第十一章dna的生物合成

1、 第第 十一十一 章章 DNA DNA 的的 生生 物物 合合 成成一、学习目的、要求与重难点一、学习目的、要求与重难点 通过本章的学习使学生掌握通过本章的学习使学生掌握 1.DNA 1.DNA复制的机制复制的机制 2.DNA 2.DNA复制的有关物质及其作用复制的有关物质及其作用 3.DNA 3.DNA复制的过程复制的过程 4. 4.真真/ /原核生物原核生物DNADNA复制的特点复制的特点 5. 5.反转录作用及反转录酶的特点反转录作用及反转录酶的特点 6.DNA 6.DNA损伤的原因及修复机制损伤的原因及修复机制 重点：重点：1.DNA1.DNA复制的机制及过程复制的机制及过程2.2.真

2、真/ /原核生物原核生物DNADNA复制的特点复制的特点3.3.反转录作用及反转录酶的特点反转录作用及反转录酶的特点4.DNA4.DNA损伤修复机制损伤修复机制 难点难点1.DNA1.DNA复制的有关物质及其作用复制的有关物质及其作用 2.DNA2.DNA复制的过程复制的过程3.DNA3.DNA损伤修复机制损伤修复机制 二、本章课堂讲授内容二、本章课堂讲授内容真核生物真核生物DNADNA复制的特点复制的特点 三、本章自学内容三、本章自学内容四、本章专题讲座及讨论题目四、本章专题讲座及讨论题目讨论专题讨论专题1 1：逆转录作用的应用及生物学意义和：逆转录作用的应用及生物学意义和DNADNA损伤与

3、修复的应用及生物学意义损伤与修复的应用及生物学意义讨论专题讨论专题2 2：原核生物与真核生物：原核生物与真核生物DNADNA复制特点的复制特点的比较比较一、一、DNADNA复制的机制复制的机制当细胞分裂时，当细胞分裂时，DNADNA的双链拆开并的双链拆开并分为两股单链，各自作为模板，分为两股单链，各自作为模板，用以合成新的互补链。在两个子用以合成新的互补链。在两个子细胞中新合成的细胞中新合成的DNADNA双链，都和母双链，都和母细胞的细胞的DNADNA双链的碱基序列完成一双链的碱基序列完成一样，其中一条链来自亲代，另一样，其中一条链来自亲代，另一条链为新合成的。遗传信息就这条链为新合成的。遗传

4、信息就这样高度准确地从亲代传给子代。样高度准确地从亲代传给子代。这种复制方式称为半保留复制这种复制方式称为半保留复制1.DNA的半保留复制的半保留复制2.2.半保留复制的时期半保留复制的时期3. 3. 半保留复制的证明半保留复制的证明不同不同DNADNA的密度离心结果的密度离心结果新新DNADNA的一条链是按的一条链是按5353方向方向（与复制叉移动的方向一致）连续（与复制叉移动的方向一致）连续合成，称为合成，称为“前导链前导链”；另一条链；另一条链的 合 成 是 不 连 续 的 ， 即 先 按的 合 成 是 不 连 续 的 ， 即 先 按5353方向（与复制叉移动的方方向（与复制叉移动的方向

5、相反）合成冈崎片段，再连接成向相反）合成冈崎片段，再连接成一条完整的链，称为滞后链。一条完整的链，称为滞后链。冈崎片段冈崎片段前导链前导链滞后链滞后链子代子代DNADNA中的一条链的合成是连续的，另一条链的合成是不中的一条链的合成是连续的，另一条链的合成是不连续的，连续的，DNADNA的这种复制方式称为半不连续复制。的这种复制方式称为半不连续复制。19681968年，冈崎的著名实验观察到年，冈崎的著名实验观察到DNADNA复制过复制过程中，有一些不连续片段，称为冈崎片段。程中，有一些不连续片段，称为冈崎片段。原核生物中冈崎片段约含原核生物中冈崎片段约含1000200010002000个个核苷酸

6、，真核生物约为核苷酸，真核生物约为400400个核苷酸个核苷酸. .冈崎片段与半不连续复制（冈崎片段与半不连续复制（okazaki 1968okazaki 1968年）年）前导链的合成前导链的合成滞后链的合成滞后链的合成复制叉复制叉生长生长冈崎片段冈崎片段生长生长模板：单链模板：单链DNADNA引物：引物：RNARNA底物：底物：dNTP,dNTP,辅助因子：辅助因子：Mg2Mg2, , 合成合成DNADNA的方向：的方向：5353方向延伸方向延伸 该酶可将该酶可将DNADNA中单链缺口上相邻的两个核苷酸，以中单链缺口上相邻的两个核苷酸，以磷酸二酯键连接起来。磷酸二酯键连接起来。作用方式如下：

