复旦大学生化课件DNA的生物合成

1、中心法则的研究过程第三篇 基因信息的传递 遗传信息流动方向中心法则半保留复制模式的实验证明第十章 复制 半保留复制半保留复制：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。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。一、

2、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。DNA聚合酶催化的反应 5到3的聚合活性(dNMP)n+dNTP(dNMP)n+1+PpiDNA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)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dN

3、TP加到生长中的DNA的3-OH末端 催化DNA合成的方向是5到3。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。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。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。DNA拓扑异构酶拓扑酶对DNA分

4、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。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。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

5、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。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。三种酶催化生成磷酸二酯键的比较提供核糖 3-OH提供 5-P结果DNA 聚合酶引物或延长中的新链游离 dNTP 去ppi(dNMP)n+1连接酶复制中不连续的两单链不连续变成连续链拓扑酶切断、整理

6、后的两链改变拓扑状态第二节 DNA复制过程 复制的起始 复制的延长 复制的终止复制的起始 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。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D

7、NA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。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2500bp/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。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。复制的过程滚环复制 环状DNA双链一股先开一个缺口

8、，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。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 连接酶连接参加复制的酶引物酶合成 RNA 引物解链酶解开 DNA 双链SSB稳定已解开的单链拓扑酶 II克服解链中的打结缠绕，拓扑转型pol III真正的复制酶pol I填补引物遗留空隙DNA 连接酶接合 5-P 和 3-OH 末端第三节 DNA的损伤和修复 突变和遗传的保守性突变的分子基础 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

9、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。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。诱变因素诱变因素物理因素紫外线照射离子辐射化学因素5-溴尿嘧啶(5-BU)羟胺亚硝酸盐氮芥类损伤的修复 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。损伤修复的机制 光修复 切除修复 重组修复 SOS修复光修复 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300600nm波长照射激活。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。重组修复 当