Stahl experiment,1958,23,依据2：复制中的大肠杆菌染色体放射自显影图(1963年 Caims,实验),A,B,C,24,25,John Cairns的实验证实了,DNA是半保留复制,复制是有一定顺序的，在一轮复制未完成前，DNA有的部分已复制，有的部分尚未复制,大肠杆菌的DNA是环状的,复制叉的存在，呈现典型的“,”,26,中山大学06生化,27,（二）半不连续复制,（semi-discontinuous replication ）,DNA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，称为DNA合成的半不连续复制。,28,中国科学院2004年研究生入学试题生化与分子生物学试题,8. DNA半不连续复制是指复制时一条链的合成方向是5-3.而另一条链的合成方向为3-5.,29,5,3,3,5,5,3,3,5,5,3,3,5,复制叉上DNA合成的三种可行性,30,所以子链DNA延伸方向只能是,53,已知的DNA聚合酶只能使链按,53方向生长,5 OH,T C A,T C A,C,5 OH 3,ppp OH,C,+,+ ppi,31,如果DNA的延伸方向是 3 5,A T C G,+,5 ppp OH 3,G,ppp OH,G,A T C G,5 ppp OH 3,32,A T C G,+,5 ppp OH 3,G,ppp OH,G,5 ppp,游离dNTP具有,ppp,ppp OH 3,A T C G,a、在0.2M Nacl 的生理环境中，磷酸基团间的强电负性，使dNTP难以聚合到DNA的5端,33,b、碱基发生错配后的校正,费时、费能、增加脱磷酸、加磷酸的能量消耗,A,T C G,ppp OH,+,ppp,A,p,OH,T C G,pp,p,OH,T C G,T C G,pp,p,OH,34,3,5,3,5,OK !,How ?,5,3,5,3,所以排除,复制叉上DNA合成的,第一种可行性,事实上没有发现DNA能按3,5合成的证据,35,中山大学06生化,36,为什么实验发现前导链也是不连续合成的？,新合成的都是1Kb左右的岗奇片段？,说明两条链都是不连续合成的？,37,dUTP,: dTTP,= 1 ：300,cell,-A-,-T-,-G -,-C-,A,U,G,U,dut gene,dUTPase,少数,dUTP,DNA 中不能有U ?,-A-,-T-,突变频率 =,1/1200,！？,-A-,-A-,-,U,- -,-,Ungase,ung,U,尿嘧啶-N-糖基酶,半不连续复制的证据,DNA内的,dump 片段的存在,38,U,U,denature,dump fragment, 1200base, Okazaki fragment,ung,dump 片段越长,说,明在DNA复制中,一条新生链的合成是连续的,另一条新生链的合成则是不连续的,大约有一半的新生DNA为被脉冲标记的岗崎片段,dut,dump 片段越短,A,A,39,前导链,( dUMP片段长度),后随链,（岗崎片段的长度）,dUMP片段,Okazaki,片段在某种意义上为,dUMP,片段,40,41,上海交通大学,96,生化,名词解释,18. Okazaki,fragment,复旦大学05生化,Okayama,fragment,42,中科大06生化,43,（,三）双向复制,复制方向,大多数是双向的（等速进行或异速进行），形成两个复制叉,少数是单向复制，形成一个复制叉。,44,山师07生化,DNA复制的高度忠实性依赖于什么机制？（15分）,45,(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7,10,-6,）,46,2. DNA-pol在复制过程中对碱基的选择性,DNA pol III在催化磷酸二酯键形成之前完成对碱基的选择；对,反式嘌呤核苷酸,的亲和力较顺式的大。,47,3. 复制出错时,DNA聚合酶,的即时校读功能,聚合酶,错配碱基,复制方向,5,3,正确核苷酸,5,3,切除错配核苷酸,5,3,48,A：DNA-pol的,3 5,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。,49,4.起始时以RNA作为引物,已知DNA聚合酶具有3,5外切酶功能校对复制过程中的核苷酸,，也就是说聚合酶在开始形成一个新的磷酸二酯键前，总是检查前一个碱基是否正确，这就决定了它不能从头开始合成,只能在已有核酸链上延伸DNA链.,新复制的最初几个核苷酸，没有与模板形成稳定双链，DNA聚合酶的校对功能难发挥作用。,50,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,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。可以利用它从新合成一段RNA作为引物，以用来后续DNA延伸。,（5）因为RNA引物的错配可能性大，因此,采用RNA引物作为过渡形式，,当DNA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，确保复制的忠实性,。,51,5.,错配修复机制,进一步降低错误率,52,山师大05生化,53,南京大学,2002,年攻读硕士研究生入学考试试题,生物化学,10.,维持,DNA,复制的高度忠实性的最重要的机制是,( ),54,