7、作用方式如下：DNADNA连接酶有两种连接酶有两种: :一种以一种以ATPATP为能量为能量, ,来源于动物细来源于动物细胞和某些噬菌体连接酶胞和某些噬菌体连接酶-T4-T4连接酶，另一种以连接酶，另一种以NAD+NAD+为量，来源于大肠杆菌为量，来源于大肠杆菌DNADNA连接酶。连接酶。拓朴异构酶拓朴异构酶(Topo )(Topo )：原核生物中曾称为：原核生物中曾称为蛋白。真核生物中曾用过多种名称，如转轴酶、松旋蛋白。真核生物中曾用过多种名称，如转轴酶、松旋酶、松弛酶和切豁封闭酶等。其作用是使双链酶、松弛酶和切豁封闭酶等。其作用是使双链DNADNA中中的一股切断，使链的末端沿着螺旋轴按双螺

8、旋反方向的一股切断，使链的末端沿着螺旋轴按双螺旋反方向旋转，超螺旋消除后再将切口封闭，使旋转，超螺旋消除后再将切口封闭，使DNADNA变为松弛变为松弛状态。即松弛或消除负超螺旋状态。即松弛或消除负超螺旋, ,催化反应不需催化反应不需ATPATP。解链酶（或称解螺旋酶）解链酶（或称解螺旋酶）: : 此酶通过水解此酶通过水解ATPATP以获得能以获得能量去松开双股量去松开双股DNADNA，每解开一对核苷酸需水解，每解开一对核苷酸需水解2 2分子分子ATPATP。解链酶对单链。解链酶对单链DNADNA的亲和力强，而对双链的亲和力强，而对双链DNADNA或或RNARNA的的亲和力弱，复制时亲和力弱，复

9、制时DNADNA解链酶可以沿着滞后链模板的解链酶可以沿着滞后链模板的5353方向随着复制叉的前进而移动，以解开双链方向随着复制叉的前进而移动，以解开双链。拓朴异构酶拓朴异构酶(Topo )(Topo )：又称：又称DNADNA旋转酶。广泛存旋转酶。广泛存在于各种生物中。作用是在水解在于各种生物中。作用是在水解ATPATP的同时能迅速使的同时能迅速使DANDAN链断开又接上，而使松弛态的链断开又接上，而使松弛态的DNADNA转变为超螺旋转变为超螺旋状态，引入负超螺旋状态，引入负超螺旋, ,在没有在没有ATPATP时，它又可使负超时，它又可使负超螺旋螺旋DNADNA变为松弛态。变为松弛态。 单链单

10、链DNADNA结合蛋白（结合蛋白（SSBSSB）: : 它与单链它与单链DNADNA结合，从而防结合，从而防止两条链重新形成双螺旋，结合后还能保护单链止两条链重新形成双螺旋，结合后还能保护单链DNADNA不被核不被核酸酶水解。因此，酸酶水解。因此，SSBSSB在复制中维持模板处于单链状态并能在复制中维持模板处于单链状态并能抵抗核酸酶水解保持单链的完整。抵抗核酸酶水解保持单链的完整。 RNA引物和引物酶: 任何一种DNA聚合酶都不能催化复制的起始。都需要一个引物。多数情况下是以RNA片段为引物，由引物酶催化合成。引物酶是一种不同于催化转录过程的RNA聚合酶。引物酶通常需要和几种蛋白质因子结合形成

11、引发体才能发挥作用。例如大肠杆菌的dna蛋白能协助引物酶识别起始位点，并与起始部位结合。 RNA RNA引物的长度是不同的，在动物细胞中引物长度约引物的长度是不同的，在动物细胞中引物长度约1010个核苷酸，第一个核苷酸常用个核苷酸，第一个核苷酸常用ATPATP。细菌的引物为。细菌的引物为5050100100个核苷酸，但也有仅个核苷酸，但也有仅2424个核苷酸的。个核苷酸的。 三、三、DNADNA的复制的起始点和方式的复制的起始点和方式 1.1.原核生物原核生物DNADNA的复制的单起始点的复制的单起始点, ,单单/ /双向复制双向复制双起始点双起始点对称对称不对称不对称2/32/32.2.真核

