分子生物学原理--DNA的生物合成

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,*,分子生物学原理,*,中心法则的研究过程,11/11/2024,分子生物学原理,第三篇 基因信息的传递,遗传信息流动方向中心法则,11/11/2024,分子生物学原理,半保留复制模式的实验证明,11/11/2024,分子生物学原理,第十章 复制,半保留复制,：,DNA,进行复制时，双螺旋结构解开而成为两股单链，各自作为模板，用于合成新的互补链。子代细胞出现新的,DNA,双链，其中一股单链是从亲代完整地接受过来的，另一股单链是完全重新合成，且与母链按碱基配对原则互补。也就是说，两个子代细胞的,DNA,双链，都和母细胞,DNA,碱基序列完全一致。,11/11/2024,分子生物学原理,第一节 参与,DNA,复制的酶,底物：脱氧三磷酸核苷,聚合酶：依赖,DNA,的,DNA,聚合酶,模板：解开成单链的,DNA,母链,引物：一段寡核苷酸,其它酶和蛋白质因子:,起解链、理顺双螺旋、稳定单链的作用。连接酶。,11/11/2024,分子生物学原理,一、,DNA,聚合酶,大肠杆菌中有,DNA,聚合酶,I,，,II,和,III,。,Pol,III,被认为是原核生物细胞内真正起复制作用的酶。,Pol,I,可以被蛋白酶分成大小片段，大片段有,DNA,聚合酶的活性，称为,Klenow,片段。,真核生物中发现的,DNA,聚合酶有,、和。,11/11/2024,分子生物学原理,DNA,聚合酶催化的反应,5,到,3,的聚合活性,(dNMP),n,+dNTP,(dNMP),n+1,+Ppi,11/11/2024,分子生物学原理,DNA,聚合酶催化的反应,5,到,3,的聚合活性,(dNMP),n,+dNTP,(dNMP),n+1,+Ppi,核酸外切酶活性,(,从,5,或,3,末端把核苷酸从核酸链上水解下来,),11/11/2024,分子生物学原理,DNA,聚合酶的性质,以脱氧核苷酸三磷酸,(,dNTP,),为前体催化合成,DNA,需要模板和引物,不能起始合成新的,DNA,链,催化,dNTP,加到生长中的,DNA,的3,-OH,末端,催化,DNA,合成的方向是5,到,3,。,11/11/2024,分子生物学原理,复制的保真性,DNA,复制保真性至少依赖三种规律：,1.遵守严格的碱基配对规律。,2.聚合酶在复制延长中对碱基的选择功能。,3.复制中出错时有即时的校读功能。,11/11/2024,分子生物学原理,解旋、解链酶,复制应先解开,DNA,的超螺旋、双螺旋结构。,解旋、解链酶类：解链酶、,DNA,拓扑异构酶、单链,DNA,结合蛋白。,11/11/2024,分子生物学原理,解链酶,解链酶是,rep,，,它在,ATP,存在时解开,DNA,双链，每解开1对碱基，需要消耗2个,ATP,。,另一种为解旋酶,II,。,在解链过程中，已解开的,DNA,双链之一，其解链方向与复制方向一致，称为领头链；另一链复制方向与解链方向相反，称为随从链。,11/11/2024,分子生物学原理,DNA,拓扑异构酶,拓扑酶对,DNA,分子的作用都是既能,水解,，又能连接,磷酸二酯键,。,拓扑酶,I,：,不需要,ATP,，,切断,DNA,双链中的一股，使,DNA,解链旋转中不打结，适当的时候又把切口封闭，使,DNA,变成松驰状态。,拓扑酶,II,在无,ATP,时，切断处于超螺旋的,DNA,分子，使超螺旋松驰。在有,ATP,时，松驰状态的,DNA,进入负超螺旋状态，断口在同一酶催化下再连接起来。,11/11/2024,分子生物学原理,单链,DNA,结合蛋白,单链结合蛋白,(SSB),的作用是在复制中维持模板处于单链状态并保护这种单链的完整性,。,11/11/2024,分子生物学原理,引物酶和引发体,复制是在一段,RNA,引物的基础上加进脱氧核苷酸的，催化引物合成的是一种,RNA,聚合酶，它不同于催化转录过程的,RNA,聚合酶，因此称为,引物酶,。,引物酶在模板的复制起始部位催化互补碱基的聚合，形成短片段,RNA,。,在解链酶结合其它复制因子而可辨认起始点时，就可再结合引物酶，形成,引发体,。,11/11/2024,分子生物学原理,DNA,连接酶,DNA,连接酶连接,DNA,链3,-OH,末端和另一,DNA,链的5,-P,末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的,DNA,链连成完整的链。连接酶的催化作用在原核细胞需要消耗,NAD,，,在真核细胞则消耗,ATP,。