七科聯(lián)考-生物化學(xué)-第十四章DNA的生物合成 1課件

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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(xué)？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(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯講解方式：1、基本概念及特點(diǎn)，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(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯講解方式：1、基本概念及特點(diǎn)，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(fù)載遺傳信息的基本單位?；蚪M（genome）：一個(gè)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(fù)合成（DNA損傷修復(fù)）DNA指導(dǎo)的DNA合成（DNA復(fù)制）RNA指導(dǎo)的DNA合成（逆轉(zhuǎn)錄）DNA的生物合成6DNA修復(fù)合成DNA指導(dǎo)的DNA合成RNA指導(dǎo)的DNA合成7親代DNA復(fù)制子代DNA復(fù)制(replication)

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

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

DNA生物合成時(shí)，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(bǔ)的子鏈DNA。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制。11一、半保留復(fù)制DNA生物合成時(shí)，親代雙鏈DNA解開為兩12半保留復(fù)制方式保證遺傳信息的忠實(shí)傳遞12半保留復(fù)制方式保證遺傳信息的忠實(shí)傳遞13半保留復(fù)制的理論設(shè)想TGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACCTGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCTGGTACTGACCATGACACCATGACTGGTACTGTGGTACTGCCACTGGACCATGACGGTGACC+母鏈DNA

復(fù)制過程中打開的復(fù)制叉子代DNA

13半保留復(fù)制的理論設(shè)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(fù)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(fù)制的意義2、遺傳的保守性是相對15

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

3×109bp1個(gè)復(fù)制起點(diǎn)和兩個(gè)復(fù)制叉

多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)和多個(gè)復(fù)制叉

單復(fù)制子

多復(fù)制子（104～105）42分鐘

8小時(shí)1000bp/秒

100bp/秒21E.coli22半不連續(xù)復(fù)制前導(dǎo)鏈（leadingstrand）:DNA復(fù)制時(shí)，一條鏈的合成方向和復(fù)制叉前進(jìn)方向相同，可以連續(xù)復(fù)制合成的新鏈。后隨鏈（laggingstrand）:另一條鏈的合成方向與復(fù)制叉前進(jìn)方向相反，不能連續(xù)復(fù)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(dǎo)鏈連續(xù)復(fù)制而后隨鏈不連續(xù)復(fù)制，即半不連續(xù)復(fù)制。22半不連續(xù)復(fù)制前導(dǎo)鏈（leadingstrand）:D235

3

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

5

3′3′5′5′前導(dǎo)鏈連續(xù)復(fù)制后隨鏈不連續(xù)復(fù)制DNA復(fù)制方向：5

3

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

第二節(jié)

DNA復(fù)制的酶學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)變化24第二節(jié)25復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng)單鏈延長的方向(dNMP)n+dNTP→(dNMP)n+1+PPi

25復(fù)制的基本化學(xué)反應(yīng)單鏈延長的方向(dNMP)n+d26復(fù)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?fù)洚悩?gòu)酶DnaADnaB（解旋酶）DnaCDnaG（引物酶）SSB26復(fù)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(gè)一個(gè)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(rèn)錯(cuò)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(diǎn)：

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(diǎn)：30原核生物的DNA聚合酶不同點(diǎn)

DNApolⅢ的比活性遠(yuǎn)高于DNApolⅠ，是原核生物復(fù)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(diǎn)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(fù)制中的錯(cuò)誤進(jìn)行校對；

2.填補(bǔ)復(fù)制和修復(fù)過程中出現(xiàn)的空隙；

3.Klenowfragment是實(shí)驗(yàn)室合成DNA

和進(jìn)行分子生物學(xué)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(xì)菌依然能存活它對模板的特異性不高，參與DNA損傷的應(yīng)

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

DNA-polⅢ夾穩(wěn)模板，滑動(dòng)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(qiáng)核心酶活性功能：原核生物復(fù)制延長中合35（二）常見的真核細(xì)胞DNA聚合酶有5種DNA-pol

：在線粒體DNA復(fù)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(fù)和填補(bǔ)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(fù)制，應(yīng)急修復(fù)。3‘→5’外切酶活性（、、）35（二）常見的真核細(xì)胞DNA聚合酶有5種DNA-pol36二、復(fù)制的保真性（一）復(fù)制遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律進(jìn)行（二）復(fù)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(fù)制中辨認(rèn)

切除錯(cuò)配堿基并加以校正

36二、復(fù)制的保真性（一）復(fù)制遵守嚴(yán)格的堿基配對規(guī)律進(jìn)行37（一）復(fù)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(shí)現(xiàn)其選擇功能。DNA復(fù)制的精確度極高,在細(xì)菌中其誤差率只有10-8～10-1037（一）復(fù)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(fù)制中辨認(rèn)切除錯(cuò)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(cuò)誤，DNA-polI表現(xiàn)外切酶活性，切除錯(cuò)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(fù)制中辨認(rèn)切除錯(cuò)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(fù)雜結(jié)構(gòu)。DNA復(fù)制時(shí)，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(fù)制中的解鏈伴有DNA分子拓?fù)鋵W(xué)變化39染色體是由DNA和組蛋白經(jīng)高度壓縮形成的復(fù)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(fù)制中參與DNA解鏈的相關(guān)蛋白DnaA(dnaA)辨認(rèn)復(fù)制起始點(diǎn)DnaC(dnaC)運(yùn)送并協(xié)同DnaB拓?fù)洚悩?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(fù)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(diǎn)：由177個(gè)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(fù)制是在該引物3’-OH末端加入dNTP。

因?yàn)镈NA聚合酶不能催化兩個(gè)游離的dNTP聚合，而引物酶可以催化兩個(gè)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(diǎn)：催化游離NTP聚合2、不同點(diǎn)：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(diǎn)：催化游離NTP聚合45拓?fù)洚悩?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(dāng)時(shí)候又把切口封閉，使DNA的拓?fù)洚悩?gòu)體發(fā)生改變。拓?fù)洚悩?gòu)酶拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅲ拓?fù)洚悩?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?fù)洚悩?gòu)酶

(DNAtopoisomerase)45拓?fù)洚悩?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(gè)螺旋有10個(gè)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(bǔ)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(gè)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