《DNA的結(jié)構(gòu)與復制》課件

DNA的結(jié)構(gòu)與復制DNA是生命遺傳信息的載體，它包含了我們從父母那里繼承的所有遺傳信息。DNA的化學組成脫氧核糖五碳糖，是DNA的基本組成部分之一。磷酸基團連接相鄰脫氧核糖，構(gòu)成DNA骨架。堿基腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)兩條反向平行鏈DNA由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈構(gòu)成，通過氫鍵連接在一起形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。堿基配對腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）配對，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）配對，形成氫鍵連接。螺旋結(jié)構(gòu)兩條鏈圍繞一個共同軸心旋轉(zhuǎn)，形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，如同螺旋梯。DNA合成的化學反應1脫氧核苷酸的連接DNA合成是通過將脫氧核苷酸逐個添加到正在生長的DNA鏈上完成的。2磷酸二酯鍵每個脫氧核苷酸通過其磷酸基團與前一個核苷酸的脫氧核糖的3'羥基形成磷酸二酯鍵。3能量供應DNA合成需要能量，由三磷酸脫氧核苷酸（dNTP）提供。DNA復制的基本要求1模板DNA復制需要一個模板，即原始的DNA雙鏈。2原料復制需要四種脫氧核苷酸，分別是dATP、dGTP、dCTP和dTTP。3酶復制需要多種酶的參與，例如DNA聚合酶、解旋酶等。4能量復制需要能量，主要由ATP提供。復制復制方式：半保留復制半保留復制DNA復制過程中，每個子代DNA分子都包含一個來自親代DNA分子的模板鏈，另一個是新合成的鏈。保持原樣半保留復制確保了遺傳信息的完整性，確保子代細胞繼承了完整的親代基因組。復制的起始和終止起始復制從特定的起始點開始，稱為復制起點。延伸復制過程從起始點開始，雙鏈DNA解開并合成新的DNA鏈。終止復制到達特定的終止點，兩個新的DNA分子形成。DNA復制的酶類解旋酶解開DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA聚合酶催化新DNA鏈的合成連接酶連接DNA片段引物酶合成RNA引物引物和引導序列的作用1起始點引物是短的單鏈DNA片段，作為DNA聚合酶合成的起點。引導序列是在DNA模板上與引物互補的序列。2穩(wěn)定性引物與引導序列的結(jié)合，為DNA聚合酶提供了穩(wěn)定的起始位點，使DNA復制能夠高效地進行。3方向性引物和引導序列決定了DNA復制的方向，確保復制過程按照正確的順序進行。前導鏈和滯后鏈的復制1前導鏈連續(xù)合成2滯后鏈片段合成3DNA聚合酶5'→3'方向4復制叉雙向移動DNA聚合酶的復制機制1模板引導DNA聚合酶以DNA為模板,引導新的核苷酸鏈的合成。2堿基配對遵循堿基配對原則,新鏈上的每個核苷酸與模板鏈上的對應核苷酸配對。35'→3'方向合成DNA聚合酶只能從5'端向3'端添加核苷酸。4校對功能DNA聚合酶具有校對功能,減少復制錯誤的發(fā)生。復制過程中的校正修復DNA聚合酶校對DNA聚合酶在復制過程中會檢查新合成的鏈是否與模板鏈匹配，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，會及時糾正。錯配修復系統(tǒng)錯配修復系統(tǒng)識別和修復復制過程中產(chǎn)生的錯配堿基，確保DNA序列的準確性。核苷酸切除修復核苷酸切除修復系統(tǒng)修復由紫外線照射或化學物質(zhì)引起的DNA損傷，包括堿基缺失、插入和修飾。復制過程中的突變產(chǎn)生DNA復制過程中，聚合酶可能出錯，將錯誤的堿基插入到新合成的鏈中，導致突變。這些錯誤可能導致基因序列的改變，進而影響蛋白質(zhì)的功能和生物體的性狀。外界因素如輻射、化學物質(zhì)等，也會損傷DNA分子，增加突變的發(fā)生率。5'→3'合成方式的原因DNA聚合酶的結(jié)構(gòu)DNA聚合酶的活性位點只能識別和結(jié)合3'端的羥基，才能催化新核苷酸的添加。復制過程的機制DNA聚合酶沿著模板鏈以5'→3'方向移動，不斷添加新的核苷酸。錯誤校正機制DNA聚合酶具有3'→5'外切酶活性，可以識別和去除錯誤的核苷酸，確保復制的準確性。Okazaki片段的生成過程1DNA解旋解旋酶打開DNA雙螺旋2引物合成引物酶合成RNA引物3DNA延伸DNA聚合酶沿著模板鏈合成新的DNA片段4片段連接DNA連接酶將Okazaki片段連接起來拼接和連接Okazaki片段1DNA連接酶將片段連接成完整的鏈25'端磷酸基團連接酶催化連接33'端羥基形成磷酸二酯鍵復制叉的移動及其控制復制叉的移動DNA聚合酶沿模板鏈移動，打開雙螺旋結(jié)構(gòu)，形成復制叉。