七科聯(lián)考-生物化學-第十四章DNA的生物合成 1課件

1

第一篇生物分子結(jié)構(gòu)與功能1第二篇物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)2第三篇遺傳信息的傳遞3√√生物化學？1第一篇生物分子結(jié)構(gòu)與功能1第二篇物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)2第2

復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯講解方式：1、基本概念及特點，所需酶及各種因子2、合成過程3、原核生物、真核生物起始延長終止2復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯講解方式：1、基本概念及特點，所需酶3真核基因與基因組

EukaryoteGeneandGenome3真核基因與基因組EukaryoteGeneandG4基因（gene）：編碼蛋白質(zhì)或RNA等具有特定功能產(chǎn)物的、負載遺傳信息的基本單位?；蚪M（genome）：一個生物體內(nèi)所有遺傳信息的總和。4基因（gene）：編碼蛋白質(zhì)或RNA等具有特定功能產(chǎn)物的、5

DNA的生物合成

DNABiosynthesis

（Replication）

第十四章5

DNA的生物合成

DNABiosynthesis6DNA修復合成（DNA損傷修復）DNA指導的DNA合成（DNA復制）RNA指導的DNA合成（逆轉(zhuǎn)錄）DNA的生物合成6DNA修復合成DNA指導的DNA合成RNA指導的DNA合成7親代DNA復制子代DNA復制(replication)

是以DNA為模板的DNA合成，是基因組的復制過程。7親代DNA復制子代DNA復制(replication)是8分子基礎：堿基配對規(guī)律和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)化學本質(zhì)：酶促的脫氧核苷酸聚合反應復制的保證：各種酶和蛋白質(zhì)因子的參與8分子基礎：堿基配對規(guī)律和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)9DNA復制的基本特征BasicRulesofDNAReplication

第一節(jié)9DNA復制的基本特征第一節(jié)10復制的基本特征：(3個)半保留復制雙向復制半不連續(xù)復制10復制的基本特征：(3個)半保留復制11一、半保留復制

DNA生物合成時，親代雙鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板，依據(jù)堿基配對規(guī)律，合成序列互補的子鏈DNA。這種復制方式稱為半保留復制。11一、半保留復制DNA生物合成時，親代雙鏈DNA解開為兩12半保留復制方式保證遺傳信息的忠實傳遞12半保留復制方式保證遺傳信息的忠實傳遞13半保留復制的理論設想TGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACCTGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCTGGTACTGACCATGACACCATGACTGGTACTGTGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACC+母鏈DNA

復制過程中打開的復制叉子代DNA

13半保留復制的理論設想TATACGTAATTA+母鏈DNA141、遺傳的保守性：子代DNA保留了親代的全部遺傳信息。半保留復制的意義2、遺傳的保守性是相對的，自然界存在著普遍的變異現(xiàn)象。141、遺傳的保守性：半保留復制的意義2、遺傳的保守性是相對15

復制時，DNA從起始點(origin)向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制叉，稱為雙向復制。二、雙向復制15復制時，DNA從起始點(origin)向兩個16復制起點（origin）：指DNA復制所必需的一段特殊的DNA序列。復制叉（relicationfork):正在進行復制的雙鏈DNA分子形成的Y形或叉形區(qū)域。復制子（relicion):含有一個復制起點的獨立完成復制的功能單位。雙向復制（bidirectionalreplication)從起點向2個方向延伸16復制起點（origin）：指DNA復制所必需的一段特殊的17(一）原核生物：只有一個復制起始點，一個終止點17(一）原核生物：只有一個復制起始點，一個終止點18復制中的模板DNA形成2個延伸方向相反的開鏈區(qū)，稱為復制叉。Forkmovement復制叉18復制中的模板DNA形成2個延伸方向相反的開鏈區(qū)，F(xiàn)ork19（二）真核生物真核生物多染色體，多起始點，多復制子的復制。復制子(replicon):是含有一個復制起點的獨立完成復制的功能單位，是從一個DNA復制起始點起始的DNA復制區(qū)域。高等生物有數(shù)以萬計的復制子，長度差異很大。原核生物是單復制子復制，稱為復制體（replisome）19（二）真核生物真核生物多染色體，多起始點，多復制子的復制20真核生物的多復制子復制5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’復制進程5’5’3’3’20真核生物的多復制子復制5’3’oriorioriori521E.coli人染色體基因組4.4×106bp