,连接酶连接的都是碱基互补基础上的双链中的单链缺口，它并没有连接单独存在的,DNA,单链或,RNA,单链的作用。,11/11/2024,分子生物学原理,三种酶催化生成磷酸二酯键的比较,11/11/2024,分子生物学原理,11/11/2024,分子生物学原理,第二节,DNA,复制过程,复制的起始,复制的延长,复制的终止,11/11/2024,分子生物学原理,复制的起始,原核生物总是从一个固定的起始点开始，同时向两个方向进行的，称为,双向复制,。,真核细胞染色体比较复杂，可能有多个复制起始点，同时形成多个复制单位。,复制开始后由于,DNA,双链解开，在两股单链上进行复制，在电子显微镜下均看到伸展成叉状的复制现象，称为,复制叉,。,11/11/2024,分子生物学原理,复制起始的步骤,1.,引物酶按碱基配对规律合成,RNA,引物。,2,.,在,DNA,聚合酶,III,的作用下，靠酶的,亚基辨认引物，新链第一个脱氧核苷酸就加到引物的3,-OH,末端上，形成磷酸二酯键。,3.DNA,拓扑异构酶,(,可能主要是,II,型酶的作用,),，在将要打结或已打结处作切口。,4.,单链,DNA,结合蛋白,(SSB),结合于开放的单链上，起稳定和保护单链模板的作用。,11/11/2024,分子生物学原理,11/11/2024,分子生物学原理,复制的延长,催化延长的酶在原核生物为,pol,III,，,在真核生物为,DNA,聚合酶,和。,DNA,复制延长的速度相当快，在细菌中约为2500,bp/s,。,高等生物,DNA,复制时延长速度可能慢一些，但它有多个起始点生成多个复制单位同时复制，总的复制速度与原核生物相差不多。,11/11/2024,分子生物学原理,复制的不连续性,DNA,双链的走向相反，而复制和引物合成总是从5,到,3,方向延伸的。因此领头链可以顺解链方向延长。随从链复制方向与解链方向相反，因此必须等待模板链解出足够长度，复制才能开始并延长。,复制中的不连续片段称为,冈崎片段,。,11/11/2024,分子生物学原理,复制的过程,11/11/2024,分子生物学原理,滚环复制,环状,DNA,双链一股先开一个缺口，5,端向外伸展，在伸展出的单链上进行不连续复制，没有开环的另一段，则可以一边滚动一边进行连续复制。,11/11/2024,分子生物学原理,复制的终止,原核生物除了有一定的复制起始点，还好一定的复制终止点。,RNA,酶将引物水解,pol,I,填补空缺,连接酶连接,11/11/2024,分子生物学原理,11/11/2024,分子生物学原理,参加复制的酶,11/11/2024,分子生物学原理,第三节,DNA,的损伤和修复,突变和遗传的保守性,11/11/2024,分子生物学原理,突变的分子基础,突变,是,DNA,分子上碱基的改变。,自发,突变是遗传过程中“自发”发生的突变。,诱变,是研究核酸与遗传时，应用一些物理或化学方法对,DNA,分子或整个组织细胞处理使,DNA,发生突变。是人工手段使,DNA,发生突变。,11/11/2024,分子生物学原理,突变的分类,点突变：一个碱基的变异。有转换同型碱基和颠换异型碱基,缺失：一个碱基或一段核苷酸从,DNA,上消失,插入：,一个碱基或一段核苷酸插入到,DNA,大分子中。,倒位：,DNA,链内部迁移。,11/11/2024,分子生物学原理,诱变因素,11/11/2024,分子生物学原理,损伤的修复,损伤：,是复制过程中发生的,DNA,突变，大多数属于自发突变。,校读：,pol,I,监视和纠正复制错误的功能。,11/11/2024,分子生物学原理,损伤修复的机制,光修复,切除修复,重组修复,SOS,修复,11/11/2024,分子生物学原理,光修复,紫外线照射可引起核酸链上相邻的两个胸腺嘧啶形成二聚体,TT,。,光修复过程是通过光修复酶催化而完成的，需,300,600nm,波长照射激活。,11/11/2024,分子生物学原理,切除修复,切除修复需要特异的核酸内切酶、,pol,I,、,DNA,连接酶等参加。,11/11/2024,分子生物学原理,重组修复,当,DNA,分子的损伤面较大时，来不及修复完善就进行复制，损伤部位因无模板指引，复制的新子链会出现缺口。,重组蛋白,RecA,将另一股健康的母链与缺口部分进行交换，以填补缺口。,健康的母链产生的缺口由,pol,I,和连接酶复原。,11/11/2024,分子生物学原理,SOS,修复,除了复制、修复的酶系统外，还有重组蛋白,RecA,及调控蛋白,LexA,。,11/11/2024,分子生物学原理,