生物化学--DNA的复制和修复--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,ppt课件,*,六、真核生物,DNA,的复制,1,ppt课件,（一）参与复制的酶及蛋白质因子,1.DNA,聚合酶：,pol,、,、,、,、,（,I,）,（,IV,）,（,M,）,（,III,）,（,II,）,位置,细胞核,细胞核,线粒体,细胞核,细胞核,亚基数目,4,1,2,2,1,35,外切酶,-,-,+,+,+,引物合成酶,+,-,-,-,-,持续合成能力,中等,低,高,有,PCNA,时高,高,准确性,高,低,高,高,高,功能,引物合成,修复,线粒体,DNA,合成,核,DNA,合成,修复,2,ppt课件,2.,复制体的组成（与原核生物相比较）,真核生物,复制酶,pol,/,进行性因子,增殖细胞核抗原（,PCNA,）,夹子装置器,RF-C,(replication factor C),引物合成酶,pol,去除引物,RNaseH1,和,MF-1,（,53,外切酶）,滞后链修复,pol,和,DNA,连接酶,消除拓扑张力,拓扑异构酶,解螺旋酶,T,抗原,单链结合,RP-A,(replication protein A),SSB,DnaB,旋转酶,pol,和,DNA,连接酶,pol,DnaG,复合物,夹子,pol,原核生物,3,ppt课件,A schematic view of the major components at the eukaryotic replication fork.,MF-1,（单链结合蛋白）,（复制酶）,（夹子）,（夹子装置器）,（拓扑异构酶）,（解旋酶）,（引物合成酶）,（,DNA,连接酶,）,4,ppt课件,Structure of the PCNA homotrimer,.,Note that the trimeric PCNA ring of eukaryotes is remarkably similar to its prokaryotic counterpart,the dimeric,sliding clamp.,5,ppt课件,（二）真核生物,DNA,复制过程,真核与原核生物在复制过程上的相同之处：,-,半不连续复制；,-,具有相似的起始、延伸等过程。,6,ppt课件,原核生物,真核生物,复制子,1,个,多个,起始点,1,个（可连续启动复制）,多个,延伸速度,10,5,bp/min,10003000bp/min,冈崎片段,10002000,个核苷酸,100200,个核苷酸,引发策略,引物合成酶催化合成引物,pol,催化合成引物和寡聚脱氧核苷酸,延伸策略,由,pol,异源二聚体催化前导链和滞后链的合成,两个,pol,分别催化,前导链和滞后链的,合成,2.,真核与原核生物,DNA,复制一般特点的比较,7,ppt课件,（三）端粒及端粒的合成,1.,端粒（,telomere,）,真核生物线性染色体末端的特殊结构，由许多成串短的重复顺序组成，具有稳定染色体末端结构的功能。,四膜虫,TTGGGG(,仅列一条链的序列,),人,TTAGGG,8,ppt课件,2.,端粒酶（,telomerase,）,含有,RNA,链的逆转录酶，它以所含,RNA,为模板来合成,DNA,端粒结构。,3.,端粒的合成,端粒酶结合到端粒的,3,末端上，酶分子中,RNA,链,5,末端识别,DNA,3,末端并互补配对。以,RNA,链为模板使,DNA,链延伸，合成一个重复单位后再向前移动一个单位。,3,单链可回折作为引物，合成其互补链。,9,ppt课件,(a)Telomeres on human chromosomes consist of the hexanucleotide sequence TTAGGG repeated between 1000 and 1700 times.(b)Like other telomerases,human telomerase is a ribonucleoprotein,.,10,ppt课件,Problem posed in the replication of linear DNA:the end of one daughter strand will be shortened after each round of replication.,11,ppt课件,Synthesis of telomeric,DNA by telomerase extends the,3,-end.,12,ppt课件,七、生物体,DNA,复制的基本特点,复制方式为半保留复制。,复制起始于特定位置；原核生物、病毒是单复制子，具一个复制起点；真核生物是多复制子，具多个复制起点。,复制有单向和双向复制（后者更为常见）。,复制时，,DNA,链由,53,延伸，需,RNA,引物，,复制过程为半不连续复制。,13,ppt课件,第二节,DNA,的损伤及修复,14,ppt课件,导致,DNA,损伤的因素,生物因素：,物理因素：,化学因素：,复制错误等。,紫外线,电离辐射,如：,HNO,2,烷化剂,可使同一条链上相邻嘧啶形成嘧啶二聚体,（,TT,CT,CC,）,打断,DNA,双链或单链，破坏碱基,使碱基脱氨基，,A,I,CU,，造成碱基错配,可导致碱基错配、,DNA,交联、碱基脱嘌呤等,15,ppt课件,修复系统,错配修复,直接修复,切除修复,重组修复,倾错修复,16,ppt课件,（一）错配修复（,mismatch repair,）,定义：,复制后的,DNA,在短时间内,GATC,序列是半甲基化的，一旦发现错配碱基，包括错配碱基在内的未甲基化的新链可被切除，并以甲基化的链为模板进行修复合成。,17,ppt课件,（二）直接修复,某些损伤的核苷酸和错配的碱基可以被某些蛋白质识别和修复，这些蛋白质为了能够找出特别损伤部位可以连续监测,DNA,。这些蛋白质不切断,DNA,或切除碱基而是直接实施修复，这样的损伤修复机制称为,直接修复。