3×109bp1個復制起點和兩個復制叉

多個復制起點和多個復制叉

單復制子

多復制子（104～105）42分鐘

8小時1000bp/秒

100bp/秒21E.coli22半不連續(xù)復制前導鏈（leadingstrand）:DNA復制時，一條鏈的合成方向和復制叉前進方向相同，可以連續(xù)復制合成的新鏈。后隨鏈（laggingstrand）:另一條鏈的合成方向與復制叉前進方向相反，不能連續(xù)復制，只能分成若干小片段分別合成，然后連接起來形成新鏈。后隨鏈中的小片段稱為岡崎片段（Okazakifragments)。前導鏈連續(xù)復制而后隨鏈不連續(xù)復制，即半不連續(xù)復制。22半不連續(xù)復制前導鏈（leadingstrand）:D235

3

解鏈方向3′5′前導鏈(leadingstrand)后隨鏈(laggingstrand)3

5

3′3′5′5′前導鏈連續(xù)復制后隨鏈不連續(xù)復制DNA復制方向：5

3

三、半不連續(xù)性復制岡崎片段2353解鏈方向3′5′前導鏈(leadingstra24

第二節(jié)

DNA復制的酶學和拓撲學變化24第二節(jié)25復制的基本化學反應單鏈延長的方向(dNMP)n+dNTP→(dNMP)n+1+PPi

25復制的基本化學反應單鏈延長的方向(dNMP)n+d26復制過程參加物質(zhì)原料：dNTP(dATPdGTPdCTPdTTP)條件：供能ATP、Mg2+模板：DNA酶引物:RNA蛋白質(zhì)因子DNA聚合酶引物酶（DnaG）解旋酶（DnaB）連接酶拓撲異構(gòu)酶DnaADnaB（解旋酶）DnaCDnaG（引物酶）SSB26復制過程參加物質(zhì)原料：dNTP(dATPdGTPdC27一、DNA聚合酶（DNApolymerase）簡稱：DNA-pol全稱：依賴DNA的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)ⅠⅡⅢ種類：原核αβ

γ

δ

ε真核27一、DNA聚合酶（DNApolymerase）簡稱：D28

DNA聚合酶活性（作用）（2方面）

1、聚合活性：

5

3

方向，催化四種dNTP一個一個地連接到DNA子鏈上去。

2、核酸外切酶活性（兩種情況）

3

5

外切酶活性，能辨認錯配的堿基對，并將其水解。

5

3

外切酶活性，能切除引物和突變的DNA片段。28DNA聚合酶活性（作用）（2方面）29（一）原核生物有3種DNA聚合酶分三型：

DNApolⅠDNApolⅡDNApolⅢ相同點：

1、5

3

的聚合活性

2、3

5

核酸外切酶活性29（一）原核生物有3種DNA聚合酶分三型：相同點：30原核生物的DNA聚合酶不同點

DNApolⅢ的比活性遠高于DNApolⅠ，是原核生物復制延長中真正起催化作用的酶。30原核生物的DNA聚合酶不同點DNApolⅢ的31小片段（323aa)

大片段（604aa)（Klenowfragment）5’→3’聚合酶活性3'→5'外切酶活性5'→3'外切酶活性EJPNMLHIORQGCDBFAKDNApolⅠ（20bp)木瓜蛋白酶31小片段（323aa)大片段（604aa)5’→332DNApolⅠ的作用1.對復制中的錯誤進行校對；

2.填補復制和修復過程中出現(xiàn)的空隙；

3.Klenowfragment是實驗室合成DNA

和進行分子生物學研究常用的

工具酶。32DNApolⅠ的作用33DNA-polⅡ（120kD）

DNA-polII基因發(fā)生突變，細菌依然能存活它對模板的特異性不高，參與DNA損傷的應

急狀態(tài)修復（SOS修復）33DNA-polⅡ（120kD）DNA-polI34全酶組裝至模板，增強核心酶活性功能：原核生物復制延長中合成前導鏈和后隨鏈。

DNA-polⅢ夾穩(wěn)模板，滑動核心酶核心酶

亞基:合成DNA

亞基:具有3

5

外切酶活性（校正功能）

亞基:組裝作用（

、

、

、

、

、

6種亞基）（含1對

-亞基）34全酶組裝至模板，增強核心酶活性功能：原核生物復制延長中合35（二）常見的真核細胞DNA聚合酶有5種DNA-pol

：在線粒體DNA復制中起催化作用。DNA-pol

（Ⅲ）：延長子鏈的主要酶，有解螺旋酶活性。DNA-pol

（Ⅰ）：校讀、修復和填補缺口DNA-pol

：起始引發(fā)，有引物酶活性。DNA-pol

（Ⅱ）：參與低保真度的復制，應急修復。3‘→5’外切酶活性（、、）35（二）常見的真核細胞DNA聚合酶有5種DNA-pol36二、復制的保真性（一）復制遵守嚴格的堿基配對規(guī)律進行（二）復制的保真性依賴正確的堿基選擇（三）聚合酶中核酸外切酶活性在復制中辨認