12、细胞真核细胞DNADNA的多起始点，双向复制的多起始点，双向复制复制复制滚环复制滚环复制复制泡复制泡3. DNA3. DNA复制过程中出现的形状复制过程中出现的形状 D环复制环复制OHOL四、四、DNADNA的复制过程的复制过程DNADNA复制过程总图复制过程总图 以以RNARNA为模板，以为模板，以dNTPdNTP为底物催化合成为底物催化合成DNADNA作用的酶称为作用的酶称为转录酶。即：催化反转录反应的酶称为反转录酶或称为依赖转录酶。即：催化反转录反应的酶称为反转录酶或称为依赖RNARNA的的DNADNA聚合酶聚合酶(RDDP)(RDDP)。 19701970年，年，TeminTemin和

13、和BaltimoreBaltimore在致癌在致癌RNARNA病毒中病毒中发现了反转录酶（发现了反转录酶（Reverse TranscriptaseReverse Transcriptase） 一一. .反转录的概念反转录的概念 以以RNA为模板，以为模板，以dNTP为底物在反转录为底物在反转录酶的催化下合成酶的催化下合成DNA作用作用二二. .反转录酶（反转录酶（RDDP)RDDP)1.反转录酶概念2.2.反转录酶的特点反转录酶的特点(1)(1)引物为引物为tRNAtRNA(2)(2)模板为单链模板为单链RNARNA(3)(3)底物为底物为dNTPdNTP(4)(4)核糖核酸酶核糖核酸酶H

14、H（RNase HRNase H）的活性）的活性专一切除专一切除RNA- DNARNA- DNA分子中的分子中的RNA,RNA,全部或部分去除全部或部分去除RNA RNA 553333555555333333555533ase第三节、第三节、DNADNA片段的合成片段的合成 （DNADNA的损伤与修复）的损伤与修复）1. 1. 突变（突变（mutationmutation）指一种遗传状态，可以通过复制而遗传的指一种遗传状态，可以通过复制而遗传的DNADNA结构的任何结构的任何永久性改变。永久性改变。携带突变基因的生物称为突变体，未突变的称为野生型。携带突变基因的生物称为突变体，未突变的称为野生

15、型。 当当DNADNA受到大剂量紫外线（波长受到大剂量紫外线（波长260nm260nm附近）照射时，附近）照射时，可引起可引起DNADNA链上相邻的两个嘧啶碱基共价聚合，形成二链上相邻的两个嘧啶碱基共价聚合，形成二聚体，聚体，CCCC（10%10%）,CT,CT（40%40%）,TT,TT（50%50%）。）。例如：例如：TTTT二聚体。二聚体。二二. DNA. DNA损伤修复损伤修复1.1.光复活光复活2.2.切除修复切除修复3.3.重组修复重组修复4.SOS4.SOS修复修复可见光可见光- -最有效波最有效波400nm,400nm,激活生物界广泛分布（高激活生物界广泛分布（高等哺乳动物除外

16、）的光复等哺乳动物除外）的光复活酶，该酶分解嘧啶二聚活酶，该酶分解嘧啶二聚体。是一种高度专一的修体。是一种高度专一的修复形式，只分解由于复形式，只分解由于UVUV照照射而形成的嘧啶二聚体。射而形成的嘧啶二聚体。激活激活 复盖复盖 解除解除光复活酶光复活酶1.1.光复活（光复活（photoreactivationphotoreactivation）2. 2. 切除修复（切除修复（excision repairexcision repair）(1).(1).切开切开(2).(2).合成合成(3).(3).切除切除(4).(4).连接连接3.3.重组修复（重组修复（ bination repair bination repair）复制复制 重组重组 补缺补缺重组修复又称复制后修复重组修复又称复制后修复 ，受损伤的受损伤的DNA在进行复制时，在进行复制时，跳过损伤部位，在子代跳过损伤部位，在子代DNA与损伤相对应部位出现缺口与损伤相对应部位出现缺口通过分子间重组，从完整的通过分子间重组，从完整的母链上将相应的碱基顺序片母链上将相应的碱基顺序片段移至子链的缺口处，然后段移至子链的缺口处，然后再用合成的多核苷酸来补上再用合成的多核苷酸来