,18,ppt课件,可见光激活光复活酶，其可以分解由于紫外线照射形成的嘧啶二聚体，恢复,DNA,的正常结构。,光复活修复（,photoreactivation,repair,）,此修复方式从低等生物到鸟类皆有，在植物中比较重要。,19,ppt课件,DNA is distorted at the site of T-T dimer,.,20,ppt课件,通过光复活酶修复胸腺嘧啶二聚体的过程,21,ppt课件,（三）切除修复,(excision repair),定义：,包括：,碱基切除修复（,base-excision repair,）,核苷酸切除修复（,nucleotide-excision repair,）,在一系列酶的作用下，将,DNA,分子中受损伤部分切除掉，并以完整链的一条链为模板，合成切去的部分，使,DNA,恢复正常结构的过程。,22,ppt课件,（四）重组修复,定义：,含有嘧啶二聚体或其他结构损伤的,DNA,进行复制时，子代,DNA,链在损伤部位出现缺口。通过遗传重组，从完整的母链上将相应的片段移至子链的缺口处，然后用再合成的多核苷酸链补上母链的空缺。,23,ppt课件,（五）应急反应,(SOS),和易错修复,许多可造成,DNA,损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导反应，称为,SOS,反应。,1.,应急反应,包括：,DNA,损伤修复,诱变效应,细胞分裂的抑制,溶原性细菌释放噬菌体,（细胞癌变也与,SOS,反应有关）,24,ppt课件,倾错的,DNA,聚合酶,IV,、,V,避免差错的修复（,error free repair,）,倾向差错的修复（,error prone repair,）,2.SOS,反应诱导的修复系统,错配修复、直接修复、切除修复、重组修复,3.SOS,反应机制,由,Rec,A,蛋白和,LexA,阻遏物相互作用引起的。,25,ppt课件,4.SOS,反应的意义,SOS,反应包括两方面：,DNA,修复,和,导致变异,。修复可使,DNA,恢复正常结构，而变异可增加物种生存的机会，在进化中是十分有意义的。,26,ppt课件,第三节,RNA,指导下的,DNA,的合成,27,ppt课件,28,ppt课件,逆转录作用（,reverse transcription,）,是以,RNA,为模板，即按照,RNA,中的核苷酸顺序合成,DNA,的过程。,29,ppt课件,1964,年，,Temin,提出前病毒学说，即在致癌,RNA,病毒的感染过程中存在一个,DNA,中间体（前病毒）。,1970,年，,Temin,和,Baltimore,分别从致癌,RNA,病毒中发现逆转录酶。,（一）逆转录酶（,reverse transcriptase,）的发现,致癌,RNA,病毒是一大群能引起鸟类、哺乳类等动物白血病和肉瘤以及其它肿瘤的病毒。这类病毒侵染细胞后并不引起细胞死亡，却可以使细胞发生恶性转化。,30,ppt课件,1975,年，获诺贝尔生理医学奖。,31,ppt课件,（二）逆转录酶的性质,活性：,RNA,指导的,DNA,聚合酶活力,DNA,指导的,DNA,聚合酶活力,核糖核酸酶,H,的活力,以,4,种,dNTP,为底物,需要有模板和引物,聚合方向：,53,需,Mg,2+,（,Mn,2+,）,数目：,70,个,/,病毒粒子,结构：含,、,两个亚基,32,ppt课件,逆转录病毒的基因组,通常有两条相同的（,+,）,RNA,链所组成，在靠近,5,端的区域以氢键结合在一起。,5,端具有帽子结构，,3,端具有多聚腺苷酸。,靠近,5,有,1,分子宿主,tRNA,，作为逆转录引物。,典型逆转录病毒基因组长约,7000-100000,核苷酸，携带,3,个基因（,gag,，编码核心蛋白、,pol,，编码蛋白酶、整合酶、逆转录酶、,env,，编码膜蛋白,),。,基因组,RNA,的两端具有同样的序列，成为正向重复。,33,ppt课件,General structure of an integrated retrovirus genome.The long terminal repeats(LTRs)have sequences needed for the regulation and initiation of transcription.The sequence denoted is required for packaging retroviral RNAs,into mature virus particles.,34,ppt课件,35,ppt课件,（三）,逆转录病毒生活史,:,逆转录病毒,进入宿主细胞,在逆转录酶的催化下，以病毒的,RNA,为模板合成,互补,DNA,（,cDNA,）,，形成,RNA-DNA,杂化体，逆转录酶将杂化体中的,RNA,降解，同时以剩下的,DNA,链为模板合成另一条互补的,DNA,链，,结果形成双链,DNA,双链,DNA,整合到宿主,DNA,中,利用宿主复制和转录机器生产大量的,病毒,RNA,36,ppt课件,转录出的,mRNA,翻译成病毒的包膜蛋白，逆转录酶和壳体蛋白,将病毒,RNA,、逆转录酶和壳体蛋白组装成病毒的核壳体,核壳体结合包膜蛋白形成,完整的逆转录病毒,逆转录酶没有,3,-5,外切酶活性或校正活性，所以它的错误率比任何,DNA,聚合酶都高,37,ppt课件,+,病毒,RNA,侵染宿主细胞,RNA-cDNA,杂交分子,RNA,指导的,DNA,聚合酶,-,DNA,整合入染色体基因组,DNA,指导的,DNA,聚合酶,-+,双链,DNA,逆转录过程,核糖核酸酶,H,病毒,RNA,自身蛋白质,转录,翻译,+,+,+,+,38,ppt课件,cDNA,：,几乎所有真核生物,mRNA,分子的,3,末端都有一段,polyA,当加入寡聚,dT,作为引物时，,mRNA,就可作为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与其互补的,DNA,，称为,cDNA,。,39,ppt课件,（四）逆转录酶应用与逆转录研究意义,逆转