切除錯配堿基并加以校正

36二、復制的保真性（一）復制遵守嚴格的堿基配對規(guī)律進行37（一）復制的保真性依賴正確的堿基選擇DNApolⅢ對嘌呤的不同構(gòu)型表現(xiàn)不同親和力，因此實現(xiàn)其選擇功能。DNA復制的精確度極高,在細菌中其誤差率只有10-8～10-1037（一）復制的保真性依賴正確的堿基選擇38（二）核酸外切酶活性在復制中辨認切除錯配堿基并加以校正

B：如果堿基配對正確，DNA-polI則不表現(xiàn)外切酶活性；只表現(xiàn)聚合酶活性。DNA-pol

I外切活性聚合活性dCTPA：堿基配對錯誤，DNA-polI表現(xiàn)外切酶活性，切除錯配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對的底物模板鏈新合成鏈模板鏈

新合成鏈38（二）核酸外切酶活性在復制中辨認切除錯配堿基并加以校正39

染色體是由DNA和組蛋白經(jīng)高度壓縮形成的復雜結(jié)構(gòu)。DNA復制時，首先需要把DNA的超螺旋解開。

DNA分子的堿基埋在雙螺旋內(nèi)部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。三、復制中的解鏈伴有DNA分子拓撲學變化39染色體是由DNA和組蛋白經(jīng)高度壓縮形成的復雜結(jié)構(gòu)。DN40（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)原核生物復制中參與DNA解鏈的相關蛋白DnaA(dnaA)辨認復制起始點DnaC(dnaC)運送并協(xié)同DnaB拓撲異構(gòu)酶（gyrⅠ,Ⅱ）理順DNA鏈單鏈結(jié)合蛋白SSB穩(wěn)定已解開的單鏈解旋酶DnaB(dnaB)解開DNA雙鏈引物酶DnaG(dnaG)催化RNA引物生成40（一）多種酶參與DNA解鏈和穩(wěn)定單鏈狀態(tài)原核生物復制中參411.解旋酶(helicase)：DnaB解旋酶DnaBDnaA、B、C…ATP作用：利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈。CBA411.解旋酶(helicase)：DnaB解旋酶DnaB422.單鏈結(jié)合蛋白（SSB）作用:1、防止單鏈DNA重新形成雙鏈

2、防止單鏈DNA被核酸酶水解特點：由177個aa組成的同源四聚體，結(jié)合單鏈

DNA跨度約32bp,不斷地結(jié)合和解離。DnaB單鏈結(jié)合蛋白422.單鏈結(jié)合蛋白（SSB）作用:1、防止單鏈DNA重新43

作用：該酶以DNA為模板，合成一段RNA引物。

DNA復制是在該引物3’-OH末端加入dNTP。

因為DNA聚合酶不能催化兩個游離的dNTP聚合，而引物酶可以催化兩個游離的NTP聚合.3.引物酶(primase)為什么要合成引物???43作用：該酶以DNA為模板，合成一段RNA引物。44引物酶和RNA聚合酶的異同1、相同點：催化游離NTP聚合2、不同點：引物酶RNA聚合酶

利福平44引物酶和RNA聚合酶的異同1、相同點：催化游離NTP聚合45拓撲異構(gòu)酶對DNA分子的作用是既能切開又能連接磷酸二酯鍵，使DNA不至于打結(jié)，適當時候又把切口封閉，使DNA的拓撲異構(gòu)體發(fā)生改變。拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶Ⅰ拓撲異構(gòu)酶Ⅲ拓撲異構(gòu)酶Ⅱ原核原核真核真核轉(zhuǎn)軸酶解纏酶切口-封閉酶松弛酶ω蛋白促旋酶又分為幾種亞型最近發(fā)現(xiàn)（二）DNA拓撲異構(gòu)酶

(DNAtopoisomerase)45拓撲異構(gòu)酶對DNA分子的作用是既能切開又能連接磷46DNA分子是反向平行、右手螺旋的雙鏈結(jié)構(gòu)。每一個螺旋有10個堿基對，螺距為3.4nm。堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對側(cè)堿基形成氫鍵配對（互補配對形式：A=T;G

C）。疏水作用力和氫鍵共同維持著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)具有特征性（Watson,Crick,1953）46DNA分子是反向平行、右手螺旋的雙鏈結(jié)構(gòu)。每一個螺旋有147DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