解旋酶的作用解旋酶將雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，為復制叉的移動提供空間。單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白穩(wěn)定解開的單鏈DNA，防止其重新結(jié)合。拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶解除DNA超螺旋結(jié)構(gòu)，保證復制叉的順暢移動。其他復制模式：滾環(huán)復制滾環(huán)復制是一種特殊形式的DNA復制，在某些病毒和細菌中發(fā)現(xiàn)。循環(huán)結(jié)構(gòu)滾環(huán)復制利用一個環(huán)狀DNA模板，形成一個“滾環(huán)”結(jié)構(gòu)，進行連續(xù)的復制。單鏈復制滾環(huán)復制每次只復制單鏈，形成新的環(huán)狀DNA分子。原核生物和真核生物的差異1細胞結(jié)構(gòu)原核生物缺乏細胞核和膜結(jié)合細胞器，而真核生物擁有細胞核和各種膜結(jié)合細胞器。2遺傳物質(zhì)原核生物的DNA通常是環(huán)狀的，并位于細胞質(zhì)中的擬核區(qū)域，而真核生物的DNA是線狀的，位于細胞核內(nèi)。3復制過程原核生物的DNA復制通常發(fā)生在細胞質(zhì)中，而真核生物的DNA復制發(fā)生在細胞核內(nèi)，并涉及更復雜的復制機制。細胞周期與DNA復制關(guān)系1G1期細胞生長，合成蛋白質(zhì)和RNA，為DNA復制準備。2S期DNA復制，確保每個子細胞獲得完整的基因組。3G2期細胞繼續(xù)生長，合成蛋白質(zhì)，為有絲分裂準備。4M期有絲分裂，細胞核分裂和細胞質(zhì)分裂，形成兩個子細胞。復制起始的分子機制識別起點DNA復制從特定的起點（ori）開始，這些起點富含AT堿基對，更容易解鏈。解旋解旋酶（helicase）利用ATP水解的能量，將DNA雙鏈解開，形成復制叉。單鏈結(jié)合蛋白單鏈結(jié)合蛋白（SSB）結(jié)合到解開的單鏈DNA上，防止它們重新結(jié)合。引物合成引物酶（primase）合成一段RNA引物，作為DNA聚合酶合成的起點。DNA聚合酶結(jié)合DNA聚合酶結(jié)合到引物上，開始合成新的DNA鏈。復制延伸的分子機制1DNA聚合酶催化核苷酸添加到新鏈上2引物提供起始點3模板鏈提供復制信息4dNTPs提供構(gòu)建新鏈的原料復制延伸是一個高度精確的過程，由DNA聚合酶催化。DNA聚合酶沿著模板鏈移動，將與模板鏈堿基配對的dNTPs添加到新鏈上。這個過程需要引物，提供起始點，并以5'→3'方向進行。通過這種機制，新鏈被準確地復制出來。復制終止的分子機制1終止信號復制起始點和終止點之間存在特定的終止信號序列，指導復制過程的結(jié)束。2解旋酶解旋酶的活性降低或停止，導致DNA雙鏈無法繼續(xù)解開。3DNA聚合酶DNA聚合酶遇到終止信號序列，無法繼續(xù)合成新的DNA鏈。4連接酶連接酶將Okazaki片段連接起來，形成完整的DNA鏈。DNA復制的調(diào)控機制時間控制細胞周期中特定的階段，復制過程才被激活。空間控制復制起點的位置和數(shù)量，確保DNA被完整復制。速度控制復制速度受到多種因素的影響，例如酶的濃度和溫度。復制錯誤的后果及修復后果復制錯誤可能導致基因突變，進而影響蛋白質(zhì)合成，導致疾病或性狀改變。修復細胞擁有多種修復機制，例如錯配修復、核苷酸切除修復等，可以識別和修復復制錯誤。遺傳信息的傳遞和保持復制準確性DNA復制是高度精確的過程，保證了遺傳信息的完整性和穩(wěn)定傳遞。遺傳性狀從親代到子代的遺傳信息傳遞，確保了生物體的遺傳性狀得以延續(xù)。生物多樣性DNA復制過程中產(chǎn)生的突變，為生物進化提供了重要的基礎(chǔ)，推動著生物多樣性的發(fā)展。DNA復制與基因表達的關(guān)系復制為表達奠定基礎(chǔ)DNA復制確保遺傳信息的完整傳遞，為基因表達提供準確的模板。轉(zhuǎn)錄依賴復制產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄過程將DNA信息轉(zhuǎn)錄為RNA，依賴復制產(chǎn)生的DNA模板。翻譯依賴轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物翻譯過程將RNA信息翻譯為蛋白質(zhì)，依賴轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA模板。生命延續(xù)的分子基礎(chǔ)新生兒從父母遺傳的DNA，賦予了生命新的開始。細胞分裂DNA的復制確保遺傳信息的精確傳遞，為新細胞的形成提供藍圖。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)DN